电站锅炉预测控制与燃烧优化研究

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越来越严格的要求，迫切要求火电机组提高其过程控制水平，降低能耗及大气污染排放，一种行之有效的办法是采用先进控制与工程优化技术。模型预测控制等先进控制算法和各种优化算法在理论上日臻成熟，其中有些算法在国外已经取得了广泛的工业应用。在我国，新型控制系统的引入已经为这些先进算法的应用提供了硬件条件，因而出现了一些成功应用的例子，然而，这些应用距离算法的工程推广还有相当的距离，其原因是多方面的：首先，许多算法理论过于复杂、参数调节不够简洁直观，难以被一般的工程人员掌握；其次，缺乏自主开发的工程化软件。 我们选择阶梯式广义预测控制(SGPC)算法和一种基于过程动态模型的在线优化算法，从先进控制与优化两个方面，理论与实践两个层次探讨这些算法与它们在火电机组中的实际应用之间的衔接问题。 论文开始简要回顾了先进控制、预测控制及工程优化技术的发展，并对火电机组中先进控制与优化技术的应用进行了归类综述，指出这些算法在我国火电机组中远没有得到工程推广，进而引出本文的主要研究内容。论文的主体部分包括算法的研究、工程软件的开发及具体工业应用，首先，针对上述两方面的原因，对阶梯式广义预测控制算法和一种基于过程动态模型的优化算法进行改进，并开发一套工程化的软件平台，然后，在一台具体的火电锅炉上进行先进控制和优化，实验结果进一步验证了这些技术和思想的可行性。最后，总结了本文的工作并对将来的研究课题进行了展望。 本文在研究内容上的主要特色与创新点体现在以下几个方面： 一．针对具体工业应用中在参数调节方面碰到的问题，对阶梯式广义预测控制算法进行改进。改进后的算法在保持了原算法性能的基础上，使其参数调节更直观，从而更容易被一般工程人员掌握，这对于促进该算法的工程推广很有意义。 二．以一种基于过程动态模型的在线优化算法为基础，通过对其中的优化算法和在线模型辨识算法进行改进，避免了矩阵求逆，增强了对于干扰的适应能力，得到了一种性能良好、实现方便的算法。 三．采用面向对象的设计方法，在国内首次开发了一套针对火电锅炉的先进控制与优化软件平台，该平台通过模块化设计、实现统一的数据预处理以及灵活而严格的安全限制，容易应用于实际的工业过程中。 四．针对山东省石横发电厂2号锅炉，通过燃烧调整试验了解其特性，实现了氧量校正回路的预测控制，并在我国电站锅炉中首次实现基于动态非

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表格目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 先进控制与优化技术综述
• 1.2.1 先进控制的发展
• 1.2.2 工程最优化技术的发展
• 1.3 火电机组先进控制与优化的应用概述
• 1.3.1 火电机组系统概况
• 1.3.2 电厂锅炉先进控制与优化应用现状
• 1.3.3 电厂锅炉先进控制与优化应用中存在的问题
• 1.4 本文的主要工作及创新点
• 1.4.1 本文内容
• 1.4.2 本文结构
• 1.4.3 本文主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第2章 γ增量型阶梯广义预测控制算法
• 2.1 引言
• 2.2 SGPC算法
• 2.2.1 基本的 GPC算法
• 2.2.2 阶梯式策略
• 2.3 SGPC算法在参数调节中的问题及改进策略
• 2.3.1 λ参数调节不直观的问题
• 2.3.2 SGPC算法参数的重组
• 2.3.3 γ-SGPC算法的一些讨论
• 2.4 IMC结构及闭环系统特性
• 2.4.1 IMC结构
• 2.4.2 闭环系统特性
• 2.5 算法实现
• 2.6 仿真结果分析
• 2.6.1 从λ参数的调节到γ参数的调节
• 2.6.2 γ-SGPC算法用于自适应控制
• 2.6.3 电站机组仿真应用
• 2.7 本章小结
• 第3章 自适应在线优化算法
• 3.1 引言
• 3.2 在线优化的总体逻辑
• 3.3 非线性过程模型
• 3.3.1 模型结构
• 3.3.2 过程模型辨识
• 3.4 稳态优化
• 3.5 算法实现
• 3.6 仿真结果
• 3.7 关于该算法的一些讨论
• 3.8 本章小结
• 第4章 先进控制与优化软件
• 4.1 引言
• 4.2 需求分析
• 4.2.1 简介
• 4.2.2 用例模型
• 4.2.3 接口
• 4.3 设计
• 4.3.1 简介
• 4.3.2 用例视图
• 4.3.3 逻辑视图
• 4.3.4 进程视图
• 4.3.5 部署视图
• 4.4 实现
• 4.5 软件系统特点
• 4.5.1 软件整体框图
• 4.5.2 软件功能与特点
• 4.5.3 软件针对具体项目的工程实施步骤
• 4.6 本章小结
• 第5章 电站锅炉及燃烧调整试验
• 5.1 引言
• 5.2 火电机组及锅炉的结构
• 5.2.1 火力发电流程
• 5.2.2 电站锅炉燃烧系统
• 5.3 锅炉热效率的计算方法及影响分析
• 5.3.1 正平衡与反平衡
• 5.3.2 反平衡法热效率计算
• 5.3.3 在线热效率计算与误差分析
• 5.3.4 热效率影响因素分析
• 5.4 NOx的在线测量设备
• 5.5 燃烧调整试验分析
• 5.5.1 试验目的和内容
• 5.5.2 在线测量值的修正与估算
• 5.5.3 二次风箱与炉膛差压的问题
• 5.5.4 烟气含氧量对燃烧的影响
• 5.5.5 磨煤机组合方式对燃烧的影响
• 5.5.6 配风对燃烧的影响
• 5.5.7 试验结论
• 5.6 本章小结
• 第6章 氧量预测控制与燃烧优化
• 6.1 引言
• 6.2 组态修改
• 6.2.1 软件就绪信号
• 6.2.2 控制界面组态修改
• 6.2.3 输入界面
• 6.2.4 优化主界面
• 6.3 优化目标的选择
• 6.3.1 Nox修正
• 6.3.2 CO的限制
• 6.3.3 二次风箱与炉膛差压的限制
• 6.3.4 目标函数
• 6.4 参数调整与结果分析
• 6.4.1 部分数据在线滤波设计
• 6.4.2 氧量校正回路的预测控制
• 6.4.3 在线燃烧优化
• 6.5 优化效益分析
• 6.6 小结
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 读博期间发表的论文和参加的科研项目
• 致谢