面向智能發(fā)電的電站燃煤鍋爐在線運(yùn)行優(yōu)化

李闖

摘? 要：現(xiàn)階段，隨著先進(jìn)信息技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，社會(huì)發(fā)展離不開(kāi)對(duì)電力能源的應(yīng)用。該文主要分析了智能發(fā)電的電站燃煤鍋爐在線運(yùn)行優(yōu)化的技術(shù)路線與主要技術(shù)創(chuàng)新，從爐內(nèi)三維溫度在線監(jiān)測(cè)、燃燒負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)以及快速克服燃料熱值擾動(dòng)的控制技術(shù)等3個(gè)方面進(jìn)行了研究，旨在進(jìn)一步提高智能發(fā)展技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)水平，提高智能技術(shù)在燃煤鍋爐發(fā)電中的應(yīng)用，有效提高其工作效率，降低煤耗以及排放量，以適應(yīng)未來(lái)煤電發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：智能發(fā)電;運(yùn)行優(yōu)化;燃燒監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK227? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

現(xiàn)代先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)革命性的變化，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的大幅度提升。與此同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能進(jìn)入人們的視線。在電力發(fā)電領(lǐng)域，通過(guò)與現(xiàn)代信息技術(shù)的深度融合，涌現(xiàn)出一系列智能電廠、數(shù)字電廠等新概念、新技術(shù)，明確了電力發(fā)電行業(yè)未來(lái)發(fā)展離不開(kāi)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用。智能發(fā)電是將現(xiàn)代人工智能技術(shù)融入電力發(fā)電中，促進(jìn)發(fā)電行業(yè)發(fā)展，已經(jīng)成為發(fā)電行業(yè)未來(lái)發(fā)展的一大趨勢(shì)。深入研究智能發(fā)電的電站燃煤鍋爐的在線運(yùn)行優(yōu)化方法，是未來(lái)智能技術(shù)在發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用的重要內(nèi)容，為智能發(fā)電的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。

1 燃煤電站智能發(fā)電技術(shù)研發(fā)的重要性

在燃煤電站鍋爐燃燒發(fā)電過(guò)程中，鍋爐燃燒后會(huì)產(chǎn)生高溫氣體，伴隨劇烈的反應(yīng)產(chǎn)生巨大的氣流，而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐在線運(yùn)行的智能化，達(dá)到智能發(fā)電的目的，離不開(kāi)對(duì)燃煤鍋爐爐內(nèi)燃燒監(jiān)測(cè)以及對(duì)智能化運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用。鍋爐燃燒發(fā)電過(guò)程中，需要輸入、輸出極多且復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，因此在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到較多因素的影響，其整體呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性以及耦合性較強(qiáng)的特點(diǎn)，一般的機(jī)理模型很難將其全面詳細(xì)地描述出來(lái)。因此，在進(jìn)行燃煤鍋爐燃燒發(fā)電技術(shù)優(yōu)化時(shí)，技術(shù)研發(fā)的重要方向就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及各種優(yōu)化模型技術(shù)的研發(fā)。

在傳統(tǒng)的“風(fēng)煤比”、“水煤比”燃煤發(fā)電中，需要嚴(yán)格控制風(fēng)量、水量與煤量，因此，煤量的變化就要求風(fēng)量、水量進(jìn)行相應(yīng)的變化。但是，由于燃煤品質(zhì)而造成的波動(dòng)較為頻繁，導(dǎo)致燃煤量也需要進(jìn)行頻繁的變動(dòng)，因而對(duì)風(fēng)量、水量的控制造成了極大的影響。同時(shí)，由于鍋爐及機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行充分的挖掘和利用，從而導(dǎo)致在進(jìn)行燃燒優(yōu)化過(guò)程中，通常都是由相關(guān)運(yùn)行工作人員憑借專(zhuān)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集整理，其所形成的數(shù)據(jù)信息難以找到真正的燃燒優(yōu)化規(guī)律，因此普適性非常低。當(dāng)前燃煤發(fā)電鍋爐控制模式主要是以相關(guān)參數(shù)的偏差為標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)燃料、送風(fēng)及引風(fēng)量、給水量等參數(shù)的控制主要是以蒸汽壓力、負(fù)荷輸出、煙氣含氧量、爐膛負(fù)壓以及水位或者過(guò)熱度的偏差來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)控制。因此一旦出現(xiàn)需要快速改變負(fù)荷的情況，則沒(méi)有了等待判別輸出偏差的時(shí)間，達(dá)不到靈活控制的需求。

基于此，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于燃煤發(fā)電，通過(guò)近似于人類(lèi)智能的人工智能進(jìn)行鍋爐燃燒的監(jiān)測(cè)及優(yōu)化，提高鍋爐燃燒各項(xiàng)參數(shù)的控制水平，對(duì)加快智能發(fā)電技術(shù)發(fā)展，提高燃煤發(fā)電效率，降低煤耗與排放量具有重要意義。

2 面向智能發(fā)電的電站燃煤鍋爐在線運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)路線

2.1 優(yōu)化爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過(guò)對(duì)鍋爐爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)滿足在線工業(yè)監(jiān)測(cè)和診斷的要求。利用人工智能技術(shù)優(yōu)化爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要是利用火焰輻射圖像處理技術(shù)，通過(guò)火焰圖像，將圖像內(nèi)攜帶的爐內(nèi)高溫輻射能量分布及傳遞信息充分地挖掘出來(lái)，從而進(jìn)行爐內(nèi)燃燒溫度場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)，并進(jìn)一步優(yōu)化爐內(nèi)燃燒的控制。在具體人工智能技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，可以采用高方向分辨率輻射強(qiáng)度分析的散射或者反射能量份額分步法，從而將熱輻射源的空間分布、燃燒介質(zhì)溫度與爐內(nèi)燃燒輻射成像的信息更好地關(guān)聯(lián)起來(lái)。同時(shí)，運(yùn)用修正的吉洪諾夫（Tikhonov），重建爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)，從而保證在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中不受大測(cè)量噪聲的影響，保持良好的監(jiān)測(cè)效果，在高溫輻射成像信息中，一次將爐內(nèi)的三維溫度場(chǎng)的分布重建起來(lái)。

爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)是爐內(nèi)三維燃燒監(jiān)測(cè)的一部分，人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)化，為之后研究其在燃燒溫度、煤粉（煤焦）濃度等爐內(nèi)的三維分布在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)化奠定了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，優(yōu)化爐內(nèi)三維燃燒監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)爐內(nèi)煤質(zhì)燃燒的速度、燃盡速率等方面變化的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)以及在線問(wèn)題診斷、問(wèn)題修正，整理鍋爐燃燒在線優(yōu)化控制規(guī)律等提供了技術(shù)支持，從而進(jìn)一步提高鍋爐智能發(fā)電技術(shù)的研發(fā)水平。

2.2 優(yōu)化燃燒負(fù)荷檢測(cè)以及快速克服燃料熱值擾動(dòng)控制技術(shù)

在燃煤鍋爐燃燒發(fā)電過(guò)程中，對(duì)爐內(nèi)燃燒能量的直接檢測(cè)手段一直以來(lái)都存在較為嚴(yán)重的缺陷，因而導(dǎo)致了鍋爐和機(jī)組監(jiān)控、運(yùn)行性能難以得到有效的完善。利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能發(fā)電，主要是通過(guò)火焰輻射圖像處理技術(shù)，準(zhǔn)確的收集爐內(nèi)輻射能信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控，對(duì)其中能夠準(zhǔn)確將負(fù)荷變化的圖像反映出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行篩選，進(jìn)而保證實(shí)時(shí)提供的燃燒負(fù)荷信號(hào)能夠與發(fā)電功率具有相同的取值范圍。同時(shí)，智能發(fā)電系統(tǒng)還可以將探頭結(jié)焦與機(jī)組運(yùn)行特性的變化的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤與自動(dòng)校對(duì)，從而使輻射能信號(hào)的準(zhǔn)確性大幅度提升。通過(guò)有效地監(jiān)控爐內(nèi)的輻射能信號(hào)，其燃燒放熱量水平就能夠得到有效的控制，并且機(jī)組負(fù)荷需求的變化也能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)鍋爐汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定性，提升機(jī)組負(fù)荷控制水平。

2.3 優(yōu)化鍋爐燃燒前饋解耦控制技術(shù)

智能發(fā)電技術(shù)在燃煤鍋爐燃燒發(fā)電中的應(yīng)用，需要以當(dāng)前燃燒控制的基本方法為基礎(chǔ)，進(jìn)行有效的技術(shù)創(chuàng)新。不同煤種燃燒產(chǎn)生的熱量也是不相同的，如果想要實(shí)現(xiàn)相同的熱量，就需要依靠燃燒理論來(lái)進(jìn)行調(diào)整，改變某一反應(yīng)條件，再對(duì)鍋爐總送風(fēng)量進(jìn)行控制，主要的依據(jù)為負(fù)荷的變化，如果負(fù)荷相同，則總的送風(fēng)量控制中可以將燃料變化的影響忽視。智能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制生成的負(fù)荷指令與送風(fēng)機(jī)入口的實(shí)時(shí)氣溫的直接接收和讀取，通過(guò)分析負(fù)荷質(zhì)量和送風(fēng)機(jī)口風(fēng)溫的變化規(guī)律，進(jìn)而得到相應(yīng)的控制值，將其輸出至DSC，作為控制修正信號(hào)，實(shí)時(shí)參與運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行控制。同時(shí)，風(fēng)煤水的控制規(guī)律在機(jī)組運(yùn)行不斷更新的過(guò)程中，也可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)荷與氣溫的變化控制規(guī)律找到其相應(yīng)的控制規(guī)律，并且可以在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，不斷地優(yōu)化控制規(guī)律。相較于傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行參數(shù)需要依靠偏差反饋信號(hào)來(lái)說(shuō)，鍋爐燃燒的前饋解耦的精確性、時(shí)效性得到了極大的提升，從而使鍋爐控制的靈活性也大幅度提升。

3 結(jié)論

人工智能技術(shù)在燃煤發(fā)電中的應(yīng)用，極大地優(yōu)化了鍋爐燃燒發(fā)電過(guò)程中在線運(yùn)行的效率，提高了燃煤發(fā)電的控制水平，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃煤發(fā)電過(guò)程中的問(wèn)題，提高燃煤發(fā)電效率，表明智能發(fā)電在未來(lái)發(fā)電行業(yè)中應(yīng)用的重要價(jià)值，為其進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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