基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107726358A(43)申请公布日2018.02.23(21)申请号201710946941.8(22)申请日2017.10.12(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人石岩钟文琪陈曦刘燮(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人李静(51)Int.Cl.F23N5/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化系统及方法，系统包括DCS控制系统接口、CFD计算集群、样本数据库集群、智能建模集群、中央处理集群和人机界面，通过对CFD模拟样本和历史运行样本进行存储、建模和优化，实现了机组随电网负荷指令、入炉煤煤质特性、过量空气系数等变化的最优配风方式实时匹配。本发明中CFD数值模拟技术的使用提高了建模的准确性，优化时可直接调用DCS控制系统实现闭环控制，使配风方式快速响应负荷变化，实现机组燃烧热效率和NOx排放的实时优化。CN107726358ACN107726358A权利要求书1/2页1.一种基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化系统，其特征在于：包括DCS控制系统接口、CFD计算集群、样本数据库集群、智能建模集群、中央处理集群和人机界面，所述DCS控制系统接口与CFD计算集群通过信息传输网络分别将历史运行样本和CFD模拟样本传输到样本数据库集群中并保存；所述智能建模集群调用样本数据库集群中存储的数据，选择智能算法进行建模，并将锅炉热效率预测模型和NOx排放量预测模型传输到中央处理集群；所述中央处理集群在接收模型的同时，调用DCS控制系统接口中锅炉实时运行的参数进行配风方式的寻优，使机组燃烧热效率和NOx排放达到组合最优值。2.一种基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)通过CFD计算集群计算CFD模拟样本；(2)分析并完善历史运行样本；(3)将CFD模拟样本和完善后的电厂实际历史运行样本存储在样本数据库集群中，以供智能建模集群调用；(4)智能建模集群接收来自样本数据库集群中的样本，使用智能算法进行训练；(5)在中央处理集群中进行配风方式的优化；(6)建立人机界面以保证运行人员对整个燃烧优化配风系统的监视与控制。3.根据权利要求2所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，根据优化目标锅炉的实际结构、各受热面布置情况、风道烟道布置情况以及燃烧器喷口类型和位置等参数，构建锅炉物理模型，采用计算流体动力学CFD耦合化学反应方法对炉内燃烧过程进行模拟。4.根据权利要求3所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：采用CFD对燃烧过程进行模拟时，针对不同负荷、入炉煤煤质特性、过量空气系数、磨煤机组合方式和配风方式等因素进行模拟，得到相应的飞灰含碳量、NOx排放量等参数，并通过热力计算得到锅炉热效率。5.根据权利要求2所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过锅炉燃烧优化调整试验，获取不同运行工况下机组的飞灰含碳量和炉渣含碳量；以负荷、入炉煤煤质特性、氧量、磨煤机组合方式、配风方式等为输入，飞灰含碳量和炉渣含碳量为输出，建立非线性模型；以电厂实际运行数据为输入，飞灰含碳量和炉渣含碳量为输出获得实际运行情况下的预测飞灰含碳量和炉渣含碳量，通过锅炉热量反平衡方法计算，得到历史运行样本的锅炉热效率。6.根据权利要求2所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤(6)中，机组运行人员通过人机界面控制样本数据库集群读取样本，手动或自动更新锅炉热效率预测模型和NOx排放量预测模型；通过选择手动或自动优化模式，控制配风的优化方式。7.根据权利要求2所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中，样本数据库内的数据包括负荷、入炉煤煤质特性、过量空气系数、配风方式、锅炉热效率、NOx排放量等信息。8.根据权利要求2所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤(4)中，以包括负荷、入炉煤煤质特性、过量空气系数、配风方式等参数为输入，2CN107726358A权利要求书2/2页以锅炉热效率、NOx排放量为输出，建立锅炉热效率预测模型和NOx排放量预测模型，通过添加正则化项防止过拟合的情况发生。9.根据权利要求2所述的基于CFD数值模拟和智能建模的锅炉燃烧优化方法，其特征在于：所述步骤(5)中，中央处理集群从DCS控制系统接口