[發明專利]一種基于數字孿生的流化床鍋爐運行優化方法與系統

有效

• 申請號: 202110650496.7
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113339787B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 陳亮;王春波;許紫陽;司桐
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F23C10/28
• 分類號: F23C10/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于數字孿生的流化床鍋爐運行優化方法，其特征在于，包括步驟：

(1)構建鍋爐數字孿生系統，包括步驟(a)構建鍋爐仿真系統，包括構建鍋爐物理結構參數庫，構建爐膛、分離器、外置換熱器、冷渣器、尾部煙道內的煤顆粒與空氣兩相流動模型、氣體擴散傳質模型，受熱面管內工質流動模型、煤顆粒燃燒模型、煤顆粒破碎模型、爐膛火焰與壁面換熱模型、爐內溫度場與氣氛場演變模型、煙氣與受熱面換熱模型、受熱面沾污積灰模型、受熱面氧化與磨損模型、低溫腐蝕模型、爐內石灰石脫硫模型、SCR系統脫硝模型、電除塵器除塵模型；(b)構建鍋爐燃燒、換熱、治污仿真系統模型求解器；(c)采用從鍋爐DCS控制系統實時獲取的第一類運行控制參數作為邊界條件運行鍋爐仿真系統，獲得爐膛、分離器、受熱面與尾部煙道內的流動、燃燒、換熱、脫硫、脫硝、除塵過程的仿真結果；(d)構建仿真模型優化系統，將仿真結果與從DCS控制系統獲得的與仿真結果相對應參數的實測結果進行對比，采用誤差反向傳播算法獲得鍋爐仿真系統中模型的修正方案，以減小仿真結果與實測結果間的誤差到1％以下，所述仿真結果參數包括：床溫、物料循環倍率、床層壓差、低溫過熱器出口蒸汽溫度、低溫過熱器出口煙氣溫度、高溫過熱器出口蒸汽溫度、高溫過熱器出口煙氣溫度、低溫再熱器出口蒸汽溫度、低溫再熱器出口煙氣溫度、高溫再熱器出口蒸汽溫度、高溫再熱器出口煙氣溫度、省煤器出口工質溫度、省煤器出口煙氣溫度、空預器出口煙氣溫度、熱一次風溫度、熱二次風溫度、分離器出口NO濃度、SCR出口NO濃度、噴氨量、排煙SO₂濃度、排煙氧量、排渣溫度、外置床循環灰出口溫度、外置床出口工質溫度、飛灰含碳量、爐渣含碳量；

(2)構建鍋爐DCS控制系統與數字孿生體雙向互聯通信系統，采用千兆以太網物理鏈路實現DCS控制系統與數字孿生系統雙向通信；

(3)構建鍋爐運行參數尋優系統，所述鍋爐運行參數尋優系統的優化目標為

min{C_c+C_p+C_pa+C_sa+C_df+C_NOx+C_SO2+C_dd+C_pl}

其中：

C_c為燃煤成本；

C_p為制粉系統運行成本；

C_pa為一次風機運行成本；

C_sa為二次風機運行成本；

C_df為引風機運行成本；

C_NOx為脫硝系統運行成本；

C_SO2為脫硫系統運行成本；

C_dd為除塵系統運行成本；

C_pl為管道磨損成本；

約束條件為：

其中

為仿真計算所得的主蒸汽溫度；

為設定的主蒸汽溫度目標值；

為仿真所得的再熱蒸汽溫度；

為設定的再熱蒸汽溫度目標值；

Q_mdw為過熱蒸汽減溫水量；

為過熱蒸汽減溫水最大允許量；

Q_rdw為再熱蒸汽減溫水量；

為再熱蒸汽減溫水最大允許量；

t_dpz為密相區床溫；

t_d為入爐煤的灰變形溫度；

為床層最小允許厚度；

l_b為仿真計算所得的床層厚度；

為床層最大允許厚度；

(4)每5秒從鍋爐DCS控制系統獲取第一類運行控制參數的實時數據，包括鍋爐負荷、給水壓力、給水溫度、主蒸汽壓力、主蒸汽流量、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽流量、入爐煤工業分析、入爐煤元素分析、入爐煤灰成分、入爐煤可磨性指數、入爐煤粒徑分布、入爐煤燃燒特性指數、入爐煤灰熔點、送風溫度；

(5)以第一類運行控制參數為輸入數據，采用鍋爐運行參數尋優系統對流化床鍋爐的第二類運行控制參數進行尋優，得到第二類運行控制參數最優值，所述第二類運行控制參數包括：一次風量、一次風溫、二次風量、二次風溫、給煤量、回料溫度、排渣量、減溫水量、煙氣擋板開度、外置床循環灰量、石灰石投入量、噴氨量、除塵電流；

(6)將第二類運行控制參數最優值返回流化床鍋爐的DCS控制系統，根據第二類運行控制參數最優值控制鍋爐運行。