电站锅炉NOx排放与再热汽温混合建模及多目标优化

摘要

为了适应国家电网调峰的要求，目前国内大部分火电机组热力系统经常处于变负荷甚至低负荷的运行状态，从而导致NOx排放增加，而低负荷下NOx燃烧控制对过量空气系数和保持空气分级的要求往往会导致再热汽温偏低、影响火力发电厂全厂热效率。本论文基于燃烧调整试验数据，从数据驱动建模和多目标优化角度出发，开展火电机组NOx排放和再热汽温特性联合建模及优化研究。论文研究结果对降低火电机组热力系统污染物排放和提高全厂效率具有重要理论指导意义和应用价值。
　　论文的主要研究内容和研究结果如下:
　　(1)基于燃烧机理分析，确定了影响NOx排放和再热汽温特性的可控过程参量。在此基础上，针对某1000MW燃煤火电机组设计并进行了燃烧调整试验，获得了数据驱动建模及优化所需要的试验样本数据。
　　(2)针对机组不同负荷特点，提出了一种以可控过程参量为输入、以再热汽温和NOx排放为输出的燃烧系统非线性偏最小二乘多模型，并采用重复双交叉法代替传统的单交叉法确定模型结构，即模型输入主元的个数。研究结果表明，基于重复双交叉验证的燃烧系统非线性偏最小二乘多模型具有良好的逼近精度和泛化能力。
　　(3)在NOx排放和再热汽温响应特性模型的基础上，基于多目标人工蜂群算法(Multi-Objective Artificial Bee Colony，MOABC)和一种改进的非支配排序遗传算法(Non-Dominated Sorting in Genetic AlgorithmⅡ，NSGA-Ⅱ)，本文提出了一种火电机组燃烧系统多目标优化方法。该方法能同时最小化NOx排放浓度和最大化再热汽温值从而获得可控运行参量的Pareto最优解集。研究结果表明，基于MOABC和NSGA-Ⅱ的Pareto最优解集均优于单目标优化算法获得的最优解。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 国内外研究现状与分析

1．2．1 锅炉燃烧模型算法

1．2．2 锅炉燃烧系统的优化算法

1．3 存在的问题

1．4 研究内容与技术路线

1．5 本章小结

第二章 低氮燃烧机理分析及锅炉燃烧试验研究

2．1 引言

2．2 燃烧系统及低氮燃烧机理分析

2．2．1 1000MW燃烧系统

2．2．2 低氮燃烧机理分析

2．3 试验方案设计及结果分析

2．3．1 试验方案设计

2．3．2 试验结果分析

2．4 试验数据预处理

2．4．1 基于滑动窗口的稳态数据提取方法研究

2．4．2 稳态数据的标准化

2．5 本章小结

第三章 NOx排放与再热汽温特性响应rdCV-MO-NPLS多模型建模方法研究

3．1 引言

3．2．1 MO-NPLS建模方法

3．2．2 基于rdCV的MO-NPLS模型

3．2．3 各负荷下rdCV结果及分析

3．3 模型参数辨识及模型预测结果分析

3．4 本章小结

第四章 基于进化算法的锅炉燃烧系统多目标优化方法研究

4．1 引言

4．2 燃烧系统多目标优化的问题构建

4．3 多目标进化算法及其在燃烧优化中的应用

4．3．1 NSGA-Ⅱ算法的设计及其在燃烧优化中的应用

4．3．2 多目标人工蜂群算法及其在燃烧优化中的应用

4．4 锅炉燃烧系统多目标优化结果与分析

4．4．1 锅炉可控过程参量上下界确定

4．4．2 优化结果及分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者在硕士研究生阶段发表的论文等主要研究成果