CN116379464B - 一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优控制方法，包括以下步骤：获取机组过去一段时间不同负荷条件运行参数的数据并分析归类；根据历史运行参数计算对应的NOx控制总成本的历史值，得出每个负荷条件下多个NOx控制总成本的历史值；机组每个负荷条件下的多个NOx控制总成本的历史值之间进行比较，分别得出机组每个负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值；实时获取机组运行参数的数据，并计算NOx控制总成本的实时值；将NOx控制总成本的实时值与NOx控制总成本的历史最优值进行比较，根据比较结果并相应调整实时的运行参数；本发明能够实现了炉内燃烧脱硝和SCR脱硝系统自动寻优，最佳经济模式运行。

Description

一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法

技术领域

本发明涉及燃煤机组脱销技术领域，特别是涉及一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法。

背景技术

当前燃煤电厂普遍采取了脱硝技术来控制NOx的排放，针对脱硝技术的过程与方法不同分为炉内燃烧NOx控制技术和SCR脱硝NOx控制技术。

炉内燃烧NOx控制技术是通过将炉膛分为主燃区和燃尽区，通过适当减小主燃区空气量，降低主燃区燃烧温度，以达到控制燃料型NOx和热力NOx的目的。炉内燃烧NOx控制技术虽然可有效地减少NOx的生成，但是由于燃烧不充分，飞灰含碳量和炉渣含碳量也随之增加，从而可能导致锅炉效率降低，从而导致炉内燃烧NOx控制技术在控制炉膛出口NOx的同时会增加发电煤耗成本。

SCR脱硝NOx控制技术为采用催化剂在反应温度300-400℃下，通过还原剂NH3与NOx发生反应生成氮气和水，从而有效脱除NOx。该技术实际应用过程中入口NOx浓度不同所消耗的还原剂液氨量不同，总体来说对于同一燃煤机组入口NOx浓度越低，SCR脱硝NOx控制成本越低。

炉内燃烧NOx控制和SCR脱硝NOx控制技术目前已成为燃煤机组典型NOx控制技术，炉膛出口的NOx直接进入SCR脱硝系统，通过SCR脱硝系统处理后排放。炉内燃烧NOx控制成本随炉膛出口NOx浓度降低而增加，而SCR脱硝NOx控制成本随炉膛出口NOx浓度降低而降低，因此炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本存在相互间的矛盾，难以使燃烧机组达到NOx控制总成本的最优化运行，需要提供一种燃煤机组全负荷NOx总成本自动寻优方法，协同开展炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的优化运行，保证NOx控制总成本总成本最优化运行。

发明内容

本发明提供了一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法，能够自动实现全负荷NOx控制的最优化调控，实现炉内燃烧NOx控制和SCR脱硝NOx控制的成本因素进行实时分析和寻优调控，实现了炉内燃烧脱硝和SCR脱硝系统自动寻优，达到最佳经济模式运行。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法，包括以下步骤：

S1、获取机组过去一段时间不同负荷条件下运行参数的数据，对上述获取的运行参数进行分析归类，把相同负荷条件下的多组运行参数归类到一起；

S2、根据上述分类完成的每组历史运行参数并结合当时运行时的标煤单价和液氨单价分别计算出炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的历史值，从而相加得到NOx控制总成本的历史值，逐一计算，得出每个负荷条件下对应的多个NOx控制总成本的历史值；

S3：机组每个负荷条件下的多个NOx控制总成本的历史值之间进行比较，分别得出机组每个负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值；

S4：实时获取机组运行参数的数据，并结合实时的标煤单价和液氨单价分别计算出炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的实时值，从而相加得到NOx控制总成本的实时值；

S5：将上述S4中得出的NOx控制总成本的实时值与相同负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值进行分析比较，根据比较结果并相应调整炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本相对应的运行参数，使机组最优运行。

优选的，在步骤S5中，若NOx控制总成本的实时值大于历史最优值，则比较实时的运行参数和历史最优值对应的运行参数，然后把各实时运行参数数值调整至与历史最优值对应的运行参数数值相等；

若NOx控制总成本的实时值小于历史最优值，则NOx控制总成本的实时值取代历史最优值成为新的历史最优值，继续稳定运行，并储存相应的运行参数。

优选的，炉内燃烧NOx控制成本的计算公式如下：

其中：W_炉内为炉内燃烧NOx控制成本，元/kWh；β为修正系数，取0.85-1.15，无量纲；m₀为锅炉设计供电煤耗，g/kWh；η₀为设计锅炉效率，％；为炉膛出口实际CO浓度，mg/m₃；/>为锅炉设计出口CO浓度，mg/m₃；P_coal为标煤单价，元/t。

优选的，SCR脱硝NOx控制成本具体计算公式如下：

其中：W_SCR为SCR脱硝NOx控制成本，元/kWh；α为能耗折算系数，为1.2-1.5，无量纲；为SCR入口NOx浓度，mg/m3；/>为SCR出口NOx浓度，mg/m3；P_NH3为液氨单价，元/t；Q为烟气量，m3；M为机组负荷，MW。

优选的，上述运行参数包括炉膛运行参数和SCR脱硝运行参数，炉膛运行参数包括锅炉炉膛温度、氧含量、蒸发量和炉膛出口CO浓度，SCR脱硝运行参数包括脱硝系统烟气量、脱硝效率和进出口NOx浓度。

优选的，在步骤S5中，若NOx控制总成本的实时值大于历史最优值，先通过开展锅炉一次风、二次风和燃尽风的风量比例调整来调整炉膛运行参数，直至实时炉内运行参数与相同负荷条件下的历史炉内运行参数相同，炉膛运行参数调整后再根据实时SCR脱硝运行参数，调整喷氨总量，直至实时SCR脱硝运行参数与相同负荷条件下的历史SCR脱硝运行参数相同。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过对不同负荷全负荷下运行参数的历史数据进行分析，从而有效获得不同负荷条件下全负荷NOx控制总成本的历史最优值，实际运行过程中通过对全负荷NOx控制总成本的实时值进行实时分析，通过对比实时值和相同负荷条件下的历史最优值，从而有效获得实时运行参数与历史最优运行参数的差异性，进而根据运行参数差异性，有效开展炉内燃烧和SCR脱硝调整相关的参数，使控制成本达到最优，自动实现全负荷NOx控制的最优化调控，实现炉内燃烧NOx控制和SCR脱硝NOx控制的成本因素进行实时分析和寻优调控，实现了炉内燃烧脱硝和SCR脱硝系统自动寻优，达到最佳经济模式运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的具体实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法，包括以下步骤：

S1、获取机组过去一段时间不同负荷条件下运行参数的数据，具体的可以从电厂运行系统内采取过去至少一年的运行参数的数据，具体的，采取过去一年的运行参数的数据，使得历史运行参数的数据基数大，从而后面得到的历史最优值真实度较高，具体的运行参数包括炉膛运行参数和SCR脱硝运行参数，炉膛运行参数包括锅炉炉膛温度、氧含量、蒸发量和炉膛出口CO浓度，SCR脱硝运行参数包括脱硝系统烟气量、脱硝效率和进出口NOx浓度；对上述获取的运行参数进行分析归类，先把每一次机组运行的运行参数归为一组，再把相同负荷条件下的多组运行参数归类到一起，从而每个负荷条件下均具有多组运行参数，便于后续NOx控制总成本的计算；

S2、根据上述分类完成的每组历史运行参数并结合当时运行时的标煤单价和液氨单价分别计算出炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的历史值，从而相加得到NOx控制总成本的历史值，逐一计算，得出每个负荷条件下对应的多个NOx控制总成本的历史值；

S3：机组每个负荷条件下的多个NOx控制总成本的历史值之间进行比较，分别得出机组每个负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值，由于比较的基数比较大，所以得出的每个负荷条件下的历史最优值真实度较高；

S4：实时获取机组运行参数的数据，并结合实时的标煤单价和液氨单价分别计算出炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的实时值，从而相加得到NOx控制总成本的实时值，具体的，获取的运行参数同样包括运行参数包括炉膛运行参数和SCR脱硝运行参数，同时步骤S1中的过去一段时间是基于实际获取数据的时间为基点计算的；

S5：将上述S4中得出的NOx控制总成本的实时值与相同负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值进行分析比较，根据比较结果并相应调整炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本相对应的运行参数，具体的，若NOx控制总成本的实时值大于历史最优值，则比较实时的运行参数和历史最优值对应的运行参数，然后把各实时运行参数数值调整至与历史最优值对应的运行参数数值相等，实现NOx控制总成本的最优化运行；若NOx控制总成本的实时值小于历史最优值，则NOx控制总成本的实时值取代历史最优值成为新的历史最优值，继续稳定运行，并储存相应的运行参数。

上述步骤中，通过对不同负荷全负荷下运行参数的历史数据进行分析，从而有效获得不同负荷条件下全负荷NOx控制总成本的历史最优值，实际运行过程中通过对全负荷NOx控制总成本的实时值进行实时分析，通过对比实时值和相同负荷条件下的历史最优值，从而有效获得实时运行参数与历史最优运行参数的差异性，进而根据运行参数差异性，有效开展炉内燃烧和SCR脱硝调整相关的参数，使控制成本达到最优，自动实现全负荷NOx控制的最优化调控，实现炉内燃烧NOx控制和SCR脱硝NOx控制的成本因素进行实时分析和寻优调控，实现了炉内燃烧脱硝和SCR脱硝系统自动寻优，达到最佳经济模式运行。

具体的，在步骤S5中，若NOx控制总成本的实时值大于历史最优值，先通过开展锅炉一次风、二次风和燃尽风的风量比例调整来调整炉膛运行参数，直至实时炉内运行参数与相同负荷条件下的历史炉内运行参数相同，炉膛运行参数调整后再根据实时SCR脱硝运行参数，调整喷氨总量，直至实时SCR脱硝运行参数与相同负荷条件下的历史SCR脱硝运行参数相同。

其中，调整炉膛运行参数的步骤如下：当实时运行参数炉膛温度大于历史最优值对应的炉膛温度时，实时运行参数炉膛氧含量大于历史最优值对应的炉膛氧含量时，实时运行参数炉膛出口CO浓度大于历史最优值对应的炉膛出口CO浓度时，降低一次风和二次风的比例，增大燃尽风的比例；反之，当实时运行参数炉膛温度小于历史最优值对应的炉膛温度时，实时运行参数炉膛氧含量小于历史最优值对应的炉膛氧含量时，实时运行参数炉膛出口CO浓度小于历史最优值对应的炉膛出口CO浓度时，增大一次风和二次风的比例，降低燃尽风的比例。

在逐渐调整一次风、二次风和燃尽风的风量比例过程中，炉膛温度、炉膛氧含量、CO浓度的值在发生变化，此时新的实时值不断与历史值进行比较，根据比较结果在按照上述调整炉膛运行参数的步骤继续进行调整，直至实时炉内运行参数与相同负荷条件下的历史炉内运行参数相同即可，但是在实际调整过程中，很难在短时间调整到数据完全相同，所以只需要实时参数的值与历史参数的值误差达到5％即可，如果实时炉膛温度、炉膛氧含量、CO浓度的值与历史值相比较误差均达到5％之内，调整完成。

其中，SCR脱硝运行参数步骤如下：炉膛运行参数调整完成之后，其相应的脱硝系统烟气量和进口NOx浓度就得到确定，然后实时出口NOx浓度和脱销效率与历史值进行比较，如果出口NOx浓度大于历史值，脱销效率小于历史值，就增大喷氨总量，其相应的出口NOx浓度就会减小，脱销效率就会增加；反之如果出口NOx浓度小于历史值，脱销效率大于历史值，就降低喷氨总量，出口NOx浓度就会增加，脱销效率就会减小，但是均处于安全范围之内。

在逐渐调整喷氨总量的过程中，脱硝系统烟气量和进口NOx浓度就得到确定，出口NOx浓度、脱销效率的值在发生变化，此时新的实时值不断与历史值进行比较，根据比较结果在按照上述调整炉膛运行参数的步骤继续进行调整，直至实时炉内运行参数与相同负荷条件下的历史SCR脱硝运行参数相同即可，但是在实际调整过程中，很难在短时间调整到数据完全相同，所以只需要实时参数的值与历史参数的值误差达到5％即可，如果实时出口NOx浓度、脱销效率的值与历史值相比较误差均达到5％之内，调整完成。

优选地，NOx控制总成本包括炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本，具体计算公式如下：

W_总＝W_炉内+W_SCB

其中W_总为NOx控制总成本，元/kWh；W_炉内为炉内燃烧NOx控制成本，元/kWh；W_SCR为SCR脱硝NOx控制成本，元/kWh。

具体的，炉内燃烧NOx控制成本的计算公式如下：

其中：W_炉内为炉内燃烧NOx控制成本，元/kWh；β为修正系数，取0.85-1.15，无量纲；m₀为锅炉设计供电煤耗，g/kWh；η₀为设计锅炉效率，％；为炉膛出口实际CO浓度，mg/m₃；/>为锅炉设计出口CO浓度，mg/m₃；P_coal为标煤单价，元/t。

具体的，SCR脱硝NOx控制成本具体计算公式如下：

其中：W_SCR为SCR脱硝NOx控制成本，元/kWh；α为能耗折算系数，为1.2-1.5，无量纲；为SCR入口NOx浓度，mg/m3；/>为SCR出口NOx浓度，mg/m3；P_NH3为液氨单价，元/t；Q为烟气量，m3；M为机组负荷，MW。

通过上述计算公式计算得出炉内燃烧NOx控制成本W_炉内和SCR脱硝NOx控制成本W_SCR，从而相加得出的NOx控制总成本W_总。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种燃煤机组全负荷下NOx总成本自动寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取机组过去一段时间不同负荷条件下运行参数的数据，对上述获取的运行参数进行分析归类，把相同负荷条件下的多组运行参数归类到一起；

S2、根据上述归类完成的每组历史运行参数并结合实时标煤单价和液氨单价分别计算出炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的历史值，从而相加得到NOx控制总成本的历史值，逐一计算，得出每个负荷条件下对应的多个NOx控制总成本的历史值；

S3、机组每个负荷条件下的多个NOx控制总成本的历史值之间进行比较，分别得出机组每个负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值；

S4、实时获取机组运行参数的数据，并结合实时的标煤单价和液氨单价分别计算出炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本的实时值，从而相加得到NOx控制总成本的实时值；

S5、将上述S4中得出的NOx控制总成本的实时值与相同负荷条件下的NOx控制总成本的历史最优值进行分析比较，根据比较结果并相应调整炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本相对应的运行参数，得到炉内燃烧NOx控制成本和SCR脱硝NOx控制成本最优，机组最优运行。

2.根据权利要求1所述的寻优方法，其特征在于，在步骤S5中，若NOx控制总成本的实时值大于历史最优值，则比较实时的运行参数和历史最优值对应的运行参数，然后把各实时运行参数数值调整至与历史最优值对应的运行参数数值相等；

若NOx控制总成本的实时值小于历史最优值，则NOx控制总成本的实时值取代历史最优值成为新的历史最优值，继续稳定运行，并储存相应的运行参数。

3.根据权利要求1所述的寻优方法，其特征在于，炉内燃烧NOx控制成本的计算公式如下：

其中：W_炉内为炉内燃烧NOx控制成本，元/kWh；β为修正系数，取0.85-1.15，无量纲；m₀为锅炉设计供电煤耗，g/kWh；η₀为设计锅炉效率，％；为炉膛出口实际CO浓度，mg/m³；/>为锅炉设计出口CO浓度，mg/m³；P_coal为标煤单价，元/t。

4.根据权利要求2所述的寻优方法，其特征在于，SCR脱硝NOx控制成本具体计算公式如下：

其中：W_SCR为SCR脱硝NOx控制成本，元/kWh；α为能耗折算系数，为1.2-1.5，无量纲；为SCR入口NOx浓度，mg/m3；/>为SCR出口NOx浓度，mg/m3；P_NH3为液氨单价，元/t；Q为烟气量，m3；M为机组负荷，MW。

5.根据权利要求1所述的寻优方法，其特征在于：上述步骤S1中，需要获取过去至少一年时间不同负荷条件下运行参数的数据。

6.根据权利要求2所述的寻优方法，其特征在于：上述运行参数包括炉膛运行参数和SCR脱硝运行参数，炉膛运行参数包括锅炉炉膛温度、氧含量、蒸发量和炉膛出口CO浓度，SCR脱硝运行参数包括脱硝系统烟气量、脱硝效率和进出口NOx浓度。

7.根据权利要求6所述的寻优方法，其特征在于，在步骤S5中，若NOx控制总成本的实时值大于历史最优值，先通过开展锅炉一次风、二次风和燃尽风的风量比例调整来调整炉膛运行参数，直至实时炉内运行参数与相同负荷条件下的历史炉内运行参数相同，炉膛运行参数调整后再根据实时SCR脱硝运行参数，调整喷氨总量，直至实时SCR脱硝运行参数与相同负荷条件下的历史SCR脱硝运行参数相同。