一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法及系统与流程

[0001]
本发明涉及电站锅炉燃烧优化与自动控制领域。更具体地说，本发明涉及一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法及系统。


背景技术：

[0002]
燃煤锅炉作为火力发电的最为重要的组成部分，其性能直接影响燃煤电站运行。燃煤锅炉中普遍存在着严重的高温腐蚀，导致水冷壁钢材的腐蚀，严重时将导致水冷壁爆管，直接影响了燃煤电站的高效安全连续性运行，因此燃煤锅炉防高温腐蚀至关重要。通常，锅炉高温腐蚀与炉内h2s浓度直接相关，但炉内严苛的高温环境影响了其直接测量。目前已有研究表明锅炉炉内h2s浓度与co浓度存在着强烈的正相关性，且现今co在线检测设备已进入商业化生产，但目前如何通过炉膛内部co来监测调整锅炉运行进行高温腐蚀尚无高效精细智能化方法。发明专利cn105605563a公开了一种墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置及方法，但其仅提出了在炉膛内部加装co传感器，并且根据人为经验简单地将co浓度高的部位附近风门开度进行调整。发明专利cn109595586a公开了一种基于co在线检测的防锅炉高温腐蚀的燃烧优化方法及系统，但其也仅提出了co布置原则，并根据经验和实验提出了一种有限的风门调整方法。可见，两者均主要依据有限的经验和实验进行调整，并未针对锅炉运行数据进行充分挖掘来高效调整控制高温腐蚀。再者，智慧电厂已成为当今的发展趋势，电厂运行已趋向于高效化、精细化和智能化，因此亟待发展基于锅炉大数据的智能化防高温腐蚀方法及策略。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的是提供一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法及系统，旨在充分挖掘锅炉的历史运行数据，智能化地针对实时运行工况给出当前风门开度建议，改善锅炉高温腐蚀，提升电厂经济性和安全性。
[0004]
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法，包括：
[0005]
在锅炉炉膛上易腐蚀区域上和省煤器出口处分别设置多个co测点，以获取各位置实时co浓度；
[0006]
根据锅炉历史运行数据，建立锅炉的参数预测模型；
[0007]
建立风门开度数据集，所述风门为二次风门，其开度数据集包括所有风门开度的多个优化值a
ij
，i＝1、2、
…
、m，j为对象锅炉二次风门的序号，j＝1、2、
…
、n，m和n为正整数，且|a
0j-a
ij
|≤10％，其中a
0j
为风门的当前开度，且0≤a
ij
≤100％；
[0008]
将锅炉实时运行数据代入所述参数预测模型中，计算得到所述风门开度数据集各优化值下锅炉的锅炉效率预测值、锅炉的scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值和各co测点处的co浓度预测值；
[0009]
根据锅炉实时运行数据，计算锅炉的实时锅炉效率；
[0010]
将所述风门开度数据集各优化值下的锅炉效率预测值、锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值和各co测点处的co浓度预测值分别与锅炉的实时锅炉效率、锅炉的实时scr脱硝系统入口处nox的浓度和各co测点处的实时co浓度相对比，从而对锅炉风门的开度进行调整。
[0011]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法中，所述锅炉历史运行数据和所述锅炉实时运行数据均包括锅炉负荷、煤质参数、锅炉给煤量、锅炉各风门开度、飞灰和底渣含碳量、尾部co浓度、尾部氧量和排烟温度。
[0012]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法中，建立锅炉的参数预测模型时，包括：
[0013]
采用神经网络模型构建锅炉的参数预测初始模型；
[0014]
获取一段时间内的锅炉历史运行数据以及各co测点的co浓度、锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度和锅炉效率，以锅炉历史运行数据作为输入样本，各co测点的co浓度、锅炉scr脱硝系统入口处nox浓度和锅炉效率为期望输出，输入到所述参数预测初始模型中进行训练，得到所述参数预测模型。
[0015]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法中，对锅炉各风门的开度进行调整时，包括：
[0016]
计算当前锅炉炉膛内co浓度的平均值，以及所述风门开度数据集各优化值下锅炉炉膛内co浓度的平均值，若所述风门开度数据集各优化值下锅炉炉膛内co浓度的平均值均大于当前锅炉炉膛内co浓度的平均值，则维持风门现有开度保持不变，否则选出所有不大于当前锅炉炉膛内co浓度平均值的锅炉炉膛内co浓度平均值所对应的风门开度优化值组成第一数据集；
[0017]
比较所述第一数据集各优化值下的锅炉效率预测值与锅炉的实时锅炉效率，若所述第一数据集各优化值下的锅炉效率预测值均小于锅炉的实时锅炉效率，则选择其中锅炉效率预测值最大时所对应的优化值作为风门的开度，否则选出所有不小于锅炉的实时锅炉效率的锅炉效率预测值所对应的风门开度优化值组成第二数据集；
[0018]
比较所述第二数据集各预测值下的锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值与锅炉的实时scr脱硝系统入口处nox的浓度，若所述第二数据集各优化值下的锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值均大于锅炉的实时scr脱硝系统入口处nox的浓度，则选择其中锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值最小时所对应的优化值作为风门的开度，否则选出所有不大于锅炉的实时scr脱硝系统入口处nox浓度的锅炉scr脱硝系统入口处nox浓度预测值所对应的风门开度优化值组成第三数据集；
[0019]
计算所述第三数据集各预测值下锅炉炉膛内co浓度的平均值，选择其中锅炉炉膛内co浓度平均值最小时所对应的风门开度优化值作为风门的目标开度。
[0020]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法中，所述a
ij
包括：a
0j
、a
0j
±
10％、a
0j
±
5％的所有组合。
[0021]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法中，锅炉炉膛内的主燃区和燃尽区各至少具有一个co测点。
[0022]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法中，省煤器出口处至少具有两个co测点。
[0023]
本发明还提供一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制系统，采用上述的锅炉风门开度控制方法，包括控制器、处理器和显示装置，所述控制器与锅炉的控制系统电连接，所述控制器和显示装置分别与所述处理器电连接。
[0024]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制系统中，还包括存储装置，所述存储装置与所述处理器电连接。
[0025]
优选的是，所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制系统中，所述控制器为dcs控制器。
[0026]
本发明针对目前燃煤电站锅炉高温腐蚀燃烧优化方法低效粗糙的问题，提供了一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法及系统，基于锅炉长期运行的历史数据，利用有监督的自学习神经网络方法进行训练学习深度挖掘运行数据规律，根据实时的运行状况给出具体的风门建议，在改善锅炉高温腐蚀的同时提升锅炉效率和降低氮氧化物生成，极大程度上提高了电站锅炉运行的自动化程度以及经济性。
[0027]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0028]
图1为本发明所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法的流程图；
[0029]
图2为本发明所述的参数预测模型的框架示意图；
[0030]
图3为本发明一实施例中锅炉内co测点的安装位置示意图；
[0031]
图4为本发明所述的一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0033]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0034]
如图1-图2所示，本发明的实施例提供一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法，包括：
[0035]
s1、在锅炉炉膛上易腐蚀区域上和省煤器出口处分别设置多个co测点，以获取各co测点实时的co浓度；其中，锅炉的炉膛内的主燃区和燃尽区各至少具有一个co测点，省煤器出口处至少具有两个co测点；
[0036]
s2、根据锅炉历史运行数据，建立锅炉的参数预测模型；其中，锅炉历史运行数据包括锅炉负荷、煤质参数、锅炉给煤量、锅炉各风门开度、飞灰和底渣含碳量、尾部co浓度、尾部氧量和排烟温度；建立锅炉的参数预测模型时，包括：
[0037]
采用神经网络模型构建锅炉的参数预测初始模型；
[0038]
获取一段时间内的锅炉历史运行数据以及各co测点的co浓度、锅炉scr脱硝系统
入口处nox的浓度和锅炉效率，以锅炉历史运行数据作为输入样本，各co测点的co浓度、锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度和锅炉效率为期望输出，输入到所述参数预测初始模型中进行训练，得到所述参数预测模型；
[0039]
s3、建立风门开度数据集，所述风门为二次风门，其开度数据集包括所有风门开度的多个优化值a
ij
，i＝1、2、
…
、m，j为对象锅炉二次风门的序号，j＝1、2、
…
、n，m和n为正整数，且|a
0j-a
ij
|≤10％，其中a
0j
为风门的当前开度，且0≤a
ij
≤100％；本实施例中，所述aij包括：a0j、a0j
±
10％、a0j
±
5％的所有组合；
[0040]
s4、将锅炉实时运行数据代入所述参数预测模型中，计算得到所述风门开度数据集各优化值下锅炉的锅炉效率预测值、锅炉的scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值和各co测点处的co浓度预测值；其中，锅炉实时运行数据均包括锅炉负荷、煤质参数、锅炉给煤量、锅炉各风门开度、飞灰和底渣含碳量、尾部co浓度、尾部氧量和排烟温度；
[0041]
s5、根据锅炉实时运行数据，计算锅炉的实时锅炉效率；
[0042]
s6、将所述风门开度数据集各优化值下的锅炉效率预测值、锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值和各co测点处的co浓度预测值分别与锅炉的实时锅炉效率、锅炉的实时scr脱硝系统入口处nox的浓度和各co测点处的实时co浓度相对比，从而对锅炉风门的开度进行调整，具体的，包括：
[0043]
a、计算当前锅炉炉膛内co浓度的平均值，以及所述风门开度数据集各优化值下锅炉炉膛内co浓度的平均值，若所述风门开度数据集各优化值下锅炉炉膛内co浓度的平均值均大于当前锅炉炉膛内co浓度的平均值，则维持风门现有的开度保持不变，否则选出所有不大于当前锅炉炉膛内co浓度平均值的锅炉炉膛内co优化浓度平均值所对应的风门开度优化值组成第一数据集；
[0044]
b、比较所述第一数据集各优化值下的锅炉效率预测值与锅炉的实时锅炉效率，若所述第一数据集各优化值下的锅炉效率预测值均小于锅炉的实时锅炉效率，则选择其中锅炉效率预测值最大时所对应的优化值作为风门的开度，否则选出所有不小于锅炉的实时锅炉效率的锅炉效率预测值所对应的风门开度优化值组成第二数据集；
[0045]
c、比较所述第二数据集各预测值下的锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值与锅炉的实时scr脱硝系统入口处nox的浓度，若所述第二数据集各优化值下的锅炉scr脱硝系统入口处nox浓度预测值均大于锅炉实时scr脱硝系统入口处nox的浓度，则选择其中锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值最小时所对应的丰满开度优化值作为风门的目标开度，否则选出所有不大于锅炉实时scr脱硝系统入口处nox浓度的锅炉scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值所对应的风门开度优化值组成第三数据集；
[0046]
d、计算所述第三数据集各预测值下锅炉炉膛内co浓度的平均值，选择其中锅炉炉膛内co浓度的平均值最小时所对应的优化值作为风门的目标开度。
[0047]
该实施例中，通过上述s1-s2，在在锅炉炉膛上易腐蚀区域上和省煤器出口处分别设置多个co测点，获取锅炉各co测点实时的co浓度，同时基于神经网络模型构建锅炉的参数预测模型，将锅炉实时运行数据代入参数预测模型中，计算得到风门开度数据集各优化值下锅炉的锅炉效率预测值、锅炉的scr脱硝系统入口处nox的浓度预测值和各co测点处的co浓度预测值，实时锅炉效率的计算为根据锅炉实时运行数据反平衡计算得到；通过s3-s6，对锅炉的单个风门的开度进行调整，然后多次重复s3-s6，依次对锅炉各个风门的开度
进行调整，从而完成锅炉的锅炉风门开度的调整；本实施例中，选取一前后墙对冲锅炉，并如图3所示，在该锅炉炉膛安装高温型co检测设备4套，左右墙(ab侧)对称安装，其中燃尽区2套，主燃区2套，省煤器尾部安装2套，左右烟道各1套，该锅炉机组某段时间负荷为1000mw，炉膛及尾部实时co浓度分别如下：a燃为85404ppm，a主为67327ppm，b燃为92652ppm，b主为63928ppm，左省为2386ppm，右省为1839ppm。该锅炉风门开度采取的是层调模式即同一层的风门开度始终保持相等，此时对应的风门开度如下：a/d层为90％，b/e层为80％，c/f层为75％，燃尽层为40％。此时锅炉效率为92.78％，scr脱硝系统入口nox浓度为382mg/nm3。通过本实施例中的防高温腐蚀的锅炉风门开度控制方法对a/d层、b/e层、c/f层和燃尽层处的风门进行调整，调整后的各风门开度如下：a/d层为85％，b/e层为85％，c/f层为80％，燃尽层为45％。目标炉膛co浓度如下：a燃为75429ppm，a主为57394ppm，b燃为75021ppm，b主为53842ppm。目标锅炉效率为92.91％，目标scr脱硝系统入口nox浓度为363mg/nm3。通过调节指令将对应的风门调节至目标风门开度后待燃烧稳定后测得炉膛co浓度如下：a燃为73849ppm，a主为55473ppm，b燃为74820ppm，b主为52284ppm，同时锅炉效率为92.90％，目标scr脱硝系统入口nox浓度为368mg/nm3。
[0048]
本发明还提供一种防高温腐蚀的锅炉风门开度控制系统，采用上述的锅炉风门开度控制方法，包括dcs控制器、处理器和显示装置，所述dcs控制器与锅炉的控制系统电连接，所述dcs控制器和显示装置分别与所述处理器电连接；还包括存储装置，所述存储装置与所述处理器电连接。
[0049]
该实施例中，如图4所示，处理器负责锅炉各风门的开度的计算，并将计算得到的结果发送到dcs控制器中，再通过dcs控制器控制锅炉的控制系统，对锅炉各风门的开度进行调整；同时，通过存储装置对处理器运行过程中的所有数据进行存储，便于后期查阅。
[0050]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

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