【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃煤火电发电，尤其是一种燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统及方法。
技术介绍
1、目前，火电机组为了提高燃煤电厂经济型，大量使用灰分含量高、灰熔点低的劣质煤，极大增加了水冷壁结渣的风险。除此而外，为了适应电网调峰，燃煤锅炉需要频繁的进行负荷调整，进而导致锅炉偏离实际工况，引起燃烧不稳定，炉内温度和组分分布不合理，进一步加剧了水冷壁结渣的风险。
2、尽管研究人员已经建立多种结渣倾向预测模型，然而这些模型都依赖于炉内高精度的温度和组分分布信息。虽然近年来燃煤锅炉内温度和组分的测量技术得到了快速发展，然而锅炉作为一个强耦合、非线性系统，且炉内温度高、飞灰含碳量高，测量环境恶劣，仍然难以实现炉内温度和组分分布的高精度实时测量。为了获得详细的炉内温度和组分分布信息，大量研究者利用cfd方法对水冷壁的结渣倾向和防结渣优化方法进行研究。然而cfd方法对各种方程详细求解导致cfd方法耗时过长，因此cfd方法更适合离线防结渣原因分析和指导，难以实现炉内燃烧动力场和水冷壁结渣倾向的实时监测。因此，为了能够让现场工作人员实时了解水冷壁结渣倾向，同时能够对运行参数进行自动寻优调整，提出和设计一种水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统和方法十分必要。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统及方法，实现了水冷壁结渣倾向的高精度实时监测，为现场运行人员提供指导。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供
3、dcs数据处理模块接收锅炉系统的dcs系统数据，包括负荷、入炉煤质参数、各个喷口煤量和风门开度等参数，并能对读取的数据进行加工处理，使其能够作为pod快速重构模块的查询条件；
4、cfd模拟计算样本数据库模块对不同负荷、配煤和配风方式下的燃烧过程进行大规模数值模拟，使得模拟的工况能覆盖现场的常用工况，将计算得到的炉内温度场和组分场(o2、co、co2等)以矩阵形式进行存储；
5、pod快速重构模块存储有本征正交分解和神经网络算法和参数，首先分别对cfd模拟计算样本数据库模块存储的温度和组分进行本征正交分解，提取出模态和模态系数，之后利用神经网络建立工况信息(负荷、煤质、风门开度等)和模态系数之间的拟合关系，同时接受来自dcs数据处理模块传递的查询条件，实现训练样本之外的任意工况温度和组分分布的实时预测；
6、结渣评估模块存储有水冷壁结渣模糊综合评价算法和参数，基于pod快速重构模块计算得到的水冷壁附近的详细的温度和组分分布情况，结合煤质信息对水冷壁附近每个网格点进行结渣模糊综合评价；
7、防结渣优化模块存储有基于遗传算法的优化算法和参数，基于结渣评估模块得到的水冷壁结渣评估结果，以中等结渣和严重结渣面积占总水冷壁的面积的比例为适应度函数，采用遗传算法对当前负荷下的配煤和配风方式进行优化，得到当前负荷结渣面积最小的工况参数；
8、燃烧状态显示模块能够对水冷壁结渣等级进行高精度显示，还能对任意点、线、面和三维区域的温度场和组分场进行查询。
9、优选的，dcs数据处理模块有两路数据输入，其中一路数据输入端口能够接收锅炉系统的dcs系统数据，获取包括负荷、煤质、各喷口煤量、风门开度等运行参数，在闭环优化控制时，另一路数据输入端口能够接收优化后的风门开度和磨煤机运行状态等指令。
10、优选的，dcs数据处理模块有两路数据输出，其中一路数据输出端口对从dcs系统读取的数据进行加工处理，并将其传递给pod快速重构模块，在闭环优化控制时，另一路数据输出端口对优化后的风门开度和磨煤机运行状态等指令进行加工，并传递给dcs系统。
11、优选的，cfd模拟计算样本数据库模块计算内容包括烟气温度场、烟气组分场和颗粒相温度场数据，以矩阵形式分别存储不同场的计算结果。
12、优选的，pod快速重构模块设有两路数据输入，其中一路数据输入端口能够接收dcs数据处理模块的现场实测数据，另一路数据输入端口能够接收cfd模拟计算样本数据库模块存储的计算结果。
13、优选的，防结渣优化模块对风门开度、各层燃烧器所用煤种和给煤量进行优化。
14、优选的，燃烧状态显示模块能够对当前工况任意截面的烟气温度场、烟气组分场和颗粒相温度场进行显示，还能够对水冷壁的结渣倾向进行显示，交互方式包括鼠标键盘指令、手势、动作和语音。
15、优选的，燃烧状态显示模块设有三路数据输入，其中一路数据输入端口能接收pod快速重构模块计算的温度和组分分布信息，另一路端口能接收结渣评估模块对水冷壁结渣评估信息，在开环指导时，第三路数据输入端口能接收防结渣优化模块优化后的工况参数。
16、相应的，一种燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的方法，包括如下步骤：
17、步骤1、按照锅炉的尺寸和结构构建锅炉的三维模型，并对其内部流场进行网格划分，根据实际需求进行工况设计，在cfd模拟计算样本数据库模块采用计算流体动力学耦合化学反应方法对炉内燃烧动力场进行模拟计算，将全场计算结果以矩阵形式进行存储；
18、步骤2、在pod快速重构模块，利用本征正交分解分别对各个场数据进行分解，在得到分解的模态系数，利用神经网络训练预测模型，建立工况信息(负荷、煤质、风门开度等)和模态系数之间的拟合关系，实现任意工况模态系数的快速预测；
19、步骤3、通过dcs数据处理模块读取现场实时工况信息，将其输入步骤2中训练好的神经网络预测模型，得到当前工况的模态系数，将模态系数和步骤2中的模态线性组合，实现温度场的实时重构。采取同样的方法实现其他速度场、组分场的实时重构；
20、步骤4、在结渣评估模块，基于步骤3得到的温度场和组分场全场信息，提取出水冷壁附近的值，结合所用煤种的煤质参数，对水冷壁附近的每一个网格进行结渣模糊综合评价；
21、步骤5、在防结渣优化模块中，以中等结渣和严重结渣面积占总水冷壁的面积的比例为适应度函数，采用遗传算法对当前负荷下的风门开度、各层燃烧器所用煤种和各层煤量进行优化，得到当前负荷下结渣倾向最低的工况参数；
22、步骤6、在闭环控制模式下，优化后的工况参数传递给dcs数据处理模块，经过加工处理后传递给dcs系统进行闭环控制；在开环指导模式下，优化后的工况参数传递给燃烧状态显示模块，为现场运行人员提供防结渣指导。
23、优选的，步骤4中，进行结渣模糊综合评价因素集包括所用煤种的最低灰软化温度stmin、无量纲温度φt和过量空气系数φa，φt和φa的计算公式如下：
24、
25、
26、其中tp和分别是水冷壁附近每个网格点的温度和氧气体积分数，评判集包括“轻微结渣本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，包括：DCS数据处理模块、CFD模拟计算样本数据库模块、POD快速重构模块、结渣评估模块、防结渣优化模块和燃烧状态显示模块；
2.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，DCS数据处理模块有两路数据输入，其中一路数据输入端口能够接收锅炉系统的DCS系统数据，获取包括负荷、煤质、各喷口煤量、风门开度等运行参数，在闭环优化控制时，另一路数据输入端口能够接收优化后的风门开度和磨煤机运行状态指令。
3.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，DCS数据处理模块有两路数据输出，其中一路数据输出端口对从DCS系统读取的数据进行加工处理，并将其传递给POD快速重构模块，在闭环优化控制时，另一路数据输出端口对优化后的风门开度和磨煤机运行状态等指令进行加工，并传递给DCS系统。
4.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，CFD模拟计算样本数据库模块计算内容包括烟气温度场、烟气组分场和颗粒相
5.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，POD快速重构模块设有两路数据输入，其中一路数据输入端口能够接收DCS数据处理模块的现场实测数据，另一路数据输入端口能够接收CFD模拟计算样本数据库模块存储的计算结果。
6.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，防结渣优化模块对风门开度、各层燃烧器所用煤种和给煤量进行优化。
7.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，燃烧状态显示模块能够对当前工况任意截面的烟气温度场、烟气组分场和颗粒相温度场进行显示，还能够对水冷壁的结渣倾向进行显示，交互方式包括鼠标键盘指令、手势、动作和语音。
8.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，燃烧状态显示模块设有三路数据输入，其中一路数据输入端口能接收POD快速重构模块计算的温度和组分分布信息，另一路端口能接收结渣评估模块对水冷壁结渣评估信息，在开环指导时，第三路数据输入端口能接收防结渣优化模块优化后的工况参数。
9.一种应用于如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的方，其特征在于，步骤4中，进行结渣模糊综合评价因素集包括所用煤种的最低灰软化温度STmin、无量纲温度Φt和过量空气系数Φa，Φt和Φa的计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，包括：dcs数据处理模块、cfd模拟计算样本数据库模块、pod快速重构模块、结渣评估模块、防结渣优化模块和燃烧状态显示模块；
2.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，dcs数据处理模块有两路数据输入，其中一路数据输入端口能够接收锅炉系统的dcs系统数据，获取包括负荷、煤质、各喷口煤量、风门开度等运行参数，在闭环优化控制时，另一路数据输入端口能够接收优化后的风门开度和磨煤机运行状态指令。
3.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，dcs数据处理模块有两路数据输出，其中一路数据输出端口对从dcs系统读取的数据进行加工处理，并将其传递给pod快速重构模块，在闭环优化控制时，另一路数据输出端口对优化后的风门开度和磨煤机运行状态等指令进行加工，并传递给dcs系统。
4.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，cfd模拟计算样本数据库模块计算内容包括烟气温度场、烟气组分场和颗粒相温度场数据，以矩阵形式分别存储不同场的计算结果。
5.如权利要求1所述的燃煤锅炉水冷壁结渣实时监测和防结渣优化的系统，其特征在于，pod快速重构模块设有两路数据输入，其中一路数据输入端口能够...
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