东南大学的锅炉燃烧优化系统

东南大学的锅炉燃烧优化系统 2007-06-04 21:12

一、BCOS-2000/2.0系统概述 随着我国电力行业改革的不断深入，“厂网分开，竞价上网”的运行机制已成为必然。对各电厂而言，保障机组的安全经济运行，努力降低发电成本，是参与竞争的必由之路。 在系统组成与结构一定时，机组运行的安全性和经济性主要取决于锅炉的安全经济运行，而锅炉运行的安全性和经济性主要取决于锅炉的燃烧运行调整。在火电发电成本中，燃料费用一般要占70%以上，因此，提高锅炉燃烧系统的运行水平对机组的节能降耗具有重要意义。

锅炉燃烧调整的主要任务是根据不同的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。国内大型火电发电机组一般都配有DCS。DCS虽提高了锅炉运行的自动化水平，但DCS缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的优化。目前国内电站锅炉燃烧运行主要依据锅炉大修后的燃烧调整试验，由运行人员根据自己的运行经验进行配风、配煤。这存在两个方面的问题：[color=Green]其一，由于受试验时间及条件的限制，燃烧调整试验一般只能做有限的几个负荷及煤种工况点。因此锅炉实际运行工况一般与试验工况有较大差异，特别是受煤碳市场的影响，锅炉燃烧的煤质往往变化较大，情况更是如此。如果完全以燃烧调整试验结果为依据进行配风、配煤，不能使锅炉运行于最佳状态；[u]（德裕注：采用正交试验可以有效地应对有限的试验工况问题，不过这种离线方式仍然对于系统的在线变化的跟踪问题仍然缺乏手段。）[/u][/color][color=Navy]其二，运行人员的运行水平客观上存在差异，即使是同一司炉，受主观因素的影响，在不同的时间，其运行水平也可能存在差异。因此凭运行经验进行的锅炉燃烧调整操作具有一定的随意性，难以保证锅炉处于最佳的运行状态。[u]（德裕注：关键在于如何将有效的经验转换成通用而自动的方式。）[/u][/color]

由于锅炉炉内煤粉燃烧过程的复杂性，运行人员只能根据自己长期积累的运行经验进行燃烧调整。如果能用“专家级”的燃烧运行经验来指导锅炉燃烧调整，必能减小运行人员之间运行水平的差异，减少燃烧调整操作的随意性，提高锅炉的整体运行水平。为此，东南大学动力系针对我国电站锅炉现有的运行状况，应用先进的人工智能神经网络技术，研制开发了“电站锅炉燃烧优化系统”，并在电力企业、石化企业获得了成功应用。其目标是根据锅炉的负荷和煤种，实时优化锅炉配风、配煤燃烧运行方式，指导锅炉燃烧调整，提高锅炉燃烧运行效率，降低发电煤耗，同时减少烟气的Nox排放，实现锅炉的经济环保运行。

二、BCOS-2000/2.0系统原理 实现燃烧优化的关键是建立燃烧优化数学模型。由于锅炉炉内煤粉燃烧过程极其复杂，无法用理论方法建立燃烧模型。但是，锅炉的燃烧特性必然反映在锅炉的燃烧过程数据中，也就是说，[color=Green]锅炉实际燃烧运行数据中蕴涵了锅炉的燃烧运行特性。[u]（德裕注：数据是源泉啊！不过如何有效地获取并且引导这种源泉才是真正的工程挑战。）[/u][/color]本系统应用先进的人工智能神经网络技术，根据锅炉燃烧过程历史数据，建立锅炉运行工况(负荷、煤种等)、配风配煤运行方式和燃烧性能之间的关系模型，并采用非线性寻优技术，从模型中找出不同负荷、不同煤种下最佳的配风、配煤运行方式，以此作为“专家”燃烧运行经验，指导锅炉燃烧调整，实现锅炉燃烧系统的优化运行。

BCOS-2000/2.0系统采用自适应技术，根据锅炉最新的燃烧过程数据在线修正燃烧优化数学模型，将运行中出现的新的“工况点”加入模型，使模型随着时间的推移得到不断的扩充和完善，同时保证模型与变化的锅炉特性相“匹配”，使燃烧优化系统长期有效。

三、BCOS-2000/2.0系统功能 1．锅炉效率优化功能 在锅炉现有运行条件下，以提高炉效为目标，根据锅炉的负荷和煤种，在线优化锅炉的配风、配煤燃烧运行方式，并给出燃烧调整操作指导，实现锅炉燃烧系统优化运行。[u]（德裕注：注意，这里运用到了四个方面的技术。）[/u] （1）燃烧器负荷优化分配及其运行调整指导 [color=Green]系统根据锅炉的负荷和煤种，实时优化各层燃烧器的负荷。对于中间储仓式制粉系统，燃烧器的负荷分配通过给粉机转速调整。系统用棒图和数值实时显示各层给粉机平均转速的实测值和目标（优化）值。对于直吹式制粉系统，燃烧器的负荷分配通过给煤机转速调整。系统用棒图和数值实时显示各给煤机转速的实测值和目标（优化）值。[/color]

（2）一次风优化及其运行调整指导 [color=Green] 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。用棒图和数值实时显示各层一次风风压和风温的实测值和目标（优化）值，以帮助运行人员实现一次风的优化运行。[/color]

（3）烟气氧量的优化及其运行调整指导 [color=Green] 最佳的烟气氧量随负荷、煤种而变化。系统根据锅炉的负荷和煤种，实时优化烟气氧量。用棒图和数值实时显示锅炉烟气氧量的实测值和目标（优化）值，以帮助运行人员实现烟气氧量的优化运行。[/color]

（4）二次风优化分配及其运行调整指导 [color=Green] 层二次风的配风方式对燃烧工况有很大影响。系统根据锅炉的负荷和煤种，实时优化层二次风的风量分配。用棒图和数值实时显示各层二次风风门平均开度的实测值和目标（优化）值。运行人员可据此通过二次风风门的层同操器，调整层二次风风门开度实现二次风的优化分配。[/color]

2．NOX排放优化功能 锅炉燃烧运行的配风、配煤运行方式不仅影响炉效，而且对ＮＯx的排放有很大影响。随着国家对环保要求的提高，锅炉运行在保证炉效的同时应努力降低烟气的ＮＯx排放量。目前国内有些条件较好的电站，锅炉实现了烟气ＮＯx排放的再线监测。对于此类锅炉，本系统可同时以炉效和ＮＯx排放量作为优化目标，在提高锅炉效率的同时降低ＮＯx的排放量，实现锅炉的经济环保运行。

如果将系统的优化结果送入ＤＣＳ，修改ＤＣＳ相应的设定值，可实现燃烧系统的闭环优化控制。 四、BCOS-2000/2.0技术特点 1．安全性 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。

2．经济性 锅炉的负荷和入炉煤质对锅炉的燃烧工况有很大影响。不同的负荷、不同的煤种具有不同的最佳燃烧运行参数。本系统燃烧优化时，既考虑了锅炉负荷的变化又考虑了入炉煤质的变化，实现同时根据锅炉负荷和入炉煤质优化配风、配煤运行方式。另外，系统还考虑了给水温度、环境温度等因素的变化对燃烧工况的影响。因此，系统对负荷变动，煤质波动，给水温度、环境温度等因素变化的反应都很灵敏，有效提高锅炉的运行效率。 3．自适应 锅炉燃烧过程历史数据所包含的工况点，可能不能涵盖锅炉实际可能的运行工况，造成燃烧优化模型不完备，无法寻找到实际运行工况的最佳燃烧调整参数。另外，锅炉大小修前后，燃烧系统的局部结构和设备性能有可能会发生变化。随着时间的推移，锅炉设备会老化。这些变化都会影响锅炉的燃烧运行特性。本系统实时监测锅炉燃烧过程数据，并采用神经网络的“自学习”技术，根据最新的燃烧过程数据在线自动完成对燃烧优化模型的调整和修正，使模型所包含的“工况点”随着时间的推移得到不断的扩充和完善，同时保证模型与变化的锅炉特性相“匹配”，使燃烧优化系统长期有效。

4．BCOS-2000/2.0系统实现 BCOS-2000/2.0系统基于大多数电站锅炉现有的常规测点，就可实现上述的燃烧优化“基本功能”。对实现了烟气ＮＯx排放再线监测的锅炉，可实现炉效和ＮＯx排放同时优化的“扩展功能”。

系统采用C/S方式实现，计算机房配置一台服务器，用于运行燃烧优化软件，集控室使用工控PC机运行客户端程序，由网络获得燃烧优化系统的用户界面及优化结果。系统还可提供B/S方式的实现，以方便用户使用燃烧优化系统。

五、BCOS-2000/2.0优化效果 1．提高锅炉燃烧运行效率，锅炉效率一般可提高[color=Red]0.5%[/color]以上[u]（德裕注：这是一个保守而务实的数据。）[/u]。对运行效率较低的锅炉，经济效益更明显。

2．规范燃烧运行操作，减少锅炉燃烧调整的随意性，提高运行人员的整体运行水平，保证锅炉的安全稳定运行。 3．在提高锅炉效率的同时，可减少烟气ＮＯx的排放量， 减少对环境的污染及可能的排污费用。[u]（德裕注：这里没有给出数值。）[/u]

六、BCOS-2000/2.0系统实施过程 BCOS-2000/2.0系统分为如下几个阶段： 1．与DCS连接读取DCS数据 该过程需厂方协助。可通过两种方式实现，一是通过电厂的MIS获取DCS数据，另一种是直接与DCS连接获取DCS数据。采用何种方式视厂方具体情况而定。 2．锅炉燃烧调整试验与数据采集 该过程要进行锅炉变参数燃烧测试，并进行燃烧过程数据的采集，剔除其中的“坏”数据，获得建立燃烧优化模型的初始数据。[u]（德裕注：进行相关的在线试验仍然是必须的。这种试验包括两种类型，一是正规的热力试验，需要多方位的配合，以及更为高精度的辅助仪器仪表；二是从机组的正常运行过程中截取有代表性的工况，进行存储＆分析。）[/u] 3．建立燃烧优化模型 根据采集到的现场燃烧过程数据，应用神经网络技术，建立初始的燃烧优化模型。 4．模型的评估与调整 将模型输出数据和锅炉运行历史数据进行比较，对模型的正确性、有效性进行分析。并通过不断调整，找出与具体锅炉相“匹配”的燃烧优化数学模型。 5．系统运行与模型的在线调整