一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法技术

本发明专利技术提出一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法，其特点是：利用锅炉随负荷、气温分布的优化控制规律，分析平均煤质下各层燃烧器燃料量分配占比，并计算随负荷、气温变化的不同层燃烧器之间燃料量按比例分配的规律。将计算结果与对应负荷、气温下的DCS各层燃烧器燃料量的实时控制指令做差值，最终根据偏差做出燃料量分配比例修正，实现不同层燃烧器之间燃料量的合理分配。本发明专利技术提供的方法在变负荷及煤质波动较大的运行工况下能够快速准确地计算各层燃烧器燃料量分配比例，减少排放NOx的同时，且保证锅炉运行效率保持在高位水平。

【技术实现步骤摘要】
一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法
本专利技术属于锅炉燃烧优化控制
，具体涉及一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法。
技术介绍
燃烧器的运行方式指燃烧器负荷分配及其投停方式。其中，燃烧器负荷分配是指煤粉燃料在各层燃烧器喷口、各角或各只喷口的分配；燃烧器的投停方式是指投、停燃烧器的只数与位置。燃烧器的运行方式决定了炉膛燃烧过程的好坏，尤其是燃料量分配的合理性决定了锅炉燃烧效率的高低。在保证锅炉稳定燃烧的前提下，如何实现不同层燃烧器燃料量的合理分配，并保持较高的锅炉燃烧效率，是我们亟待解决的问题。许多学者针对锅炉燃料量的分配进行了研究，方彦军等通过改进的PSO算法计算了磨煤机出力组合对磨煤机的节能贡献，该方法虽然提高了磨煤机效率且降低了机组的厂用电耗，但是此燃煤分配方案未考虑炉膛燃烧状况对锅炉发电效率的影响。李静等通过分析总煤量-功率关系图，发现机组在同一负荷下平均煤耗量变化范围较大，锅炉效率出现波动，于是将锅炉运行效率分为高效区和低效区，然后通过实验验证锅炉运行在高效区时，不同层燃烧器给煤量的比例关系对提高燃烧效率的贡献，该方案仅总结了总燃料量随机组负荷变化时不同层燃烧器的分配趋势，但是无法给出不同层燃烧器燃料量的具体分配比例。王福珍设计了通流面积可调燃烧器及双向双分级燃烧技术，利用分隔板把燃烧器内部分隔为2～4个分隔通道，实现了A～E层燃烧器适应锅炉负荷的投运方式，尤其是超低负荷工况下稳燃、低NOx的运行，但是此类方案需要对燃烧器硬件进行改造，由于硬件改造工程量较大，且需要多次启、停机对硬件性能不断调试，因此此类方案适用性较差。总结已有方法，暂未发现随负荷、气温变化精准调节不同层燃烧器之间燃料量分配的方法。因此，基于机组历史运行数据，挖掘潜在提升机组锅炉经济性的煤粉分配方式，发展一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法具有实际的科学意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点和不足，提供一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法，其利用锅炉随负荷、气温分布的优化控制规律，分析平均煤质下各层燃烧器燃料量分配占比，计算得出随负荷、气温变化的不同层燃烧器之间燃料量按比例分配的优化控制规律。将计算结果匹配对应负荷、气温下的DCS控制指令，最终根据偏差做出比例修正，实现不同层燃烧器之间燃料量的合理分配。特别说明一下，本专利技术仅仅以DCS记录的各层给煤机转速表示各层燃烧器燃料量、各层给煤机转速之和表示全部燃烧器总燃料量，没有考虑煤质变化的影响，得到的结果将是在实际煤质波动条件下的平均煤质下的经济性和排放水平的相对变化，并不是追求绝对准确的经济性评价指标。本专利技术解决技术问题的技术方案是：一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：1)建立按负荷、气温分布的优于优化目标的控制规律①获取机组历史运行数据a确定从DCS历史数据库中提取的参数类型xk，参数类型包括：实际负荷、总燃料量、各层给煤机燃料量、各层磨煤机一次风量、二次风总量、各层二次风门开度、各层给煤机转速、总风量、给水流量、主蒸汽压力、调节级压力、烟气含氧量、送风机入口风温、NOx浓度和过热器壁温，其中参数类别以k划分，k＝1，2，…，K个；b设定数据的时间间隔值；c根据步骤a中列出的参数和步骤b设定的数据时间间隔值，以同一时刻所述参数的数据单元作为数据包，提取燃煤机组过去一年DCS历史运行数据；②按负荷、气温划分二维区间，将历史数据按二维区间进行分类a根据全年负荷主要运行区段，确定负荷优化区间：设机组在主要运行区段内的最高运行负荷为Smax，最低运行负荷为Smin，则负荷优化区间为[Smin，Smax]；b确定负荷区间数：设负荷划分间隔为LS，i代表划分的负荷区间数，i＝1，2，…，m个，则负荷区间数m通过公式(1)获得；m＝(Smax-Smin)/LS(1)c根据全年送风机入口风温变化，确定气温优化区间：设全年送风机入口最高风温为Tmax，最低风温为Tmin，则气温优化区间为[Tmin，Tmax]；d确定气温区间数：设气温划分间隔为LT，j代表划分的气温区间数，j＝1，2，…，n个，则气温区间数n通过公式(2)获得：n＝(Tmax-Tmin)/LT(2)e由步骤a～d获得第i负荷段、第j气温段的二维区间为公式(3){[Smin+(i-1)×LS，Smin+i×LS]，[Tmin+(j-1)×LT，Tmin+j×LT]}(3)③计算各二维区间的各类参数均值、锅炉效率均值和NOx排放均值a将步骤①获取的机组历史运行数据的数据包按照步骤②划分的二维区间进行分类，超出负荷、气温二维区间的数据包予以舍弃；b统计步骤a中各二维区间内数据包数量l，l＝1，2，…，Li，j个；则式(3)所表述的二维区间内的运行数据表示为：xi，j，k，l，所述二维区间的各类参数均值为公式(4)所示：式中：表示第i负荷段、第j气温段内第k个参数的均值；c定义锅炉效率均值＝实际负荷均值/总燃料量均值，锅炉效率均值为公式(5)所示：式中：和为该二维区间的总燃料量均值，和为该二维区间的实际负荷均值，其中d计算NOx排放均值且e二维区间的各类参数出现无效数据的处理；④根据优化目标筛选二维区间内的数据包在第i负荷段、第j气温段组成的二维区间内，通过优于锅炉效率均值和NOx排放均值来优选数据包，筛选条件为公式(6)所示：式中：xi，j，E，l和xi，j，NOx，l表示第i负荷段、第j气温段、第l个数据包的锅炉效率和NOx排放，其中⑤各二维区间优于锅炉效率均值和NOx排放均值的数据包的处理a符合优化目标的数据包经筛选后保存在原二维区间内，并统计符合优化目标的数据包数量l′，其中l′＝1，2，…，Li，j′，不符合优化目标的数据包予以淘汰；b优选后的二维区间的数据包个数少于限定值的处理；⑥从各二维区间优于优化目标的数据集合中计算该区间各类参数均值对于符合优化目标的数据包再次计算该二维区间各类参数均值为公式(7)所示：式中：表示筛选后的第i负荷段、第j气温段、第k个参数的均值；x′i，j，k，l′表示筛选后第i负荷段、第j气温段、第k个参数的第l′个数据，由此得到按负荷、气温分布的优于优化目标的优化控制规律；⑦二维区间内异常数据的处理对于二维区间内的异常数据，依据相邻工况运行数据的渐变性，采用正则化矩阵对突变峰值进行均值滤波；2)计算优化控制规律下A～H层燃烧器燃料量分配占比①计算所有燃烧器总燃料量定义A～H表示各层燃烧器标号，为第i负荷段、第j气温段A～H层给煤机转速之和，即所有燃烧器总燃料量为公式(8)所示：式中：为第i负荷段、第j气温段的A～H层给煤机转速，即A～H层燃烧器燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)建立按负荷、气温分布的优于优化目标的控制规律/n①获取机组历史运行数据/na确定从DCS历史数据库中提取的参数类型x

【技术特征摘要】
1.一种燃煤锅炉不同层燃烧器之间燃料量分配的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)建立按负荷、气温分布的优于优化目标的控制规律
①获取机组历史运行数据
a确定从DCS历史数据库中提取的参数类型xk，参数类型包括：实际负荷、总燃料量、各层给煤机燃料量、各层磨煤机一次风量、二次风总量、各层二次风门开度、各层给煤机转速、总风量、给水流量、主蒸汽压力、调节级压力、烟气含氧量、送风机入口风温、NOx浓度和过热器壁温，其中参数类别以k划分，k＝1，2，…，K个；
b设定数据的时间间隔值；
c根据步骤a中列出的参数和步骤b设定的数据时间间隔值，以同一时刻所述参数的数据单元作为数据包，提取燃煤机组过去一年DCS历史运行数据；
②按负荷、气温划分二维区间，将历史数据按二维区间进行分类
a根据全年负荷主要运行区段，确定负荷优化区间：设机组在主要运行区段内的最高运行负荷为Smax，最低运行负荷为Smin，则负荷优化区间为[Smin，Smax]；
b确定负荷区间数：设负荷划分间隔为LS，i代表划分的负荷区间数，i＝1，2，…，m个，则负荷区间数m通过公式(1)获得；
m＝(Smax-Smin)/LS(1)
c根据全年送风机入口风温变化，确定气温优化区间：设全年送风机入口最高风温为Tmax，最低风温为Tmin，则气温优化区间为[Tmin，Tmax]；
d确定气温区间数：设气温划分间隔为LT，j代表划分的气温区间数，j＝1，2，…，n个，则气温区间数n通过公式(2)获得：
n＝(Tmax-Tmin)/LT(2)
e由步骤a～d获得第i负荷段、第j气温段的二维区间为公式(3)
{[Smin+(i-1)×LS，Smin+i×LS]，[Tmin+(j-1)×LT，Tmin+j×LT]}(3)
③计算各二维区间的各类参数均值、锅炉效率均值和NOx排放均值
a将步骤①获取的机组历史运行数据的数据包按照步骤②划分的二维区间进行分类，超出负荷、气温二维区间的数据包予以舍弃；
b统计步骤a中各二维区间内数据包数量l，l＝1，2，…，Li，j个；则式(3)所表述的二维区间内的运行数据表示为：xi，j，k，l，所述二维区间的各类参数均值为公式(4)所示：



式中：表示第i负荷段、第j气温段内第k个参数的均值；
c定义锅炉效率均值＝实际负荷均值/总燃料量均值，锅炉效率均值为公式(5)所示：



式中：和为该二维区间的总燃料量均值，和为该二维区间的实际负荷均值，其中
d计算NOx排放均值且
e二维区间的各类参数出现无效数据的处理；
④根据优化目标筛选二维区间内的数据包
在第i负荷段、第j气温段组成的二维区间内，通过优于锅炉效率均值和NOx排放均值来优选数据包，筛选条件为公式(6)所示：



式中：xi，j，E，l和xi，j，NOx，l表示第i负荷段、第j气温段、第l个数据包的锅炉效率和NOx排放，其中
⑤各二维区间优于锅炉效率均值和NOx排放均值的数据包的处理
a符合优化目标的数据包经筛选后保存在原二维区间内，并统计符合优化目标的数据包数量l′，其中l′＝1，2，…，Li，j′，不符合优化目标的数据包予以淘汰；
b优选后的二维区间的数据包个数少于限定值的处理；
⑥从各二维区间优于优化目标的数据集合中计算该区间各类参数均值
对于符合优化目标的数据包再次计算该二维区间各类参数均值为公式(7)所示：



式中：表示筛选后的第i负荷段、第j气温段、第k个参数的均值；x′i，j，k，l′表示筛选后第i负荷段、第j气温段、第k个参数的第l′个数据，由此得到按负荷、气温分布的优于优化目标的优化控制规律；
⑦二维区间内异常数据的处理
对于二维区间内的异常数据，依据相邻工况运行数据的渐变性，采用正则化矩阵对突变峰值进行均值滤波；
2)计算优化控制规律下A～H层燃烧器燃料量分配占比
①计算所有燃烧器总燃料量
定义A～H表示各层燃烧器标号，为第i负荷段、第j气温段A～H层给煤机转速之和，即所有燃烧器总燃料量为公式(8)所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：周怀春，王志，米列东，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22