[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110650496.7
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113339787B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳亮;王春波;許紫陽;司桐
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（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

本發(fā)明提出一種基于數(shù)字孿生的流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化方法與系統(tǒng)，步驟包括構(gòu)建鍋爐的數(shù)字孿生系統(tǒng)，構(gòu)建鍋爐DCS控制系統(tǒng)與數(shù)字孿生體雙向互聯(lián)通信協(xié)議與系統(tǒng)，構(gòu)建鍋爐運(yùn)行參數(shù)尋優(yōu)系統(tǒng)，從鍋爐DCS控制系統(tǒng)獲取第一類運(yùn)行控制參數(shù)的實(shí)時數(shù)據(jù)，以第一類運(yùn)行控制參數(shù)為輸入數(shù)據(jù)，采用鍋爐運(yùn)行參數(shù)尋優(yōu)系統(tǒng)對流化床鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行仿真尋優(yōu)，得到第二類運(yùn)行控制參數(shù)最優(yōu)值，將第二類運(yùn)行控制參數(shù)最優(yōu)值返回流化床鍋爐的DCS控制系統(tǒng)，根據(jù)第二類運(yùn)行控制參數(shù)最優(yōu)值控制鍋爐運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是比人工優(yōu)化中僅考慮某一方面優(yōu)化而忽略其他方面更能實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行的整體優(yōu)化，系統(tǒng)自動運(yùn)行，減少人工控制的工作量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃煤流化床鍋爐領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)字孿生的流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃煤流化床鍋爐的燃料適應(yīng)性廣、燃燒穩(wěn)定性強(qiáng)，特別適合燃用煤矸石、貧煤等劣質(zhì)煤，對大量處理劣質(zhì)煤提供了可行的燃燒利用方法。但是，流化床鍋爐運(yùn)行中，時常出現(xiàn)爐膛結(jié)焦、管道磨損、低溫腐蝕、飛灰含碳量高等多種問題，鍋爐運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)性受到威脅。一般運(yùn)行中，主要依靠運(yùn)行人員的操作經(jīng)驗(yàn)對流化床鍋爐進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，雖然一定程度上緩解了上述問題，但仍有很大的優(yōu)化空間。流化床鍋爐系統(tǒng)復(fù)雜，各子系統(tǒng)相互匹配、協(xié)同工作，單純依靠人工經(jīng)驗(yàn)很難達(dá)到運(yùn)行的最優(yōu)化，并且僅僅對鍋爐運(yùn)行某個方面的優(yōu)化可能導(dǎo)致另一個方面運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性或安全性下降，無法達(dá)到鍋爐運(yùn)行整體的最優(yōu)化，為此，需要從鍋爐整體的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性考慮，實(shí)現(xiàn)流化床鍋爐的整體性運(yùn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于數(shù)字孿生的流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟：

(1)構(gòu)建鍋爐的數(shù)字孿生系統(tǒng)；

(2)構(gòu)建鍋爐DCS控制系統(tǒng)與數(shù)字孿生體雙向互聯(lián)通信系統(tǒng)；

(3)構(gòu)建鍋爐運(yùn)行參數(shù)尋優(yōu)系統(tǒng)；

(4)從鍋爐DCS控制系統(tǒng)獲取第一類運(yùn)行控制參數(shù)的實(shí)時數(shù)據(jù)；

(5)以第一類運(yùn)行控制參數(shù)為輸入數(shù)據(jù)，采用鍋爐運(yùn)行參數(shù)尋優(yōu)系統(tǒng)對流化床鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行尋優(yōu)，得到第二類運(yùn)行控制參數(shù)最優(yōu)值；

(6)將第二類運(yùn)行控制參數(shù)最優(yōu)值返回流化床鍋爐的DCS控制系統(tǒng)，根據(jù)第二類運(yùn)行控制參數(shù)最優(yōu)值控制鍋爐運(yùn)行。

所述構(gòu)建鍋爐的數(shù)字孿生系統(tǒng)，包括步驟：(a)構(gòu)建鍋爐燃燒、換熱、治污仿真系統(tǒng)，包括構(gòu)建鍋爐物理結(jié)構(gòu)參數(shù)庫，構(gòu)建爐膛、分離器、外置換熱器、冷渣器、尾部煙道內(nèi)的煤顆粒與空氣兩相流動模型、氣體擴(kuò)散傳質(zhì)模型，受熱面管內(nèi)工質(zhì)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(nèi)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(nèi)石灰石脫硫模型、SCR系統(tǒng)脫硝模型、電除塵器除塵模型；(b)構(gòu)建鍋爐燃燒、換熱、治污仿真系統(tǒng)模型求解器，構(gòu)建仿真尋優(yōu)求解器；(c)采用從鍋爐DCS控制系統(tǒng)實(shí)時獲取的第一類運(yùn)行控制參數(shù)作為邊界條件運(yùn)行鍋爐燃燒和換熱仿真系統(tǒng)，獲得爐膛、分離器、受熱面與尾部煙道內(nèi)的流動、燃燒、換熱、脫硫、脫硝、除塵過程的仿真結(jié)果；(d)將仿真結(jié)果與從DCS系統(tǒng)獲得的與仿真結(jié)果相對應(yīng)參數(shù)的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比，采用誤差反向傳播算法修改鍋爐燃燒和換熱仿真系統(tǒng)中的模型，以減小仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果間的誤差到1％以下。

所述仿真結(jié)果包括：床溫、物料循環(huán)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(zhì)溫度、省煤器出口煙氣溫度、空預(yù)器出口煙氣溫度、熱一次風(fēng)溫度、熱二次風(fēng)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(huán)灰出口溫度、外置床出口工質(zhì)溫度、飛灰含碳量、爐渣含碳量。