火力发电厂节能减排技术

火力发电厂节能减排技术华北电力大学韩璞教授TEL：[e-mail]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人火力发电厂火力发电厂优化运行目标长期安全节能降耗低排放控制系统优化优化协调控制负荷优化分配仿真训练运行监控燃烧优化运行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：专家控制模糊控制神经网络控制)(sRPIDWye2min][)(xppMM目标函数衰减率：限制条件：sstt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：PI1PI2W1(S)W2(S)导前区汽温主汽温+—+—u20.92431()(173.2658)Wss61.94152()(188.5354)WssPSO优化控制器参数控制器参数形式为：1*iukpeedtT外回路kp=1.27Ti=235内回路kp=10Ti=220(原参数：外回路kp=0.1Ti=220内回路kp=1Ti=450)010002000300040005000600070008000900000.20.40.60.811.21.41.6优化前优化后绿色曲线负荷从274.836MW→264.899MW(9.937MW)汽温波动(设定值540℃)：534.048℃→549.204℃(15.156℃)负荷从285.336MW→258.278MW(27.058MW)汽温波动(设定值540℃)：542.692℃→537.955℃(4.737℃)机炉协调控制器机炉协调控制器P0--希望机前压力+汽机控制器Pt–希望功率（电网负荷指令）+-锅炉控制器锅炉电网功率Pe汽轮机传感器(MW)传感器(MPa)蒸汽量D-2、优化协调控制火电单元机组负荷控制原理框图2r121Y2Y11Y22Y1rW11(s)W12(s)W21(s)W22(s)K11(s)K21(s)K22(s)K12(s)WT1(s)WT2(s)+-+-++21Y12Yu1u2解耦控制器K(s)耦合对象W(s)控制算法：解耦、PID优化算法：神经网络优化运行软件机组负荷指令厂级负荷优化分配1号发电厂负荷指令2号发电厂负荷指令……电网负荷需求燃煤发电厂水利发电厂核能发电厂生物质发电厂风力发电厂n号发电厂负荷指令最小煤耗量最小排放量（1）厂级负荷优化分配3、负荷优化分配来自调度中心的负荷指令数据预处理最小煤耗、最小排放等多目标优化算法优化结果分离来自各电厂的发电能力历史数据机组负荷优化分配1号机负荷指令2号机负荷指令……电网调度指令（或电厂总负荷指令）2号发电机组n号发电机组1号发电机组n号机负荷指令最小煤耗量最小排放量（2）机组级负荷优化分配来自调度中心的负荷指令数据预处理最小煤耗、最小排放等多目标优化算法优化结果分离来自DCS的各机组状态数据来自SIS的各机组历史数据4、仿真训练运行人员培训设计改造方案论证控制系统研究事故再现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RD6DB6、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）炉膛温度测量的重要性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激光测量系统——温度、O2、CO声波测温系统2310FTransmitter发射器Receiver接收器FurnaceCavity炉膛2290F2316F2411F2303F2535F燃烧优化系统组成结构DCSMIS燃烧状态数据OPCOPCOPC数据库耗差分析趋势显示数据报表流程画面多目标优化算法IO/OPC……优化结果分离燃烧优化步骤...x1x2xni...LLMLLMLLMLLMLLMLLMLLMLLM......Y12nh+1nh+2f1f2fnh+1fnh+2炉膛火焰温度场重建及基于神经网络的温度分布优化1）利用历史数据站存储的大量来自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OPC／AOOPCOPC来自DCS数据x1x2︰x60炉膛监测数据y1y2︰y102优化结果送至DCSz1z2︰z10多目标优化软件锅炉效率NN模型NOxNN模型MaxMin１、来自DCS数据(注：其中x29-x33可以没有)x1——锅炉效率hx2——氮氧化物NOxx3——机组负荷x4——主汽压x5——蒸汽流量x6——排烟温度x7——飞灰含碳量LOIx8——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Ax21——磨煤机B通风量／一次风量Bx22——磨煤机C通风量／一次风量Cx23——磨煤机D通风量／一次风量Dx24——磨煤机E通风量／一次风量Ex25——磨煤机F通风量／一次风量Fx26——煤低位发热量Qnet,arx27——挥发分Varx28——灰分Aarx29——碳Carx30——氢Harx31——氧Oarx32——氮Narx33——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Ax44——氧量Bx45——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Ax54——减温水流量Bx55——再热汽温Ax56——再热减温水流量Ax57——再热汽温Bx58——再热减温水流量B2、来自炉膛监测点数据y00-y15——炉膛高度1(中部)处D0-D16点温度y16-y31——炉膛高度2/出口处D16-D31点温度3、送至DCS数据z１——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540±1.5℃波动范围内其他：(1)减少非停而产生的效益(2)延长检修周期而产生的效益(3)污染物减排带来的效益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。谢谢！