煤電機(jī)組智能燃燒實(shí)時控制關(guān)鍵技術(shù)目錄TOC\o"1-3"\h\u17474煤電機(jī)組智能燃燒實(shí)時控制關(guān)鍵技術(shù) 121689一、項(xiàng)目概述 313973（一）企業(yè)簡介 36317（三）項(xiàng)目建設(shè)情況 422291二、應(yīng)用場景及建設(shè)方案 515044（一）場景描述 53123（二）技術(shù)架構(gòu) 522223（三）建設(shè)方案 723792三、項(xiàng)目效果 828830（一）項(xiàng)目效益 831635（二）鑒定評價(jià)（如有） 98230（三）推廣前景 1023495四、下一步計(jì)劃 10一、項(xiàng)目概述（一）企業(yè)簡介XXX電力試驗(yàn)研究院堅(jiān)持“以服務(wù)為基礎(chǔ)，以研發(fā)為動力”的發(fā)展思路，承擔(dān)集團(tuán)公司京津唐地區(qū)發(fā)電企業(yè)的技術(shù)監(jiān)督、技術(shù)服務(wù)工作，致力于向集團(tuán)各公司發(fā)電字長提供完整嚴(yán)密的技術(shù)保障。華北院重點(diǎn)研發(fā)方向以“新型電力系統(tǒng)建設(shè)”為中心，涵蓋煤電機(jī)組清潔高效技術(shù)、數(shù)字化和智慧化能源、綜合能源系統(tǒng)高效運(yùn)行、儲能技術(shù)、新型電力系統(tǒng)主動支撐、先進(jìn)低碳技術(shù)等領(lǐng)域，開展技術(shù)研發(fā)、技術(shù)攻關(guān)、光劍設(shè)備研制和工程實(shí)施。

（二）項(xiàng)目背景近年來國內(nèi)燃煤發(fā)電企業(yè)面臨著生產(chǎn)經(jīng)營困境，一方面，燃煤電廠節(jié)能降耗壓力巨大，而大氣排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛；另一方面，隨著能源電力體制改革深入推進(jìn)，電網(wǎng)調(diào)度靈活調(diào)峰要求越來越高。因此，作為電站節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)，燃煤機(jī)組鍋爐整體的控制優(yōu)化和性能提升更為重要和迫切。但目前鍋爐性能嚴(yán)重偏離優(yōu)化值，主要有以下瓶頸亟待突破：一是爐膛內(nèi)的燃燒復(fù)雜多變，無法實(shí)時監(jiān)測爐膛的溫度場分布、火焰中心位置、受熱面結(jié)渣和超溫等燃燒狀態(tài)，鍋爐的優(yōu)化控制缺乏精準(zhǔn)依據(jù)；二是目前鍋爐燃燒優(yōu)化嚴(yán)重依賴人工經(jīng)驗(yàn)，難以實(shí)現(xiàn)自動控制，且傳統(tǒng)控制技術(shù)無法解決鍋爐燃燒多變量耦合、慣性滯后大等問題；三是當(dāng)前人工智能技術(shù)成為解決傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域難題的有力工具，然而現(xiàn)有DCS系統(tǒng)難以支持海量數(shù)據(jù)分析和智能運(yùn)算，無法實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)在電力行業(yè)的工程應(yīng)用。項(xiàng)目針對燃煤機(jī)組鍋爐爐內(nèi)缺乏有效監(jiān)測手段、燃燒難以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)實(shí)時優(yōu)化、智能算法受制于現(xiàn)有DCS無法大規(guī)模應(yīng)用等技術(shù)難題開展研究，提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動與專家知識深度融合的燃燒實(shí)時閉環(huán)控制技術(shù)路線，研發(fā)了包括燃燒狀態(tài)智能感知、燃燒優(yōu)化智能控制、智能控制平臺的鍋爐智能燃燒實(shí)時閉環(huán)控制技術(shù)，并成功完成工程應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了顯著提高鍋爐效率，同時降低NOx生成量。（三）項(xiàng)目建設(shè)情況煤電機(jī)組智能燃燒實(shí)時控制系統(tǒng)已經(jīng)于2014年9月1日-2016年12月31日在內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司7號機(jī)組，2019-2021年在廣東大唐國際潮州發(fā)電有限公司3號機(jī)組和天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司4號機(jī)組成功投運(yùn)，爐型涉及600MW亞臨界對沖鍋爐，1000MW超超臨界雙切圓鍋爐和600MW亞臨界四角切圓供熱機(jī)組，應(yīng)用范圍廣泛。投資額按鍋爐容量及功能擴(kuò)展不同約為500萬～1000萬，承建單位為中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華北電力試驗(yàn)研究院，系統(tǒng)投運(yùn)后依據(jù)煤電機(jī)組設(shè)備性能及運(yùn)行人員能力水平等不同，預(yù)期在氮氧化物不超標(biāo)的情況下可提高鍋爐效率0.3%～0.5%，同時解放人工并帶來減少脫硝系統(tǒng)壓力及尿素購買、制備、儲存等一系列成本。二、應(yīng)用場景及建設(shè)方案（一）場景描述1、創(chuàng)建了以爐膛紅外測溫陣列和壁溫測點(diǎn)等多數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)、以梯度定位算法為核心的鍋爐燃燒狀態(tài)智能感知方法，實(shí)時構(gòu)建了爐膛三維動態(tài)溫度場，較為準(zhǔn)確地反映了燃燒狀態(tài)，突破了無法實(shí)時準(zhǔn)確獲取爐膛三維溫度場和爐內(nèi)火焰中心的技術(shù)瓶頸。2、開發(fā)了基于燃燒狀態(tài)智能感知的火焰中心監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時診斷火焰中心位置防止受熱面結(jié)渣和燃燒偏差，并動態(tài)參與燃燒控制，實(shí)現(xiàn)了受熱面結(jié)渣預(yù)警和燃燒偏差的即時消除，改善了鍋爐燃燒效果。3、創(chuàng)建了基于數(shù)據(jù)挖掘的高溫部件狀態(tài)診斷和劣化分析機(jī)制，開發(fā)了受熱面超溫預(yù)警系統(tǒng)，提高了鍋爐運(yùn)行的可靠性和安全性，為防止鍋爐四管泄露提供了技術(shù)支撐。（二）技術(shù)架構(gòu)大型電站煤粉鍋爐是電站節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其燃燒過程復(fù)雜，是一個多變量、多目標(biāo)的強(qiáng)耦合系統(tǒng)。鍋爐燃燒狀態(tài)好壞、變量目標(biāo)協(xié)調(diào)、控制水平高低是決定鍋爐總體性能提升的關(guān)鍵。然而，傳統(tǒng)技術(shù)難以對燃燒狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測，無法對多變量、多目標(biāo)、強(qiáng)耦合、大遲延的鍋爐進(jìn)行有效控制，依賴人工經(jīng)驗(yàn)為主的控制方式成為制約鍋爐效率提高的瓶頸，而人工智能技術(shù)快速發(fā)展為解決這些問題提供了新途徑，但現(xiàn)有DCS性能無法滿足智能控制大規(guī)模運(yùn)算。項(xiàng)目提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動與專家知識深度融合的燃燒實(shí)時閉環(huán)控制技術(shù)路線，研發(fā)了包括燃燒狀態(tài)智能感知、燃燒控制智能優(yōu)化、模塊化智能擴(kuò)展平臺在內(nèi)的鍋爐整體協(xié)調(diào)實(shí)時智能控制技術(shù)并完成了工程應(yīng)用。具體建設(shè)內(nèi)容和功能如下：1）鍋爐運(yùn)行模式的動態(tài)識別方法，研發(fā)了基于連續(xù)時間貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法的鍋爐燃燒動態(tài)過程模型，構(gòu)建了基于慣性權(quán)重動態(tài)調(diào)整粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法的鍋爐分級燃燒智能控制策略，開發(fā)了“適應(yīng)動態(tài)變負(fù)荷調(diào)節(jié)、分級燃燒精細(xì)配風(fēng)、煤耗與環(huán)保協(xié)調(diào)優(yōu)化、實(shí)時監(jiān)控保障安全”的鍋爐智能燃燒實(shí)時閉環(huán)控制系統(tǒng)。將專家知識與智能算法相結(jié)合，突破了傳統(tǒng)控制無法對多變量、多目標(biāo)、強(qiáng)耦合、大遲延系統(tǒng)進(jìn)行有效控制的局限，實(shí)現(xiàn)了鍋爐效率顯著提升的同時降低NOx生成量。2）爐膛紅外測溫陣列和壁溫測點(diǎn)等多數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)、以梯度定位算法為核心的鍋爐燃燒狀態(tài)智能感知系統(tǒng)，突破了無法實(shí)時準(zhǔn)確獲取爐膛三維溫度場和爐內(nèi)火焰中心的技術(shù)瓶頸，通過對爐膛溫度場分布、火焰中心位置、高溫部件狀態(tài)的在線監(jiān)測，準(zhǔn)確地反映了燃燒狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了基于鍋爐燃燒狀態(tài)的實(shí)時優(yōu)化控制、受熱面結(jié)渣及超溫預(yù)警。3）智能運(yùn)算及閉環(huán)控制模塊化擴(kuò)展平臺，該平臺采用主備服務(wù)器無擾切換的冗余架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)與任何DCS系統(tǒng)安全無擾交互的閉環(huán)控制，突破了傳統(tǒng)DCS無法實(shí)現(xiàn)智能控制的局限，制定了針對煤電機(jī)組各子系統(tǒng)智能控制的模塊化集成策略，為工業(yè)智能化的整體設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了有效的解決途徑，通過預(yù)留接口可實(shí)現(xiàn)其他功能模塊如氣溫控制、噴氨優(yōu)化等的擴(kuò)展。（三）建設(shè)方案項(xiàng)目以建設(shè)融合專家知識的煤電機(jī)組智能燃燒實(shí)時控制系統(tǒng)，在兼顧環(huán)保指標(biāo)的前提下實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)燃燒優(yōu)化并解放人工為目標(biāo)，關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)如下：創(chuàng)新點(diǎn)一：建立了鍋爐運(yùn)行模式的動態(tài)識別方法，開發(fā)了“適應(yīng)動態(tài)變負(fù)荷調(diào)節(jié)、分級燃燒精細(xì)配風(fēng)、煤耗與環(huán)保協(xié)調(diào)優(yōu)化、實(shí)時監(jiān)控保障安全”的鍋爐智能燃燒實(shí)時閉環(huán)控制系統(tǒng)，將專家知識與智能算法的精確量化調(diào)整相結(jié)合，突破了傳統(tǒng)控制無法對多變量、多目標(biāo)、強(qiáng)耦合、大遲延的系統(tǒng)進(jìn)行控制的局限，實(shí)現(xiàn)了NOx生成量減少的同時鍋爐效率顯著提升。創(chuàng)新點(diǎn)二：創(chuàng)建了以智能算法為核心的鍋爐燃燒狀態(tài)智能感知系統(tǒng)，對爐膛溫度場分布、火焰中心位置、受熱面結(jié)渣狀態(tài)等進(jìn)行在線監(jiān)測與分析，實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒狀態(tài)的精確感知，并參與燃燒優(yōu)化的實(shí)時閉環(huán)控制，還實(shí)現(xiàn)了高溫部件的狀態(tài)監(jiān)測及故障預(yù)警。創(chuàng)新點(diǎn)三：開發(fā)了可實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)算及閉環(huán)控制的模塊化擴(kuò)展平臺，該平臺采用主備服務(wù)器無擾切換的冗余架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)與任何DCS系統(tǒng)安全交互的閉環(huán)控制，突破了傳統(tǒng)DCS無法實(shí)現(xiàn)智能控制的局限，制定了針對煤電機(jī)組各子系統(tǒng)智能控制的模塊化集成策略，為工業(yè)智能化的整體設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了有效的解決途徑。三、項(xiàng)目效果（一）項(xiàng)目效益經(jīng)濟(jì)效益：大唐托克托發(fā)電公司7號機(jī)組（600MW）投運(yùn)后鍋爐效率提高0.5%以上，降低煤耗約1.5g/kWh計(jì)算同時NOx生成量降低約10%，2017年和2018年發(fā)電小時數(shù)分別為4562h和5962h，則兩年分別減少標(biāo)準(zhǔn)煤耗4104噸和5141噸，兩年分別節(jié)省燃料成本約166萬元和189萬元，分別降低脫硝系統(tǒng)物料消耗成本約27萬元和34萬元。由此兩年分別共計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益月193萬元和223萬元。社會效益：1）由于采用本項(xiàng)目成果，每臺機(jī)組每年可節(jié)省約幾千噸的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，對燃煤發(fā)電企業(yè)的碳減排具有明顯的效果。2）由于采用本項(xiàng)目成果，燃煤發(fā)電企業(yè)鍋爐運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了智能化、自動化，提高了運(yùn)行的工作效率，大大降低了運(yùn)行人員的工作量。3）由于采用本項(xiàng)目成果，燃煤發(fā)電企業(yè)設(shè)備及機(jī)組的安全性和穩(wěn)定性得到了提升，對保障電網(wǎng)穩(wěn)定、供電供熱安全具有重要意義。4）由于采用本項(xiàng)目成果，燃煤發(fā)電企業(yè)的自動化水平和運(yùn)營能力都得到一定提升，提升了發(fā)電企業(yè)的社會形象。（二）鑒定評價(jià)（如有）（1）西安熱工研究院有限公司作為第三方對內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司7號鍋爐投用本技術(shù)前后的鍋爐效率和NOx生成量進(jìn)行了性能對比試驗(yàn)，試驗(yàn)選取了600MW、450MW、300MW三個負(fù)荷進(jìn)行測試，結(jié)論如下：“1）600MW負(fù)荷習(xí)慣運(yùn)行工況鍋爐效率92.18%，SCR入口NOx濃度282mg/m3；優(yōu)化后工況鍋爐效率92.70%，較優(yōu)化前提高0.52%，SCR入口NOx濃度257mg/m3，較優(yōu)化前降低25mg/m3。2）450MW負(fù)荷習(xí)慣運(yùn)行工況鍋爐效率93.00%，SCR入口NOx濃度365mg/m3；優(yōu)化后工況鍋爐效率93.42%，較優(yōu)化前提高0.42%，SCR入口NOx濃度353mg/m3，較優(yōu)化前降低12mg/m3。3）300MW負(fù)荷習(xí)慣運(yùn)行工況鍋爐效率92.79%，SCR入口NOx濃度490mg/m3；優(yōu)化后工況鍋爐效率93.13%，較優(yōu)化前提高0.34%，SCR入口NOx濃度480mg/m3，較優(yōu)化前降低10mg/m3。”（2）中國電機(jī)工程學(xué)會對本項(xiàng)目組織召開了技術(shù)鑒定會，鑒定結(jié)論如下：“研究成果攻克了煤電機(jī)組鍋爐狀態(tài)感知和智能控制的技術(shù)難題，為電力行業(yè)智能化工程應(yīng)用提供了可行的技術(shù)路徑和實(shí)踐方法，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益和推廣應(yīng)用前景，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中‘以大數(shù)據(jù)技術(shù)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為核心、適應(yīng)動態(tài)變負(fù)荷調(diào)節(jié)的煤粉鍋爐智能實(shí)時優(yōu)化控制技術(shù)’達(dá)到國際領(lǐng)先水平?！保ㄈ┩茝V前景項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于不同容量、不同類型的煤電機(jī)組，其中在內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司7號機(jī)組的整體應(yīng)用效果如下：1）爐膛內(nèi)三維溫度場、火焰中心等狀態(tài)感知系統(tǒng)為鍋爐燃燒提供了強(qiáng)有力的指導(dǎo)，并實(shí)現(xiàn)了對火焰中心的實(shí)時控制，爐內(nèi)結(jié)焦預(yù)警等功能；2）基于人工智能的鍋爐整體協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒的實(shí)時自動調(diào)整，避免了人為因素對鍋爐優(yōu)化調(diào)整的影響，使鍋爐始終運(yùn)行在較優(yōu)水平；3）開發(fā)并應(yīng)用的DCS模塊化擴(kuò)展控制平臺在投資成本和工作量極低的情況下實(shí)現(xiàn)了對鍋爐運(yùn)行的實(shí)時智能優(yōu)化和閉環(huán)控制，提升了鍋爐的自動控制水平；4）鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)在NOx下降的前提下提升了鍋爐熱效率，實(shí)現(xiàn)了對節(jié)能降耗和環(huán)保排放的綜合優(yōu)化控制；5）整套技術(shù)降低了煤耗，對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性提升明顯；6）整套技術(shù)的應(yīng)用同時提升了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司7號機(jī)組在600MW負(fù)荷工況下，NOx生成量降低8%的同時，鍋爐熱效率提高0.83%；取得了顯著的經(jīng)濟(jì)