[发明专利]燃煤锅炉燃烧动力场快速计算和实时显示系统

说明书

本发明公开了一种燃煤锅炉燃烧动力场快速计算和实时显示系统与计算方法。系统包括DCS数据处理模块、CFD数据库模块、预测计算模块和燃烧显示模块。通过将神经网络与CFD数值模拟相结合，实现了从离散有限工况点的炉内三维燃烧动力场数据快速计算连续任意工况点的炉内三维燃烧动力场，并以多种形式对炉内燃烧状况进行显示。本发明使电厂运行人员可以更加直观快速地了解变工况下的炉内燃烧情况，综合评估各种因素对燃烧的影响，为炉内燃烧调控提供参考。

技术领域

本发明涉及的是一种燃煤火力发电领域的技术方法，具体是一种电站燃煤锅炉燃烧动力场快速计算和实时显示的系统。

背景技术

目前，燃煤火力发电厂燃用非设计煤种以降低运行成本已成为常态，再加上为适应电网调峰而频繁地进行负荷调整，进而导致锅炉偏离其最佳运行工况，引起燃烧效率下降、污染物排放增加等问题。复杂变工况下的锅炉高效低污染燃烧调控已成为困扰运行人员的巨大挑战，其中最重要原因是运行人员无法准确获得炉内三维流场、温度场和组分场信息，使得调控策略缺乏依据，只能依赖于运行人员自身经验。

由于锅炉燃烧过程极为复杂，且炉内处于高温、高尘和腐蚀的恶劣环境，导致锅炉燃烧状况的监测十分困难。现有的声波、红外和激光等测量手段只能获得单点或二维的温度与速度数据，还远远无法满足燃烧调控的需要。随着计算机技术的发展，采用计算流体力学(CFD)的方法对燃煤锅炉的燃烧过程进行数值模拟，以获得精确的三维燃烧动力场信息，进而实现对锅炉运行和设计的优化已成为较为成熟的方法。但是由于CFD方法耗时过长，目前多采用离线方式为燃烧调控提供指导，无法在线实时预测和显示工况参数变化时炉内三维燃烧动力场的情况。因此，为了能够让现场运行人员实时详细了解炉内燃烧状况，以针对工况变化做出准确及时的调控指令，提出和设计一种能够快速计算和显示炉膛内部燃烧状况的方法与系统是十分必要的。

发明内容

发明目的：本发明针对燃煤火力发电厂现场运行人员无法准确及时了解锅炉内燃烧状况的问题，提供了一种能够快速计算和实时显示大型燃煤锅炉三维燃烧动力场的系统。

技术方案：本发明的燃煤锅炉燃烧动力场快速计算和实时显示系统，包括依次通信连接的DCS数据处理模块、CFD数据库模块、预测计算模块和燃烧显示模块，锅炉DCS系统、DCS数据处理模块、CFD数据库模块、预测计算模块和燃烧显示模块之间的连接方式包括串行通信、通用串行总线、高速以太网或无线网。

-所述DCS数据处理模块能够接收锅炉DCS系统的数据，获取锅炉运行工况数据并将其加工转化为综合工况信息，作为查询条件传输给所述CFD数据库模块。

-所述CFD数据库模块存储有锅炉在不同综合工况下的三维燃烧动力场数据，并接受来自DCS数据处理模块的综合工况信息，并根据该信息进行数据库查询，最终将查询到的三维燃烧动力场数据传递给预测计算模块。

-所述预测计算模块存储有基于神经网络的三维燃烧动力场预测计算程序和参数库，能够在CFD数据库模块中含有的综合工况数据的基础上对CFD数据库模块没有包含的综合工况下的三维燃烧动力场进行预测计算，并将计算得到的三维燃烧动力场数据传输给所述燃烧显示模块。

-所述燃烧显示模块能够对炉内任意点、面和三维区域内的三维燃烧动力场数据进行显示，并可与现场操作人员进行交互。

所述CFD数据库模块设有两路数据输入端口，其中一数据输入端口能够接收DCS数据处理模块的综合工况信息、另一数据输入端口能够直接接收预测计算指令。

所述CFD数据库模块设有两路数据输出端口，其中一数据输出端口与预测计算模块通信连接、另一数据输出端口与燃烧显示模块通信连接，并能够将查询到的三维燃烧动力场数据传递给预测计算模块或燃烧显示模块。

上述两路端口均可以在不同界面同时进行。

所述DCS数据处理模块通过锅炉DCS系统获取的锅炉运行工况数据包括负荷、煤种、磨煤机工作状态和风门开度。