电站锅炉燃烧状态监测与优化策略研究

论文摘要

随着市场竞争的加剧、能源的日益短缺以及对环境保护的要求越来越严格,迫切需要火电机组提高其锅炉燃烧系统的运行水平,以尽快达到节能减排指标。本文采用基于数据驱动的多种不同方法研究了电站锅炉燃烧的状态监测和性能评价问题,并以此为基础从稳定、经济和环保三个不同侧面统计挖掘锅炉最佳的风煤分配组合,作为优化运行的操作指导。本文的研究内容及取得的主要成果体现在以下五个方面:①通过广泛的选择和比较,在机理分析的基础上,分别选用火焰强度、炉膛压力和蒸汽热能参数三种方式实现燃烧状态的稳定性监测。研究表明,火焰强度和炉膛压力对燃烧状态变化的响应灵敏,可用作稳定性的实时监测;蒸汽热能参数能够从整体上反映稳定性能的高低;并且在同一工况下,稳定性能与经济性能具有一致性。②通过主成分分析法,结合蒸汽热能品质的波动特性,定义燃烧综合稳定因子,作为燃烧稳定性能的评价指标,弥补以往炉内直接监测在全面定量评价燃烧稳定性方面上的不足。计算该性能因子,一方面有助于评判最优燃烧过程,供优化运行参考;另一方面可作为班组考核指标,以促进运行操作水平的提高。③选用烟气含氧量作为燃烧经济性监测参数,并确定锅炉效率为相应的评价指标。借助灰箱建模方法实现烟气含氧量的软测量,以保证过量空气系数的有效估计,从而有助于锅炉效率的计算。研究表明,灰箱模型相比神经网络等辨识模型,具有更加明显的物理意义和更高的预测精度。④以NOx排放量作为燃烧环保性能主要监测和评判参数。根据分级燃烧思想,分别从燃料分级和风分级两种方法入手,通过对某600MW锅炉历史燃烧工况的分析,得出低NOx排放的配风方式以及磨煤机组合方式。⑤综合本文的研究成果,以大唐盘山#3锅炉系统为例,分别以燃烧稳定性能、燃烧经济性能及环保性能为目标,统计分析得到不同负荷区间最佳的磨煤机组合方式和一次风搭配方式,并根据决策树理论挖掘同类工况的风煤最佳出力规则。结果表明,本文所提出的燃烧优化解决方案具有重大的实际应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 电站锅炉燃烧状态监测的研究现状
• 1.3 电站燃烧系统优化运行的研究动态
• 1.3.1 基于理论建模的燃烧优化研究
• 1.3.2 基于神经网络的燃烧优化研究
• 1.3.3 基于数据挖掘的燃烧优化研究
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 电站锅炉燃烧状态稳定性监测研究
• 2.1 燃烧状态监测的意义及方法
• 2.2 基于火焰强度信号的燃烧状态监测
• 2.2.1 火焰强度与燃烧强度
• 2.2.2 不同稳定状态下的火焰强度波动特性
• 2.3 基于分形理论的炉膛压力波动特性分析
• 2.3.1 炉膛压力信号的研究意义及影响因素
• 2.3.2 R/S 分析与 Hurst 指数计算
• 2.3.3 Hurst 指数计算的实用化处理
• 2.3.4 基于炉膛压力信号的稳定性能评价实例
• 2.4 基于统计分析的燃烧稳定性能监测
• 2.4.1 燃烧相关变量的选取
• 2.4.2 燃烧稳定性能的间接反映
• 2.5 本章小结
• 第三章 燃烧稳定性能综合评判研究
• 3.1 过程稳态检测方法及燃烧稳定性指数
• 3.2 稳定性表征变量的选取与分析
• 3.2.1 特征变量选取根据
• 3.2.2 稳态工况下的自相关特性分析
• 3.2.3 控制作用对稳态过程的影响
• 3.3 基于 PCA 的燃烧稳定性能综合评价
• 3.3.1 PCA算法及原理
• 3.3.2 PCA综合评价
• 3.3.3 燃烧稳定性能综合评价步骤
• 3.4 燃烧稳定性能综合评价实例
• 3.4.1 样本点的选取和单变量 SF 指标计算结果
• 3.4.2 综合评价结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 燃烧经济性监测及评价指标计算
• 4.1 燃烧经济性监测指标相关问题讨论
• 4.1.1 锅炉效率与燃烧效率
• 4.1.2 常用的锅炉效率计算模型
• 4.1.3 燃烧经济性的影响因素
• 4.1.4 过量空气系数的确定
• 4.2 基于灰箱理论的烟气含氧量软测量
• 4.2.1 灰箱建模原理
• 4.2.2 灰箱建模算法
• 4.2.3 氧量灰箱建模
• 4.2.4 灰箱建模与常规软测量方法的比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于分级燃烧原理的低氮燃烧技术研究
• 5.1 火电厂的氮氧化物排放
• 5.1.1 氮氧化物的危害
• 5.1.2 氮氧化物的生成原理
• 5.1.3 当前氮氧化物的排放标准
• 5.1.4 燃煤电厂氮氧化物控制原则性方法
• 5.2 减少 NOx 生成的优化配风策略
• 5.2.1 风分级
• 5.2.2 600MW 电站锅炉的配风
• 5.2.3 配风方式对 NOx 生成量影响分析
• 5.3 减少 NOx 生成的磨煤机优化组合策略
• 5.3.1 燃料分级
• 5.3.2 制粉系统负荷分配原则
• 5.3.3 NOx 最低生成的磨煤机组合方式分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 600MW 锅炉系统的燃烧优化策略
• 6.1 电站运行参数间的关联特性
• 6.1.1 火电厂运行参数的特点
• 6.1.2 电站运行参数的关联特性
• 6.2 基于决策树模型的数据挖掘算法
• 6.2.1 C4.5 决策树的生成及修剪
• 6.2.2 C4.5 决策树的规则生成及boosting 技术
• 6.3 数据获取及预处理
• 6.3.1 燃烧系统实例介绍
• 6.3.2 厂级监控信息系统
• 6.3.3 工况分析模块
• 6.3.4 研究所需的变量
• 6.3.5 数据校正的几个关键问题
• 6.4 基于燃烧状态性能评价的优化运行策略
• 6.4.1 风煤优化组合方式的统计分析
• 6.4.2 风煤配比规则的决策树挖掘
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的文章
• 攻读博士期间参加的科研工作