燃烧系统

针对锅炉燃烧系统的多目标优化，在所建立的锅炉燃烧系统预测模型的基础上，分别采用加权-粒子群算法和多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization，MOPSO)算法优化锅炉系统的可调整运行参数，以实现锅炉高效率低NO x 排放。分析表明，2种优化算法所得的运行参数相近，趋势与燃烧特性分析和燃烧调整试验结果相符合，说明智能算法优化电站锅炉燃烧系统有效可行。但是加权-粒子群优化算法主观依赖性严重，难以选取合适的权值，优化时间长且结果少；而MOPSO算法优化时间远远小于加权-粒子群算法优化时间，并且优化结果更多，优化效率更高，更有利于指导锅炉的实际运行。

该技术通过大涡湍流燃烧模拟算法，按照工艺需求，设计适用于工业炉窑的燃烧系统，根据模拟所得参数对炉窑现有燃烧系统进行改造，将工业燃烧动态参数进行即时运算和呈现，实现精细化、数字化、稳定化燃烧，产品质量高、能耗低，燃烧相关的污染物排放低。

锅炉低氮燃烧器技术大多是随锅炉主设备引进的，部分是属于借鉴国外先进技术自行设计开发的，经过国内电力生产企业和科研院所的消化吸收，目前低氮燃烧器技术大都取得了良好的应用;同时国内的锅炉生产厂家在低氮燃烧系统设计领域也正逐步由以前的单纯模仿向自主设计方向迈进。但不可否认，国内低氮燃烧领域依然缺乏独立知识产权的产品，技术实施领域主要是施工改造，设计领域存在计算模型简单、中间试验不完备、商业运行缺乏系列数据积累、模型验证过程不严密等诸多问题，给改造后的锅炉安全、稳定和经济运行带来了一定的影响。低氮燃烧器多是基于空气分级、燃料分级，对炉内燃烧状况有较大的影响，这些问题导致低氮燃烧器改造后出现了切圆炉再热汽温大幅偏低、水冷壁高温腐蚀、灰渣含碳量升高、减温水量大幅升高等问题，该课题即是为解决低氮燃烧器改造后出现的问题而设立。本课题的研究对象是低氮燃烧器普遍存在的行业性问题，所采用的关键技术及创新点具有国内首创性，且取得了明显效果，产生了显著的经济效益与社会效益。研究成果形成了一整套系统可行的方法，在无大量资金投入和较少设备改造的情况下，能够大幅提高燃煤机组低氮燃烧的安全性与经济性，为同类型机组提供了新型解决思路，有很强的市场竞争力。

针对锅炉燃烧系统的多目标优化，在所建立的锅炉燃烧系统预测模型的基础上，分别采用加权-粒子群算法和多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization，MOPSO)算法优化锅炉系统的可调整运行参数，以实现锅炉高效率低NO x 排放。分析表明，2种优化算法所得的运行参数相近，趋势与燃烧特性分析和燃烧调整试验结果相符合，说明智能算法优化电站锅炉燃烧系统有效可行。但是加权-粒子群优化算法主观依赖性严重，难以选取合适的权值，优化时间长且结果少；而MOPSO算法优化时间远远小于加权-粒子群算法优化时间，并且优化结果更多，优化效率更高，更有利于指导锅炉的实际运行。

本系统充分利用技术优势探索和打通在燃料智能化、自动化、信息化管理领域快速发展的通道，利用现有成熟的技术条件建立以火电厂燃料验收无人值守、自动采样、制样、封装、送样、弃样系统为核心业务的领先市场先进技术的发展策略，不断提升企业核心竞争力，增强企业的市场竞争优势，打造燃料智能管控系统。同时，在满足目前生产需要的前提下，提出了新理念：燃料业务的特点决定了燃料系统所适用的监控系统有自身特点，电厂侧燃料智能管控系统是一种广义的DCS监控系统与传统业务管理系统相结合的混合系统（管控系统），是一个整合硬件、软件、实现一体化的分散控制系统，不是简单信息系统，也不是信息系统和硬件设备的集成系统。燃料系统和燃烧系统、汽水系统、电气系统、控制系统一样，属于主要生产系统。准确定位，才能体现燃料智能化管系统的重要性，从一个全新的角度来设计、开发、运行、管理燃料系统，精准把握电力信息化发展方向，针对发电企业生产营运的新特点、新难点，自主研发了新一代燃料智能化管理解决方案。

大型煤粉锅炉协同处理城镇生活污泥技术着力破解现有“污泥围城”难题，消除现有技术在规模、环保性、经济性等方面的不足，实现城镇污泥资源化处置，助推“无废城市”发展。技术路线分两种，一种是通过机械输送设备，污泥均匀与原煤配伍，送至锅炉焚烧发电，一种是利用电厂低品位热源将污泥高效干化之后，与原煤均匀掺混送至锅炉焚烧发电，并配套研发了臭气、废水无害化处置技术，实现近零排放。依托电厂高效燃烧系统和污染物集中治理设施，技术具有处置量大、节能减碳效果明显、项目投资低、减量化彻底等特点。经国能龙源环保有限公司孵化应用，科技成果已在4个电厂完成示范应用，后续在建项目8个，未来储备项目超过50多个，污泥处置规模可达300万吨/年。

W火焰锅炉是燃用低挥发分煤种的主力炉型，即使配套低氮燃烧系统，在实际运行过程中仍然存在NOx排放高、深度调峰能力差的问题，很难满足燃煤锅炉NOx超低排放以及火电机组运行灵活性的需求。因此，在日益严格的环保要求以及二氧化碳减排背景下电网调峰需求快速增长的新形势下，W火焰锅炉需要找到控制NOx排放、灵活参与火电机组深度调峰的合理路径。项目研发了拱上煤粉喷口背火侧的二次风引射高温烟气回流技术，提出了“多级引射、多点分级” 的燃烧方法，确保了W火焰锅炉宽比例燃用烟煤的燃烧安全性、经济性与环保性。研制了一种适用于W火焰锅炉的煤粉气流速度可调的高低速燃烧器，既有利于煤粉气流的着火，又保证了下射刚性，满足了燃用不同挥发分煤的需求。提出了基于炉膛“特征温度”的W火焰锅炉燃烧状态识别方法，快速判断炉膛火焰充满度与燃烧状态，进而实现了对W火焰锅炉清洁、高效燃烧的有效控制。项目取得实用新型专利权7项，发表论文3篇；成果通过中国电机工程学会组织的技术鉴定，鉴定结论国际领先。

本文围绕某 600MW 低氮改造锅炉的燃烧优化控制展开研究。利用三维数值模拟分析了低氮改造炉膛温度场和主要组分场的变化，讨论了这些变化对锅炉运行优化的影响。通过动态扰动试验研究了各层辅助风门开度对飞灰含碳量、减温水量及 NOx 的影响。在此基础上利用在线支持向量机对锅炉燃烧的动态过程进行建模，并结合免疫遗传算法寻优得到实时工况最优风煤配比，兼顾锅炉效率和 NOx排放。在仿真机上进行了验证，表明模型具有较好的实时性和精度。最后，利用模糊控制建模原理构建了锅炉燃烧优化控制的专家系统，并将此控制系统成功应用于定州电厂 2#炉。主要内容包括以下几个方面。 数值模拟结果表明，低氮燃烧器改造后的炉膛高温区延伸到还原区，但燃烧仍主要在主燃区进行。主燃区以上，截面平均温度逐渐下降。CO 含量在主燃区、燃尽区均较高，水冷壁区域存在高温腐蚀的风险，运行中应加以监控。SOFA 水平摆角对 NOx 的生成影响较小，降低 NOx 浓度应主要依靠空气分级作用。NO 在主燃区先增加后减小，在还原区达到最小值，在燃尽区和炉膛出口又逐渐上升。 动态试验研究发现，中低负荷运行时，应减小燃尽风顶部风量，火焰中心下移，再热汽温可以通过主燃区和燃尽区的上、下摆动进行调节。由于低氮改造后主燃区被压缩，应增加托底风量降低炉渣可燃物含量。为了降低炉内 CO 含量，可适当增加 AB 层和 CD 层的风量到 40%以上。 利用在线支持向量机建立锅炉燃烧系统的动态数学模型，并利用免疫遗传算法求解出最佳操作量。模型预测输出的 NOx 浓度及锅炉效率变化趋势和现场数据吻合的较好，NOx 排放量预测偏差标准差 1.488mg m3 ，锅炉效率值预测偏差标准差 0.0189%。影响模型计算速度和精度的主要因素是模型设定的最大容许误差，应在全局最优的基础上合理设定。 基于模糊调整的反平衡软测量模型根据实时监测的烟气含氧量和烟气温度进行模糊调整，更加接近实际的飞灰含碳量和炉渣含碳量。模糊专家控制系统预测结果精度与论域和隶属度函数的选择有较大关系。论域的选择应该覆盖各操作量和目标函数的实际范围。要保证由前提变量构成的每个模糊子空间都能被遍历，结论变量在模糊子空间选用的最佳模糊集由规则的最大支持度决定。

由于超（超）临界机组容量大、控制参数多、系统复杂，需要较高的自动化水平。随着特高压的接入，网调越来越需求机组具备AGC深度调峰的能力。机组在AGC运行时，通常将负荷下限设置在50%额定负荷，各辅机均能正常运行。如果要使机组具备深度调峰能力，需要将负荷下限设置在30%额定负荷左右，此时对机组辅机的正常运行是一个严重的考验。根据国家能源局关于火力发电机组科技发展十三五规划，随着特高压电网的发展，火电机组需要参与电网深度调峰，具备灵活发电能力。如果火电机组能够将AGC运行范围扩大至20%~100%BMCR，则能够大大加强火电机组参与电网调峰的能力。 本课题是在上述背景下进行的，首先分析了机组的基本情况，包括燃烧系统、给水系统和启动系统等。其次在分析了该机组的各种控制系统，包括协调控制系统、给水控制系统和启动控制系统；根据具体控制系统特点，设计相应的优化控制策略，保证机组在深度调峰时能够获得较好的控制品质。本成果给出了具体的优化方法，主要包括滑压曲线优化、给水再循环阀控制优化、煤水基准线优化和湿态给水优化等方面。在深度调峰变负荷试验时，分别进行了千态变负荷和湿态变负荷试验，千态变负荷试验最低负荷至200MW；湿态变负荷试验最低负荷至120MW。 通过大型火电机组深度调峰运行优化及控制研究项目可以有效扩大机组的AGC调节范围和提升机组的调节品质，根本解决了机组的低负荷段机组调峰能力差的问题，有助于提高机组安全稳定运行。项目的实施对于稳定机组运行水平有着显著效应，尤其是在大规模特高压电接入情况下保证电网的安全性有着积极深远的意义，可以有效减少了电网事故造成的经济损失和社会影响，维护了社会安定，保证了工农业生产和人民生活的正常运转，因此本项目具有很好的社会效益。

国网能源阜康发电有限公司2台480t/h锅炉设计燃用乌鲁木齐周边井工煤，为降低燃料采购成本，拟改烧准东地区高钠煤。已有经验显示锅炉燃用准东煤存在严重的结渣和沾污问题，且国内外均没有现成经验可供借鉴，因此国网能源阜康发电有限公司与西安热工研究院有限公司合作展开了锅炉燃用准东高钠煤技术研究本项目实施中进行了准东煤煤质特性研究，得到了准东煤基本煤质特性及其沾污、结渣、着火、燃烟等特性。通过锅炉试烧准东煤试验，发现现役锅炉燃用准东煤时主要存在结渣和沾污严重、制粉系统干燥出力不足等主要问题。根据准东煤煤质特性及现役锅炉燃用准东煤存在的主要问题，本项目提出了燃烧器、吹灰系统、热风系统、空预器的综合改造方案，并在国网阜康电厂2台480t//h锅炉上进行了实施。锅炉改造完成后，又对燃烧系统、制粉系统、空预器等进行了深入的优化调整。通过以上工作，2台480t/h锅炉可实现80%以下负荷时全烧准东煤，80%以上负荷时燃用80%比例准东煤，全年准东煤比例达到90%左右。经燃烧器改造，锅炉NOx生成量降低到200mg/m左右，上述两项指标均为国内同类机组最好水平。同时，改造后锅炉效率有所升高，进一步提高了机组运行经济性。