1、 WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng) WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)產(chǎn)品白皮書河北誠(chéng)潤(rùn)環(huán)保工程有限公司2016 摘 要鍋爐是燃煤電站最復(fù)雜的核心設(shè)備之一，包含極其復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，由于具有高溫、多相流、復(fù)雜輻射對(duì)流傳熱傳質(zhì)和組分、溫度及濃度場(chǎng)大空間分布等數(shù)個(gè)國(guó)際公認(rèn)的技術(shù)難題，燃燒過(guò)程中涉及的測(cè)量、控制和優(yōu)化缺乏成熟可靠的模型和技術(shù)方法。國(guó)內(nèi)動(dòng)力煤來(lái)源龐雜、摻混燃燒現(xiàn)象嚴(yán)重、負(fù)荷大幅頻繁波動(dòng)的現(xiàn)狀，進(jìn)一步加劇了了相關(guān)燃燒測(cè)控和優(yōu)化控制的難度，這也是導(dǎo)致各種國(guó)外先進(jìn)測(cè)控優(yōu)化技術(shù)，難于直接應(yīng)用于國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組并發(fā)揮預(yù)期效果的重要原因。河北誠(chéng)潤(rùn)環(huán)保工程有限公

2、司結(jié)合國(guó)外先進(jìn)的管道全截面煤粉氣固兩相流參數(shù)測(cè)量技術(shù)、試驗(yàn)專家系統(tǒng)技術(shù)與人工智能優(yōu)化燃燒技術(shù)，針對(duì)國(guó)內(nèi)復(fù)雜的燃料、設(shè)備和負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)了WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)一次風(fēng)粉、二次風(fēng)、氧量、燃盡風(fēng)等制粉、配風(fēng)及燃燒全過(guò)程的優(yōu)化智能控制，實(shí)現(xiàn)鍋爐效率的提高和NOx排放的降低，達(dá)到機(jī)組安全、節(jié)能、環(huán)保運(yùn)行。該系統(tǒng)一次風(fēng)粉測(cè)量裝置采用先進(jìn)的全截面風(fēng)粉在線測(cè)量技術(shù)，儀表測(cè)量精度、使用壽命及可靠性大幅領(lǐng)先行業(yè)水平；優(yōu)化系統(tǒng)主機(jī)及就地控制設(shè)備采用高可靠性的冗余設(shè)計(jì)；優(yōu)化智能控制技術(shù)結(jié)合了先進(jìn)的人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有高可靠性和自學(xué)習(xí)適應(yīng)性；實(shí)現(xiàn)從制粉到

3、燃燒的全過(guò)程監(jiān)測(cè)及優(yōu)化控制；核心設(shè)備及裝置壽命長(zhǎng)，免維護(hù)。關(guān)鍵詞：一次風(fēng)粉測(cè)控；燃燒優(yōu)化；專家系統(tǒng)；人工智能 目 錄1概述11.1技術(shù)背景11.2一次風(fēng)粉測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀11.3燃燒優(yōu)化技術(shù)現(xiàn)狀21.4WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)21.5WICS系統(tǒng)在電廠應(yīng)用的必要性32WICS風(fēng)粉監(jiān)測(cè)燃燒智能控制系統(tǒng)的組成42.1WICS系統(tǒng)概述42.2新型一次風(fēng)粉濃度流速監(jiān)測(cè)裝置52.2.1測(cè)量傳感器52.2.2智能控制中心62.3雙可調(diào)煤粉分配器（可選）62.4WICS-COS風(fēng)粉燃燒智能控制系統(tǒng)72.4.1 WICS-COS簡(jiǎn)介72.4.2試驗(yàn)專家系統(tǒng)82.4.3人工智能系統(tǒng)93WI

4、CS系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)103.1WICS-CF測(cè)量傳感器103.1.1測(cè)量傳感器特點(diǎn)103.1.2WICS-TR變送器103.2WICS-DPC智能控制中心103.3WICS-COS鍋爐風(fēng)粉燃燒智能控制系統(tǒng)103.4雙可調(diào)煤粉分配器（可選）114WICS系統(tǒng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、安全性分析124.1燃燒器煤量、風(fēng)量的精確測(cè)量是分級(jí)低氮燃燒的基礎(chǔ)124.2提高鍋爐效率，降低機(jī)組供電煤耗124.3降低NOx排放，直接減少電廠排污支出134.4降低NOx排放，減少電廠煙氣脫硝運(yùn)行成本134.5降低廠用電率，降低生產(chǎn)成本134.6提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性13 河北·誠(chéng)潤(rùn)環(huán)保（0311-66855

5、671/2-620） 石家莊市裕華西路66號(hào)海悅天地F座15F1 概述1.1 技術(shù)背景鍋爐是燃煤電站將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為輸入汽輪發(fā)電機(jī)組蒸汽熱能的關(guān)鍵設(shè)備，燃燒是大空間內(nèi)發(fā)生的高溫、非均勻、帶劇烈物理化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜氣固多相流動(dòng)過(guò)程，涉及鍋爐空間燃燒、高溫化學(xué)反應(yīng)、氣固兩相流動(dòng)、固液氣對(duì)流與輻射換熱、工質(zhì)相變等多個(gè)國(guó)際上公認(rèn)的技術(shù)難題，相關(guān)參數(shù)的測(cè)量及其燃燒優(yōu)化控制存在較大難度。因此長(zhǎng)期以來(lái)，電站燃煤鍋爐的控制以安全穩(wěn)定性為主，涉及經(jīng)濟(jì)性與排放的優(yōu)化控制存在較大潛力。與國(guó)外普遍燃燒設(shè)計(jì)煤種且煤質(zhì)穩(wěn)定的情況不同，國(guó)內(nèi)電站用煤來(lái)源龐雜且普遍摻混嚴(yán)重，這導(dǎo)致相關(guān)國(guó)外技術(shù)的直接套用，無(wú)法適應(yīng)國(guó)內(nèi)電站鍋爐

6、的復(fù)雜情況，這也是國(guó)外相關(guān)技術(shù)在國(guó)內(nèi)電站鍋爐燃燒優(yōu)化上無(wú)法取得預(yù)期效果的關(guān)鍵所在。1.2 一次風(fēng)粉測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀影響鍋爐燃燒的因素眾多，且相互之間還存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，但其控制、調(diào)整及優(yōu)化無(wú)外乎作用于配粉與配風(fēng)。因此，一次風(fēng)粉系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)（流量、濃度、流速）的測(cè)量與調(diào)節(jié)作為入爐燃料和空氣的首次混合，其流量、濃度、流速等直接影響鍋爐內(nèi)燃燒火焰的溫度和整個(gè)爐膛燃燒流場(chǎng)的分布。此外，一次風(fēng)粉也是二次風(fēng)和燃盡風(fēng)配風(fēng)調(diào)整的基礎(chǔ)?？梢?jiàn)，這些關(guān)鍵參數(shù)的均勻與合理分布對(duì)鍋爐的燃燒優(yōu)化具有重要的意義。風(fēng)粉參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量是對(duì)一次風(fēng)粉系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整的前提。由于一次風(fēng)粉混合物為典型的氣固兩相流，其測(cè)量是一項(xiàng)國(guó)際性難題。

7、目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于電站一次風(fēng)粉輸送系統(tǒng)的調(diào)整，基本都采用年度的測(cè)試試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行靜態(tài)的調(diào)整，其成本較高，且實(shí)施后隨著時(shí)間的推移，效果很快下降。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)都在加大煤粉流量、濃度、流速檢測(cè)技術(shù)以及控制一次風(fēng)管煤粉供給均衡性的研究力度，準(zhǔn)確的參數(shù)測(cè)量是實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒調(diào)控及其優(yōu)化的基礎(chǔ)。當(dāng)獲得了每根風(fēng)管中的煤粉的流量、流速、濃度的數(shù)據(jù)之后，才可根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)管中風(fēng)粉比例的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒性能的優(yōu)化及改善。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外可實(shí)現(xiàn)煤粉濃度、流速及流量的先進(jìn)測(cè)量技術(shù)不斷涌現(xiàn)，技術(shù)原理主要基于激光、微波、靜電離子等有限的幾種方法。但對(duì)于國(guó)內(nèi)燃煤電站，入爐煤質(zhì)普遍灰分大、煤質(zhì)成分波動(dòng)大

8、的情況，各方法適應(yīng)性差別較大。目前，國(guó)內(nèi)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：靜電離子法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等特點(diǎn)，較為適合在國(guó)內(nèi)燃煤電站一次風(fēng)粉測(cè)量領(lǐng)域推廣。此外，進(jìn)口測(cè)量裝置工程項(xiàng)目投入較高，以國(guó)內(nèi)常規(guī)的600MW機(jī)組直吹式制粉系統(tǒng)24根一次風(fēng)管為例，其改造造價(jià)基本都在800萬(wàn)以上?；谙嗤撵o電測(cè)量原理，開(kāi)發(fā)的風(fēng)粉測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)也有顯著不同。國(guó)內(nèi)一些公司也推出了基于靜電離子法測(cè)量煤粉流速、濃度的傳感器，但均采用插入式傳感器結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)存在以下兩方面缺陷：l 由于風(fēng)粉混合物在管道中流動(dòng)具有非線性特性，且國(guó)內(nèi)煤粉管道設(shè)計(jì)多樣并較為隨意，基本無(wú)法滿足測(cè)量截面均勻性所要求的極長(zhǎng)直管段的安裝要求，這加劇

9、了粉管內(nèi)風(fēng)粉混合物流動(dòng)的非線性和不均勻性，因此插入式傳感器無(wú)法全面真實(shí)地反應(yīng)整個(gè)空間測(cè)量截面內(nèi)的煤粉濃度，測(cè)量誤差和不確定度都較大，實(shí)際應(yīng)用效果與試驗(yàn)條件下的測(cè)試精度相去甚遠(yuǎn)。l 由于插入式檢測(cè)裝置處于混合物直接介入流速最大的區(qū)域，形成較強(qiáng)的摩擦和渦動(dòng)，在管道中風(fēng)粉混合物的強(qiáng)烈沖刷下一般6個(gè)月左右即磨損而無(wú)法正常使用，使用壽命短，后期維護(hù)成本高，并且隨著磨損的加劇，測(cè)量的精度無(wú)法保證。1.3 燃燒優(yōu)化技術(shù)現(xiàn)狀電站鍋爐運(yùn)行的首要任務(wù)是燃料的燃燒。燃料的燃燒過(guò)程首先取決于燃料自身的燃燒特性，同時(shí)燃料的燃燒過(guò)程還與許多外部條件有關(guān)，如爐內(nèi)溫度水平、空氣與燃料的混合比例和混合位置、配風(fēng)等。燃燒優(yōu)化的主

10、要目的是實(shí)現(xiàn)鍋爐穩(wěn)定、高效、低污染運(yùn)行。國(guó)外對(duì)于鍋爐燃燒優(yōu)化的研究和實(shí)踐起步較早，從上世紀(jì)80年代起，隨著先進(jìn)控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐步更新，經(jīng)過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與研究，開(kāi)發(fā)了很多燃燒優(yōu)化軟件，在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用過(guò)程中獲得了一定的效果。到了90年代，燃燒優(yōu)化軟件系統(tǒng)向著更為人性化的方向發(fā)展，各種高級(jí)優(yōu)化軟件相繼出現(xiàn)，如美國(guó)Pegasus、Ultramax、GE、艾默生公司和英國(guó)Powergen公司等都具有在國(guó)外市場(chǎng)較為成熟的優(yōu)化燃燒控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)基本都采用人工智能技術(shù)，基于實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)或歷史測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)鍋爐優(yōu)化燃燒的控制與調(diào)整，但在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用少有明顯的積極效果，這主要是由于國(guó)外火電機(jī)組煤質(zhì)

11、穩(wěn)定，燃料供給系統(tǒng)及相關(guān)測(cè)量與執(zhí)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化水平高，使基于數(shù)據(jù)的人工智能算法可以發(fā)揮有效的作用，并可隨著時(shí)間的推移，使穩(wěn)定性和性能逐步提高。然而，由于國(guó)內(nèi)較差且極不穩(wěn)定的煤質(zhì)，極大地破壞了人工智能算法所依據(jù)的模型穩(wěn)定理論及精確數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；其次，劣質(zhì)煤和雜質(zhì)的摻混，對(duì)燃料系統(tǒng)磨煤機(jī)等關(guān)鍵部件的磨損和破壞加大，使燃料供給系統(tǒng)常常無(wú)法按照預(yù)設(shè)方式分配出力，設(shè)備工況的變更，更使人工智能算法的應(yīng)用大大受限；此外，一次風(fēng)粉參數(shù)作為燃燒優(yōu)化的基礎(chǔ)往往沒(méi)有進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，最終使這類系統(tǒng)遠(yuǎn)離理想的運(yùn)行環(huán)境，無(wú)法發(fā)揮效用，且穩(wěn)定性和收斂性極差。目前，國(guó)內(nèi)優(yōu)化燃燒技術(shù)基本都通過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，確定運(yùn)行參數(shù)設(shè)置

12、的目標(biāo)曲線，從而使鍋爐燃燒得以在一定工況和時(shí)間范圍內(nèi)改善性能。這不僅成本較高，且優(yōu)化的效果衰減較快，但其效果在試驗(yàn)后的初期相比那些人工智能控制系統(tǒng)要明顯得多。1.4 WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)基于以上行業(yè)背景和現(xiàn)狀的長(zhǎng)期研究，借鑒國(guó)外多個(gè)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)組的典型特點(diǎn)，河北誠(chéng)潤(rùn)環(huán)保工程有限公司開(kāi)發(fā)了WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：1、基于靜電離子法的全截面非介入測(cè)量技術(shù)該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)了一次風(fēng)粉速度、濃度及相對(duì)流量的準(zhǔn)確在線測(cè)量，傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、測(cè)量精度與可靠性高；2、風(fēng)粉燃燒智能控制技術(shù)在實(shí)現(xiàn)一

13、次風(fēng)粉精確測(cè)量的基礎(chǔ)上，采用人工智能技術(shù)與基于試驗(yàn)的專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的方案，設(shè)計(jì)了全過(guò)程在線優(yōu)化燃燒智能控制模塊，既包含人工智能技術(shù)的靈活性與自適應(yīng)性，又包含了基于現(xiàn)場(chǎng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)的專家系統(tǒng)技術(shù)的可靠性與實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了人的智能與人工智能的完美結(jié)合。1.5 WICS系統(tǒng)在電廠應(yīng)用的必要性由于設(shè)備選型、測(cè)量元件本身存在缺陷或未經(jīng)嚴(yán)格精確標(biāo)定、運(yùn)行人員自身操作水平差異等因素的影響，電站鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中往往表現(xiàn)出眾多問(wèn)題： 1、鍋爐熱效率偏低、發(fā)電煤耗偏高 主要原因有一次風(fēng)速過(guò)高、二次風(fēng)與一次風(fēng)配合不合理等造成的鍋爐排煙溫度偏高、飛灰/大渣可燃物含量偏大，即鍋爐熱損失偏高。 2、汽溫兩側(cè)偏差較大或存

14、在管壁超溫現(xiàn)象 主要原因有爐內(nèi)燃燒偏斜造成的爐膛出口煙溫及流速偏差較大等，有時(shí)還會(huì)影響到煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，如引起局部氨逃逸偏高，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞嚴(yán)重等。 3、爐內(nèi)結(jié)渣 主要原因有一次風(fēng)速過(guò)高或爐內(nèi)燃燒偏斜造成的火炬刷墻或二次風(fēng)與一次風(fēng)配合不合理造成的爐內(nèi)整體火焰溫度偏高等。爐內(nèi)結(jié)渣時(shí)往往NOx濃度偏高，引起煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行成本加大。 4、頻繁滅火 主要原因有爐內(nèi)掉大的渣塊、塌灰、一次風(fēng)速過(guò)高造成的脫火、二次風(fēng)與一次風(fēng)配合不合理造成的局部火焰強(qiáng)度不足等。另外，鍋爐作為現(xiàn)代化火力發(fā)電站的三大主機(jī)設(shè)備之一，卻是電站系統(tǒng)中自動(dòng)化水平最低的子系統(tǒng)之一，大量的控制指令是藉由運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)實(shí)現(xiàn)的最終控

15、制。這一方面是因?yàn)殄仩t燃燒是大空間、強(qiáng)對(duì)流、復(fù)雜的物理和化學(xué)綜合作用，其機(jī)理十分復(fù)雜，至今仍缺乏具有明確指向性的定量理論機(jī)理和方法；另一方面，大空間紊流分布場(chǎng)、高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境大幅提升了相關(guān)參數(shù)和狀態(tài)的測(cè)量成本和難度，極大限制了自動(dòng)控制所需的測(cè)量環(huán)節(jié)的品質(zhì)。這些客觀因素促成了目前鍋爐燃燒控制自動(dòng)化水平較低的現(xiàn)狀，雖然大量?jī)?yōu)秀的一線運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的穩(wěn)定控制，但不可否認(rèn)的是，基于現(xiàn)有技術(shù)的鍋爐燃燒控制存在以下明顯的不足：1、不同的運(yùn)行人員控制思路千差萬(wàn)別，控制水平也大相迥異，主要取決于運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)控制對(duì)象的熟悉程度，這使系統(tǒng)的控制性能受制于運(yùn)行人

16、員模糊的理解和偏好；2、鍋爐一次風(fēng)粉流量和濃度分配狀況直接決定鍋爐燃燒的基礎(chǔ)，也是后來(lái)的二次風(fēng)配風(fēng)的依據(jù)，但目前缺乏足夠精度和可靠性的設(shè)備以支持人工或自動(dòng)優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)施；3、耗資巨大的燃燒優(yōu)化系列試驗(yàn)雖可在一定范圍內(nèi)獲得鍋爐燃燒優(yōu)化控制參數(shù)的一定規(guī)律，但該規(guī)律隨煤質(zhì)的變化波動(dòng)較大，且隨著運(yùn)行設(shè)備的老化和磨損，存在較大的偏離，這使得燃燒優(yōu)化試驗(yàn)的成果難以持久；另一方面，燃燒優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果中大部分需要運(yùn)行人員手動(dòng)落實(shí)，仍對(duì)運(yùn)行人員存在較大依賴，優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果的利用率不高；4、運(yùn)行人員的控制目標(biāo)主要是維持鍋爐的安全穩(wěn)定燃燒，對(duì)燃燒效率的兼顧處于次要地位，且缺乏相對(duì)精確的實(shí)時(shí)燃燒性能的參考指標(biāo)反饋，

17、因此對(duì)鍋爐燃燒效率的控制處于十分粗放的水平。以上問(wèn)題一方面暴露出現(xiàn)有控制技術(shù)的嚴(yán)重局限，另一方面也表明借鑒人的經(jīng)驗(yàn)思想的智能技術(shù)將有望彌補(bǔ)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)控制策略的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒控制技術(shù)的升級(jí)。以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯為代表的人工智能技術(shù)目前已在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。在超臨界鍋爐過(guò)熱汽溫控制、AGC優(yōu)化控制領(lǐng)域已出現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行的系統(tǒng)，并得到了行業(yè)的認(rèn)可。因此，基于先進(jìn)的高可靠性和高精度一次風(fēng)粉測(cè)量系統(tǒng)，采用人工智能技術(shù)和方法，探索切實(shí)可行的鍋爐燃燒控制技術(shù)，采用自動(dòng)優(yōu)化控制為目標(biāo)，輔助進(jìn)而取代原有大量手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的鍋爐燃燒控制，將可大幅提高電廠系統(tǒng)自動(dòng)化水平，降低運(yùn)行人員的工作量，減少對(duì)

18、運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)和水平的制約，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的智能優(yōu)化控制，在保障環(huán)保需求的前提下盡可能提高系統(tǒng)效率，降低能耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)鍋爐高效低排優(yōu)化運(yùn)行具有重要的意義。2 WICS風(fēng)粉監(jiān)測(cè)燃燒智能控制系統(tǒng)的組成2.1 WICS系統(tǒng)概述WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成：一次風(fēng)粉濃度流速監(jiān)測(cè)裝置和風(fēng)粉燃燒智能控制系統(tǒng)。一次風(fēng)粉濃度流速監(jiān)測(cè)裝置安裝于各一次粉管，測(cè)量風(fēng)粉流速及濃度信號(hào)，經(jīng)變送器送入智能控制中心；智能控制中心安裝有人工智能控制系統(tǒng)及“專家智慧庫(kù)”，通過(guò)通訊方式從DCS中獲取制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合一次風(fēng)粉參數(shù)，完成數(shù)據(jù)庫(kù)建模，通過(guò)分析運(yùn)算將氧量給定、風(fēng)門開(kāi)度等

19、相關(guān)指令發(fā)送至DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制或開(kāi)環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化燃燒。圖1電站鍋爐風(fēng)粉燃燒全過(guò)程在線測(cè)控優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)成示意圖2.2 新型一次風(fēng)粉濃度流速監(jiān)測(cè)裝置2.2.1 測(cè)量傳感器WICS-CF測(cè)量傳感器采用靜電離子法并結(jié)合空間濾波技術(shù)，為全截面環(huán)狀非介入式結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2），利用管道中煤粉顆粒物的摩擦起電原理來(lái)測(cè)量煤粉的流動(dòng)參數(shù)。傳感器僅對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電煤粉產(chǎn)生感應(yīng)，不會(huì)向被測(cè)流體中注入任何形式的能量。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐磨損、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。WICS-CF測(cè)量傳感器采用世界先進(jìn)的靜電離子傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤粉流速、濃度及流量的實(shí)時(shí)測(cè)量，測(cè)量精度高，誤差可控制在±3%以內(nèi)。 圖2傳感器結(jié)構(gòu)示

20、意圖 圖3 傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖傳感器內(nèi)部為5個(gè)全截面環(huán)狀靜電傳感器陣列，其中3個(gè)為寬環(huán)、2個(gè)為窄環(huán)。環(huán)狀靜電傳感器陣列，結(jié)合空間濾波技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)管道截面平均速度測(cè)量。此外，結(jié)合先進(jìn)的煤粉濃度計(jì)算模型，可有效地減小煤粉在管道分布不均勻及煤粉速度對(duì)濃度測(cè)量的影響，提高測(cè)量精度、降低對(duì)傳感器前后直管道長(zhǎng)度的要求。2.2.2 智能控制中心WICS-DPC智能控制中心可同時(shí)對(duì)48路數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，智能控制中心可實(shí)時(shí)在線顯示每個(gè)傳感器中所測(cè)量的煤粉流量、速度、流量及風(fēng)煤比等數(shù)據(jù)。另外，電廠運(yùn)行人員可根據(jù)鍋爐燃燒的實(shí)際工況，對(duì)一次風(fēng)粉流速、濃度進(jìn)行上下限值設(shè)定，從而預(yù)防堵管、斷粉事件的發(fā)生。圖5 一次風(fēng)粉

21、測(cè)量參數(shù)界面（2）圖5 一次風(fēng)粉測(cè)量參數(shù)界面(2)圖4 一次風(fēng)粉測(cè)量參數(shù)界面(1) 圖6 一次風(fēng)粉測(cè)量參數(shù)界面(3)圖7 一次風(fēng)粉測(cè)量參數(shù)界面(4) 2.3雙可調(diào)煤粉分配器（可選）雙可調(diào)煤粉分配器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6，其工作原理是：首先通過(guò)煤粉濃縮裝置將煤粉氣流分裂為兩股氣流，一股為高濃度小流量的氣流，另一股為大流量低濃度的氣流，再分別對(duì)這兩股氣流進(jìn)行分配，濃相空間和稀相空間分別布置有不同的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得分配過(guò)程可調(diào)，分配后的濃、淡兩股氣流在分配器出口即相匯合，由相應(yīng)的煤粉管道送往爐內(nèi)。這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)每根通往燃燒器的輸粉管道的煤粉及空氣流量分別進(jìn)行調(diào)整和控制。不管出口管的阻力是否在設(shè)計(jì)過(guò)程中已得到

22、均衡，通過(guò)對(duì)該煤粉分配器的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)煤粉和空氣的均勻分配，各支管的煤粉流量和空氣流量可以分別調(diào)節(jié)，基本互不干擾。也就是說(shuō)，對(duì)某一管道的煤粉流量調(diào)大(調(diào)小)的同時(shí)，對(duì)該管道的空氣流量可調(diào)小(調(diào)大)(兩者反向調(diào)節(jié))。圖8煤粉調(diào)節(jié)分配器2.4 WICS-COS風(fēng)粉燃燒智能控制系統(tǒng)2.4.1 WICS-COS簡(jiǎn)介目前，國(guó)內(nèi)鍋爐優(yōu)化燃燒技術(shù)大多以燃燒調(diào)整試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)多重單變量試驗(yàn)，獲得近似的優(yōu)化運(yùn)行方案，其可靠性較高，但精度低，受試驗(yàn)條件所限使工況適應(yīng)性低，隨著時(shí)間的推移和煤質(zhì)的波動(dòng)，先前的優(yōu)化運(yùn)行方案也多逐漸偏離，因此需定期重復(fù)進(jìn)行。而現(xiàn)有各種基于人工智能的優(yōu)化燃燒技術(shù)雖實(shí)施靈活，但提高其控制穩(wěn)

23、定性需要極長(zhǎng)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練周期，這與頻繁的煤質(zhì)波動(dòng)、設(shè)備異常及工況變化相矛盾；如減小學(xué)習(xí)訓(xùn)練周期，則穩(wěn)定性下降，容易引起控制指令的異常，從而危及設(shè)備的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。因此，相關(guān)技術(shù)在實(shí)踐中多無(wú)法獲得明顯的實(shí)用效果。WICS電站鍋爐風(fēng)粉監(jiān)測(cè)&燃燒智能控制系統(tǒng)中的優(yōu)化燃燒控制模塊，根據(jù)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，建立試驗(yàn)專家系統(tǒng)，對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行魯棒性較高的粗調(diào)整，并通過(guò)人工智能系統(tǒng)進(jìn)行快速自適應(yīng)的細(xì)調(diào)整，綜合了兩系統(tǒng)魯棒性、自適應(yīng)修正、精確優(yōu)化的特點(diǎn)，共同實(shí)施優(yōu)化燃燒實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的優(yōu)化控制目標(biāo)（見(jiàn)圖9）。 圖9 WICS風(fēng)粉燃燒智能控制系統(tǒng)分界面 圖10 優(yōu)化燃燒控制模塊原理示意2.4.2 試驗(yàn)專

24、家系統(tǒng)試驗(yàn)專家系統(tǒng)的建立需進(jìn)行多個(gè)工況的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，包括爐效試驗(yàn)、制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)、燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，具體試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量視目標(biāo)系統(tǒng)情況和燃料來(lái)源情況確定。這些燃燒調(diào)整試驗(yàn)，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐制粉及燃燒系統(tǒng)設(shè)備性能及狀態(tài)的考察與診斷，對(duì)不可實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整的可調(diào)裝置進(jìn)行調(diào)整；另一方面為建立制粉燃燒試驗(yàn)專家系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立控制對(duì)象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性庫(kù)，建立優(yōu)化控制基礎(chǔ)。試驗(yàn)專家系統(tǒng)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)制粉及燃燒技術(shù)原理，形成優(yōu)化控制方案及算法模型（專家智慧庫(kù)）。如圖11所示，試驗(yàn)優(yōu)化系統(tǒng)的控制是通過(guò)運(yùn)行氧量、鍋爐效率、一氧化碳含量及NOx含量這些宏觀指標(biāo)來(lái)進(jìn)行的。圖11燃燒效率、CO、NOx燃燒

25、特性參數(shù)與風(fēng)煤比關(guān)系通常情況下，選擇較低的運(yùn)行氧量可使效率提高且排放降低，但在氧量低于一定程度后反而會(huì)因燃燒不充分而引起爐效降低，更為明顯的則表現(xiàn)為一氧化碳含量顯著升高。另一方面，過(guò)量空氣的增多雖然在一定程度上提高NOx生成，但同時(shí)也會(huì)大幅降低煙氣NOx濃度，而后者受環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和排放要求限制，因此，根據(jù)專有的試驗(yàn)專家系統(tǒng)技術(shù)，基于多個(gè)工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)即可建立試驗(yàn)專家優(yōu)化系統(tǒng)，從宏觀的角度合理調(diào)整風(fēng)粉輸送和鍋爐的燃燒，實(shí)現(xiàn)高效低排放的運(yùn)行優(yōu)化控制。圖 12一次風(fēng)壓隨符合的優(yōu)化范圍圖 13氧量運(yùn)行優(yōu)化曲線 圖15 燃盡風(fēng)門開(kāi)度隨負(fù)荷的變化范圍圖 14一次風(fēng)壓隨燃料量的變化范圍圖 17 風(fēng)門開(kāi)度流量回歸

26、曲線圖 16 二次風(fēng)門開(kāi)度優(yōu)化基準(zhǔn) 2.4.3 人工智能系統(tǒng)人工智能系統(tǒng)相比于試驗(yàn)專家系統(tǒng)則更多關(guān)注鍋爐風(fēng)粉和燃燒的細(xì)節(jié)。該系統(tǒng)基于先進(jìn)成熟的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)影響鍋爐燃燒的大量測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，把握系統(tǒng)設(shè)備與工況的變化，利用實(shí)時(shí)自學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的控制調(diào)整。圖19 WICS系統(tǒng)智能控制主界面圖18 基于人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3 WICS系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)3.1 WICS-CF測(cè)量傳感器3.1.1 測(cè)量傳感器特點(diǎn)· 測(cè)量傳感器采用非介入式測(cè)量結(jié)構(gòu)，測(cè)量電極的內(nèi)徑與一次風(fēng)管內(nèi)壁平齊，360度全截面測(cè)量，不存在測(cè)量盲區(qū)，確保了測(cè)量的準(zhǔn)確性；· 傳感器內(nèi)部無(wú)任何阻擋風(fēng)粉通過(guò)的

27、元件，確保了傳感器內(nèi)部測(cè)量電極磨損極低，使用壽命長(zhǎng)；· 傳感器使用壽命質(zhì)保10年；圖20 全截面測(cè)量傳感器· 采用被動(dòng)靜電檢測(cè)原理，傳感器只對(duì)煤粉本身攜帶的靜電產(chǎn)生感應(yīng)，無(wú)需外界能量的注入，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；· 測(cè)量傳感器安裝在近燃燒器端，確保第一位測(cè)量。 3.1.2 WICS-TR變送器WICS-TR變送器基于DSP計(jì)算的原理，設(shè)計(jì)有5通道延時(shí)可調(diào)偽隨機(jī)調(diào)節(jié)電路，可以產(chǎn)生延時(shí)可調(diào)，頻率可調(diào)，周期長(zhǎng)度可調(diào)的5列偽隨機(jī)信號(hào)。可以模擬測(cè)量傳感器上下游通道的隨機(jī)游動(dòng)噪聲。變送器采用DSP表達(dá)式，其運(yùn)算結(jié)果能消除煤粉種類、濕度、顆粒尺寸、溫度等復(fù)雜因素的影響，確保了

28、此測(cè)量系統(tǒng)的精度誤差小于±3%。3.2 WICS-DPC智能控制中心 智能控中心可以同時(shí)分析、處理48路一次風(fēng)管中采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)每根一次風(fēng)管中的煤粉流動(dòng)的速度、濃度、流量、風(fēng)煤比等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線顯示，并具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能，以便于幫助運(yùn)行人員分析故障原因。智能控制中心具有自診斷功能，可對(duì)一次風(fēng)粉測(cè)量中傳感器信號(hào)、電路系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等進(jìn)行故障自診斷，發(fā)生故障將進(jìn)行報(bào)警提醒。同時(shí)，可對(duì)測(cè)量到的信號(hào)進(jìn)行上下限值設(shè)定，以幫助運(yùn)行人員對(duì)斷粉、堵粉等事故進(jìn)行預(yù)警及判斷。智能控制中心配備有4-20mA、hart、RS485/232等多種專用通信接口，可方便接入DCS 系統(tǒng)。3.3 WICS-C

29、OS鍋爐風(fēng)粉燃燒智能控制系統(tǒng)l 人的智能與人工智能的結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)或采用單純的燃燒調(diào)整試驗(yàn)以確定較為粗放的關(guān)鍵參數(shù)運(yùn)行曲線，或完全基于DCS數(shù)據(jù)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用人工智能技術(shù)實(shí)施智能控制，這兩種方法都有明顯的缺陷。前者有效時(shí)間有限，控制目標(biāo)曲線較為粗放，但魯棒性好，可較好的保障機(jī)組的安全穩(wěn)定性；后者在國(guó)內(nèi)煤質(zhì)波動(dòng)頻繁、制粉及燃料供給系統(tǒng)設(shè)備異常較多及工況變化頻繁的條件下，存在控制穩(wěn)定性和有效性的強(qiáng)烈沖突，極大限制了人工智能技術(shù)的性能。本系統(tǒng)結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合試驗(yàn)專家系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)，應(yīng)用人的智能與人工智能同時(shí)解決優(yōu)化燃燒目標(biāo)問(wèn)題，獲得高可靠性、高性能和高精度的優(yōu)化控制。l 堅(jiān)實(shí)的一次風(fēng)粉測(cè)量技術(shù)

30、為基礎(chǔ)現(xiàn)有技術(shù)多側(cè)重于二次風(fēng)的配風(fēng)及運(yùn)行氧量的優(yōu)化，但二次風(fēng)的影響是作用于一次風(fēng)粉分布的基礎(chǔ)之上，一次風(fēng)粉參數(shù)的精確測(cè)量是二次風(fēng)配風(fēng)深入優(yōu)化的前提。l 全過(guò)程實(shí)時(shí)智能優(yōu)化控制本系統(tǒng)可囊括從制粉、一次風(fēng)粉輸送至鍋爐燃燒的全過(guò)程優(yōu)化控制，可從前所未有的深度和高度進(jìn)行鍋爐的優(yōu)化控制，充分發(fā)掘設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化潛力，實(shí)現(xiàn)更高性能和更低排放的目標(biāo)。WICS系統(tǒng)主要參數(shù)及性能指標(biāo)連接傳感器數(shù)量每根粉管一只，每臺(tái)連接1-24可擴(kuò)展至25-48個(gè)流速測(cè)量范圍0至70米/秒, 精度誤差3%, 重復(fù)性±2%.流量測(cè)量 在同一現(xiàn)場(chǎng)的多管道測(cè)量時(shí)，每組管道的相對(duì)流量不均勻性±3%輸入/輸出4-

31、20mA輸入（供選項(xiàng)）RS485、CAN總線輸出（供選項(xiàng)）Ethemet, RS485 or RS232 警報(bào)風(fēng)速和濃度偏差，可編程設(shè)高/低點(diǎn) 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間1.5秒- 適合持續(xù)在線煤粉流程控制溫度-20°C 70°C 環(huán)境要求機(jī)柜符合IP65電源200VA 110/230V a.c. 47至63 Hz自學(xué)習(xí)更新頻率每6-8小時(shí)至少更新1次智能優(yōu)化指令風(fēng)門開(kāi)度、氧量給定降低供電煤耗1.5g/kw.hNOx排放指標(biāo)NOx排放滿足脫硝反應(yīng)效率和排放指標(biāo)對(duì)爐膛出口的要求3.4 雙可調(diào)煤粉分配器（可選）· 構(gòu)思新穎，完全擯棄了傳統(tǒng)的將煤粉氣流直接分割分配的原理。 ·

32、; 在運(yùn)行中可調(diào)，只要將分配器上的濃相和稀相調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整到恰當(dāng)位置就能達(dá)到均勻分配的效果。 · 可容易地將煤粉和空氣的分配偏差控制在±10%以下，最佳工況下煤粉和空氣的分配偏差可控制在±5%以下。 · 阻力小，一般在0.5kPa以下； · 結(jié)構(gòu)緊湊，易于設(shè)計(jì)布置； · 氣流分支數(shù)不受限制，可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)； · 易損件少，且容易采取防磨措施，在易磨損的部位敷設(shè)有耐磨陶瓷，壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量小。 4 WICS系統(tǒng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、安全性分析4.1 燃燒器煤量、風(fēng)量的精確測(cè)量是分級(jí)低氮燃燒的基礎(chǔ)燃煤鍋爐的入爐煤量、風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)量

33、一直是一個(gè)難題，在現(xiàn)代分級(jí)低氮燃燒方式普遍采用的條件下，對(duì)一次風(fēng)粉流量和分布的控制精度要求較高，“缺氧燃燒”和“富氧燃燒”的基礎(chǔ)是進(jìn)入每個(gè)燃燒器的燃料量，在一次風(fēng)粉精確測(cè)量的基礎(chǔ)上，才能更好地對(duì)低氮燃燒器進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，這也是常常導(dǎo)致低氮燃燒器改造不成功的關(guān)鍵因素；其次，傳統(tǒng)風(fēng)粉系統(tǒng)的原則是保證各燃燒器粉管的燃燒和風(fēng)量的平衡，但實(shí)際系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)決定了不同工況下，這些粉管的分布（尤其是粉量）無(wú)法達(dá)到絕對(duì)平衡，這意味著以一次風(fēng)粉均勻分布為前提的均勻配風(fēng)方式受到挑戰(zhàn)，當(dāng)WICS將一次風(fēng)粉的測(cè)量精度和可靠性實(shí)現(xiàn)前所未有的突破以后，根據(jù)實(shí)際粉量進(jìn)行詳細(xì)的不均勻優(yōu)化配風(fēng)成為可能；第三，入爐煤量和風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)量一直是制約鍋爐在線計(jì)算和煤耗分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，獲得準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)入爐煤量有助于通過(guò)正平衡方式對(duì)反平衡在線分析結(jié)果進(jìn)行校核，對(duì)未來(lái)電站核算實(shí)時(shí)運(yùn)行成本，輔助競(jìng)價(jià)上網(wǎng)也具有重要的意義。4.2 提高鍋爐效率，降低機(jī)組供電煤耗在一次風(fēng)粉濃度流速精確測(cè)量的基礎(chǔ)