[发明专利]一种基于数字孪生的流化床锅炉运行优化方法与系统

权利要求书

1.一种基于数字孪生的流化床锅炉运行优化方法，其特征在于，包括步骤：

(1)构建锅炉数字孪生系统，包括步骤(a)构建锅炉仿真系统，包括构建锅炉物理结构参数库，构建炉膛、分离器、外置换热器、冷渣器、尾部烟道内的煤颗粒与空气两相流动模型、气体扩散传质模型，受热面管内工质流动模型、煤颗粒燃烧模型、煤颗粒破碎模型、炉膛火焰与壁面换热模型、炉内温度场与气氛场演变模型、烟气与受热面换热模型、受热面沾污积灰模型、受热面氧化与磨损模型、低温腐蚀模型、炉内石灰石脱硫模型、SCR系统脱硝模型、电除尘器除尘模型；(b)构建锅炉燃烧、换热、治污仿真系统模型求解器；(c)采用从锅炉DCS控制系统实时获取的第一类运行控制参数作为边界条件运行锅炉仿真系统，获得炉膛、分离器、受热面与尾部烟道内的流动、燃烧、换热、脱硫、脱硝、除尘过程的仿真结果；(d)构建仿真模型优化系统，将仿真结果与从DCS控制系统获得的与仿真结果相对应参数的实测结果进行对比，采用误差反向传播算法获得锅炉仿真系统中模型的修正方案，以减小仿真结果与实测结果间的误差到1％以下，所述仿真结果参数包括：床温、物料循环倍率、床层压差、低温过热器出口蒸汽温度、低温过热器出口烟气温度、高温过热器出口蒸汽温度、高温过热器出口烟气温度、低温再热器出口蒸汽温度、低温再热器出口烟气温度、高温再热器出口蒸汽温度、高温再热器出口烟气温度、省煤器出口工质温度、省煤器出口烟气温度、空预器出口烟气温度、热一次风温度、热二次风温度、分离器出口NO浓度、SCR出口NO浓度、喷氨量、排烟SO₂浓度、排烟氧量、排渣温度、外置床循环灰出口温度、外置床出口工质温度、飞灰含碳量、炉渣含碳量；

(2)构建锅炉DCS控制系统与数字孪生体双向互联通信系统，采用千兆以太网物理链路实现DCS控制系统与数字孪生系统双向通信；

(3)构建锅炉运行参数寻优系统，所述锅炉运行参数寻优系统的优化目标为

min{C_c+C_p+C_pa+C_sa+C_df+C_NOx+C_SO2+C_dd+C_pl}

其中：

C_c为燃煤成本；

C_p为制粉系统运行成本；

C_pa为一次风机运行成本；

C_sa为二次风机运行成本；

C_df为引风机运行成本；

C_NOx为脱硝系统运行成本；

C_SO2为脱硫系统运行成本；

C_dd为除尘系统运行成本；

C_pl为管道磨损成本；

约束条件为：

其中

为仿真计算所得的主蒸汽温度；

为设定的主蒸汽温度目标值；

为仿真所得的再热蒸汽温度；

为设定的再热蒸汽温度目标值；

Q_mdw为过热蒸汽减温水量；

为过热蒸汽减温水最大允许量；

Q_rdw为再热蒸汽减温水量；

为再热蒸汽减温水最大允许量；

t_dpz为密相区床温；

t_d为入炉煤的灰变形温度；

为床层最小允许厚度；

l_b为仿真计算所得的床层厚度；

为床层最大允许厚度；

(4)每5秒从锅炉DCS控制系统获取第一类运行控制参数的实时数据，包括锅炉负荷、给水压力、给水温度、主蒸汽压力、主蒸汽流量、再热蒸汽压力、再热蒸汽流量、入炉煤工业分析、入炉煤元素分析、入炉煤灰成分、入炉煤可磨性指数、入炉煤粒径分布、入炉煤燃烧特性指数、入炉煤灰熔点、送风温度；

(5)以第一类运行控制参数为输入数据，采用锅炉运行参数寻优系统对流化床锅炉的第二类运行控制参数进行寻优，得到第二类运行控制参数最优值，所述第二类运行控制参数包括：一次风量、一次风温、二次风量、二次风温、给煤量、回料温度、排渣量、减温水量、烟气挡板开度、外置床循环灰量、石灰石投入量、喷氨量、除尘电流；

(6)将第二类运行控制参数最优值返回流化床锅炉的DCS控制系统，根据第二类运行控制参数最优值控制锅炉运行。