燃煤机组锅炉负荷偏差分析模型与评价系统

“双碳”大背景下我国上网新能源装机发展十分迅速。为了加大电网对新能源发电的消纳,燃煤发电机组频繁参与深度调峰导致了机组实际负荷与自动发电控制(AGC)指令负荷出现较大偏差。针对这一技术难题,以锅炉及其辅助设备为对象,研究构建了锅炉机组本体及其辅助设备的实际出力模型、应有出力模型和最大出力模型,建立了用以分析评价锅炉机组负荷偏差原因及诊断与预警的分析评价系统,并将该系统在电厂中进行了验证。结果表明:该分析评价系统可有效地对锅炉及其辅助设备的出力故障进行早期预警和诊断,可有效提高机组运行的可靠性、安全性与经济性。

全链条大型燃煤机组直接耦合生物质发电降碳技术

“双碳”背景下,开展生物质掺烧利用是大型燃煤机组实现降低CO_(2)排放最经济、可靠的技术手段之一。该文总结国内近15年大型燃煤机组耦合生物质发电技术路线,并对其痛点进行剖析。首次提出和设计全链条的生物质直接耦合发电模式,并在内蒙某电厂进行实施。充分利用电厂周边边际土地科学种植沙柳能源作物,改进并开发了机械化收割及生物质破碎压型工艺和装备,把控“种植-收割-转运-储存-预处理-燃烧”全链条每一个环节,保证生物质原料稳定及低成本供应。通过电厂试验数据验证,对生物质小比例掺烧(重量比例小于20%),推荐采用电厂零投资的“基于电厂现有制粉及燃烧设备的生物质耦合发电”技术路线;对于更大比例掺烧(重量比例大于20%),建议采用“新增生物质独立制粉及燃烧设备的生物质耦合发电”技术路线。

燃煤机组过热汽温宽负荷模型前馈控制

为了对燃煤机组过热汽温宽负荷运行时进行更精确地前馈控制,提出一种基于物理引导神经网络(PGNN)的预测前馈信号模型,并基于间隙度量法确定了多模型的负荷段分配。多模型间隙度量PGNN预测方法采用多模型间隙度量方法对负荷区段进行合理划分,结合过热器机理引导的长短期记忆神经网络,可以对强耦合、大惯性的过热汽温宽负荷前馈信号进行精准预测。结果表明:在机组宽负荷运行时,随着负荷降低控制对象的非线性程度逐渐增强,需要更多的模型数量,采用多模型间隙度量PGNN前馈控制方法可以在不同工况下采用与当前工况相适应的前馈信号,有效提升过热汽温的调节精度和稳定性。

辅助燃煤机组AGC调节的熔盐电加热器动态性能研究

燃煤机组耦合熔盐电加热器系统可大幅提升其调频调峰能力。基于Modelica语言建立了熔盐电加热器的动态模型并完成了试验验证,揭示了熔盐电加热器在熔盐流量扰动和机组自动发电控制(AGC)负荷扰动下的动态特性。基于其动态特性提出了“前馈+PID”调节的温度控制方法,计算分析了熔盐电加热器辅助燃煤机组AGC调节时的电负荷变化特性和热力参数变化特性。研究结果表明,配置10 MW熔盐电加热器可使660 MW燃煤机组AGC变负荷速率提升340%,且所提控制方法能够维持电加热器热力参数的稳定。

燃煤机组脱硫浆液循环泵定频运行控制策略优化及节能分析

为消纳可再生能源大规模并网发电,燃煤发电机组的调峰调频任务剧增,长时间处于深度调峰和变负荷过程,导致湿法烟气脱硫系统的性能下降、厂用电率大幅上升。为此,建立了超超临界660 MW燃煤发电机组的动态模型及基于双膜理论的湿法脱硫系统动态模型;模拟了变负荷过程中不同工况点切换浆液循环泵时脱硫系统的性能,发现变负荷过程中浆液和烟气流量的精准匹配可使脱硫系统在满足SO2排放的前提下实现最小的电能消耗;进一步,获得了变负荷过程中浆液循环流量阶跃变化时SO2出口质量浓度的预测模型,提出了浆液循环泵定频运行优化控制策略,可实现变负荷过程中浆液与烟气流量的最佳匹配;最后,分析了优化控制策略的节能潜力。研究结果表明:75%THA~50%THA降负荷过程中,变负荷速率为1.0%、1.5%和2.0%Pe/min,分别可节能20.12%、21.52%和22.82%;而在升负荷过程中,分别可节能10.04%、9.90%和8.66%,变负荷过程中烟气流速变化的差异是造成降负荷和升负荷过程中节能潜力不同的根本原因。

可解释的变负荷下燃煤机组SCR反应器入口NO_(x)质量浓度预测模型

燃煤电厂灵活调峰过程NO_(x)测量往往存在滞后现象,导致选择性催化还原(selective satalytic reduction,SCR)脱硝喷氨控制系统响应不及时,易造成喷氨量过高或过低,从而造成SCR反应器出口NO_(x)质量浓度波动剧烈和氨逃逸率增大。为实现喷氨阀门的提前快速调节并考虑影响燃煤锅炉NO_(x)排放量的因素存在耦合性,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络混合模型的SCR反应器入口NO_(x)预测模型。利用一台330 MW燃煤电站锅炉的运行参数,通过Pearson系数法计算特征变量之间的相关性,筛选出相关性较大的特征,并定义模型的输入矩阵和输出矩阵,采用随机搜索算法进行优化,以提高预测性能。进一步利用SHAP算法对黑箱模型进行解释,并通过Simulink仿真验证了带有NO_(x)预测的控制效果。结果表明:CNN-LSTM预测模型在调峰负荷变化时,能够以较高的精度预测SCR反应器入口NO_(x)质量浓度的变化,并能提前25s为喷氨控制系统提供反馈;优化后的喷氨控制策略降低了出口NO_(x)质量浓度与设定值间的标准差(降低28%),并提升了NH_(3)/NO_(x)的响应速度,减小最大氨逃逸量22%。该研究结果可为灵活调峰机组的智慧SCR脱硝技术及燃烧优化提出有效的指导。

基于时延补偿的燃煤机组二氧化硫排放浓度抗干扰控制

针对1000 MW燃煤机组脱硫过程能耗高及定值控制实现难的问题,进行了二氧化硫出口浓度闭环控制方法研究。首先,基于开环辨识建立了不同典型负荷点脱硫塔内调控泵频率与出口二氧化硫浓度之间的面向控制器设计的传递函数动态模型。其次,采用了结合史密斯预估器和扰动与不确定性估计技术(UDE)的闭环控制方案,在补偿脱硫过程大范围时延的同时增强闭环系统对模型不确定性和外部干扰的抑制能力。最后基于充分的鲁棒性评估确定了控制策略的参数。仿真和现场应用结果表明,论文研究的控制方法能够实现燃煤机组出口二氧化硫浓度的定值控制,并具备较为出色的瞬态响应性能。

与燃煤机组耦合的液化空气储能系统技术经济分析

液化空气储能(liquefied air energy storage, LAES)因其存储规模大和不受地理条件限制的独特优势,可参与现有燃煤机组的调峰改造,以推进新型电力系统的建设发展。为此提出一种与燃煤机组耦合的新型LAES系统,并且建立耦合系统的热力学模型和经济性模型,分析储能容量变化对耦合系统的影响。结果表明:与某670 MW燃煤机组耦合时,可以综合考虑选择44.2 MW/176.8 MW·h的液化空气储能系统。在燃煤机组的3种低负荷(30%THA、40%THA和50%THA)工况下,耦合运行的LAES系统的往返效率在51%左右,比单独运行的LAES系统高出大约9个百分点。耦合运行的LAES系统的投资收益率接近10%,14 a之内可实现投资回收。敏感性分析显示增大峰谷电价差有利于提升系统的经济性能。

300 MW燃煤机组超高石灰铝沉淀耦合活性炭吸附脱除废水中重金属研究

【目的】燃煤电厂湿法烟气脱硫技术产生了大量含有重金属的废水,为脱除废水中的重金属,提出了氧化钙和偏铝酸钠沉淀耦合活性炭吸附法。【方法】在实验室研究沉淀法投料比、温度和pH值对吸附特性的影响,并对吸附剂种类和吸附层高参数进行优化。基于此,在三河电厂300 MW燃煤机组进行工程实验,在现场设备基础上加沉淀剂给料机与吸附装置并考察吸附效果。【结果】在最佳投料速度为160 kg/h、流速为1 m3/h、吸附高度为10 cm时,重金属脱除效率整体有明显提升。对比电厂原出口重金属含量,加装混合沉淀吸附装置后,铅、铬、铜、镍脱除效率分别提高了33.24%、81.93%、35.22%、57.52%。【结论】氧化钙和偏铝酸钠沉淀耦合活性炭吸附法能够有效地促进脱硫废水中重金属的脱除,为燃煤电厂废水的深度脱除提供了数据指导。

燃煤机组灵活性改造成本及效益分析

当前的电力辅助服务市场机制使燃煤电厂由传统提供电能的主体性电源逐步转变为容量可靠、调节灵活性强的基础性电源.燃煤电厂现有的调峰收益基本能覆盖由于灵活性改造所带来的成本增量.分别选取燃煤电厂不同参数空冷和湿冷机组为研究对象,从技术改造成本、煤耗成本、机组寿命损耗成本、电力辅助服务市场收益以及环境收益等方面对灵活性改造收益进行分析,通过结合经典案例并给出成本和收益的经验公式,量化分析灵活性改造后的燃煤机组对电网灵活性产生的效益.

高温熔盐储能提升燃煤机组动态响应的分析

为了提高燃煤机组调峰负荷响应速率,基于Dymola软件的Modelon组件库,建立某600 MW超临界燃煤机组的动态模型,研究采用高温熔盐替换抽汽加热给水对燃煤机组主要参数动态特性的影响。研究结果表明:替换低压加热器(简称低加)比替换高压加热器(简称高加)对机组主、再热蒸汽和给水参数的影响更小,随着机组负荷的降低,机组负荷响应能力降低。高温熔盐替换高加时,负荷响应时间较长、负荷变化量较大、负荷平均变化速率较小,而高温熔盐替换低加时的效果相反,熔盐替换高加时的热电转化效率比替换低加要高。

660 MW超超临界燃煤机组智能辅助运行系统研究

为提升660 MW超超临界燃煤机组状态智能监控,设计660 MW超超临界燃煤机组智能辅助运行系统。在系统硬件部分,引入DCS技术,将其作为控制模块,并重点设计流量积算仪、远程I/O与耦合器,对660 MW超超临界燃煤的运行状况进行数据分析,实现监盘界面数据安全传输。在系统软件部分,采用粒子群算法对运行数据处理,预测燃煤机组运行状态,采用PID控制与Smith预估方法结合的方法实现超临界燃煤机组智能控制。实验结果表明,该方法测得系统负荷分布图为300~500 MW之间,在400 MW负载下、600 MW负载下均能够测得主蒸汽压力、燃料量与给水流量,且烟气含氧量的控制效果较为准确,稳定性较好。

燃煤机组深度调峰技术的应用研究

由于环境问题日益严峻,我国制定了“双碳”目标,并形成了更加完善的清洁低碳、安全高效的现代能源体系。在此背景下,可再生能源在电网发电中发挥着越来越重要的作用。但是,可再生能源自身的随机性、间歇性的特点,严重降低了其在电网调峰中的作用。基于此,结合实际情况,对调峰潜力较大的煤电机组进行优化,以有效提升可再生能源的消纳能力。文章主要分析燃煤机组在低负荷运行状态下的燃烧稳定性、运行可靠性等问题,提出燃煤机组深度调峰技术的应用要点,如提升燃烧稳定性、保障机组运行环保性与经济性等,旨在实现燃煤锅炉的低负荷运行,减少能耗。

基于云边协同的燃煤机组热力性能在线分析平台设计与实践

为了动态掌握燃煤机组热力性能,强化节能减排监管,设计了基于云边协同的燃煤机组热力性能在线分析平台。详细分析了主要性能指标的计算模型,提出了云边协同系统架构和业务功能,并以某1000 MW机组为例进行热力特性分析和灵敏度分析,测试结果较准确反映机组实际特性,从而验证了方案的可行性。平台在电网深度应用,可为强化节能减排监管提供数据支撑,有助于“双碳”目标实现和新型电力系统构建。

燃煤机组深度调峰技术与风力发电消纳模式优化研究

在全球化能源结构转型背景下,“碳中和”“碳达峰”双目标对燃煤行业发展具有一定驱动作用,目前可再生能源与有效消纳已经成为燃煤机组优化的关键部分。深度调峰技术能够有效保障电网运行稳定性,提高设备运行质量,降低环境污染。基于此,研究构建燃煤机组深度调峰模型,并分析影响机组运行的主要因素,即低负荷燃烧与蒸汽参数波动。在此基础上引入分级燃烧模式,并根据CFD理论优化现有燃烧器,在辅助加热系统中增加电加热器,有效解决当前存在的问题,为构建安全、低碳的能源体系提供有力参考。

超超临界燃煤机组给水全程自动控制技术探析

在超超临界机组规模不断扩大的情况下,原有的给水控制方式已不能适应新形势下的运行要求。尤其是在二次供热改造后,给水系统内参数复杂多变、水位波动范围大等特点使得给水控制更加困难。本文以某火电厂超超临界燃煤机组改造项目为例,对超超临界燃煤机组给水全程自动控制技术及其控制系统进行分析研究。

燃煤机组管道吊架位移稳定性评价

管道的膨胀位移特性影响燃煤机组安全性。基于在线监控数据对某超超临界机组管道吊架位移变化情况进行分析评价,构建稳定性评价函数对不同运行阶段的管道吊架位移进行评价。结果表明:管道吊架冷态停炉时位移量维持在冷态设计值左右。热态运行时位移量在热态设计值附近波动。机组启动过程,吊架位移量快速达到热态设计值附近。并网前子阶段吊架的膨胀位移程度比并网后子阶段更大。停机过程吊架位移变化集中在冷却子阶段。热态运行阶段热再蒸汽管道吊架位移稳定性最好,冷再蒸汽管道吊架位移波动最大,稳定性得分比热再管道吊架降低21.8%。机组启动过程各管道吊架位移变化稳定性基本相同。停机过程冷再蒸汽管道吊架位移变化最平稳,主蒸汽管道吊架位移变化相对剧烈,稳定性得分比冷再蒸汽管道吊架降低17.2%。构建的评价函数能准确表述管道吊架膨胀位移特性,为机组安全提供数据支持。

基于AHP-GRA算法的超临界燃煤机组生产综合评价

为了优化机组运行水平,提高企业管理能力,构建了综合对标评价体系对机组进行打分评价。对七台超临界机组进行综合管理水平评价,应用层次分析法(AHP)对指标进行权重分析,使用灰色管理度分析法(GRA)进行打分评价。结果表明:各机组间安全性差别不大,部分机组出现主汽超温和管道超温现象;稳定性整体波动较大,安全性是稳定性的前提;除个别机组NH_(3)超标严重外,其余机组环保性水平较高;经济性与稳定性联系密切,D机组稳定性排名最低,同时经济性得分也最低;稳定性对综合管理水平评价影响最明显,E机组稳定性评分最高,综合水平排名也最高,D机组稳定性评分最低,综合水平排名也最低。机组综合对标评价可以有效反映机组安全性、稳定性、环保性、经济性的差异,促进生产管理水平的提高。

基于实测数据因果推断的燃煤机组低碳经济运行评估决策

作为首批参与全国碳市场的控排行业,火电企业需要依据市场规则完成履约,其供电碳排放强度与供电量共同影响火电企业在碳市场中的履约需求。随着新型电力系统建设深化,燃煤机组将承担越来越多系统调节责任,供电碳排放强度将更多地受到其运行工况的影响。针对火电企业现状,提出一种基于实测数据因果推断的燃煤机组低碳经济运行评估决策方法,通过先验知识刻画各变量间的因果关系图,构建广义倾向得分匹配模型评估供电量对供电碳排放强度、供电标煤耗的影响函数,实现对燃煤机组低碳运行的辅助决策。燃煤机组碳排放实测数据的算例分析结果验证了方法的可行性和有效性,为燃煤机组低碳经济运行评估决策提供了一种高效便捷的新思路。

计及机组碳排放特性的抽蓄辅助燃煤机组深度调峰的低碳经济调度

在含高比例风电的电力系统中,由于灵活性电源占比小,燃煤机组需要频繁地深度调峰,将会导致系统低碳经济运行水平降低。据此,分析不同负荷率下锅炉、汽轮机等辅机系统以及脱硫脱硝工艺对燃煤机组碳排放的影响,研究其各调峰阶段的碳排放特性,以此建立考虑深度调峰的燃煤机组全过程碳排放强度计算模型;针对抽蓄机组利用率低的现状,提出一种基于低碳调用系数的抽蓄辅助燃煤机组深度调峰的低碳经济调度策略;进而建立以系统总运行成本最小为目标的低碳经济调度模型。最后,基于改进的IEEE 39节点算例进行仿真分析,验证了所提模型的可行性,且结果表明所提策略能有效提高抽蓄的利用率、降低燃煤机组的深度调峰能耗与碳排放,实现系统的低碳经济运行。