電站鍋爐混煤低NOX燃燒建模與運(yùn)行優(yōu)化研究.pdf

1、電站鍋爐燃燒優(yōu)化是提升鍋爐燃燒效率、降低污染物排放的有效方法，同時(shí)也是提升燃煤發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電節(jié)能減排的必由之路。本文研究了基于數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)值模擬的電站鍋爐燃燒建模及優(yōu)化方法，建立了基于數(shù)據(jù)挖掘的煤質(zhì)特性預(yù)測(cè)模型、電站鍋爐燃燒建模與優(yōu)化方法以及基于數(shù)值模擬的低NOX燃燒建模方法，并在兩臺(tái)不同等級(jí)電站鍋爐上開(kāi)展了燃燒優(yōu)化應(yīng)用。
　　針對(duì)電站燃煤發(fā)熱量測(cè)量滯后、測(cè)量不準(zhǔn)的情況，收集了國(guó)內(nèi)外共四千多條煤質(zhì)工業(yè)分析和發(fā)熱量數(shù)

2、據(jù)，對(duì)工業(yè)分析各指標(biāo)與發(fā)熱量之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，采用支持向量機(jī)建立了基于煤質(zhì)工業(yè)分析的發(fā)熱量預(yù)測(cè)模型，該模型與傳統(tǒng)多元線性回歸模型相比，預(yù)測(cè)精度得到了提升。煤粉著火特性和燃盡特性是鍋爐運(yùn)行中的重要參數(shù)。針對(duì)電站燃煤著火特性和燃盡特性測(cè)量困難的現(xiàn)狀，收集了46種電站主力煤種并進(jìn)行了相應(yīng)的煤質(zhì)分析及著火溫度和燃盡溫度測(cè)定，采用序列后向搜索算法進(jìn)行特征選擇，建立了基于支持向量機(jī)的煤粉著火溫度和燃盡溫度預(yù)測(cè)模型，模型對(duì)著火溫度和燃盡溫度預(yù)測(cè)的

3、平均相對(duì)誤差僅為3.02％和2.93%。為電站優(yōu)化配煤和運(yùn)行過(guò)程中優(yōu)化配風(fēng)提供了依據(jù)，也為多煤種混煤摻燒條件下的電站鍋爐燃燒建模及優(yōu)化研究奠定了基礎(chǔ)。
　　電站歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含了豐富的知識(shí)。以某700MW鍋爐低NOX燃燒優(yōu)化為例，對(duì)基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘的燃燒特性建模及優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，提出了一種結(jié)合極限學(xué)習(xí)機(jī)和和聲搜索算法燃燒優(yōu)化模型。所建立的NOX排放模型可快速、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同運(yùn)行工況下鍋爐NOX排放濃度：平均相對(duì)誤差僅1.4

4、%，預(yù)測(cè)精度高于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法、與支持向量機(jī)不相上下，但在建模響應(yīng)方面遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)建模方法；進(jìn)一步采用和聲搜索算法對(duì)兩個(gè)典型工況的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，優(yōu)化后兩個(gè)工況的NOX排放分別降低了16.5%和19.3%。優(yōu)化結(jié)果還得到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證。
　　針對(duì)低NOX燃燒鍋爐爐內(nèi)主燃燒區(qū)氧濃度較低而二氧化碳、水蒸氣濃度相對(duì)較高的特點(diǎn)，以某660MW深度空氣分級(jí)燃燒鍋爐為研究對(duì)象，研究了不同燃燒模型對(duì)低NOX燃燒鍋爐爐內(nèi)燃燒數(shù)值模擬的

5、適應(yīng)性，并對(duì)低NOX燃燒鍋爐的燃燒特性進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)未包含焦炭氣化反應(yīng)的燃燒模型對(duì)爐內(nèi)CO濃度的預(yù)測(cè)偏低，在主燃區(qū)內(nèi)焦炭燃燒速率偏低，焦炭的燃燒集中到爐膛上部區(qū)域，并導(dǎo)致最終燃盡率偏低，爐內(nèi)NO分布濃度在也與實(shí)際情況有較大差異。包含焦炭氣化反應(yīng)的燃燒模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合更好。對(duì)該低NOX燃燒鍋爐燃燒特性研究發(fā)現(xiàn)：低NOX燃燒改造后爐內(nèi)CO濃度較改造前高出約一倍，焦炭燃燒速率的兩個(gè)較大峰值從AA風(fēng)和CCOFA所在高度層移動(dòng)到C

6、COFA和SOFA所在高度層。隨著運(yùn)行氧量的上升，CO排放、飛灰可燃物顯著下降，NOX排放小幅上升。燃盡風(fēng)比例下降有利于降低CO排放和飛灰可燃物，但同時(shí)NOX排放也上升。
　　應(yīng)用所建立的燃燒特性預(yù)測(cè)模型和燃燒建模及優(yōu)化方法對(duì)某660MW低NOX燃燒鍋爐多煤種混煤摻燒條件下的綜合燃燒優(yōu)化進(jìn)行了研究。對(duì)常用煤種的著火溫度、燃盡溫度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并運(yùn)用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立了包含煤質(zhì)信息的鍋爐NOX排放、CO和飛灰可燃物預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃用不

7、同煤種時(shí)、不同負(fù)荷工況下NOX排放以及CO和飛灰可燃物的變化趨勢(shì)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；進(jìn)一步采用和聲搜索算法對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果有效地降低了發(fā)電成本。應(yīng)用前述數(shù)值燃燒模型對(duì)某100MW鍋爐摻燒污泥燃燒特性及污染物排放特性進(jìn)行了細(xì)致的研究，并對(duì)電站煤粉鍋爐中污泥摻燒比例、含水率進(jìn)行了安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保協(xié)同優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)污泥摻燒比例達(dá)到10%以上時(shí)，主燃燒區(qū)的壁面熱負(fù)荷和著火特性下降明顯；降低污泥含水量有利于改善爐內(nèi)燃燒特性，但改善程度有