论文部分内容阅读
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。