大型燃煤电站热能传递效率在线评估与优化

In recent years, with the strong demand of energy-saving and emission reduction in the 13th Five Year Plan, to make the production process of the coal-fired boiler safer, cleaner and more efficient is particularly addressed. Therefore, the online assessment and optimization of heat transfer efficiency is of great significance for the safe operation and energy saving in the power plant. The project firstly aims at analyzing the fouling and slagging characteristics of boiler heating surfaces and constructing heat transfer efficiency model on the basis of ash depositing mechanism, heat transfer mechanism and steam turbine cold end. Further, by making a deep research of soft measurement technique, data-driven and satisfactory control theory, the project plans to solve the nonlinear multi-restrictions optimization and control problems of combustion, soot blowing and cold end in coal-fired boiler. Then, based on the heat transfer model and economic index system, we present a monitoring and verification platform to realize the online assessment and optimization of heat transfer efficiency of coal-fired boiler. Through revealing the heat transfer mechanism of heating surfaces, developing the optimization and control technique, verifying the feasibility and economy of the proposed strategies, the project hence lay a solid foundation for safe operation and energy saving of coal-fired boiler.

实现燃煤电站锅炉的安全、清洁、高效生产，是十三五节能减排需求下研究经济型燃煤技术的重要课题。而针对其热能传递效率进行在线评估与优化，对火力发电生产过程的安全运行和节能降耗具有重大意义。本项目以机理分析、应用研究和工程验证为主线，以锅炉受热面灰污沉积机理、受热面热效率机理和汽轮机冷端热传递效率机理为基础，实现燃煤电站热能传递效率的灰污特性分析，构建燃煤电站热能传递效率模型；通过研究软测量技术、数据驱动和满意优化控制方法，解决燃煤电站的燃烧优化、全流程吹灰优化和冷端优化等非线性多约束优化控制问题；构建锅炉热能效率监控验证平台，以燃煤电站热能传递效率模型、锅炉经济性能指标体系为关键技术进行验证研究，实现燃煤电站热能传递效率的在线评估与优化。该项目通过揭示大型燃煤电站热能传递效率机理，研究提升热能传递效率的优化控制技术，验证所提优化控制策略的可行性和经济性，为实现安全运行和节能降耗目标奠定基础。

实现燃煤电站锅炉的安全、清洁、高效生产，是十三五节能减排需求下研究经济型燃煤技术的重要课题。而针对其热能传递效率进行在线评估与优化，对火力发电生产过程的安全运行和节能降耗具有重大意义。为实现这一目标，本项目首先对燃煤电站热能传递效率评估与优化过程中需要用到的基础控制理论进行了研究，这一研究包括了非线性控制与观测器设计、扰动与不确定性抑制等多项内容。进一步，为解决测点布局不充分，部分数据难以实时测量的问题，针对十余种关键参变量设计了数据驱动和机理相结合的软测量方法，为后续研究提供了关键技术支撑。基于上述内容，本项目围绕燃烧优化，吹灰优化，冷端优化三个主要方面开展了热能传递效率优化的工作。一方面，本项目提出了针对超超临界机组的经济模型预测控制及分级递阶控制方法，基于HJB方程的智能吹灰优化策略，以及冷端凝汽器压力伪在线优化方法等一系列代表性成果；另一方面，还针对燃煤电站发电过程中的诸多细节性技术进行了优化，如提出了针对烟气含氧量、主蒸汽压力，送风量这三个主要控制对象的先进控制算法；提出了双背压冷端系统变频泵、双速泵循环水流量优化方法；以及受热面热能传递效率计算及灰污动态监测方法等。为了能更好的监控电站运行状况，本项目还从经济性角度建立了燃煤电站经济性评估方法，其主要包括两个层面，一是针对某一具体环节的特定评估方法，如协方差的绩效评价指标体系用于机组热控性能评估方法，基于改进马氏距离的多变量控制系统性能评价方法用于二级过热喷水减温控制过程性能评估等；二是针对整个燃煤电站运行经济性能建立了多层次评估体系，并为此提出了模糊综合评估方法和全新的层次分析法权重提取方法。最后，本项目针对智能电厂和智慧电网做了些前沿性的研究工作。