電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法和 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電站鍋爐運(yùn)行是個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，設(shè)及到燃燒學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科 領(lǐng)域。任何與鍋爐運(yùn)行相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)、調(diào)整，設(shè)備的改造，都可W稱為鍋爐系統(tǒng)優(yōu)化，包括 DCS值istributedControlSystem,分布式控制系統(tǒng)）控制邏輯的優(yōu)化、控制模型的設(shè)計(jì)。 從鍋爐系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)角度看，鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)可W分為=類；第一類通過(guò)在線檢測(cè)鍋爐 運(yùn)行的主要參數(shù)，指導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行工況，該類優(yōu)化技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)占據(jù)著主導(dǎo) 地位。第二類鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)在設(shè)備層面，通過(guò)對(duì)燃燒器、受熱面等的改造實(shí)現(xiàn)鍋爐的燃 燒優(yōu)化調(diào)整。第=類，鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)在DCS的基礎(chǔ)上，作為鍋爐運(yùn)行的監(jiān)督控制系統(tǒng)， 通過(guò)采用先進(jìn)的控制邏輯、控制算法和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的性能優(yōu)化。近些年投入運(yùn) 行的單元機(jī)組，普遍設(shè)備狀態(tài)良好，可控性強(qiáng)，自動(dòng)化水平高，應(yīng)該在該個(gè)基礎(chǔ)上充分利用 信息技術(shù)挖掘潛力，通過(guò)優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)和控制，從而超越原來(lái)的粗放式管理和控 審IJ。隨著先進(jìn)控制和人工智能技術(shù)的逐步成熟和在工業(yè)上成功的應(yīng)用，第=類優(yōu)化技術(shù)得 到了迅猛發(fā)展。上述=類技術(shù)在實(shí)際中各有優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用，但其中第=類技術(shù)不需要對(duì)鍋爐 設(shè)備進(jìn)行任何改造，能夠充分利用鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在DCS控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)建模、 優(yōu)化、控制技術(shù)的應(yīng)用，直接提高鍋爐運(yùn)行效率，降低氮氧化物（NOx)排放，具有投資少、風(fēng) 險(xiǎn)小、效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而成為優(yōu)先研究和發(fā)展的優(yōu)化技術(shù)。調(diào)研情況表明，火電廠煤粉 鍋爐系統(tǒng)不同程度地存在如下問(wèn)題：
[0003] 1)、鍋爐熱效率偏低，供電煤耗居高不下；
[0004] 2)、負(fù)荷和煤質(zhì)多變，鍋爐經(jīng)常偏離最佳燃燒狀況；
[0005] 3)、過(guò)氧量偏高；
[0006] 4)、NOx排放超標(biāo)；
[0007] 5)、飛灰可燃物和大渣可燃物量偏高；
[000引 6)、鍋爐結(jié)焦結(jié)渣。
[0009] W上問(wèn)題均在不同程度上影響設(shè)備的安全性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性指標(biāo)。因此，如何實(shí) 現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)整體性能優(yōu)化就成為當(dāng)前火電廠需要解決的首要問(wèn)題。
[0010] 因此，出現(xiàn)了各種電站鍋爐燃燒狀態(tài)檢測(cè)及綜合優(yōu)化控制系統(tǒng)，該些控制系統(tǒng)在 各自的應(yīng)用場(chǎng)合取得了較好的應(yīng)用效果，但仍存在如下需要解決的技術(shù)問(wèn)題：
[0011] 一、歷史數(shù)據(jù)的使用
[0012] 鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行所產(chǎn)生的大量歷史數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著鍋爐可調(diào)變量（輸入變量，如，一、 二次風(fēng)量，二次風(fēng)口開(kāi)度、燃盡風(fēng)口開(kāi)度、燃燒器擺角、給煤量、配煤方式、鍋爐負(fù)荷等）與 輸出變量（鍋爐煤耗、NOx排量）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。如何有效地利用該些海量數(shù)據(jù)建立可 用于優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)有技術(shù)中未給出具體可行的方法。
[0013] 二、自適應(yīng)建模
[0014] 如何結(jié)合未來(lái)運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)更新模型，W適應(yīng)工況和煤質(zhì)的變化，也是鍋爐燃燒 系統(tǒng)優(yōu)化所設(shè)及到的關(guān)鍵問(wèn)題。入爐煤種的不穩(wěn)定，再加上鍋爐檢修、積灰、結(jié)渣等因素的 影響，使得在性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立的鍋爐模型失配嚴(yán)重，利用最新的燃燒數(shù)據(jù)進(jìn)行模 型的在線自適應(yīng)修正顯得格外重要。如果可W在線更新鍋爐燃燒系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，則煤質(zhì) 變化和鍋爐大修等可看作系統(tǒng)外部運(yùn)行條件加W忽略，該樣，基于在線更新模型的優(yōu)化結(jié) 果具有一定的適應(yīng)能力。
[0015] =、如何保證燃燒穩(wěn)定下實(shí)現(xiàn)有約束條件下的尋優(yōu)
[0016] 在燃燒數(shù)學(xué)模型建立之后，如何選擇合適的優(yōu)化算法，在有約束的條件下，尋找對(duì) 應(yīng)最優(yōu)輸出值的可調(diào)輸入組合及最優(yōu)解方案，傳統(tǒng)的優(yōu)化算法未能給出具體方案。
[0017] 另外，現(xiàn)存的燃燒優(yōu)化方法的尋優(yōu)過(guò)程大都采用前向數(shù)學(xué)模型的逆模型的求解過(guò) 程。該樣存在兩個(gè)問(wèn)題；a.鍋爐燃燒過(guò)程逆模型的存在性很難確保，反向求解可能產(chǎn)生無(wú) 解或多解的情況。b.優(yōu)化解和當(dāng)前值之間的變化過(guò)大，該樣意味著燃燒系統(tǒng)的輸入調(diào)節(jié)幅 度過(guò)大，有可能威脅燃燒穩(wěn)定性和安全性。燃燒優(yōu)化控制軟件需要對(duì)優(yōu)化解的存在性和燃 燒的穩(wěn)定性進(jìn)行充分考慮，僅解決無(wú)約束條件下性能目標(biāo)尋優(yōu)問(wèn)題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，實(shí)際需 要解決的燃燒優(yōu)化問(wèn)題往往存在多種約束。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0018] 本發(fā)明旨在提出一種電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法及系統(tǒng)，基于該在線優(yōu) 化系統(tǒng)可W進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性。
[0019] 第一方面，本發(fā)明提供了一種電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法，包括如下步 驟；步驟1，接收DCS系統(tǒng)及儀器儀表采集的鍋爐處于不同負(fù)荷工況下的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；步驟2， 依據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)建立煤粉鍋爐可調(diào)輸入變量和輸出變量之間的非 線性映射關(guān)系，所述非線性映射關(guān)系作為鍋爐燃燒的數(shù)學(xué)模型；步驟3,依照該數(shù)學(xué)模型， 獲取對(duì)應(yīng)期望煤耗與NOX排放水平下鍋爐燃燒系統(tǒng)可調(diào)變量的輸入組合及優(yōu)化值。
[0020] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法中，步驟3進(jìn)一步包括；采用遺傳算法， 在所述徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)之下，尋找合適的鍋爐燃燒系統(tǒng)可調(diào)輸入組合及最優(yōu)解，使得 燃燒過(guò)程煤耗最小，同時(shí)滿足NOx排放上限要求。
[0021] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法中，遺傳算法在確定鍋爐燃燒系統(tǒng)可調(diào) 輸入組合及最優(yōu)解時(shí)，若無(wú)解或有多個(gè)解，則繼續(xù)通過(guò)自適應(yīng)多維捜索算法確定輸入組合 中各變量取值。
[0022] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法中，步驟3進(jìn)一步包括，將鍋爐燃燒的 歷史數(shù)據(jù)定期融入新發(fā)生數(shù)據(jù)，定期更新用W訓(xùn)練所述徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)，獲取優(yōu)化的數(shù)學(xué) 模型。
[0023] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化方法中，將鍋爐燃燒的歷史數(shù)據(jù)定期融入新 發(fā)生數(shù)據(jù)，按照時(shí)間由近及遠(yuǎn)變化，賦予數(shù)據(jù)指定的遺忘因子，距離當(dāng)前時(shí)刻越遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)的 遺忘程度越高，當(dāng)前數(shù)據(jù)則遺忘程度為0。
[0024] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化系統(tǒng)，包括：基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)學(xué)模型確定模塊和可調(diào)變量輸入組合及最優(yōu)解確定模塊。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 獲取模塊用于接收DCS系統(tǒng)及儀器儀表采集的鍋爐處于不同負(fù)荷工況下的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；數(shù)學(xué) 模型確定模塊用于依據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)建立煤粉鍋爐可調(diào)輸入變量和 輸出變量之間的非線性映射關(guān)系，確定的非線性映射關(guān)系作為鍋爐燃燒的數(shù)學(xué)模型；可調(diào) 變量輸入組合及最優(yōu)解確定模塊用于依照該數(shù)學(xué)模型，獲取對(duì)應(yīng)期望煤耗與N〇x排放水平 下鍋爐燃燒系統(tǒng)可調(diào)變量的輸入組合及最優(yōu)值。
[0025] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化系統(tǒng)中，可調(diào)變量輸入組合及最優(yōu)解確定 模塊包括第一尋優(yōu)單元，該第一尋優(yōu)單元用于采用遺傳算法，在所述徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 之下，尋找合適的鍋爐燃燒系統(tǒng)可調(diào)輸入組合及最優(yōu)解，使得燃燒過(guò)程煤耗最小，同時(shí)滿足 NOx排放上限要求。
[0026] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化系統(tǒng)中，可調(diào)變量輸入組合及最優(yōu)解確定模 塊還包括第二尋優(yōu)單元：第二尋優(yōu)單元用于采用遺傳算法確定鍋爐燃燒系統(tǒng)可調(diào)輸入組合 及最優(yōu)解時(shí)，若無(wú)解或有多個(gè)解，則繼續(xù)通過(guò)自適應(yīng)多維捜索算法確定輸入組合中各變量 取值。
[0027] 上述電廠煤粉鍋爐燃燒性能在線優(yōu)化系統(tǒng)中，數(shù)學(xué)模型確定模塊進(jìn)一步用于，將 鍋爐燃燒的歷史數(shù)據(jù)融入新發(fā)生數(shù)據(jù)，定期更新用W訓(xùn)練所述徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)，獲取優(yōu)化 的數(shù)學(xué)模型。
[002引上述電廠煤粉鍋爐燃燒性