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1、1,火力发电厂节能减排技术,华北电力大学韩璞 教授TEL：,2,华北电力大学 杰德控制系统工程研究中心学术带头人：韩 璞 教 授 主 任： 董 泽 教 授/博士 副主任： 王东风 副教授/博士翟永杰 副教授/博士 成 员： 焦嵩鸣 副教授/博士孙海蓉 副教授/博士张 悦 讲 师/博士黄 宇 讲 师/博士生张 妍 讲 师/博士生孙 明 讲 师/博士生王旭光 讲 师/博士冉 鹏 讲 师/博士生程海燕 讲 师/博士生,在读硕士：70人 在读博士：19人,3,火力发电厂,4,火力发电厂优化运行目标,5,1、控制系统优化,常规控制器： PID 最优控制 自适应控制 预测控制 鲁棒控制,智能控制器：专家控
2、制 模糊控制 神经网络控制,6,目标函数 衰减率：限制条件：,建模与优化方法：经典：飞升曲线法建模、广义频率特性法优化PID参数现代：智能建模与优化遗传、蚁群、粒子群、混沌,智能建模与PID控制器参数优化,7,CAE2000计算机辅助工程系统,功能,数据采集与分析处理,控制系统仿真,现代控制器研究,经典控制理论分析,控制系统CAD常用算法,控制系统计算机辅助教学,8,应用实例某电厂300MW热电机组主汽温系统 试验方法：利用机组变负荷数据 辨识算法： PSO算法求得数学模型优化算法：,外回路kp=1.27 Ti=235 内回路kp=10 Ti=220 (原参数：外回路kp=0.1 Ti=220
3、 内回路kp=1 Ti=450),9,10,绿色曲线负荷从274.836MW264.899MW (9.937MW) 汽温波动(设定值540)：534.048549.204 (15.156)负荷从285.336 MW258.278MW (27.058MW) 汽温波动(设定值540)：542.692537.955 (4.737),11,2、优化协调控制,12,火电单元机组负荷控制原理框图,控制算法：解耦、PID 优化算法：神经网络,13,最小煤耗量,最小排放量,（1）厂级负荷优化分配,3、负荷优化分配,14,15,最小煤耗量,最小排放量,（2）机组级负荷优化分配,16,17,4、仿真训练,运行人员
4、培训 设计改造方案论证 控制系统研究 事故再现,18,5、运行监控,生产过程信息监测和统计 实时性能计算分析和操作指导 设备寿命监测和管理 设备状态监测和故障诊断 厂级优化负荷分配,RD6DB,19,6、燃烧优化运行系统,优化目标最高的燃烧效率节煤 最低的氮氧化物排放量减排 最佳的防结渣运行方式降耗 最小的炉膛出口烟温偏差以防止受热面爆管降耗,20,1）监控炉膛出口温度 防止过热器结焦和管壁过热 防止启动时升温太快和烧坏再热器管（干烧） 监控炉膛水冷壁的吸热量情况，指导吹灰和调整风量 减少过热器和再热器喷水量（300MW，再热喷水减少 10t/h，降低煤耗1.91g/kwh）,炉膛温度测量的重
5、要性,21,2）矫正燃烧不均衡 防止两侧烟温、汽温偏差 防止一侧水冷壁磨损、结焦 防止汽包水位两侧严重偏差 防止局部过热而流渣3）提高燃烧效率 均衡风量分配 优化风煤比，减少过量空氣 控制火焰中心高度,4）降低污染物排放 防止局部火焰过热，降低NOX生成（1482时NOX成指数级增加） 减少脱硝系统运行成本,22,激光测量系统温度、O2、CO,23,声波测温系统,2310 F,Transmitter 发射器,Receiver 接收器,Furnace Cavity 炉膛,2290F,2316F,2411F,2303F,2535F,24,燃烧优化系统组成结构,25,燃烧优化步骤,1）利用历史数据站
6、存储的大量来自DCS的运行数据以及新的机组特性试验数据，分析建立锅炉燃烧优化操作变量、干扰变量与反应锅炉燃烧经济性、安全运行、污染物排放的控制目标量之间的多变量非线性动力学人工智能模型。,2）利用遗传算法和模拟退火方法等全局寻优算法对锅炉的最佳燃烧工况进行寻优，获得不同煤种下各燃烧参数的最佳设定值,3）把优化出的结果进行分离，送回DCS，作为相应控制系统的设定值,26,燃烧优化内容, 烟气氧量的优化 飞灰含碳量的优化 一次风优化分配不同的负荷和煤种具有不同的最佳一次风风速和风温。系统根据锅炉的负荷和煤种，实时优化各层一次风风压和风温 二次风优化分配层二次风的配风方式对燃烧工况有很大影响。系统根
7、据锅炉的负荷和煤种，实时优化层二次风的风量分配 吹灰优化根据炉膛排烟温度等参数的历史数据和实时参数确定合理的吹灰周期,27,系统实施,系统分为如下几个阶段实施：1）与DCS连接读取DCS数据 2）锅炉燃烧调整试验与数据采集 3）建立燃烧优化模型 4）模型的评估与调整 5）系统运行与模型的在线调整,28,29,、来自DCS数据(注：其中x29-x33可以没有) x1锅炉效率h x2氮氧化物NOx x3机组负荷 x4主汽压 x5蒸汽流量 x6排烟温度 x7飞灰含碳量LOI x8主汽温 x9再热汽温 x10入炉总煤量 x11入炉总空气量 x12循环水温度 x13环境温度 x14磨煤机A开度给煤量给粉
8、机转速 x15磨煤机B开度给煤量给粉机转速 x16磨煤机C开度给煤量给粉机转速 x17磨煤机D开度给煤量给粉机转速 x18磨煤机E开度给煤量给粉机转速 x19磨煤机F开度给煤量给粉机转速 x20磨煤机A通风量一次风量A x21磨煤机B通风量一次风量B x22磨煤机C通风量一次风量C x23磨煤机D通风量一次风量D x24磨煤机E通风量一次风量E x25磨煤机F通风量一次风量F x26煤低位发热量Qnet,ar x27挥发分Var x28灰分Aar x29碳Car,x30氢Har x31氧Oar x32氮Nar x33全硫分 x34全水分 x35二次风A流量 x36二次风B流量 x37二次风C流
9、量 x38二次风D流量 x39二次风E流量 x40二次风F流量 x41燃尽风A流量 x42燃尽风B流量 x43氧量A x44氧量B x45燃烧器摆角 x46炉膛风箱差压 x47磨煤机A开度给煤量给粉机转速偏置 x48磨煤机B开度给煤量给粉机转速偏置 x49磨煤机C开度给煤量给粉机转速偏置 x50磨煤机D开度给煤量给粉机转速偏置 x51磨煤机E开度给煤量给粉机转速偏置 x52磨煤机F开度给煤量给粉机转速偏置 x53减温水流量A x54减温水流量B x55再热汽温A x56再热减温水流量A x57再热汽温B x58再热减温水流量B,2、来自炉膛监测点数据y00-y15炉膛高度1(中部)处D0-D1
10、6点温度y16-y31炉膛高度2/出口处D16-D31点温度,30,3、送至DCS数据z二次风门A开度流量定值 z2二次风门B开度流量定值 z3二次风门C开度流量定值 z4二次风门D开度流量定值 z5二次风门E开度流量定值 z6二次风门F开度流量定值 z7燃尽风门A开度流量定值 z8燃尽风门B开度流量定值 z9氧量定值 z10 燃烧器摆角,31,预期效果,锅炉效率提高0.5%-1% 全年节省燃煤1% 负荷响应速率由1%提高到3%（20MW/min），且主汽压力波动小于0.5MPa 锅炉NOX的平均排放量降低25%。 主汽温度控制在5401.5波动范围内 其他：(1) 减少非停而产生的效益(2)
11、 延长检修周期而产生的效益(3) 污染物减排带来的效益,32,安全性分析,系统在预先确定的最大值最小值范围内寻找最佳的配风配煤方式，使优化结果保持在允许的安全范围内，确保锅炉运行的安全性。最大值最小值范围的限定是动态的，一般随负荷的不同而变化。 锅炉运行优化控制系统仅仅是在原DCS控制系统的设定值上增加一个偏置值，为DCS指明一个优化的控制目标和方向，以提高机组运行性能，并不参与DCS的实际控制过程。 锅炉运行优化控制增加到DCS控制系统设定值上的偏置值，需要经过多个安全逻辑检查和安全限判断，才能加入到DCS控制的设定值上，从而保证原控制系统的安全性。 系统优化方案不影响或干扰任何电厂的安全系统、联锁逻辑、报警和DCS中预设的停机系统。,33,谢 谢！,
