大型燃煤锅炉节能优化研究

摘要

燃煤机组承担主要的发电任务。近年来燃煤机组迅速向高参数、大容量发展，发电效率得到显著地提高，大型燃煤机组的供电煤耗已经达到世界先进水平。在保证经济可持续发展的前提下，加强锅炉运行优化、深挖辅机节能潜力，最大程度节约能源、保护环境，是一项重要且艰巨的任务。本文通过机理方法、试验手段对磨煤机出口温度、一次风压及锅炉运行参数进行节能优化研究，实现燃煤锅炉更高效、清洁的运行。
　　本研究主要内容包括：⑴为了适应复杂多变的煤种，保证制粉系统的安全运行，在DCS参数整定中，磨煤机出口温度的上限设定的较低，使锅炉效率下降，为锅炉节能调整留下了空间。论文采用爆炸性指数和CO析出温度来评估提高磨煤机出口温度的安全性，在保证制粉系统安全运行的前提下，通过提高磨煤机出口温度来提高机组经济性。论文计算了某660 MW超超临界机组燃用不同煤种的爆炸性指数，并分析了爆炸性指数与挥发分、灰分和水分的关系。提高磨煤机出口温度，也就是提高磨煤机入口温度，煤种在空气气氛下的CO析出温度可作为磨煤机入口最高风温。利用热重-红外联用技术确定了不同煤种在空气气氛下的CO析出温度，分析了CO析出温度与挥发分、灰分和水分的关系。基于爆炸性指数和CO析出温度两个安全性评价指标，在该660 MW机组上进行提高磨煤机出口温度试验。在500 MW负荷下，将磨煤机A、E出口温度从75℃提高到85℃，磨煤机F出口温度从75℃提高到95℃，磨煤机C、D出口温度从60℃提高到65℃，排烟温度下降了3.71℃，锅炉效率提高了0.15％，厂用电率下降了0.018%，供电煤耗下降了0.59 g/kW·h。试验结果表明，在确保制粉系统安全运行前提下，提高磨煤机出口温度是一种可行的节能途径。⑵在一次风系统运行过程中，磨煤机入口冷、热风门开度过小，导致一次风压升高，一次风机电耗增大，厂用电率增加。因此，可以通过增大磨煤机入口冷、热风门开度来降低一次风机电耗。论文以安全性为前提，设计了一次风压自适应控制系统。一次风压自适应控制系统能够实时计算一次风压偏置值，并与DCS原回路一次风压值耦合，降低一次风压，增大磨煤机入口冷、热风门开度，在保证制粉系统安全运行的前提下，降低一次风机能耗。⑶考虑到电厂运行安全的重要性，针对偶尔发生磨煤机出口超温的问题，设计了磨煤机出口超温控制模型。磨煤机出口超温控制模型将磨煤机出口温度与设定值的偏差作为输入，采用比例-微分算法（Proportional-Derivative, PD）建模。投入一次风压自适应控制系统后，当发生磨煤机出口超温时，首先将磨煤机出口温度控制在设定值之内，保证制粉系统安全的情况下，降压节能。⑶NOx和飞灰含碳量直接影响锅炉的经济性和环保性，是燃烧优化的重要参数。但NOx和飞灰含碳量是一对矛盾的目标，分别对NOx和飞灰含碳量进行优化调整，会顾此失彼，无法兼顾锅炉的经济性和环保性。⑷基于NOx和飞灰含碳量特性模型，采用增加预处理的小生境遗传算法对二次风、燃尽风、SOFA风门开度和炉膛出口氧量进行寻优，使NOx和飞灰含碳量协调最佳。对小生境遗传算法与标准遗传算法的性能进行了比较，结果表明增加预处理的小生境遗传算法的优化结果具有更好的可靠性。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 磨煤机节能技术研究现状

1.3 一次风机节能研究现状

1.4 锅炉燃烧优化研究现状

1.5 最小二乘支持向量机概述

1.6 小生境遗传算法概述

1.7 本文主要研究内容

2 磨煤机出口温度优化研究

2.1 引言

2.2 研究对象

2.3 煤粉的爆炸特性

2.4 磨煤机安全出口温度的确定

2.5 提高中速磨煤机出口温度试验

2.6 本章小结

3一次风压优化研究

3.1 引言

3.2 一次风压自适应控制系统的设计

3.3 一次风压自适应控制系统软件的实现

3.4 一次风压自适应控制系统的应用

3.5 本章小结

4 锅炉燃烧优化模型的建立

4.1 引言

4.2 锅炉的概述

4.3 NOx和飞灰含碳量模型的建立过程

4.4 建模结果

4.5 本章小结

5 锅炉多目标燃烧优化

5.1 引言

5.2小生境遗传算法在锅炉多目标燃烧优化中的实现

5.3 NOx和飞灰含碳量协同优化的结果

5.4 本章小结

6 全文总结和工作展望

6.1 主要研究成果

6.2 本文的创新点

6.3 未来工作展望

参考文献

附录

作者简历