CN112916189A - 制粉***的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了制粉***的优化方法，包括如下步骤：步骤一：煤质在线监测模块通过煤质在线化验设备获取煤质参数信息，同时连接电厂输煤程控***，采集设备运行状态信息。步骤二：制粉***运行优化模块连接电厂DCS控制***，读取的电压信号和电流信号计算各台磨煤机对应时刻功率。步骤三：通过磨煤机负荷不同表征量相互补偿,分别辨识磨煤电耗特性曲线。步骤四：寻找在不同负荷下最优磨煤机组合运行方案。步骤五：利用获得的不同负荷下磨煤机组合运行方案，判断各台磨煤机启停状态，再利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，优化分配磨煤机出力。基于本发明可以实时优化分配磨煤机负荷，对火电机组节能减排和效益提升都有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及火电控制技术领域，具体领域为制粉***的优化方法。
背景技术
受社会用电量及煤炭市场的影响，东北地区火电企业在生存发展上存在着运行负荷率偏低，原煤价格较高的问题，因此，如何进一步挖掘机组的能效潜能，提高机组运行经济性也成为了日益突出的问题。制粉***是燃煤电站重要组成部分，其耗电量占厂用电的15％-25％左右。在实际运行中，由于磨煤机启停策略和负荷分配不当导致了巨大的能量浪费，因此，需对磨煤机进行深入分析，制定一种在线负荷分配优化方法，实现燃煤电站节能减排和提高机组效益的目标。
目前常规的技术将负荷分为高低段分别控制，高负荷段一般一台磨煤机作为备用，其余磨煤机均启动并大致均分负荷；低负荷段，关闭若干台磨煤机，其余磨煤机启动并大致均分负荷。此方法只能简单地进行负荷分配，启停策略简单，节能效果差，故亟需一种制粉***的优化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供制粉***的优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：制粉***的优化方法，包括如下步骤：
步骤一：煤质在线监测模块通过煤质在线化验设备获取煤质参数信息，同时连接电厂输煤程控***，采集设备运行状态信息，监测并判断出输往各磨煤机煤质参数，利用最小二乘支持向量机的非线性特性，对制粉***进行分析，建立制粉单耗与相关运行参数、煤粉细度与相关运行参数之间关系的独立最小二乘支持向量机模型，在建立制粉单耗模型的基础上，采用混合遗传算法对工况寻优，得到不同工况下制粉单耗最小的优化运行求得煤粉细度预测结果；
步骤二：制粉***运行优化模块连接电厂DCS控制***，实时获取各磨煤机的给煤量、磨入口一次总风温、磨入口一次总风量、磨出口一次风温、磨煤机电流、磨煤机电压、相对应给煤机的皮带称重，并利用读取的电压信号和电流信号计算各台磨煤机对应时刻功率；
步骤三：对各台磨煤机，基于之前设定时间的相对应给煤机的皮带称重信号和功率信号，采用磨煤机电流、噪声、差压综合测量磨煤机存煤量，通过磨煤机负荷不同表征量相互补偿,分别辨识磨煤电耗特性曲线；
步骤四：利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，在磨煤机出力限制条件下，寻找在不同负荷下最优磨煤机组合运行方案；
步骤五：利用获得的不同负荷下磨煤机组合运行方案，判断各台磨煤机启停状态，再利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，优化分配磨煤机出力。根据炉内燃烧状况、机组负荷及煤质情况进行智能计算和自动判断，给出磨煤机投运台数、磨煤机组合方式及各磨煤机给煤量分配比例，以使制粉***的投入与炉内燃烧***相匹配。
优选的，所述磨煤机给煤量分配比例是根据制粉***前一段时期的运行, 设定当前的给煤量。在该***中,预估当前的给煤量。实际给煤输出以预估给煤量为中心进行调节，在调节偏离预估值时采用慢速调节，而回归预估值时采用快速调节。
优选的，所述各台磨煤机对应时刻功率根据***实验数据和历史数据,对***控制性能分析，利用图形化模糊控制专用软件组成全面的模糊控制***，全方位的变参量解耦控制，给煤量预估控制，磨煤机负荷的模糊判别和计算，计算出对应于当前***的最佳控制定值。
优选的，所述的不同负荷下最优磨煤机组合运行方案根据磨煤机设计指标确定磨煤机出力上下限，并据此将负荷分为1～N台磨工作段，在每个工作段，确定启动的磨煤机最优组合，其中N是指燃煤电站投入运行的磨煤机台数。
优选的，根据不同煤种和不同制粉***的特性，优化出制粉***的安全运行边界，用于指导制粉***的合理运行方式，包括在安全、环保排放指标都能满足要求的前提下，计算不同掺烧比例下的经济效益，并找出得到最大掺烧收益的最佳掺烧比例，用于指导锅炉制粉***的优化运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：制粉***的优化方法，本发明从优化运行角度出发，着重摸索不同荷工况下的最小磨煤机运行方式，在保证安全生产的前提下，进一步压降厂用电率，达到节能降耗，提高机组运行经济性的目的。通过对实际运行参数的对比分析，将相对宽泛原煤热值变化范围下的磨煤机运行煤量进行了调整，对制粉***的运行方式进行了改良，从根本上解决了制粉***运行数量过多造成的厂用电率偏高的问题，大大的提高了机组运行的经济性。处理速度快(时间为秒级)，节能效果出众，附加成本低，***适应性强，可用于各种工况，鲁棒性高，可随***参数变化自行更新。基于本发明可以实时优化分配磨煤机负荷，对火电机组节能减排和效益提升都有重大意义。
附图说明
图1为本发明的优化控制流程图；
图2为本发明的制粉单耗的模型；
图3为本发明的制粉细度的模型；
图4为本发明的制粉***给煤调节回路；
图5为本发明的磨煤机死区示意图；
图6为本发明的磨煤机负荷分配情况图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：制粉***的优化方法，包括如下步骤：
步骤一：煤质在线监测模块通过煤质在线化验设备获取煤质参数信息，同时连接电厂输煤程控***，采集设备运行状态信息，监测并判断出输往各磨煤机煤质参数，利用最小二乘支持向量机的非线性特性，对制粉***进行分析，建立制粉单耗与相关运行参数、煤粉细度与相关运行参数之间关系的独立最小二乘支持向量机模型，在建立制粉单耗模型的基础上，采用混合遗传算法对工况寻优，得到不同工况下制粉单耗最小的优化运行求得煤粉细度预测结果；如果该结果在规定的细度范围内，则制粉***优化控制决策选用此方案；如果预测结果不在规定的细度范围内，则返回寻优模型，重新计算寻优，直至得到优化方案；两个各自独立的多输入、单输出的制粉单耗模型和煤粉细度预测模型。
已训练好的制粉单耗模型来优化制粉***，与最小二乘支持向量机模型的训练过程相反，训练过程是从输入到输出，而优化过程则是从输出到输入，即求取在给定条件下制粉单耗达最小时，各输入参数所对应工况。因此,制粉***优化的问题转化成给定条件下求目标函数制粉单耗Y最小值的优化问题。
min Z＝f(Si,αi,βi,σ)
0<Xi<1
式中：Z、Si均为归一化参数；f为由已训练好的支持向量机模型所建立的映射关系；Z为制粉单耗；Si为网络输入层第i个变量,i＝1,2,…,50；αi 为支持向量机的拉格朗朗日乘子；βi为支持向量机的偏差量；σ为核参数。
步骤二：制粉***运行优化模块连接电厂DCS控制***，实时获取各磨煤机的给煤量、磨入口一次总风温、磨入口一次总风量、磨出口一次风温、磨煤机电流、磨煤机电压、相对应给煤机的皮带称重，并利用读取的电压信号和电流信号计算各台磨煤机对应时刻功率；所述各台磨煤机对应时刻功率根据***实现数据和历史数据,对***控制性能分析，利用图形化模糊控制专用软件组成全面的模糊控制***，全方位的变参量解耦控制，给煤量预估控制，磨煤机负荷的模糊判别和计算，计算出对应于当前***的最佳控制定值，从DCS控制***实时数据库里读取当前时刻之前一个月的历史运行数据，以四台磨煤机为例，具体包括：A～D磨煤机电流，相对应A～D磨煤机的给煤质量流量，ⅠA段10kV母线电压，ⅠB段10kV母线电压，其中ⅠA段负责A/C 磨煤机供电，其中ⅠB段负责B/D磨煤机供电。各台磨煤机功率因数皆为0.85，分别计算各台磨煤机对应时刻功率。
步骤三：对各台磨煤机，基于之前设定时间的相对应给煤机的皮带称重信号和功率信号，采用磨煤机电流、噪声、差压综合测量磨煤机存煤量，通过磨煤机负荷不同表征量相互补偿,分别辨识磨煤电耗特性曲线；利用步骤二获得的各台磨煤机一个月历史给煤质量流量和功率数据，辨识各台磨煤机磨煤电耗特性曲线。磨煤电耗特性曲线皆设为二次曲线，利用最小二乘法辨识多项式系数，包括二次项系数、一次项系数和常数项。
步骤四：利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，在磨煤机出力限制条件下，寻找在不同负荷下最优磨煤机组合运行方案；所述的不同负荷下最优磨煤机组合运行方案，根据磨煤机设计指标确定磨煤机出力上下限，并据此将负荷分为1～N台磨工作段，在每个工作段，确定启动的磨煤机最优组合，其中N是指燃煤电站投入运行的磨煤机台数，负荷优化模型如下：
<mrow><mi>m</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><munderover> <mo>&Sigma；</mo><mrow><mi>j</mi><mo>＝</mo><mn>1</mn></mrow> <msub><mi>k</mi><mi>i</mi></msub></munderover><msub><mi>f</mi> <mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><msub> <mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>＝</mo><mi>m</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><munderover> <mo>&Sigma；</mo><mrow><mi>j</mi><mo>＝</mo><mn>1</mn></mrow> <msub><mi>k</mi><mi>i</mi></msub></munderover><msub><mi>a</mi> <mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>*</mo><msup><msub> <mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mn>2</mn> </msup><mo>+</mo><msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi> </mrow></msub><mo>*</mo><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi> <mi>j</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mrow> <mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><munderover><mo>&Sigma；</mo><mrow><mi>j</mi><mo>＝</mo> <mn>1</mn></mrow><msub><mi>k</mi><mi>i</mi></msub></munderover> <msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mo>_</mo> <mi>min</mi></mrow></msub><mo>&le；</mo><msub><mi>P</mi> <mi>i</mi></msub><mo>&le；</mo><munderover><mo>&Sigma；</mo><mrow> <mi>j</mi><mo>＝</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>k</mi><mi>i</mi> </msub></munderover><msub><mi>P</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi> <mo>_</mo><mi>max</mi></mrow></msub></mrow>
其中：Pij_min,Pij_max(MW)分别为第i个机组中第j台机组负荷的下限与上限。
利用步骤二获得的各台磨煤机一个月历史给煤质量流量，将各台磨煤机给煤质量流量相加获得总给煤质量流量，统计不同总给煤质量流量即总出力所占频率，并用高斯函数拟合频率曲线。
由于磨煤机启停策略采用死区以避免在边界条件处频繁启停。为保证一定裕量，并结合历史数据分析和磨煤机设计指标，设置单台磨煤机出力边界为40t/h～95t/h，死区为5t/h，形成以90t/h为中心的死区,其中t/h为磨煤机出力单位，吨每小时。以磨煤机90t/h为标准出力，并依次将出力分为 (90×(N-1))t/h～(90×N)t/h的N台磨工作段，N为1～6。分别计算各段内最优磨煤机启动组合，现以4台磨工作段计算为例说明，其余段计算方法类似。
现有种启动磨煤机方案，每种方案在所选6个点的每个点处用内点法寻优得到最优磨煤机负荷分配方案，并计算其耗电量，使目标函数如下最小，得到每段内最优磨煤机启动方案，如下：
<math><mrow><mi>J</mi><mo>＝</mo><munder><mi>min</mi> <mi>j</mi></munder><munderover><mi>&Sigma；</mi><mrow><mi>i</mi> <mo>＝</mo><mn>1</mn></mrow><mn>8</mn></munderover><msub> <mi>&alpha；</mi><mi>i</mi></msub><mo>×；</mo><msub> <mi>W</mi><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub> <mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow></mrow></math>
式中，J为总耗电量；i表示每段内第i个点，为1～6；j表示第j种方案，为1～14。
步骤五：利用获得的不同负荷下磨煤机组合运行方案，判断各台磨煤机启停状态，再利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，优化分配磨煤机出力。根据炉内燃烧状况、机组负荷及煤质情况进行智能计算和自动判断，给出磨煤机投运台数、磨煤机组合方式及各磨煤机给煤量分配比例，以使制粉***的投入与炉内燃烧***相匹配。所述磨煤机给煤量分批比例是根据制粉***前一段时期的运行,设定当前的给煤量。在该***中,预估当前的给煤量。实际给煤输出以预估给煤量为中心进行调节，在调节偏离预估值时采用慢速调节，而回归预估值时采用快速调节。
利用死区特性判断是否切换磨煤机启动组合，以4台磨煤机运行阶段为例，若在切换点附近，如4台磨工作在360t/h，且处于升负荷阶段，则需升负荷至(360+4×5)t/h才切换至5台磨工作阶段，若4台磨工作在270t/h，且处于降负荷阶段，则需降负荷至(270-4×5)t/h才切换至3台磨工作阶段，若在其他出力情况，则保持4台磨工作。由步骤三得到的每种阶段最优磨煤机启动组合确定磨煤机启动状态，再利用内点法算出该工作点处最优磨煤机负荷分配方案。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.制粉***的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：煤质在线监测模块通过煤质在线化验设备获取煤质参数信息，同时连接电厂输煤程控***，采集设备运行状态信息，监测并判断出输往各磨煤机煤质参数，利用最小二乘支持向量机的非线性特性，对制粉***进行分析，建立制粉单耗与相关运行参数、煤粉细度与相关运行参数之间关系的独立最小二乘支持向量机模型，在建立制粉单耗模型的基础上，采用混合遗传算法对工况寻优，得到不同工况下制粉单耗最小的优化运行求得煤粉细度预测结果。
步骤二：制粉***运行优化模块连接电厂DCS控制***，实时获取各磨煤机的给煤量、磨入口一次总风温、磨入口一次总风量、磨出口一次风温、磨煤机电流、磨煤机电压、相对应给煤机的皮带称重，并利用读取的电压信号和电流信号计算各台磨煤机对应时刻功率。
步骤三：对各台磨煤机，基于之前设定时间的相对应给煤机的皮带称重信号和功率信号，采用磨煤机电流、噪声、差压综合测量磨煤机存煤量，通过磨煤机负荷不同表征量相互补偿,分别辨识磨煤电耗特性曲线。
步骤四：利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，在磨煤机出力限制条件下，寻找在不同负荷下最优磨煤机组合运行方案。
步骤五：利用获得的不同负荷下磨煤机组合运行方案，判断各台磨煤机启停状态，再利用获得的各台磨煤机的磨煤电耗特性曲线，优化分配磨煤机出力。根据炉内燃烧状况、机组负荷及煤质情况进行智能计算和自动判断，给出磨煤机投运台数、磨煤机组合方式及各磨煤机给煤量分配比例，以使制粉***的投入与炉内燃烧***相匹配。
2.根据权利要求1所述的制粉***的优化方法，其特征在于：所述磨煤机给煤量分配比例是根据制粉***前一段时期的运行,设定当前的给煤量；在该***中,预估当前的给煤量，实际给煤输出以预估给煤量为中心进行调节，在调节偏离预估值时采用慢速调节，而回归预估值时采用快速调节。
3.根据权利要求1所述的制粉***的优化方法，其特征在于：所述各台磨煤机对应时刻功率根据***实验数据和历史数据,对***控制性能分析，利用图形化模糊控制专用软件组成全面的模糊控制***，全方位的变参量解耦控制，给煤量预估控制，磨煤机负荷的模糊判别和计算，计算出对应于当前***的最佳控制定值。
4.根据权利要求1所述的制粉***的优化方法，其特征在于：所述的不同负荷下最优磨煤机组合运行方案根据磨煤机设计指标确定磨煤机出力上下限，并据此将负荷分为1～N台磨工作段，在每个工作段，确定启动的磨煤机最优组合，其中N是指燃煤电站投入运行的磨煤机台数。
5.根据权利要求1所述的制粉***的优化方法，其特征在于：根据不同煤种和不同制粉***的特性，优化出制粉***的安全运行边界，用于指导制粉***的合理运行方式，包括在安全、环保排放指标都能满足要求的前提下，计算不同掺烧比例下的经济效益，并找出得到最大掺烧收益的最佳掺烧比例，用于指导锅炉制粉***的优化运行。
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