基于炉膛三维温度场的锅炉燃烧优化动态建模与控制方法研究

With the gradually increasing requirement of peak-shaving in power grids, operation in steady-state and control in dynamic regulation of the boiler combustion are both expected to be optimized. One of the most efficient method for the existing boiler combustion optimization is developing a reasonable control strategy. The combustion condition of a boiler can be comprehensively reflected by the temperature field inside the furnace while adjusting. Since the response of the temperature field is fast, an optimization guiding system designed based on the temperature field can partly compensate the negative effect caused by the large time-delay characteristics in the boiler combustion optimization system. The main topic of this project will expand on several temperature field based issues for the dynamic modeling and multiobjective predictive control in the boiler combustion optimization: (i)the extraction methods of guidance boiler temperature signals based on the boiler temperature field. (ii)the dynamic modeling methods of the boiler combustion optimization combined with the guidance boiler temperature signals. (iii) multiobjective predictive control method combined with the guidance boiler temperature signals. The main purpose of this project is to lay a theoretical foundation for the multiobjective control of boiler combustion optimization system.

在电网调峰压力逐步加大的背景下，电站锅炉的燃烧优化不仅要实现稳态时的优化运行，还要实现动态调节过程中的优化控制。在不影响生产的前提下，研究合理的燃烧优化控制策略是实现服役锅炉燃烧优化的最直接和最有效的方法之一。在对锅炉燃烧进行调节时，炉内的温度场综合反映了锅炉的燃烧状况。温度场响应速度快，研究基于温度场的锅炉燃烧优化控制系统，可以部分消除锅炉燃烧优化系统的大迟延特性造成的不利影响。本项目围绕基于炉膛三维温度场的锅炉燃烧优化动态建模与控制问题展开，主要研究内容包括：（1）基于炉内的温度场信息，锅炉燃烧优化导前炉温信号的提取方法；（2）结合导前炉温信号的锅炉燃烧优化动态建模方法；（3）结合导前炉温信号的锅炉燃烧优化多目标预测控制方法。本项目通过研究锅炉燃烧过程中锅炉效率与NOx排放的动态建模与多目标优化控制方法，为锅炉燃烧优化多目标控制系统的实现打下理论基础。

为了进一步提高燃煤锅炉效率并有效减少污染物排放，项目研究了一种基于炉膛温度场的锅炉燃烧优化控制方法。该方法通过数值优化算法实现对锅炉燃烧经济性、环保性相关的多个目标的优化，同时与预测控制相结合来保证系统的动态调节品质。项目主要研究内容包括：适于非线性系统辨识的多目标优化算法、融合偏好信息的多目标优化算法、结合温度场的锅炉燃烧优化建模方法、基于子空间辨识的炉膛燃烧建模方法、基于特征变量子集的燃烧优化动态建模方法、基于多目标预测控制的炉膛燃烧优化方法、加入扰动观测器的锅炉燃烧优化多目标预测控制方法。理论分析和仿真结果表明，基于多目标预测控制的锅炉燃烧优化方法能够在确保系统安全性的基础上，兼顾系统的经济性与环保性；加入扰动观测器后，能够有效克服负荷、煤质等不可测扰动对优化工作点的影响，并使系统在处于动态调节过程时能兼顾调节品质和经济性、环保性，从而为实现锅炉燃烧优化闭环控制打下了理论基础。