基于蓄能深度利用的循环流化床机组动态优化控制

发布时间：2020-10-15 07:09

　　 洁净煤技术是我国保障发电行业可持续发展的战略措施之一。循环流化床(CFB)燃烧发电技术是洁净煤技术的重要研究领域,已成为燃煤机组的重要组成部分。我国能源结构中火力发电仍占据主导地位,为了更好消纳日益增长的新能源电力容量,减少弃风、弃光量,提升火电机组快速变负荷运行能力将是必然选择。CFB机组流态化的燃烧方式使得给煤颗粒在炉膛中燃烧放热具有大惯性,因此,大多数CFB机组的动态性能较差,且变负荷速率不能满足电网的需求。但CFB锅炉炉膛蓄能较大,蓄能的深度利用可提升机组动态性能,并为CFB机组快速变负荷提供可能。基于此,本文将从以下几个方面展开研究:1、在理解分析CFB机组燃烧特性、燃料侧及汽水侧蓄能特性的基础上,提出了亚临界及超临界CFB机组蓄能模型,建立了 CFB锅炉蓄能理论体系,实现燃料侧及汽水侧蓄能量化;利用蓄能模型,从蓄能变迁及能量平衡的角度分析了亚临界及超临界CFB锅炉机组运行过程中的蓄能动态调节特性和蓄能变迁过程;从物理位置及能量流动角度将CFB机组蓄能变迁过程拆分成为两个子过程,分析了各子过程在能量调节中的响应特性。2、利用蓄能模型,并基于锅炉侧释放热量与炉内即燃炭之间的动态过程,分析了 CFB锅炉机组协调控制系统动态特性,通过对负荷控制系统的合理简化,建立了亚临界及超临界CFB机组协调控制系统机理模型,同时给出了模型参数辨识方法。以实际机组为对象,建立模型并加以验证,结果表明,所建立的CFB机组协调控制系统模型具有较高的精度和泛化能力,为机组控制策略的研究和动态过程的优化提供了理论基础。3、通过对CFB机组协调控制系统机理模型进行线性化处理,获取了典型工况下的线性化模型,在分析机组变负荷动态特性及相关控制策略思路的基础上,提出了基于先行能量平衡的CFB机组快速变负荷控制策略,即引入蓄能加速信号,充分挖掘风量对CFB燃料侧蓄能快速调整的潜能,同时保证给煤回路在整个动态过程中能量供应的持续性,实现了 CFB机组在快速变负荷过程不同阶段下蓄能的合理分配及补充,减小主要被控参数波动。仿真结果和实际机组应用验证了该控制策略的可行性和先进性。4、针对目前CFB机组普遍掺烧煤泥燃烧运行中动态性能较差的情况,以煤泥泵送CFB机组为研究对象,揭示了实际连续运行过程中能量波动的原因;研究和利用锅炉能量释放及蓄能平抑输入能量波动,优化能量变迁过程,形成了CFB锅炉大比例掺烧煤泥运行控制策略。实际机组应用表明该策略有利于减小参数波动,增加机组煤泥掺烧量,降低燃料成本。5、床温能表征CFB锅炉炉内燃烧释放热量与汽水侧吸收能量的平衡状态,并影响大气污染物排放控制。在CFB锅炉机组蓄能深度利用,实现快速变负荷等动态优化控制过程中,需要对床温进行监测、预测。结合智能发电和智能监测体系,针对CFB锅炉床温运行控制的特性,构建基于长短期记忆(LSTM)深度神经网络的CFB锅炉床温区间预测模型,实现未来时间段内床温的上下限预测,并通过仿真验证了模型的精度。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM621
【部分图文】：

供热机组热电解耦，提升了机组调峰能力。美国、德国通过运行调整、设备改??造等方式，使机组具备降低至２０？２５％额定负荷的能力，促使其由原来的基荷电??力向调峰电力转变［｜（）］；丹麦通过储热装置、电热锅炉、尖峰锅炉和蒸汽旁路等??方式实现热电解耦，使供热机组具有６０％？８０％额定负荷的调峰能力，成为实现??其未来可再生能源１００％容纳的重要手段｜１１］。一些国家通过调整机组蓄热、优??化控制等方式，将变负荷速率提高至每分钟３％额定负荷以上。??国外火电机组灵活性运行建立在机组设计的有效运行范围较宽、煤质固定??且着火特性较好、机组自动化程度较高、改造投资较大的基础上。我国大多数??现有火电机组均按基本负荷设计，调峰适应性较差，存在调节范围窄（５?０？１０?０?％?）、??调节速率慢（１？２％），大范围快速变负荷时机组安全、经济、环保运行水平下??降等问题。图１－］给出２０１７年我国与新能源渗透率较高的几个国家的电源结构??对比情况。我国发电装机中燃煤火力发电占５７．３％，可快速响应新能源电力随??机波动性的燃气发电仅占４．２％，抽水蓄能仅占１．６％。预计到２０３０年，燃气发??电与抽水蓄能占比将分别达到６．６％和２．８％，仍然低于德国、美国、日本等国??目前的灵活电源比例［１２１。为了满足高比例新能源接入下的电网调峰调频需求，??亟需探索出一条适合我国电力系统现状的火电机组调峰技术路线。??

术尚不具备大规模实施条件［３１］。因此有必要挖掘各机组内部蕴含的蓄能，对于??火电机组蓄能利用策略，国内外的主要研究实施对象为煤粉炉，可分为锅炉侧??和汽轮机侧各系统的蓄能挖掘和利用，如图１－２所示。??火电机组??蓄能利用策略??＾＾——１??；?１?＿￣??１?ｉ??锅炉侧?｜汽轮机侧??汽包蓄汽水分：?凝结?凝汽?供热??热?离器蓄?水系?器冷?抽汽??热丨?统丨却?：系统??：??图１－２火电机组蓄能利用策略分类??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ??ｉ）锅炉侧蓄能利用??传统的煤粉炉发电机组一般通过协调控制系统（ＣＣＳ）完成电网调度的自动??发电控制ＡＧＣ，协调控制系统原理是通过给煤量和汽机主调门开度的协调配合??实现机组负荷与主蒸汽压力的调节｜３２Ｌ协调控制系统通过快速调节主调门来瞬??间改变进入汽轮机做功蒸汽的流量，从能量的角度来看，其本质是利用锅炉侧??的热惯性，实现了对蓄能的时序调节［３３］。统计目前所具有的方式，典型的有炉??跟机方式［３４１、机跟炉方式［３５］、直接能量平衡（ＤＥＢ）方式等等，对于不同机组??的特性需求

目前，凝结水系统、凝汽器冷却系统和供热抽汽系统中的蓄热利用问??题在工程上陆续得到验证，涌现较多针对利用汽轮机侧的蓄能改善机组动态性??能的研宄，其控制策略流程示意图如图１－３所示。??协调控制系统??＾－减温水，主蒸汽——??—?—學制??Ｔ?＾?＇?????Ｃ磨媒机?凝汽器?齡（器??供热抽汽?？冷却丁喷??－控制?＿??控制??铪水泵?凝结水?一一??节流控制??除氣器?低加?供热系统??？??图１－３基于汽轮机蓄能深度利用的控制策略示意??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ??６??
【参考文献】

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本文编号：2841868