CN103574581A - 一种火电机组NOx燃烧优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组NOx燃烧优化方法及系统。该方法包括：采集锅炉运行参数；计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。本发明通过优化火电机组在运行过程中的锅炉运行参数可以降低低NOx燃烧器（LNB）的NOx排放量，并通过低NOx燃烧器与SCR设备结合将NOx排放量控制在国家标准以内，从而使得火电机组能够符合NOx排放量的要求。

Description

一种火电机组NOx燃烧优化方法及系统

技术领域

本发明涉及火力发电领域，具体地，涉及一种火电机组NOx燃烧优化方法及系统。

背景技术

在火力发电领域中，目前火电机组的锅炉基本上都采用了低NOx燃烧技术，而我国目前采用的低NOx燃烧技术能够将火电机组省煤器出口NOx控制在600mg/Nm³左右，此排放浓度不符合国家环境保护部颁布《火电厂大气污染物排放标准》的要求，因为《火电厂大气污染物排放标准》要求火力火电机组执行NOx排放浓度小于100mg/Nm³的标准。

为了符合上述国家标准的要求，对于常规火力发电厂来说，可以如下方是来实现：增加炉外脱硝系统，例如选择性催化还原法（SCR）；进行低NOx燃烧器（LNB）系统改造，使改造后的低NOx燃烧器的排放符合国家标准；通过燃烧优化控制，使最终的NOx排放浓度符合国家标准的要求。

对于火力火电机组而言，采用单一LNB技术难以达到国家标准的要求，因此需要增加SCR设备，但为了使最终的排放浓度符合国家标准的要求，需要优化LNB的排放浓度，从而为SCR设备的正常工作并排放符合国家标准的NOx提供保障，但是目前尚无可以实际应用的方案。

发明内容

本发明的目的是一种火电机组NOx燃烧优化方法及系统，使火力火电机组的NOx排放浓度符合国家的标准。

为了实现上述目的，本发明提供了一种火电机组NOx燃烧优化方法，该方法包括：采集锅炉运行参数；计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。

优选地，所述锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

优选地，该方法还包括：根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

优选地，计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率和所述NOx排放量之间的相关系数包括：根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，

为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

优选地，选择符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数包括：选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的所述锅炉运行参数。

优选地，根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量包括：构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为所述输入层的节点取值；通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

优选地，该方法还包括：归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

优选地，该方法还包括：根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

优选地，该方法还包括：利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

优选地，该方法还包括：利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

本发明提供了一种火电机组NOx燃烧优化系统，该系统包括：采集模块，用于采集锅炉运行参数；参数选择模块，用于计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及参数调整模块，用于根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。

优选地，锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

优选地，该系统还包括：异常参数剔除模块，用于根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

优选地，所述参数选择模块用于根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

其中ρ_ij为运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为运行参数x_i的均值，

为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

优选地，所述参数选择模块用于选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的锅炉运行参数。

优选地，所述参数调整模块用于构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为输入层的节点取值；通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

优选地，该系统还包括归一化模块，用于归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

优选地，该系统还包括氨消耗量计算模块，用于根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

优选地，该系统还包括脱硝效率修正模块，用于利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

优选地，该系统还包括氨消耗量修正模块，用于利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

本发明通过优化火电机组在运行过程中的锅炉运行参数可以降低低NOx燃烧器（LNB）的NOx排放量，并通过低NOx燃烧器与SCR设备结合将NOx排放量控制在国家标准以内，从而使得火电机组能够符合NOx排放量的要求。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的火电机组NOx燃烧优化流程图；

图2是本发明提供的神经网络示意图；

图3是本发明提供的火电机组NOx燃烧优化系统示意图。

附图标记说明

301  采集模块                 303  异常参数剔除模块

305  参数选择模块             307  归一化模块

309  参数调整模块             311  脱硝效率修正模块

313  氨消耗量计算模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了降低火电机组最终的NOx排放量，并符合国家相关的排放标准，本发明通过结合低NOx燃烧器与SCR设备来实现。在实施的过程中，为了优化低NOx燃烧器NOx排放量，本发明通过优化锅炉运行参数来实现低NOx燃烧器的NOx排放量控制，然后再利用SCR设备对NOx燃烧器排放的NOx进行还原，从而使得最终的NOx排放量符合国家标准。

如图1所示，本发明提供了本发明提供了一种火电机组NOx燃烧优化方法，包括：采集锅炉运行参数（步骤101）；计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数（103）；以及根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数（步骤105）。此处所谓符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数是指在锅炉运行效率和NOx排放量符合预设条件时所对应的锅炉运行参数。在火电机组中，锅炉运行参数非常多，例如锅炉运行参数可以包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、入炉总空气量等等。需要说明的是，此处列举的锅炉运行参数仅作示例而非限制，还可以包括其他的锅炉运行参数。

由于锅炉运行参数非常多，而对于NOx排放量的控制主要侧重于锅炉效率和NOx排放量之间的权衡，在使锅炉效率得到保证的情况下，尽量地降低NOx排放量。为此，需要从许多的锅炉运行参数中选取可用的锅炉运行参数。为了增加计算的有效性和加快计算的速度，可以先根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。需要说明的是，剔除异常的锅炉运行参数并非本发明必须，因为在剔除异常的锅炉运行参数的情况下，本发明也可以得以实施。

为了计算锅炉运行参数与所述锅炉效率和所述NOx排放量之间的相关系数，可以使用下式：

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，

为锅炉运行参数x_i的均值，

为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

经过上述的相关系数计算之后，可以选择锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值（例如0.3）以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值（0.3）的所述锅炉运行参数。为了计算方便，可以对所选择的锅炉运行参数进行归一化处理，例如通过下式：

其中x_ij表示第i样本数据的第j个属性的值，min_j表示第j个属性的最小值，max_j表示第j个属性的最大值，x_ij'为标准化后的数据。对于锅炉效率以及NOx排放量也可以进行相应的归一化处理。

在选择了合适的锅炉运行参数之后，可以通过这些锅炉运行参数计算出锅炉效率和NOx排放量。在进行该计算时，可以采用多种方式实现，本发明选用神经网络来进行计算。本发明提供的神经网络如图2所示，包括输入层、隐含层以及输出层，输入层的节点取值为锅炉运行参数，输出层的节点取值为锅炉效率和NOx排放量，神经网络中各节点之间可以存在权值。对于神经网络的构建和运行都可以通过现有技术来实现，本发明不再进行详细的描述。

通过上述的优化控制，可以得到能够降低NOx排放量的锅炉运行参数，然后可以根据该锅炉运行参数来对低NOx燃烧器的锅炉运行参数进行调整，从而实现NOx排放量的优化。在与SCR设备结合后，排放的NOx将会进入SCR设备进行还原。在SCR设备进行还原时，需要以氨作为还原剂，因此需要根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。由于SCR设备烟道中NOx的浓度分布不均，因此可以用SCR设备烟道中NOx的浓度分布来进行修正。本发明修正液氨消耗量的具体技术方案有两个，一是根据具体反应器情况，模拟计算NOx的浓度分布场，采用积分计算出偏差或修正因子；另外一种是通过建立液氨库存、消耗跟踪数据库，采用物料平衡原理实时地校验液氨消耗量，确保液氨消耗量准确无误。

脱硝效率是脱硝系统性能的重要指标之一，为了准确地反应脱硝效率，可以利用NH3/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者对脱硝效率修正。在SCR投产后，影响脱硝效率的主要内因是催化剂的活性状态，鉴于在保证有效寿命期（一般为3万小时以上）内催化剂活性处于一个稳定的衰减过程，本发明计算脱硝效率基本方案是通过采集模块实时地采集SCR入口有关参数，出口有关参数、以及氨逃逸情况，结合NH3/NO摩尔比，建立反应平衡方程，实时地计算分析得出催化剂活性状态和对应的脱硝效率，这个效率就是SCR对应的最佳脱硝效率，将指导运行人员及时地调整锅炉、及SCR有关运行参数，确保锅炉设备始终处于安全、环保、经济运行状态。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (20)

1.一种火电机组NOx燃烧优化方法，其特征在于，该方法包括：

采集锅炉运行参数；

计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及

根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率和所述NOx排放量之间的相关系数包括：

根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_j-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2{(y_j-\stackrel{\‾}{y})}^2}};$

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，

为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选择符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数包括：

选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的所述锅炉运行参数。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量包括：

构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；

将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为所述输入层的节点取值；

通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

11.一种火电机组NOx燃烧优化系统，其特征在于，该系统包括：

采集模块，用于采集锅炉运行参数；

参数选择模块，用于计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及

参数调整模块，用于根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

异常参数剔除模块，用于根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述参数选择模块用于根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_j-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2{(y_j-\stackrel{\‾}{y})}^2}};$

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，

为锅炉运行参数x_i的均值，

为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述参数选择模块用于选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的锅炉运行参数。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述参数调整模块用于构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为输入层的节点取值；通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

17.根据权利要求11-16任意一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括归一化模块，用于归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

18.根据权利要求11-16任意一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括氨消耗量计算模块，用于根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，该系统还包括脱硝效率修正模块，用于利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，该系统还包括氨消耗量修正模块，用于利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

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