電站鍋爐混煤低NOX燃燒建模與運行優(yōu)化研究.pdf

1、電站鍋爐燃燒優(yōu)化是提升鍋爐燃燒效率、降低污染物排放的有效方法，同時也是提升燃煤發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益、實現(xiàn)火力發(fā)電節(jié)能減排的必由之路。本文研究了基于數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)值模擬的電站鍋爐燃燒建模及優(yōu)化方法，建立了基于數(shù)據(jù)挖掘的煤質(zhì)特性預(yù)測模型、電站鍋爐燃燒建模與優(yōu)化方法以及基于數(shù)值模擬的低NOX燃燒建模方法，并在兩臺不同等級電站鍋爐上開展了燃燒優(yōu)化應(yīng)用。
　　針對電站燃煤發(fā)熱量測量滯后、測量不準的情況，收集了國內(nèi)外共四千多條煤質(zhì)工業(yè)分析和發(fā)熱量數(shù)

2、據(jù)，對工業(yè)分析各指標與發(fā)熱量之間的關(guān)系進行了分析，采用支持向量機建立了基于煤質(zhì)工業(yè)分析的發(fā)熱量預(yù)測模型，該模型與傳統(tǒng)多元線性回歸模型相比，預(yù)測精度得到了提升。煤粉著火特性和燃盡特性是鍋爐運行中的重要參數(shù)。針對電站燃煤著火特性和燃盡特性測量困難的現(xiàn)狀，收集了46種電站主力煤種并進行了相應(yīng)的煤質(zhì)分析及著火溫度和燃盡溫度測定，采用序列后向搜索算法進行特征選擇，建立了基于支持向量機的煤粉著火溫度和燃盡溫度預(yù)測模型，模型對著火溫度和燃盡溫度預(yù)測的

3、平均相對誤差僅為3.02％和2.93%。為電站優(yōu)化配煤和運行過程中優(yōu)化配風提供了依據(jù)，也為多煤種混煤摻燒條件下的電站鍋爐燃燒建模及優(yōu)化研究奠定了基礎(chǔ)。
　　電站歷史運行數(shù)據(jù)中蘊含了豐富的知識。以某700MW鍋爐低NOX燃燒優(yōu)化為例，對基于歷史運行數(shù)據(jù)挖掘的燃燒特性建模及優(yōu)化方法進行了研究，提出了一種結(jié)合極限學(xué)習(xí)機和和聲搜索算法燃燒優(yōu)化模型。所建立的NOX排放模型可快速、準確預(yù)測不同運行工況下鍋爐NOX排放濃度：平均相對誤差僅1.4

4、%，預(yù)測精度高于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法、與支持向量機不相上下，但在建模響應(yīng)方面遠優(yōu)于傳統(tǒng)建模方法；進一步采用和聲搜索算法對兩個典型工況的運行參數(shù)進行了優(yōu)化研究，優(yōu)化后兩個工況的NOX排放分別降低了16.5%和19.3%。優(yōu)化結(jié)果還得到現(xiàn)場試驗的驗證。
　　針對低NOX燃燒鍋爐爐內(nèi)主燃燒區(qū)氧濃度較低而二氧化碳、水蒸氣濃度相對較高的特點，以某660MW深度空氣分級燃燒鍋爐為研究對象，研究了不同燃燒模型對低NOX燃燒鍋爐爐內(nèi)燃燒數(shù)值模擬的

5、適應(yīng)性，并對低NOX燃燒鍋爐的燃燒特性進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)未包含焦炭氣化反應(yīng)的燃燒模型對爐內(nèi)CO濃度的預(yù)測偏低，在主燃區(qū)內(nèi)焦炭燃燒速率偏低，焦炭的燃燒集中到爐膛上部區(qū)域，并導(dǎo)致最終燃盡率偏低，爐內(nèi)NO分布濃度在也與實際情況有較大差異。包含焦炭氣化反應(yīng)的燃燒模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合更好。對該低NOX燃燒鍋爐燃燒特性研究發(fā)現(xiàn)：低NOX燃燒改造后爐內(nèi)CO濃度較改造前高出約一倍，焦炭燃燒速率的兩個較大峰值從AA風和CCOFA所在高度層移動到C

6、COFA和SOFA所在高度層。隨著運行氧量的上升，CO排放、飛灰可燃物顯著下降，NOX排放小幅上升。燃盡風比例下降有利于降低CO排放和飛灰可燃物，但同時NOX排放也上升。
　　應(yīng)用所建立的燃燒特性預(yù)測模型和燃燒建模及優(yōu)化方法對某660MW低NOX燃燒鍋爐多煤種混煤摻燒條件下的綜合燃燒優(yōu)化進行了研究。對常用煤種的著火溫度、燃盡溫度進行了預(yù)測，并運用極限學(xué)習(xí)機建立了包含煤質(zhì)信息的鍋爐NOX排放、CO和飛灰可燃物預(yù)測模型，實現(xiàn)了對燃用不

7、同煤種時、不同負荷工況下NOX排放以及CO和飛灰可燃物的變化趨勢的準確預(yù)測；進一步采用和聲搜索算法對鍋爐燃燒進行協(xié)同優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果有效地降低了發(fā)電成本。應(yīng)用前述數(shù)值燃燒模型對某100MW鍋爐摻燒污泥燃燒特性及污染物排放特性進行了細致的研究，并對電站煤粉鍋爐中污泥摻燒比例、含水率進行了安全、經(jīng)濟、環(huán)保協(xié)同優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)當污泥摻燒比例達到10%以上時，主燃燒區(qū)的壁面熱負荷和著火特性下降明顯；降低污泥含水量有利于改善爐內(nèi)燃燒特性，但改善程度有