[發(fā)明專利]一種富氧燃燒鍋爐最佳工況的尋優(yōu)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111643650.4
• 申請(qǐng)日: 2021-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN114510885A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寧;趙建發(fā);孫朝霞;王麗敏;白鑫;牛錦濤;劉雪玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/23;G06F30/27;G06N3/12;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京思格頌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11635
• 代理人: 楊超;潘珺

本發(fā)明涉及一種富氧燃燒鍋爐最佳工況的尋優(yōu)方法，包括如下的步驟：在Ansys Fluent中基于富氧燃燒鍋爐構(gòu)造和尺寸，選擇流體動(dòng)力學(xué)模型，確定進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算需要輸入的工況參數(shù)，確定通過數(shù)值模擬計(jì)算輸出的結(jié)果；利用MATLAB中的遺傳算法，根據(jù)所確定的需要輸入的工況參數(shù)，確定變量個(gè)數(shù)和限制范圍，生成初始種群，并設(shè)定Ansys Fluent數(shù)值模擬計(jì)算中的工況參數(shù)；構(gòu)建鍋爐燃燒的數(shù)值模擬計(jì)算模型；構(gòu)建以鍋爐有效利用熱量、火焰中心位置、火焰最高溫度和鍋爐熱效率四個(gè)參數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)的Pareto前沿多目標(biāo)優(yōu)化模型，設(shè)定終止條件，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，獲得最佳工況參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于富氧燃燒鍋爐調(diào)節(jié)領(lǐng)域，具體涉及到一種富氧燃燒鍋爐最佳工況的尋優(yōu)方法。

背景技術(shù)

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，發(fā)電企業(yè)或供暖企業(yè)被期望于降低燃煤鍋爐中污染物(NO_x)的排放，并在此基礎(chǔ)上盡量提高煤粉的燃燒效率、保證鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定和安全以及保證鍋爐有效利用熱量。

富氧燃燒技術(shù)是一種高效的節(jié)能燃燒技術(shù)和較容易實(shí)現(xiàn)的減排技術(shù)。該技術(shù)是將純氧與主要成分為CO₂的再循環(huán)煙氣以一定比例混合(混合后的氣體稱為助燃?xì)饣蛉紵龤?后送入爐膛與燃料混合燃燒。由于幾乎杜絕了傳統(tǒng)燃燒方式中的氮?dú)?，富氧燃燒產(chǎn)生煙氣中的CO₂濃度較高。燃燒產(chǎn)生的含高濃度CO₂的煙氣，一部分以再循環(huán)方式與純氧混合后進(jìn)入爐膛，用于干燥、輸送燃料和控制爐膛燃燒溫度；另一部分則經(jīng)過相對(duì)簡易的除雜處理后，如冷凝、干燥等，即可直接進(jìn)入壓縮設(shè)備進(jìn)行CO₂儲(chǔ)存。該技術(shù)既適用于電廠舊鍋爐改造，也可用于新建鍋爐，具有成本低、可靠性高，與現(xiàn)有鍋爐燃燒技術(shù)繼承性好的優(yōu)點(diǎn)，也是最容易被傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)接受的CO₂減排技術(shù)路線。

采用富氧燃燒技術(shù)時(shí)，將N₂替換為CO₂。由于CO₂的比容和氣體輻射特點(diǎn)，會(huì)使局部最高溫度降低，同時(shí)使火焰中心下移，燃燒特性相比于采用空氣燃燒變差，改變O₂和CO₂的混合比例以及調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)量、二次風(fēng)風(fēng)量和三次風(fēng)風(fēng)量的比例，對(duì)富氧燃燒鍋爐的綜合性能有改善，因此尋找到最佳的O₂和CO₂的混合比例以及調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)量、二次風(fēng)風(fēng)量和三次風(fēng)風(fēng)量的比例對(duì)于富氧燃燒鍋爐的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種富氧燃燒鍋爐最佳工況的尋優(yōu)方法。該方法基于Ansys Fluent和MATLAB協(xié)同仿真實(shí)現(xiàn)，篩選出采用富氧燃燒時(shí)綜合性能更加接近采用空氣燃燒時(shí)綜合性能的工況參數(shù)(最佳的O₂和CO₂的比例：k、1-k；最佳的一次風(fēng)風(fēng)量、二次風(fēng)風(fēng)量和三次風(fēng)量的比例：a、b、c，a+b+c＝1)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種富氧燃燒鍋爐最佳工況的尋優(yōu)方法，基于Ansys Fluent和MATLAB協(xié)同仿真實(shí)現(xiàn)，包括如下的步驟：

步驟1：在Ansys Fluent中基于富氧燃燒鍋爐構(gòu)造和尺寸，選擇流體動(dòng)力學(xué)模型，確定進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算需要輸入的工況參數(shù)，確定通過數(shù)值模擬計(jì)算輸出的結(jié)果，所確定的通過數(shù)值模擬計(jì)算輸出的結(jié)果包括：鍋爐有效利用熱量、火焰中心位置、火焰最高溫度和鍋爐熱效率四個(gè)參數(shù)；

步驟2：利用MATLAB中的遺傳算法，步驟1所確定的需要輸入的工況參數(shù)，確定變量個(gè)數(shù)和限制范圍，生成初始種群，并設(shè)定Ansys Fluent數(shù)值模擬計(jì)算中的工況參數(shù)。

步驟3：在Ansys Fluent中構(gòu)建鍋爐燃燒的數(shù)值模擬計(jì)算模型，利用所構(gòu)建的數(shù)值模擬計(jì)算模型開始數(shù)值模擬計(jì)算并輸出計(jì)算結(jié)果。