[发明专利]一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法

说明书

本发明涉及一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，包括如下的步骤：在Ansys Fluent中基于富氧燃烧锅炉构造和尺寸，选择流体动力学模型，确定进行数值模拟计算需要输入的工况参数，确定通过数值模拟计算输出的结果；利用MATLAB中的遗传算法，根据所确定的需要输入的工况参数，确定变量个数和限制范围，生成初始种群，并设定Ansys Fluent数值模拟计算中的工况参数；构建锅炉燃烧的数值模拟计算模型；构建以锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率四个参数为优化目标参数的Pareto前沿多目标优化模型，设定终止条件，进行多目标优化计算，获得最佳工况参数。

技术领域

本发明属于富氧燃烧锅炉调节领域，具体涉及到一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法。

背景技术

随着环保标准的提高，发电企业或供暖企业被期望于降低燃煤锅炉中污染物(NO_x)的排放，并在此基础上尽量提高煤粉的燃烧效率、保证锅炉运行稳定和安全以及保证锅炉有效利用热量。

富氧燃烧技术是一种高效的节能燃烧技术和较容易实现的减排技术。该技术是将纯氧与主要成分为CO₂的再循环烟气以一定比例混合(混合后的气体称为助燃气或燃烧气)后送入炉膛与燃料混合燃烧。由于几乎杜绝了传统燃烧方式中的氮气，富氧燃烧产生烟气中的CO₂浓度较高。燃烧产生的含高浓度CO₂的烟气，一部分以再循环方式与纯氧混合后进入炉膛，用于干燥、输送燃料和控制炉膛燃烧温度；另一部分则经过相对简易的除杂处理后，如冷凝、干燥等，即可直接进入压缩设备进行CO₂储存。该技术既适用于电厂旧锅炉改造，也可用于新建锅炉，具有成本低、可靠性高，与现有锅炉燃烧技术继承性好的优点，也是最容易被传统发电企业接受的CO₂减排技术路线。

采用富氧燃烧技术时，将N₂替换为CO₂。由于CO₂的比容和气体辐射特点，会使局部最高温度降低，同时使火焰中心下移，燃烧特性相比于采用空气燃烧变差，改变O₂和CO₂的混合比例以及调整一次风风量、二次风风量和三次风风量的比例，对富氧燃烧锅炉的综合性能有改善，因此寻找到最佳的O₂和CO₂的混合比例以及调整一次风风量、二次风风量和三次风风量的比例对于富氧燃烧锅炉的应用具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法。该方法基于Ansys Fluent和MATLAB协同仿真实现，筛选出采用富氧燃烧时综合性能更加接近采用空气燃烧时综合性能的工况参数(最佳的O₂和CO₂的比例：k、1-k；最佳的一次风风量、二次风风量和三次风量的比例：a、b、c，a+b+c＝1)。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，基于Ansys Fluent和MATLAB协同仿真实现，包括如下的步骤：

步骤1：在Ansys Fluent中基于富氧燃烧锅炉构造和尺寸，选择流体动力学模型，确定进行数值模拟计算需要输入的工况参数，确定通过数值模拟计算输出的结果，所确定的通过数值模拟计算输出的结果包括：锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率四个参数；

步骤2：利用MATLAB中的遗传算法，步骤1所确定的需要输入的工况参数，确定变量个数和限制范围，生成初始种群，并设定Ansys Fluent数值模拟计算中的工况参数。

步骤3：在Ansys Fluent中构建锅炉燃烧的数值模拟计算模型，利用所构建的数值模拟计算模型开始数值模拟计算并输出计算结果。