[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

说明书

本发明提出一种基于数字孪生的流化床锅炉运行优化方法与系统，步骤包括构建锅炉的数字孪生系统，构建锅炉DCS控制系统与数字孪生体双向互联通信协议与系统，构建锅炉运行参数寻优系统，从锅炉DCS控制系统获取第一类运行控制参数的实时数据，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运行进行仿真寻优，得到第二类运行控制参数最优值，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。其优点是比人工优化中仅考虑某一方面优化而忽略其他方面更能实现锅炉运行的整体优化，系统自动运行，减少人工控制的工作量。

技术领域

本发明属于燃煤流化床锅炉领域，特别涉及一种基于数字孪生的流化床锅炉运行优化方法与系统。

背景技术

燃煤流化床锅炉的燃料适应性广、燃烧稳定性强，特别适合燃用煤矸石、贫煤等劣质煤，对大量处理劣质煤提供了可行的燃烧利用方法。但是，流化床锅炉运行中，时常出现炉膛结焦、管道磨损、低温腐蚀、飞灰含碳量高等多种问题，锅炉运行安全、经济性受到威胁。一般运行中，主要依靠运行人员的操作经验对流化床锅炉进行优化调整，虽然一定程度上缓解了上述问题，但仍有很大的优化空间。流化床锅炉系统复杂，各子系统相互匹配、协同工作，单纯依靠人工经验很难达到运行的最优化，并且仅仅对锅炉运行某个方面的优化可能导致另一个方面运行经济性或安全性下降，无法达到锅炉运行整体的最优化，为此，需要从锅炉整体的安全、经济和环保性考虑，实现流化床锅炉的整体性运行优化。

发明内容

本发明提出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)构建锅炉的数字孪生系统；

(2)构建锅炉DCS控制系统与数字孪生体双向互联通信系统；

(3)构建锅炉运行参数寻优系统；

(4)从锅炉DCS控制系统获取第一类运行控制参数的实时数据；

(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运行进行寻优，得到第二类运行控制参数最优值；

(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。

所述构建锅炉的数字孪生系统，包括步骤：(a)构建锅炉燃烧、换热、治污仿真系统，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，构建仿真寻优求解器；(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燃烧和换热仿真系统，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)将仿真结果与从DCS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修改锅炉燃烧和换热仿真系统中的模型，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。