一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统和方法与流程

本发明属于氨煤混烧机组发电，具体涉及一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统和方法。

背景技术：

1、随着全球气温的不断升高，二氧化碳(co2)的排放治理已刻不容缓。而在碳减排的漫长道路中，电力行业的碳排放量是不容小觑的。随着双碳目标的持续推进，风电、光电等可再生能源发电产量逐年增长。然而由于全社会的电力需求也在逐年增长，可再生能源发电的占比仍处于较低水平。因此，高碳排放的化石能源燃煤机组仍将在很长时间内占据中国电力行业的主导地位。为了促进双碳目标的发展，不少学者提出了利用零碳能源“氨”与化石能源进行掺烧，氨的体积热值高，利用其进行燃烧发热，可以在不改变炉膛整体发热量的同时大幅度减少co2的排放。但是，由于氨本身燃烧速度低、所需着火温度高等特点，在利用氨煤混燃的高掺氨比情况下可能发生炉膛熄火等问题；同时其本身富含n元素，且氨自身对人体及大气环境存在严重的危害，因此在燃烧利用过程中也需要关注氮氧化物(nox)的排放以及尾部nh3逃逸等现象的发生。

2、目前，广泛研究发现在氨煤混燃过程中，nox的生成很大程度上与向炉膛内部喷氨的掺混比例、喷氨点距燃烧器的位置、氨气的注入速度以及过量空气系数等因素有关。同时由于清洁能源的不稳定性，热力发电随时需要作为备用进行电力补充，以至于热力发电需要随时根据所需改变其发电负荷。但是目前对于氨煤混燃过程中变负荷的调节方法仍处于空缺阶段，且对于变负荷后的nox控制以及nh3逃逸现象无法精准调控。

技术实现思路

1、为了使得燃煤机组在氨煤混合燃烧状态下更好地稳定燃烧，根据所需电力稳定改变发电负荷，同时减少nox的生成，并抑制nh3逃逸现象的发生，本发明提出一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控方法和系统的技术方案。

2、实现本发明目的之一的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，包括第一判断模块、氨喷口阀门开度预测模块、氨气输入量调整模块；

3、所述第一判断模块用于根据掺氨燃煤机组的当前运行数据判断是否需要调整输送给各管道的氨气量；

4、所述氨喷口阀门开度预测模块用于当需要调整输送给各管道的氨气量时，将掺氨燃煤机组当前运行数据输入所述氨喷口阀门开度预测模型得到掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度；

5、所述氨气输入量调整模块用于通过调整与氨气供给相关的第一参数和第二参数至目标值，并将多个位置的氨喷口阀门开度调整至氨喷口阀门开度预测模块所输出的氨喷口阀门开度，从而调整掺氨燃煤机组的氨气供给。

6、进一步地，还包括氨喷口阀门开度预测模型构建模块、氨喷口阀门开度预测模型训练模块；

7、所述氨喷口阀门开度预测模型构建模块用于根据bp神经网络得到掺氨燃煤机组运行数据与掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度的映射关系，从而构建氨喷口阀门开度预测模型；所述氨喷口阀门开度预测模型用于根据当前的掺氨燃煤机组运行数据预测掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度，以调整输送给各管道的氨气量；

8、所述氨喷口阀门开度预测模型训练模块用于根据获取的掺氨燃煤机组历史运行数据训练所述预测模型，得到训练完成的氨喷口阀门开度预测模型。

9、实现本发明目的之二的一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控方法，包括如下步骤：

10、根据掺氨燃煤机组的当前运行数据判断是否需要调整输送给各管道的氨气量；

11、当需要调整输送给各管道的氨气量时，根据掺氨燃煤机组当前运行数据得到掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度；

12、通过调整与氨气供给相关的第一参数和第二参数至目标值，并将多个位置的氨喷口阀门开度调整至氨喷口阀门开度预测模块所输出的氨喷口阀门开度，从而调整掺氨燃煤机组的氨气供给。

13、根据掺氨燃煤机组当前运行数据得到掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度的方法包括：

14、根据bp神经网络得到掺氨燃煤机组运行数据与掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度的映射关系，从而构建氨喷口阀门开度预测模型；所述氨喷口阀门开度预测模型用于根据当前的掺氨燃煤机组运行数据预测掺氨燃煤机组多个位置的氨喷口阀门开度，以调整输送给各管道的氨气量；

15、根据获取的掺氨燃煤机组历史运行数据训练所述预测模型，得到训练完成的氨喷口阀门开度预测模型。

16、有益效果：

17、本发明以燃煤机组所需工作状态改变为触发条件，实现对氨气的注入位置和注入量进行动态调控，保证掺氨燃煤机组在变负荷情况下也可以安全稳定运行，以利用bp神经网络来实现指定最优氨气喷入方案，改善燃烧环境，减少nox的生成。

技术特征：

1.一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，包括第一判断模块、氨喷口阀门开度预测模块、氨气输入量调整模块；

2.如权利要求1所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，还包括氨喷口阀门开度预测模型构建模块、氨喷口阀门开度预测模型训练模块；

3.如权利要求1所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，还包括第二判断模块，用于当第一判断模块判断需要调整输送给各管道的氨气量供给时，将氨喷口阀门开度预测模块输出的多个位置的氨喷口阀门开度的开度和值σki与当前所述多个位置的氨喷口阀门开度的开度和值σki0进行比较，当|σki-σki0|/σki0大于第一设定值时，则认为需要调整掺氨燃煤机组的氨气供给。

4.如权利要求1～3任一项所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，还包括空气量调整模块，用于当调整完输送给各管道的氨气量供给后，根据调整与空气供给量相关的多个参数调整空气供给量，以优化燃烧环境。

5.如权利要求1～3任一项所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，所述多个位置的氨喷口阀门开度包括：煤粉燃烧器处氨喷口阀门开度k1、主燃区处三个氨气喷口阀门开度k2～k4、燃尽区处氨喷口阀门开度k5、脱硝设备喷口阀门开度k6。

6.如权利要求1～3任一项所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，所述第一判断模块中，判断是否需要调整输送给各管道的氨气量的方法包括：获取掺氨燃煤机组当前的炉膛容积热负荷q0、当前机组的掺氨比ra0和脱硝设备出口nox浓度cnout，逐一与对应的设定炉膛容积热负荷的目标值q、设定掺氨比的目标值ra以及设定脱硝设备出口nox浓度的目标值cn计算差值，并计算所述差值与对应的目标值的比值或者所述差值与当前值的比值，当任一比值的绝对值大于第二设定值时，则认为需要调整输送给各管道的氨气量。

7.如权利要求1所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，所述氨气输入量调整模块中，第一参数为氨气供给速率va，根据当前所需的炉膛容积热负荷的目标值q、掺氨比的目标值ra、炉膛容积v、氨气体积热值qa、脱硝设备处喷氨口阀门开度k60计算氨气供给速率va。

8.如权利要求1所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统，其特征在于，所述氨气输入量调整模块中，第二参数为粉机送粉速率vc，根据煤种低位发热量qc计算给粉机送粉速率vc。

9.一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控方法，其特征在于，当调整输送给各管道的氨气量供给后，还包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种掺氨燃煤电厂灵活喷氨的动态调控系统和方法，包括氨喷口阀门开度预测模型构建模块、氨喷口阀门开度预测模型训练模块、氨喷口阀门开度预测模块、第一判断模块、氨气输入量调整模块；本发明以燃煤机组所需工作状态改变为触发条件，实现对氨气的注入位置和注入量进行动态调控，保证掺氨燃煤机组在变负荷情况下也可以安全稳定运行，以利用BP神经网络来实现指定最优氨气喷入方案，改善燃烧环境，减少NO<subgt;x</subgt;的生成。

技术研发人员：屠建华,张保华,曲名新,黄洪波,张赵青,胡信韬,李鲲,杨远,马茹,周丽,李书洋,孙光亮,王智,张志银
受保护的技术使用者：湖北省电力勘测设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15