[发明专利]一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测系统，包括预测模型建立部分和实时预测部分；还涉及一种预测方法，包括：对DCS数据进行了处理，获得了数值模拟计算所需的边界条件，建立了炉膛的三维几何模型，计算了不同工况下的炉膛户口NOx浓度数据，确定了数据库；根据数据库，采用支持向量的方法建立了炉膛出口NOx预测模型；最后根据实际工况下炉膛实时入口参数，实时预测了炉膛出口NOx浓度。本发明方法能够在燃烧工况变化，即风/粉等操作参数调节时，预测出炉膛出口处NOx的变化和炉内NOx分布，对SCR喷氨进行提前指导，对提高燃煤电厂的脱硝效率、空预器运行的安全性、以及提高经济性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉炉膛出口NOx预测技术领域，尤其是一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法及系统。

背景技术

目前，燃煤电厂主要采用选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术控制NOx排放，用还原剂(NH3或尿素等)选择性地将烟气中的NOx转换为N₂和水。但SCR烟气脱硝喷氨控制很难适应大幅频繁变化的AGC负荷指令和深度调峰要求，经常导致喷氨过量、氨逃逸率超标，造成空预器原件的堵塞和腐蚀。主要原因包括：烟气NOx浓度测量滞后和准确度低是导致喷氨控制效果差的重要因素。烟气排放连续监测系统(CEMS)异常和故障时有发生，主要有取样异常和数据测量存在偏差，如一次元件故障、烟气取样探头堵塞和管路泄漏、标准气体不合格、反吹扫空气含水、伴热管线加热异常和预处理设备故障等导致的烟气参数失准(流量、温度和压力)，烟气成分分析系统异常(数据失准和分析仪故障)等。因此，若在燃烧工况变化，即风/粉等操作参数调节时，能预测出炉膛出口处NOx的变化和炉内NOx分布，作为SCR喷氨依据的补充，可提前指导SCR喷氨，对提高燃煤电厂的脱硝效率、空预器运行的安全性、以及提高经济性具有重要意义。

现有技术中，申请号为202010916787.1名称为“一种基于指数预测模型的SCR入口NOx浓度预测系统及方法”的专利，以电厂历史数据为基础，采用数据建模的思想，设计出包括重量变送器、转速变送器、一次风量变送器、二次风量变送器、氧量变送器、一次风压变送器、控制器及分散控制系统的预测系统及根据相关参数预测NOx浓度的方法。该方法仍存在非线性、有迟延、分布参数和扰动因素较多等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法及系统，旨在解决NOx浓度测量滞后和不准确的问题，从燃烧过程预测NOx排放量，从而提高喷氨控制效果。采用数值模拟的方法计算炉膛内NOx浓度分布，并根据数值模拟结果建立炉膛燃烧监控系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于数值模拟的炉膛出口NOx预测方法，包括以下步骤：

1)从DCS系统中提取数值模拟计算所需要的炉膛燃烧边界条件，所述边界条件包括炉膛燃烧入口参数数据；

2)根据所述炉膛燃烧边界条件进行数值模拟计算，得到不同工况下的炉膛出口NOx浓度，具体包括：

根据炉膛实际尺寸，建立炉膛的物理模型，包括炉膛的水冷壁、燃烧器、燃尽风、和过热器；

构建炉膛燃烧模型，包括：Realizable k-ε湍流模型、颗粒运动模型、气相燃烧模型、挥发分析出模型、焦炭燃烧模型、辐射换热模型以及NOx生成与还原模型；

3)建立不同工况下的炉膛燃烧入口参数数据以及对应的炉膛出口NOx浓度数据的数据库；

4)以炉膛燃烧入口参数数据为自变量，以炉膛出口NOx浓度数据为因变量，采用支持向量机的方法建立炉膛出口NOx预测模型；

5)获取实际工况下的炉膛实时入口参数；

6)利用所述NOx预测模型根据炉膛实时入口参数，实时预测炉膛出口NOx浓度。

进一步技术方案为：