锅炉运行优化系统适用燃煤电厂改造搭配

锅炉运行优化系统适用燃煤电厂改造

天津节能科技发展有限公司研发的锅炉运行优化是基于现代控制理论研究的过程优化控制。本引进欧美发电企业先进的理念和思想，并结合国内燃煤电厂实际情况进行了适应性改进。目前已经通过了国内多家电厂的各种类型锅炉的试验验证。以专家为指导，增加了关键的中间参数，利用先进的人工神经络技术、统计学回归分析和模糊数学等工具，为锅炉多重的输入和输出运行参数之间建立起耦合关系（数学模型）在安全性和可靠性的多重限制条件下达到锅炉全面优化。

锅炉运行过程中各输入变量之间，输入变量与指标参数之间存在着复杂的相关性。任意一个调节参数的变化将可能引起多个反映参数的变化，但影响的程度不同。为了运行过程进行合理简化，需要去掉一些关联度较小的或者冗余的变量，简化优化的难度，能够达到人工神经络训练快速收敛，保证达到较为满意的优化效果。

通过专家将优化试验过程中一些质量不高的试验数据剔除或挖掘替代数据，也是本优化方案能够快速完工神经络训练和建立优化运行数学模型的技术关键。

锅炉在使用过程中会产生包括经济性、安全性或可靠性等方面的各类问题，造成这些问题的原因一般是由于设计、运行以及维修等方面存在不足。

根据大量的统计资料表明，运行因素是对各类问题影响最大的因素，锅炉设备所发生的问题，70%以上都可以在优化运行方面得以解决。

以锅炉爆管为例（根据美国50家电厂的统计数据）在造成锅炉爆管的原因中，由于锅炉运行控制不当，造成的问题最为严重。

典型的火力发电厂包含有下列的控制与监测：

控制（DCS）建立安全与可靠运行；性能监测耗差分析；状态检修监测。这些均使用共同的运行参数，其中有些需求是相互矛盾的。最理想的情况是运行控制能同时达到性能优化而不引起对设备的损害，但是以目前的习惯很难达到这种状态，因为控制有它历史演变的过程。分散控制的模式是基于经典控制理论和当时技术条件限制下的产物，没有的协调控制和优化控制功能。

DCS是基于经典控制理论的分散式热工控制，逻辑控制单元只能对有限输入参数与输出目标进行分散控制。缺乏协调控制功能，因此只能在某种程度上保证稳定运行，无法达到锅炉优化（协调）控制。目前锅炉控制主要包括以下三种：

给水控制（汽包水位的控制）燃烧控制；蒸汽温度的控制（如减温水的投放等控制）

主要区别如下：

1、工作范围不同：常用机组性能监测软件只能做到通过数据采集一些实时的分析数据，经过和理想数据的比较来操作效果的变化趋势，并不能给运行人员操作建议，更不用说自动优化控制了。本通过有选择的数据采集，通过模糊控制和人工神经络模型和专家模块计算出可收敛的、对锅炉效率影响较大的数据，给运行人员进行相应的跟踪调整，从而达到优化锅炉燃烧的目的。

2、工作目标不同：常用机组性能监测软件主要是针对目前电厂的要求，给出优化调整的方向；本优化能将电厂锅炉的性能优化指标，量化为具体参数进行优化控制。

3、工作原理不同：常用机组性能监测软件”只能做到通过数据采集一些实时的分析数据，经过和理想数据的比较来操作效果的变化趋势。优化的核心技术人工神经络的学习过程是自学习过程。开始时人工神经络利用获得的数据或者是原有的历史数据，学习并且建立神经络数学模型。由于数据相对较少，本对锅炉运行认识较少，随着学习数据的增加，基于对过去的认识，可利用已有的成熟模型对实际运行过程中新出现的运行工况自动推断”出最优的运行参数（自学习、自适应过程）

经济效益分析：直接经济效益分析（600MW机组）

1.供电煤耗的降低按节约供电煤耗1.5g/kWh，机组年平均运行时间为6500小时，平均标煤煤价800元/吨进行计算，则锅炉年节约供电煤耗费用为：1.5×t/kW.h×6.0×105kW42分钟3比0 枪手出局赚足热泪×6500h×800元/t＝468万元。

x排放量减少带来的经济效益按照国家。

排污费征收标准办法中规定，按氮氧化物排放每一污染当量0.6元收费，按照全年排放氮氧化物25000t估算，如果能降低10%的氮氧化物排放量，根据排污费征收标准办法中污染当量计算公式，减少的污染当量为，可减少排放收费169.4万元/年。因此，可以看出该项目执行可以带来显著经济效益。

间接经济效益分析：减低NOx的排放量：目前，减少污染物排放是实现环境保护目标的一项重要举措。环境污染和生态已经成为危害人民健康、制约经济和社会发展的一个重要因素。通过锅炉运行优化，可降低NOx的排放量，以适应保护环境和经济发展的要求。

通过锅炉运行优化控制过热器与再热器的管壁温度，可预防超温爆管。

通过锅炉运行优化吹灰减轻受热面冲刷腐蚀，延长锅炉部件使用寿命，可有效降低锅炉维修费用。

锅炉运行优化是一套对锅炉性能进行多目标全面优化的，该能够通过建立锅炉运行参数间的关系和的特性，进行全面优化和灵活选择优化目标。可针对不同电厂存在的问题，通过试验设计来选择关键性的运行参数进行相应的人工神经络训练，以达到多方位的优化目标。可解决的问题有：热效率、煤耗、减温水量与排烟温度的改进，控制过热器与再热器超温和受热面结焦结渣，NOx、CO、飞灰含碳量等的减低。其关键是优化实现协调控制并挖掘了锅炉的冗余空间。

锅炉的控制DCS控制逻辑与控制方式过于简单，无法实现锅炉的整体协调控制，锅炉运行的安全主要依靠DCS中的保护。

锅炉厂商产品运行手册的运行指导，来自锅炉设计和传统的热力试验，仅仅能够保证锅炉某种程度的稳定运行，不能做到优化（经济）运行。例如：氧量、一二三次风率、配煤的组合方式以及辐射热与对流热合理分配等。依靠运行人员的经验和智慧无法解决锅炉的多输入变量与多目标参数之间的协调控制与运行参数优化组合的问题。

传统的设计途径是依靠微分方程获得。在设计，制造，安装，控制，运行各个环节中，包含许多未知数。在设计过程中加入了大量放大的安全来涵盖这些未知情况，导致实际的运行状况与设计的情况有相当的差距。因此，锅炉热力具有可以挖掘的冗余空间。传统的热力试验方法存在片面性和局限性。

基于优化的理念，全面优化锅炉的运行方式。

引进现代控制理论、信息技术和先进的计算机技术作为优化工具。

采用应用数学方法挖掘锅炉的冗余空间和强迫人工智能神经络快速完成训练。

依靠高品质的数据，对进行全面分析，确定问题的真正原因。

利用专家完成数据筛选、创造数据以及优化结果预测与验证。

利用统计学与回归分析的方法和相关性分析，精简优化过程的可调变量。

优化的简单过程如下：拓展锅炉优化边界范围，利用实验设计方法。

集合创映特性的数据－筛选并优化数据－强迫人工神经络学习。

完成建立锅炉可调变量与输出目标参数间协调控制数学模型－计算优化耳鸣是发生于听觉系统的一种错觉。

运行最佳组合模式-专家预测/验证优化结果-发布优化运行模式。

本优化方案用到的数学和计算机技术如下：多变数非线性回归分析；人工智能神经络（ANN）应用数学-统计学（实验设计）

用户即可选择优化对锅炉运行进行多目标优化，也可针对电厂自身的需求选择着重优化对象。此时将围绕着重优化的某些目标，制订试验方案，提高相关因素的权重，达到着重优化的目的。

优化可将采集的用于训练的数据保存到SQLSEVER2000。人工神经络训练的结果保存到BCB6.0自带的Paradox数据库中。如果产生数据量过大，则将Paradox数据库中的数据保存到SQLSEVER2000中作为历史数据。

数据发布模块：优化采用OLEDB技术连接SQLSERVER数据库，根据神经络操作员选择的被调节参数和调节参数，动态生成被调节和调节参数及目标和优化表格，并可发布到电厂MIS络各客户端。

试验选定在高中低三种工况下进行，对所有与锅炉运行有关的可调参数进行全面调整，其中包括：

1.安全性、可靠性、经济性关系权衡与界定。

2.各次风量、风速的协调配置调整。

3.运行参数全面协调。

4.过程参数监控。

本文相关词条概念解析：

锅炉

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。