登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
生物质能源是一种可再生的清洁能源,种类丰富,如建筑废料、农作物秸秆等。我国作为一个农业大国,近年来年秸秆产量约有9亿吨,除去部分用作动物饲料和还田外,剩下的大部分被随意丢弃、堆放或直接燃烧,间接地造成了经济损失,而且易污染环境。因此,寻求秸秆资源的合理利用方式既是经济效益的追求,更是解决环境污染问题的重要举措。由于循环流化床锅炉(circulatingfluidizedbedboiler,CFBB)具有燃料适应性广、燃烧效率高和环保等优点,可以实现秸秆等生物质资源的高效利用。
(来源:微信公众号“循环流化床发电” ID:xhlhcfd 作者:何德峰)
生物质CFBB燃烧过程需要稳定床温,否则会导致燃烧不完全而造成熄火,降低脱硫效率而造成大气污染,而且对于秸秆等生物质燃料,控制床温能在一定程度上抑制床料黏结。锅炉的输入量为燃料添加速率、一次风风速和二次风风速,可通过控制三者的大小来调节床温,然而随着锅炉炉膛中燃烧的进行,燃料量和氧含量会发生变化,可能引起床温波动,难以稳定在期望数值,另外输入量的调整还受到风煤比限制。对于整个锅炉燃烧过程,需要考虑生产成本,包括燃料消耗和风机耗电,但这可能会与锅炉的稳定运行要求产生冲突。因此,如何选择合适的控制策略满足CFBB燃烧过程的多目标控制要求,是待解决的问题与难点。
随着工业化进程和科学技术的不断发展,越来越多的先进控制方法用于CFBB的控制与优化。对于CFBB燃烧过程的非线性、时变、强耦合问题,不少学者运用了模糊控制方法。文献[8]采用改进后的遗传算法设计床温模糊控制器,制定了一种新的床温调节策略。文献[9]提出了一种针对床温动态特性的模糊控制器,具有很强的鲁棒性。文献[10]在研究了一次风和回料阀开度对床温影响的基础上,设计了CFBB燃烧模糊控制器,增强了系统的稳定性,减少了耦合对系统的影响。预测控制十分适用于CFBB这类复杂的工业过程,文献[13]采用了系统辨识方法建立锅炉模型,并结合模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)算法实现了锅炉床温、蒸汽压力控制。文献[14]提出了一种基于多模型的预测控制策略,通过离线辨识获得多个工况点的模型,来逼近整个过程的动态特性,成功实现了锅炉床温控制。此外,自适应控制和神经网络控制也在实践中取得了成功,主要实现了床温和主蒸汽压力的解耦控制。许多文献侧重于实现CFBB的床温和(或)主蒸汽压力控制,通过结合一些先进控制方法,来解决锅炉运行过程的非线性、时变、强耦合等问题,然而很少有文献引入一些具体的多目标方法,实现锅炉燃烧过程的优化控制。
本文从锅炉持续运行的角度出发,分析了其中存在的控制要求。一方面当锅炉状态偏离预期生产工况时,需要及时恢复,另一方面希望恢复过程的生产成本尽可能小。为此,本文提出了一种字典序模型预测控制(lexicographicmodelpredictivecontrol,LMPC)策略,以实现锅炉燃烧过程的控制优化,并通过与传统的加权模型预测控制(weightedmodelpredictivecontrol,WMPC)策略的对比,验证了LMPC策略的有效性,同时表明了该策略能避免WMPC策略依赖权重调整的缺点。
1生物质CFB燃烧过程描述
1.1燃烧过程建模
循环流化床锅炉主要由炉膛、分离器、返料器、排渣装置、省煤器、过热器等组成,如图1所示。其燃烧过程的基本原理是:(生物质)燃料和脱硫剂粉碎后,通过给料机送入炉膛,然后被炉膛中的流化态物料加热燃烧;同时从炉膛底部和侧墙分别送入一次风和二次风,使得物料随着上升气流朝着炉膛上部运动,其中粗颗粒在炉膛下部的密相区燃烧,细颗粒在炉膛上部的稀相区燃烧,燃烧产生的热量被炉膛四周布置的水冷壁吸收。另外,有一部分细小颗粒被气流带出炉膛后由分离器捕捉收集,再经返料器送回炉膛继续燃烧,烟气则进入尾部烟道,与过热器、省煤器和空气预热器等完成换热过程,最后经除尘器处理后由烟囱排向大气。
通常为了保证锅炉安全运行和脱硫效率,需对锅炉床温实施控制,使其维持在850℃左右,同时需要监测烟气氧含量以保证锅炉热效率,烟气氧含量过低则燃料燃烧不充分,过高则通风量过大,热量损失多,一般烟气氧含量要求在3%~6%的范围内。根据质量与能量守恒定律,文献[7]利用了机理建模方法建立如下锅炉炉膛的动力学方程:
其中锅炉炉膛的输入量QC、F1和F2分别为给料速率、一次风风速和二次风风速;锅炉炉膛的状态量WC、CB、F、TB、TF和PT分别为燃料剩余量、床氧含量、稀相区氧含量、床温、稀相区温度和热功率;剩下的模型参数为燃料挥发分比例V,固体燃料燃烧时间tC,床体积VB,一次风氧含量C1,固体燃料耗氧系数XC、床料比热cI和质量WI,固体燃料热值HC,一次风比热c1和温度T1,床水冷壁传热系数aBt、面积ABt和温度TBt,烟气比热cF,稀相区体积VF,二次风氧含量C2,挥发分耗氧系数XV,挥发分热值HV,稀相区水冷壁传热系数aFt、面积AFt和温度TFt,二次风比热c2和温度T2,时间常数τmix,具体取值见文献[7]。
对于锅炉燃烧过程模型式(1),定义状态变量x=[WC,CB,CF,TB,TF,PT]T和控制变量u=[QC,F1,F2]T,可以得到锅炉燃烧过程状态方程:
由于考虑预测控制器,以采样时间Ts离散化连续时间模型式(2),得到离散时间非线性系统:
1.2优化目标与约束
在循环流化床锅炉持续运行时,一方面要防止
锅炉状态偏离预期工况,另一方面希望锅炉运行的生产成本低,可以归纳得到:
(1)根据模型式(1)分析炉膛内的平衡关系,结合床温、烟气氧含量等实际经济性控制要求,可以离线计算得到适合锅炉长时间稳定运行的工况,且经济性能最佳。然而实际中存在着一些难以避免的因素,如锅炉的热量散失、投料设备控制不精确、风机风压波动等,有可能使锅炉运行状态偏离预期工况,甚至偏离程度会随时间进一步扩大,因此,需要及时调节给料机和一、二次风机的运行情况,以便恢复锅炉的运行状态,因此考虑如下设定值跟踪性能目标:
其中,Q和R分别为状态偏差的正定加权矩阵和控制偏差的正定加权矩阵,xs为期望的锅炉运行状态,us为锅炉稳定运行时给料速率和一、二次风速。
(2)锅炉燃烧过程会不断消耗燃料,同时需要风机持续供风,因此生产成本由燃耗和风机耗电组成,由于这两部分物理意义有所区别,参考文献[17]的方法,将耗电量转化为发电所需煤耗,另外根据秸秆和煤的价格差异,将燃耗折算为煤耗,可以得到如下经济性能函数:
其中L2表示折算后的每秒锅炉煤耗量,p1>0,p2>0和p3>0为折算系数。
此外,锅炉燃烧过程需要满足一些约束,除了设备物理条件和炉膛状态的限制外,还需要控制风机和投料机的运行状态,将风煤比维持在一定区间范围内,以保证锅炉高效燃烧,并降低氮氧化物对环境的污染,整理得到如下约束:
其中xmin、umin和αmin分别表示状态量、控制量和风煤比的下限,xmax、umax和αmax分别表示状态量、控制量和风煤比的上限。
2生物质CFB多目标经济预测控制
2.1加权多目标非线性预测控制
为了实现锅炉运行过程的多目标优化,本文考虑两种多目标MPC策略。第一种是加权模型预测控制(WMPC),根据加权求和法,将性能指标式(4)和(5)组合成一个新的性能指标Lw,并以权值w1和w2表示性能指标的相对重要性,然后求解如下单目标有限时域最优控制问题:
其中Lw=w1L1+w2L2,约束式(7b)包括系统约束式(3)和边界约束式(6),对应的最优解为
再根据滚动时域控制原理,得到相应的预测控制律如下:
其中u0*|k是u*k的第一个分量,对应的闭环系统为
此外,对于锅炉运行过程的两个性能指标,L1优先级高于L2,因此权值调整需满足0<w2<w1<1。
由上述过程,WMPC算法如下:
步骤1选择预测时域N,调整权值w1、w2,设置目标函数Jw。
步骤2测量k时刻状态xk,求解优化问题式(7),得到最优控制序列u*k。
步骤3将u*k的首个分量作用于系统式(3),更新状态。
步骤4令k=k+1,并返回步骤2。
2.2字典序多目标非线性预测控制
加权求和法可以近似地处理多目标优化控制问题,但需要反复调整权重,对于锅炉这类复杂非线性系统,权重选择困难且实际控制效果可能不理想。因此,考虑字典序方法设计锅炉燃烧过程预测控制器。
根据字典序优化方法原理,先优化锅炉稳定运行目标J1,再优化经济性目标J2。为了得到锅炉运行过程的字典序最优解,在每个时刻求解如下顺序的单目标有限时域最优控制问题[18]:
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星电力网获悉,国家能源局近日发布关于公开征求《可再生能源绿色电力证书核发和交易规则(征求意见稿)》意见的通知,详情如下:为落实《国家发展改革委财政部国家能源局关于做好可再生能源绿色电力证书全覆盖工作促进可再生能源电力消费的通知》(发改能源〔2023〕1044号),我局起草了《可再生能
北极星垃圾发电网获悉,国网新能源云4月23日公示2024年补贴清单第四批,此次纳入2024年第四批可再生能源发电补贴清单的项目共727个,其中生物质发电项目14个,其中涉及光大环境、深能环保、三峰环境、节能环境、绿色动力等多家环保集团所属项目。同时北极星固废网还汇总了今年所纳入可再生能源发电补贴
北极星电力网获悉,国网新能源云发布关于公布2024年第四批可再生能源发电补贴项目清单的报告,此次纳入2024年第四批可再生能源发电补贴清单的项目共727个,核准/备案容量3715.2兆瓦,其中:集中式发电项目77个、核准/备案容量3582.5兆瓦,分布式发电项目650个、核准/备案容量132.7兆瓦。此次变更可再生
北极星垃圾发电网获悉,近日,秦岭腹地首个生物质发电项目松岩湾垃圾电站在陕西省商洛市商州区建成投运。该电站发电总装机2.5万千瓦,日处理生活垃圾1200吨,年发电量1.2亿千瓦时。松岩湾垃圾发电项目主要服务于商州区、丹凤县等周边县区的生活垃圾无害化处理,实现了生活垃圾的资源化、效益化。余热作
近年来,国家及地方相继出台政策文件支持生物质能开发利用,有力推动了生物质能产业发展。2024年2月,国务院办公厅发布《关于加快构建废弃物循环利用体系的意见》,提出因地制宜推进农林生物质能源化开发利用,稳步推进生物质能多元化开发利用;明确到2030年,建成覆盖全面、运转高效、规范有序的废弃
截至4月9日,投运三年的浙能滨海环保能源有限公司已累计处置污泥量116万吨,实现总发电量3.91亿千瓦时,累计为社会节约标准煤10.6万吨,减排二氧化碳26.1万吨,有效解决了绍兴市柯桥区域内印染和水处理污泥产生量和处置量不平衡的矛盾,成功实现了点“泥”成金目标。绍兴市柯桥区从2010年开始谋划印染
3月29日19时28分,广西能源集团融安县生活垃圾焚烧发电项目顺利通过“72+24”小时满负荷试运行。试运行期间,锅炉、汽轮机、发电机等主要设备及辅机运行稳定,烟气排放指标均满足环保要求。这是继2023年12月30日首次并网一次成功后取得的又一重要里程碑节点,标志着项目全面投产运行。融安垃圾发电项目
北极星电力网获悉,国家能源局综合司发布关于公示生物柴油推广应用试点的通知,详情如下:各有关单位:为贯彻新发展理念,推进废弃物循环利用,加快能源绿色低碳转型,拓展国内生物柴油的应用场景,探索建立可复制、可推广的发展路径、政策体系,逐步形成示范效应和规模效应,我局组织了生物柴油推广应
北极星垃圾发电网获悉,3月26日,泰达股份发布公告称,为进一步拓展生态环保主业,投资具备成长性的固废处理项目,公司拟与珠海横琴润创投资企业(有限合伙)(简称“珠海横琴”)、陕西金融资产管理股份有限公司(简称“陕西金资”)和关联方上海泰达投资有限公司(简称“上海泰达投资”)共同设立天津泰达绿
近日,广西能源集团旗下广投康恒新能源公司成功获得《电力业务许可证》,为推进广西能源集团首个生物质发电项目合规稳健运营奠定坚实基础。为依法依规快速取得电力业务许可证,在2023年12月30日项目首次并网后,广投康恒新能源公司第一时间对融安垃圾发电项目电力业务许可证办理工作进行安排部署。根据
近日,广投集团旗下广西能源集团所属企业广投康恒新能源公司成功获得《电力业务许可证》,标志着广西能源集团首个生物质发电项目融安垃圾发电项目正式获得国家能源局认可,为推进项目合规发电运营创造坚实基础。为依法依规快速取得电力业务许可证,在2023年12月30日项目首次并网后,广投康恒新能源公司
为促进我国重大技术装备质量提升,支撑重大技术装备攻关工程,推动制造业高端化、智能化、绿色化发展,加快推进新型工业化,市场监管总局、国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、国家知识产权局5部门近日联合印发《中国首台(套)重大技术装备检测评定管理办法(试行)》(以下简称《办法》)。重
北极星电力网获悉,国家发改委近日印发《绿色低碳先进技术示范项目清单(第一批)》,包括:2GW新型高效碲化镉薄膜太阳能电池项目(一期)、深远海浮式风电国产化研制及示范应用项目、山东海阳核能综合利用示范项目(第一批)、基于熔盐储热的煤电灵活性关键技术研究及示范应用项目、重型燃气轮机示范
阳春时节,惠风和畅。4月12日,在江苏南京,国家能源集团首次举办的科技成果转化现场交流会上,国能“龙膜”备受瞩目。科环集团龙源环保公司负责人表示,“龙膜”是我们的拳头产品,在集团电力、煤炭、化工等产业沃土上广泛应用,实现“龙膜中国制造”,可无缝替换国内所有进口反渗透膜。膜元件稳定脱
全国重点实验室是国家统筹规划科学技术研究开发机构布局,建立和完善科学技术研究开发体系的重要支撑。2023年政府工作报告提出,“构建新型举国体制,组建国家实验室,分批推进全国重点实验室重组。”全国重点实验室重组对实验室发展提出了新定位,要始终坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国
12月8日,江西分公司瑞金电厂自主申报的“一种用于凝汽器泄漏检测的凝结水采样方法和装置”“一种基于智能控制的汽动给水泵密封水控制方法和装置”“一种防潮冷却电气控制柜”“风机主轴防倒转固定装置”四项发明专利获得国家知识产权局授权。该批专利应用于燃煤电厂集控运行专业,有效提高了机组安全
近日,由哈电集团汽轮机公司参与建设的国能(泉州)热电有限公司“热电联产分级匹配梯级利用关键技术研究与应用”项目通过中国电机工程学会组织的科技成果鉴定。由全国能源行业权威专家组成的鉴定委员会一致认为,项目研发适合国家“双碳”目标下能源供需形势和产业发展需求,项目成果处于国际领先水平。
前言国能宿州350MW机组#6炉长期以来一直存在着燃烧偏差的现象,由于甲乙侧燃烧存在偏差,从而造成炉膛出口烟温、氧量及主、再汽温偏差,给机组的调整及稳定运行带来很大的影响及安全隐患,特别是屏过超温及主再汽温两侧难以调平,更是严重威胁着机组的安全稳定运行。这个问题,长期困扰着生产运行人员
燃煤电厂典型除尘器运行现状分析及优化来源:微信公众号“中国电力”孙尊强1,2,3,郑成航2,周灿2,王圣1,马修元3,叶毅科3(1.国家环境保护大气物理模拟与污染控制重点实验室,江苏南京210031;2.浙江大学,浙江杭州310027;3.国电环境保护研究院有限公司,江苏南京210031)摘要:调研分析72家燃煤电厂配套
根据《电力创新奖奖励办法》规定,中电联现将2022年度电力创新奖拟授奖成果的成果名称、主要完成人、完成单位等予以公示。公示期5个工作日(12月8日至12月15日)。[$NewPage$][$NewPage$][$NewPage$][$NewPage$]
北极星输配电网获悉,12月1日,为加快推广应用先进适用节能技术装备,促进企业节能降碳、降本增效,推动工业和信息化领域能效提升,工业和信息化部发布《国家工业和信息化领域节能技术装备推荐目录(2022年版)》。详情如下:中华人民共和国工业和信息化部公告2022年第29号为加快推广应用先进适用节能
北极星电力网获悉,生态环境部发布关于《国家清洁生产先进技术目录(2022)》(公示稿)的公示,涉及多燃料多流程循环流化床清洁高效燃烧关键技术、工业用复叠式热功转换制热技术、大型跨临界二氧化碳冷热联供技术、基于生物质气化的区域低碳供能技术等。详情如下:关于《国家清洁生产先进技术目录(20
北极星电力网整理了2024年4月28日至2024年4月30日一周火电项目,涉及项目的核准、开工、投运等。川投资阳燃气电站新建工程项目#1机组首次点火一次成功4月25日,资阳燃气电站#1机组燃机点火,16时18分,机组定速3000转,标志着#1机组首次点火一次成功。详情点击国家能源集团2×350MW热电联产项目签约4月2
北极星电力网获悉,4月26日,国神公司店塔电厂1、2号机组20%负荷深度调峰改造工程公开招标公布中标结果公告,1、2号机组20%负荷深度调峰改造工程中标人均为青岛达能环保设备股份有限公司,投标报价均为:2678万元,共计5356万元。国神公司店塔电厂1号机组20%负荷深度调峰改造工程公开招标(招标编号:C
4月28日,淮北聚能发电有限公司2×660MW超超临界机组工程正式开工建设。据悉,该项目位于安徽省淮北市烈山区宋疃镇,是安徽省“十四五”重要支撑性电源项目。项目建设2台660MW超超临界二次再热机组,配套同步建设除尘、脱硫、脱硝等设施,深度调峰、能效先进和超低排放。
2024年4月29日17时17分,国投钦州第二发电有限公司(以下简称:国投钦州二电)2号机组一次性顺利通过168h满负荷试运行,标志着国投钦州三期项目1、2号机组圆满完成了“双投”任务!国投钦州三期项目是钦州石化产业园的配套热源点,是广西壮族自治区重点能源项目。项目投产后与国投钦州一、二期工程南北
北极星电力网获悉,3月30日,浙江省“十四五”期间重点建项目华润电力温州电厂二期项目3、4号机组工程标志性建筑之一的烟囱工程外筒施工顺利封顶,圆满完成预期的里程碑节点目标。据悉,华润电力温州电厂二期项目#3、#4机组分别于2022年6月13日、11月8日获得浙江省发改委核准批复。工程计划投资约75亿
4月26日,由江苏新能控股子公司江苏新能昊扬新能源发展有限公司负责开发建设的国信扬电厂区首批约18MWp光伏项目正式并网发电,这也标志着江苏新能打造的首个绿色能源与传统火电融合的示范项目取得圆满成功。该项目是利用江苏国信扬州发电公司厂区内闲置地面、部分屋顶、棚顶等资源建设,规划建设总规模
4月26日12时30分,华电青岛发电有限公司燃机项目6号燃机点火一次成功,13点29分开始锅炉吹管,至4月28日15点38分,余热锅炉吹管顺利完成。为确保燃机点火、锅炉吹管项目节点顺利进行,华电青岛公司联合安装单位、调试单位提前编制6号机组点火吹管方案,组织监理及基建专业审核,保证方案可行性,做足点
北极星电力网获悉,4月26日,河南万基2×60万千瓦机组EPC总承包项目2号机组汽轮机冲转定速(3000转/分钟)一次成功,4月27日一次并网成功,机组整体运行平稳,各项参数指标正常。万基项目2号机组汽轮机冲转、并网一次成功,标志着2号机组即将迎来168小时试运行。据悉,万基2×60万千瓦热电联产机组属高
满洲里热电厂扩建工程2×35万千瓦热电联产煤电一体化工程监理项目招标公告(招标编号:HNZB2024-04-1-298)项目所在地区:内蒙古自治区1.招标条件本满洲里热电厂扩建工程2×35万千瓦热电联产煤电一体化工程监理项目已由项目审批机关批准,项目资金为企业自筹,招标人为满洲里达赉湖热电有限公司。本项目已
4月26日21时30分经过14小时连续奋战深能保定西北郊热电厂二期项目66万千瓦机组烟囱基础浇筑顺利完成深能保定西北郊热电厂二期项目建设一台66万千瓦燃煤发电机组,年发电量可达29.7亿千瓦时,具备提供集中供热面积1593万平方米、工业蒸汽160吨/小时的能力,将有效提高区域能源供给能力和质量,缓解当地
近日,横山煤电公司收到榆林市自然资源和规划局横山分局《关于〈榆能横山煤电一体化发电工程二期项目土地复垦方案〉审核意见的函》,同意项目土地复垦报告。
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!