基于数据驱动的锅炉燃烧动态过程建模与磨煤机运行优化

作     者：林伟俊 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵虹;杨建国

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：锅炉燃烧 磨煤机 动态工况 排烟温度 软测量 运行优化 

摘      要：在我国电力的市场结构中,煤炭火力发电仍然占据着主导地位。近年来,随着火电排放控制的要求日益严格,结合节能降耗的现实需求,机组运行优化成为各地电站产能升级优化的必经途径。燃煤锅炉作为主要能量转换设备与燃烧NOx生成来源,对其开展燃烧优化研究具有重要的现实意义。制粉系统是影响锅炉燃烧过程的关键一环,其磨煤机的运行参数如一次风煤比、分离器挡板开度的变化对送入炉膛燃烧煤粉的煤粉细度大小起到直接作用。在实际运行过程中,磨煤机运行状态的调整一般结合基本规则与人工经验,此种传统调节方式不但存在决策效率较低、决策可能偏离最佳运行状态的弊端,而且将制粉系统与锅炉燃烧割裂为两部分,未能将二者的优化有机地联系起来。电站锅炉燃烧具有变量关系复杂、历史数据量庞大的特点,以燃烧过程的海量数据为驱动,建立指导磨煤机运行状态调整的优化模型,对于提高决策的合理性与可靠性具有重要意义。本文首先通过设计接近覆盖全工况的正交热态试验为分析建模提供数据支撑,同时进行了磨煤机运行参数的调整试验,分析得到其制粉特性。在分析锅炉关键控制参数对排烟氧量影响的响应时间的基础上,构建了表征锅炉动态运行特性的数据结构,进一步建立了基于Light GBM的排烟温度、燃烧NOx生成浓度等关键参量软测量动态模型,其中超参数组合采用BO算法寻优。通过不同数据结构与算法训练下的模型对比,验证了加入动态表征参数的数据结构的有效性及BO-Light GBM模型的先进性与泛化能力。将上述排烟温度模型与已建立的烟气CO量及飞灰含碳量模型联立实现锅炉热效率的在线预测,根据工程需求确定磨煤机所需优化运行变量及其上下限,并采用NSGA-Ⅱ实现变工况下的锅炉热效率与NOx生成浓度协同寻优,最终根据寻优结果指导磨煤机的运行优化调整。对全负荷下的基础工况进行模拟优化,结果表明:通过调整磨煤机分离器挡板开度及一次风量与二次风量的配比关系可同时达到节能减排的目的;考虑磨煤机运行协同燃烧系统配风方式的综合优化最高可提升0.93%的炉效,最多可降低2.23%的燃烧NOx生成,优化效果更为显著,能够从真正意义上实现当前负荷下磨煤机的最佳运行优化调整。