CN113609663A - 一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，包括数据采集模块、历史数据分析模块、燃烧器模块以及优化计算模块，本发明部署于燃煤电厂电子间，通过数据采集模块实时采集DCS数据，采集后的数据传输至历史数据分析模块、燃烧器模块和优化计算模块。本发明可以灵活配置选择不同类型的燃烧器，可以灵活设置参数及偏差范围实现历史数据的筛选分组，从而满足不同燃烧器机组的使用，提高系统的适用性；同时系统通过物理模型计算并经筛选后的历史数据修正，使优化结果具有一定的稳定性满足实现闭环控制的先决条件；历史数据经多组筛选及统计分析，使运行参数保持在优良范围提高机组运行效率。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法。
背景技术：
随着新能源机组容量占比的增加燃煤机组负荷变动越加频繁，同时受煤炭市场的影响燃煤机组燃用煤质多变，造成机组燃烧工况不断变化，运行人员需不断的对机组参数进行调整，操作量较大的同时无法保证机组处于最佳的运行工况。
锅炉炉内的燃烧由煤粉及助燃风组成，当机组负荷、煤质改变时机组需进行对应的手动调整，主要是组织燃烧的二次风门的调整，如何使二次风门自动调整适应负荷及煤质的变化，同时使机组实时处于较佳的运行状态是目前燃煤机组急需解决的问题。
四角切圆燃煤机组燃烧器主要可分为水平浓淡、中心浓淡及普通燃烧器，燃烧器的结构不同，其设计参数不同，不同结构类型的燃烧器在燃用同种类型煤种时其二次风速、二次风流量不同，因此在燃烧调整试验时针对不同的燃烧器需进行不同的风箱差压、辅助风门开度控制。为解决负荷及煤质变化带来的影响，目前研究人员对燃烧优化系统主要通过利用先进算法或先进测量设备进行优化，利用历史数据训练模型，然后通过输入数据获得优化参数，但此类优化方法存在样本偏少，负荷、煤质变化时优化计算结果波动大，造成燃烧优化的闭环控制无法实现，同时也无法保证锅炉效率处于较佳的运行状态。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法。
本发明所采用的技术方案有：
一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，
运行数据采集模块采集燃煤发电机组的运行参数，并将采集到的运行参数输出至历史数据分析模块、燃烧器模块及优化计算模块；
历史数据分析模块包括历史数据库和可配置的数据分析模块，历史数据库输入所述运行参数并保存形成历史数据库，可配置的数据分析模块通过人机交互页面设置参数实现对历史数据库分析，并对历史数据库中满足要求的数据进行公式拟合并输出至优化计算模块；
燃烧器模块包括燃烧器类型选择模块、燃烧器物理模型数据库以及二次风计算模块，燃烧器类型选择模块通过人机交互页面选择某一类型燃烧器，确定燃烧器类型后从燃烧器物理模型数据库中调取对应燃烧器的物理模型相关计算公式，并将公式输出至优化计算模块；
优化计算模块通过输入运行数据，以运行数据为计算参数，以历史数据分析模块输出的拟合公式和燃烧器模块输出的计算公式为计算方法进行计算，输出优化结果。
进一步地，运行参数包括燃煤发电机组中锅炉磨煤机的电流、锅炉磨煤机的入口风量及风温、锅炉磨煤机的进出口差压、锅炉磨煤机的出口各粉管风速、给煤机的给煤量、风箱差压、蒸汽参数、炉膛出口氮氧化物、锅炉内各受热面壁温以及排烟温度。
进一步地，所述历史数据分析模块中可配置的数据分析模块实现对历史运行数据库中的数据进行运算筛选，在人机交互页面通过依次选择机组负荷、磨煤机组合、主再热汽温度及压力、最大壁温、炉膛出口氮氧化物以及锅炉效率的运行参数，并设置各参数允许的偏差范围实现历史数据的筛选分组。
进一步地，所述可配置的数据分析模块在对筛选分组后的历史数据进行统计分析，获得各变量参数均值μ与标准差σ，对满足(μ-σ，μ+σ)区间的数据进行公式拟合，并将拟合公式推送至优化计算模块。
进一步地，所述燃烧器类型选择模块包括普通燃烧器、水平浓淡燃烧器以及中心浓淡燃烧器的三种类型燃烧器。
进一步地，燃烧器物理模型数据库对应所述三种类型燃烧器建立模型，建立模型的步骤为：根据燃烧器类型进行选择，实现灵活配置；确定燃烧器类型后，从燃烧器物理建模数据库调用对应模型确定相应计算公式，并将公式输出值优化计算模块。
进一步地，所述燃烧器物理建模数据库是基于每种燃烧器结构及设计的二次风速、二次风量、风箱差压值进行建模，通过CFD模拟及计算获得该燃烧器在燃用不同煤质所需着火热及不同燃烧阶段所需风量，得出各工况下应辅助风速及风量；同时对二次风道进行CFD模拟计算，确定风门在不同开度不同风箱差压时的风量计算公式，从而获得每类燃烧器在燃用不同煤质、不同煤量时二次风门在各风箱差压下的开度和风量，对所得数据进行公式拟合，将公式输出至优化计算模块。
进一步地，所述优化计算模块输入参数包括运行数据采集模块采集的运行数据、历史数据分析模块输出的拟合公式及燃烧器模块输出的计算公式。
进一步地，所述优化计算模块基于运行数据利用锅炉热平衡及磨煤机热平衡计算煤质信息，并将计算结果代入至燃烧器模块输出的燃烧器物理建模数据库公式计算，获得当前工况燃烧所需理论风量；
通过将风箱差压代入燃烧器模块输出的二次风计算模块拟合公式计算获得当前工况二次风门理论开度；
优化计算模块以运行数据为输入参数利用历史数据分析模块输出的拟合公式计算历史工况下最佳风门开度，并使用该计算值修正二次风门理论开度，从而计算出最佳风门开度，使用最佳风门开度与运行数据采集模块采集的二次风门开度进行比较，通过设置允许调节范围，确定最终的优化计算结果，保证数据的稳定性，最终的优化技术结果经投切模块实现输出至DCS，最终实现燃烧优化DCS的闭环控制。
本发明具有如下有益效果：
本发明可以灵活配置选择不同类型的燃烧器，可以灵活设置参数及偏差范围实现历史数据的筛选分组，从而满足不同燃烧器机组的使用，提高系统的适用性；同时系统通过物理模型计算并经筛选后的历史数据修正，使优化结果具有一定的稳定性满足实现闭环控制的先决条件；历史数据经多组筛选及统计分析，使运行参数保持在优良范围提高机组运行效率。
本发明可根据机组燃烧器类型进行可灵活配置选择燃烧器，通过燃烧器模块计算获得二次风量理论计算值，通过历史数据分析模块获取历史运行较佳值，并对理论计算值进行修正，得出最终优化值，通过投切模块进行燃烧优化的闭环控制。本发明可根据机组燃烧器类型及筛选参数灵活配置并能有效的实时调整机组燃烧，实现机组在变工况时自动调整，使机组处于较佳的运行状态。
附图说明：
图1为本发明示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，本发明包括数据采集模块1、历史数据分析模块2、燃烧器模块3以及优化计算模块4，本发明部署于燃煤电厂电子间，通过数据采集模块实时采集DCS数据，采集后的数据传输至历史数据分析模块2、燃烧器模块3和优化计算模块4。
运行数据采集模块1采集燃煤发电机组的运行参数，并将采集到的运行参数输出至历史数据分析模块2、燃烧器模块3及优化计算模块4。
历史数据分析模块2包括历史数据库和可配置的数据分析模块，历史数据库输入运行参数并保存形成历史数据库，可配置的数据分析模块通过人机交互页面设置参数实现对历史数据库分析，并对历史数据库中满足要求的数据进行公式拟合并输出至优化计算模块4。
燃烧器模块3包括燃烧器类型选择模块、燃烧器物理模型数据库以及二次风计算模块，燃烧器类型选择模块通过人机交互页面选择某一类型燃烧器，确定燃烧器类型后从燃烧器物理模型数据库中调取对应燃烧器的物理模型相关计算公式，并将公式输出至优化计算模块4。
优化计算模块4通过输入运行数据，以运行数据为计算参数，以历史数据分析模块2输出的拟合公式和燃烧器模块3输出的计算公式为计算方法进行计算，输出优化结果。
运行参数包括燃煤发电机组中锅炉磨煤机的电流、锅炉磨煤机的入口风量及风温、锅炉磨煤机的进出口差压、锅炉磨煤机的出口各粉管风速、给煤机的给煤量、风箱差压、蒸汽参数、炉膛出口氮氧化物、锅炉内各受热面壁温以及排烟温度。
历史数据分析模块2中可配置的数据分析模块实现对历史运行数据库中的数据进行运算筛选，在人机交互页面通过依次选择机组负荷、磨煤机组合、主再热汽温度及压力、最大壁温、炉膛出口氮氧化物以及锅炉效率的运行参数，并设置各参数允许的偏差范围实现历史数据的筛选分组。
可配置的数据分析模块在对筛选分组后的历史数据进行统计分析，获得各变量参数均值μ与标准差σ，对满足(μ-σ，μ+σ)区间的数据进行公式拟合，并将拟合公式推送至优化计算模块4。
燃烧器类型选择模块包括普通燃烧器、水平浓淡燃烧器以及中心浓淡燃烧器的三种类型燃烧器。
燃烧器物理模型数据库对应所述三种类型燃烧器建立模型，建立模型的步骤为：根据燃烧器类型进行选择，实现灵活配置；确定燃烧器类型后，从燃烧器物理建模数据库调用对应模型确定相应计算公式，并将公式输出值优化计算模块4。
燃烧器物理建模数据库是基于每种燃烧器结构及设计的二次风速、二次风量、风箱差压值进行建模，通过CFD模拟及计算获得该燃烧器在燃用不同煤质所需着火热及不同燃烧阶段所需风量，得出各工况下应辅助风速及风量；同时对二次风道进行CFD模拟计算，确定风门在不同开度不同风箱差压时的风量计算公式，从而获得每类燃烧器在燃用不同煤质、不同煤量时二次风门在各风箱差压下的开度和风量，对所得数据进行公式拟合，将公式输出至优化计算模块4。
优化计算模块4输入参数包括运行数据采集模块1采集的运行数据、历史数据分析模块2输出的拟合公式及燃烧器模块3输出的计算公式。
优化计算模块4基于运行数据利用锅炉热平衡及磨煤机热平衡计算煤质信息，并将计算结果代入至燃烧器模块3输出的燃烧器物理建模数据库公式计算，获得当前工况燃烧所需理论风量。
通过将风箱差压代入燃烧器模块3输出的二次风计算模块拟合公式计算获得当前工况二次风门理论开度。
优化计算模块4以运行数据为输入参数利用历史数据分析模块2输出的拟合公式计算历史工况下最佳风门开度，并使用该计算值修正二次风门理论开度，从而计算出最佳风门开度，使用最佳风门开度与运行数据采集模块1采集的二次风门开度进行比较，通过设置允许调节范围，确定最终的优化计算结果，保证数据的稳定性，最终的优化技术结果经投切模块5实现输出至DCS，最终实现燃烧优化DCS的闭环控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：
运行数据采集模块(1)采集燃煤发电机组的运行参数，并将采集到的运行参数输出至历史数据分析模块(2)、燃烧器模块(3)及优化计算模块(4)；
历史数据分析模块(2)包括历史数据库和可配置的数据分析模块，历史数据库输入所述运行参数并保存形成历史数据库，可配置的数据分析模块通过人机交互页面设置参数实现对历史数据库分析，并对历史数据库中满足要求的数据进行公式拟合并输出至优化计算模块(4)；
燃烧器模块(3)包括燃烧器类型选择模块、燃烧器物理模型数据库以及二次风计算模块，燃烧器类型选择模块通过人机交互页面选择某一类型燃烧器，确定燃烧器类型后从燃烧器物理模型数据库中调取对应燃烧器的物理模型相关计算公式，并将公式输出至优化计算模块(4)；
优化计算模块(4)通过输入运行数据，以运行数据为计算参数，以历史数据分析模块(2)输出的拟合公式和燃烧器模块(3)输出的计算公式为计算方法进行计算，输出优化结果。
2.如权利要求1所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述运行参数包括燃煤发电机组中锅炉磨煤机的电流、锅炉磨煤机的入口风量及风温、锅炉磨煤机的进出口差压、锅炉磨煤机的出口各粉管风速、给煤机的给煤量、风箱差压、蒸汽参数、炉膛出口氮氧化物、锅炉内各受热面壁温以及排烟温度。
3.如权利要求1所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述历史数据分析模块(2)中可配置的数据分析模块实现对历史运行数据库中的数据进行运算筛选，在人机交互页面通过依次选择机组负荷、磨煤机组合、主再热汽温度及压力、最大壁温、炉膛出口氮氧化物以及锅炉效率的运行参数，并设置各参数允许的偏差范围实现历史数据的筛选分组。
4.如权利要求3所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述可配置的数据分析模块在对筛选分组后的历史数据进行统计分析，获得各变量参数均值μ与标准差σ，对满足(μ-σ，μ+σ)区间的数据进行公式拟合，并将拟合公式推送至优化计算模块(4)。
5.如权利要求1所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述燃烧器类型选择模块包括普通燃烧器、水平浓淡燃烧器以及中心浓淡燃烧器的三种类型燃烧器。
6.如权利要求5所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：燃烧器物理模型数据库对应所述三种类型燃烧器建立模型，建立模型的步骤为：根据燃烧器类型进行选择，实现灵活配置；确定燃烧器类型后，从燃烧器物理建模数据库调用对应模型确定相应计算公式，并将公式输出值优化计算模块(4)。
7.如权利要求5所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述燃烧器物理建模数据库是基于每种燃烧器结构及设计的二次风速、二次风量、风箱差压值进行建模，通过CFD模拟及计算获得该燃烧器在燃用不同煤质所需着火热及不同燃烧阶段所需风量，得出各工况下应辅助风速及风量；同时对二次风道进行CFD模拟计算，确定风门在不同开度不同风箱差压时的风量计算公式，从而获得每类燃烧器在燃用不同煤质、不同煤量时二次风门在各风箱差压下的开度和风量，对所得数据进行公式拟合，将公式输出至优化计算模块(4)。
8.如权利要求1所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述优化计算模块(4)输入参数包括运行数据采集模块(1)采集的运行数据、历史数据分析模块(2)输出的拟合公式及燃烧器模块(3)输出的计算公式。
9.如权利要求8所述的基于物理模型与历史数据分析的燃烧优化方法，其特征在于：所述优化计算模块(4)基于运行数据利用锅炉热平衡及磨煤机热平衡计算煤质信息，并将计算结果代入至燃烧器模块(3)输出的燃烧器物理建模数据库公式计算，获得当前工况燃烧所需理论风量；
通过将风箱差压代入燃烧器模块(3)输出的二次风计算模块拟合公式计算获得当前工况二次风门理论开度；
优化计算模块(4)以运行数据为输入参数利用历史数据分析模块(2)输出的拟合公式计算历史工况下最佳风门开度，并使用该计算值修正二次风门理论开度，从而计算出最佳风门开度，使用最佳风门开度与运行数据采集模块(1)采集的二次风门开度进行比较，通过设置允许调节范围，确定最终的优化计算结果，保证数据的稳定性，最终的优化技术结果经投切模块(5)实现输出至DCS，最终实现燃烧优化DCS的闭环控制。
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| GR01 | Patent grant | ||
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