智能燃烧

当前全社会上下都面临着节能减排的巨大压力，而发电厂这一高耗能群体，面对燃煤价格的日益上涨和污染排放的限制，面临着提高锅炉效率与降低污染排放的双重要求，迫切需要更好的面向节能、降耗、减排、安全的生产过程一体化智能优化方法。本项目基于可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS）的锅炉CT温度场测量系统研发及应用，实现了锅炉大空间温度场的在线检测，为燃煤锅炉燃烧优化提供了检测手段和必要信息。构建智能燃烧优化系统，实现锅炉燃烧精确高效运行。通过大数据分析和智能寻优，开发基于神经网络和遗传算法的变煤质/负荷锅炉高效运行专家指导系统，根据锅炉炉膛温度参数分布，利用神经网络、遗传算法和模拟退火方法等全局寻优算法对锅炉的最佳燃烧工况进行寻优，获得不同煤种、配风模式及负荷条件下，各燃烧参数的最佳设定值。基于历史数据分析、专家知识库诊断的远程故障诊断与预警系统，实现了远程诊断中心对DCS过程数据、旋转机械振动分析数据、精密点检数据的集成，将数据集中在公司总部集中展示，利用大数据技术、专家系统，对数据进行分析，对设备的健康状态进行分析展示，指导运行和检修。基于炉内燃烧动力场的“四管”防磨防爆预警系统，建立了大数据分析处理系统，可以长期采集DCS运行数据，根据烟气对“四管”长期冲刷下磨损情况和汽水参数越限情况，结合锅炉燃烧CFD模拟判断烟气流累积评估，建立“四管”寿命预测模型，从而对锅炉泄漏进行预判。基于物联网的安全管理系统，系统综合运用高精度定位技术、物联网技术、智能信息处理技术等高科技手段，实现现场关键区域人员工作状态的实时监控，实现危险源智能识别、智能巡检、电子围栏、智能两票等功能，消除安全生产隐患，提高电厂运行的安全性。三维虚拟电厂构建与应用技术，对电厂进行整体三维建模，最高精度达到设备零件级，并与DCS运行数据、人员点位数据、两票作业数据、燃烧动力场数据、故障诊断预警数据等进行实时联动显示。 项目研发的技术在大唐南京发电厂#1机组（660MW超超临界机组）安装并成功投运。经第三方测试，系统投运以后可以提供锅炉效率0.5%以上。本项目成功实施后，主要用户在发电领域，如中国大唐集团、中国华能集团等五大电力集团。根据《2014版全国火力发电厂分布与规划图册》，截至2014年底，全国火力发电机组300MW以上已投产数量为1397台，在建机组192台，机组共计约1600台，目标用户数量和市容量十分庞大，项目技术及产品有很大的推广应用价值。

随着经济发展步入新常态化和“两化深度融合”，电力企业面对电力需求增长放缓、新能源装机比重不断提高的发展环境，建立智能化电厂就是我国电厂解决发展难题的突破点。国家发改委发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，在国家能源转型的大背景下电力发展提出智能发电概念。大唐南京发电厂与南京科远智慧科技集团股份有限公司、中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司以及东南大学开展产学研合作，把虚拟现实、大数据分析、人工智能等技术运用到电力生产行业，逐步完善并确立了锅炉CT、智能燃烧优化系统、三维镜像电厂、人员定位安全管理系统、远程故障诊断中心、锅炉四管诊断系统为技术核心的六个建设模块，成为国内首家开展智能化电厂研究的燃煤发电厂。本项目成果主要创新点包括研发锅炉温度场CT测量技术，实现燃烧过程三维可视化；实现超超临界大型煤粉锅炉燃烧过程的三维数值模拟，研发变煤质/负荷超超临界锅炉燃烧优化专家指导系统：利用UWB技术，采用基于接收信号时间法实现高精度定位；通过大数据分析和人工智能技术实现机组故障早期预警和诊断；通过大数据分析分析及三维建模技术，构建锅炉四管三维建模及状态三维可视化，实现泄漏预警、防磨防爆管理；采用虚拟现实技术，完成电厂三维建模；通过数字化管控平台进行统一集中管理和展示，提供管理驾驶舱，直观的监测电厂运营情况。本成果已在大唐南京发电厂两台660MW超超临界机组中应用，系统运行效果良好。本成果使用对象明确，用户数量和市厂容量庞大，项目技术及产品具有很高的的推广应用价值，可在发电厂广泛应用。

大型电站煤粉锅炉是一个多变量多目标的复杂耦合系统，其燃烧状态、解耦控制、协调优化是制约锅炉总体性能提升的技术瓶颈。但传统技术难以准确反映锅炉燃烧过程动态特性，炉整场温度分布无法连续实时获取，控制系统控制变量单一且时间带后，燃烧优化主要依赖试验结果与人员经验，锅炉不能连续稳定保持良好的运行状态，同时在锅炉效率提高与NOx生成量降低之间无法合理兼顾。项目提出了基于数据驱动与专家知识融合的锅炉燃烧整体优化方案，建立了锅炉智能控制模式和性能协调提升策略，开发了锅炉智能优化控制系统和炉膜三维温度场实时监测系统，搭建了可实现智能运算的DCS扩展控制平台，有效解决了锅炉多目标寻优、炉内三维温度测量、DCS扩展智能控制等一系列技术难题。