[發明專利]一種基于數值模擬的爐膛出口NOx預測方法及系統

在審

• 申請號: 202111471743.3
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114239430A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 趙伶玲;尚碧沉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G01N33/00;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發明涉及一種基于數值模擬的爐膛出口NOx預測系統，包括預測模型建立部分和實時預測部分；還涉及一種預測方法，包括：對DCS數據進行了處理，獲得了數值模擬計算所需的邊界條件，建立了爐膛的三維幾何模型，計算了不同工況下的爐膛戶口NOx濃度數據，確定了數據庫；根據數據庫，采用支持向量的方法建立了爐膛出口NOx預測模型；最后根據實際工況下爐膛實時入口參數，實時預測了爐膛出口NOx濃度。本發明方法能夠在燃燒工況變化，即風/粉等操作參數調節時，預測出爐膛出口處NOx的變化和爐內NOx分布，對SCR噴氨進行提前指導，對提高燃煤電廠的脫硝效率、空預器運行的安全性、以及提高經濟性具有重要意義。

技術領域

本發明涉及燃煤鍋爐爐膛出口NOx預測技術領域，尤其是一種基于數值模擬的爐膛出口NOx預測方法及系統。

背景技術

目前，燃煤電廠主要采用選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術控制NOx排放，用還原劑(NH3或尿素等)選擇性地將煙氣中的NOx轉換為N₂和水。但SCR煙氣脫硝噴氨控制很難適應大幅頻繁變化的AGC負荷指令和深度調峰要求，經常導致噴氨過量、氨逃逸率超標，造成空預器原件的堵塞和腐蝕。主要原因包括：煙氣NOx濃度測量滯后和準確度低是導致噴氨控制效果差的重要因素。煙氣排放連續監測系統(CEMS)異常和故障時有發生，主要有取樣異常和數據測量存在偏差，如一次元件故障、煙氣取樣探頭堵塞和管路泄漏、標準氣體不合格、反吹掃空氣含水、伴熱管線加熱異常和預處理設備故障等導致的煙氣參數失準(流量、溫度和壓力)，煙氣成分分析系統異常(數據失準和分析儀故障)等。因此，若在燃燒工況變化，即風/粉等操作參數調節時，能預測出爐膛出口處NOx的變化和爐內NOx分布，作為SCR噴氨依據的補充，可提前指導SCR噴氨，對提高燃煤電廠的脫硝效率、空預器運行的安全性、以及提高經濟性具有重要意義。

現有技術中，申請號為202010916787.1名稱為“一種基于指數預測模型的SCR入口NOx濃度預測系統及方法”的專利，以電廠歷史數據為基礎，采用數據建模的思想，設計出包括重量變送器、轉速變送器、一次風量變送器、二次風量變送器、氧量變送器、一次風壓變送器、控制器及分散控制系統的預測系統及根據相關參數預測NOx濃度的方法。該方法仍存在非線性、有遲延、分布參數和擾動因素較多等缺點。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于數值模擬的爐膛出口NOx預測方法及系統，旨在解決NOx濃度測量滯后和不準確的問題，從燃燒過程預測NOx排放量，從而提高噴氨控制效果。采用數值模擬的方法計算爐膛內NOx濃度分布，并根據數值模擬結果建立爐膛燃燒監控系統。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于數值模擬的爐膛出口NOx預測方法，包括以下步驟：

1)從DCS系統中提取數值模擬計算所需要的爐膛燃燒邊界條件，所述邊界條件包括爐膛燃燒入口參數數據；

2)根據所述爐膛燃燒邊界條件進行數值模擬計算，得到不同工況下的爐膛出口NOx濃度，具體包括：

根據爐膛實際尺寸，建立爐膛的物理模型，包括爐膛的水冷壁、燃燒器、燃盡風、和過熱器；

構建爐膛燃燒模型，包括：Realizable k-ε湍流模型、顆粒運動模型、氣相燃燒模型、揮發分析出模型、焦炭燃燒模型、輻射換熱模型以及NOx生成與還原模型；

3)建立不同工況下的爐膛燃燒入口參數數據以及對應的爐膛出口NOx濃度數據的數據庫；

4)以爐膛燃燒入口參數數據為自變量，以爐膛出口NOx濃度數據為因變量，采用支持向量機的方法建立爐膛出口NOx預測模型；

5)獲取實際工況下的爐膛實時入口參數；

6)利用所述NOx預測模型根據爐膛實時入口參數，實時預測爐膛出口NOx濃度。

進一步技術方案為：