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大唐火力发电科技创新小记

        发布时间:2019-11-03 09:26        编辑:北极电力网

近年来,我国的工业化与信息化融合发展方兴未艾,而人工智能技术的蓬勃兴起更是如同一支强心剂,给各个工业领域带来前所未有的巨大变革,深刻影响着工业生产的方式。作为传统工业领域重要组成部分的火力发电行业,也在紧紧跟随两化融合的脚步,积极探索智能电站的建设模式和发展方向。然而,火力发电是一个技术集成度高、调整灵活性低的行业,其生产过程的复杂性和生产条件的多变性决定了单纯的人工智能技术不能满足系统性、一体化智能控制的要求,这也使得智能电站的建设目前也仅仅停留在雏形阶段。

  近日,2019年度中国电力科学技术奖结果揭晓,大唐火力发电技术研究院申报的“煤电机组智能燃烧实时控制关键技术研发及应用”项目荣获中国电力科学技术进步奖一等奖,意味着大唐火力发电技术研究院在两化融合的创新道路上迈出了重要而坚实的一步,也标志着其走在了智能电站建设的最前沿。作为中国大唐集团火电板块的技术中心和创新中心,大唐火力发电技术研究院自成立伊始即紧扣时代脉搏,依靠科技创新推动传统火电行业的高质量发展,大力推进人工智能技术在火电工程中的应用,助力集团公司乃至火电行业的节能降耗与环保减排。

  王国维在《人间词话》中写道:“诗人对宇宙人生,须入乎其内,又须出乎其外。入乎其内,故能写之;出乎其外,故能观之。入乎其内,故有生气;出乎其外,故有高致。”科技创新也同样需要“入乎其内”和“出乎其外”。大唐火力发电技术研究院在高速发展的过程中,始终坚持既要仰望星空、又要脚踏实地:一方面紧盯技术潮流,掌握并应用前沿的新理论、技术、新方法;另一方面紧贴工程实践,从实际出发、从问题出发、从目标出发找出问题并解决问题。“煤电机组智能燃烧实时控制关键技术研发及应用”项目就是在这样的背景下萌发、成长并最终结果的典型案例。

  众所周知,大型电站煤粉锅炉是电站节能减排的重点和难点,其燃烧过程复杂,是一个多变量、多目标的强耦合系统。锅炉燃烧状态好坏、变量目标协调、控制水平高低是决定锅炉总体性能提升的关键。然而,传统技术难以对燃烧状态实时监测,无法对多变量、多目标、强耦合、大迟延的锅炉进行有效控制,依赖人工经验为主的控制方式成为制约锅炉效率提高的瓶颈,而人工智能技术快速发展为解决这些问题提供了新途径,但现有DCS的性能却无法满足智能控制大规模运算的需要。大唐火力发电技术研究院积极探索两化融合的切入点,深入思考先进人工智能技术与传统工程实际的结合,经过几年的潜心积累,最终突破了煤粉锅炉调整的旧有思路,研发了包括燃烧状态智能感知、燃烧控制智能优化、模块化智能扩展平台在内的锅炉智能燃烧技术并完成了工程应用,并最终形成了应用系统“锅炉整体协调实时智能优化技术(BRIGHT)”。

  该项目提出了数据驱动与专家知识深度融合的燃烧实时闭环控制技术路线,建立了锅炉智能控制模式和性能协调提升策略,开发了“适应动态变负荷调节、分级燃烧精细配风、煤耗与环保协调优化、实时监控保障安全”的锅炉智能燃烧实时闭环控制系统,有效解决了锅炉多目标寻优、炉内三维温度测量、DCS扩展智能控制等一系列技术难题。其中:智能感知是基础,可实时获取炉膛三维温度场、准确反映燃烧状态,并动态参与燃烧调整;智能控制是核心,可通过基于智能算法的优化控制,实现分级燃烧精细配风;智能平台是载体,可实现与原DCS无扰对接及智能闭环控制。项目成果成功应用于多台不同容量的四角切圆和前后墙对冲锅炉,均取得了良好的效果,其中,大唐托克托发电公司7号机组性能测试结果表明:600MW满负荷工况下,锅炉效率提高0.83%,同时氮氧化物生成量降低21mg/Nm3,取得了显著的经济和社会效益。在研发过程中,项目还申请专利19项(其中获发明专利授权2项)、获软件著作权授权2项,发表论文11篇。

  BRIGHT是大唐火力发电技术研究院将人工智能技术与专家知识紧密结合的成功代表,成果既有理论与方法应用上的创新,又因融合了丰富专家知识而具有极强的现场应用性。相比于国际上某些大型工业公司开发的仍然只停留于软件层面而无法投入工程应用的类似系统,BRIGHT真正实现了实时智能控制的长期稳定、高效投用,在与国际大公司的技术竞争中稍稍领先了一个身位,可以说,BRIGHT的应用已经对智能电站的终极样板描绘出越来越清晰的模样。BRIGHT也是大唐火力发电技术研究院第一个真正意义上多学科融合联合研发的成果,其涉及到人工智能、热工控制、锅炉燃烧等多个专业,而多专业联合研发也代表了当前传统火力发电行业技术创新的一个重要方向。目前,大唐火力发电技术研究院正组织精干技术力量,沿着人工智能与专家知识深度结合的技术方向积极探索和开发智能电站其它设备与分系统的智能控制应用系统。

  BRIGHT的成功应用对于传统火电行业来说也具有重要的风向标意义。一方面,对于大型燃煤电站来说,采用BRIGHT可使机组在不进行大型设备改造的前提下降低发电煤耗1g/kWh~3g/kWh左右,极大降低了火电企业深度节能降耗的成本,基本满足未来一段时期内国家对燃煤电站节能的要求。另一方面,针对现有火电机组DCS性能的不足,开发出DCS扩展智能控制平台,成功实现了基于现有DCS硬件而进行智能运算与智能控制的功能,摸索出一种人工智能技术应用的模式,大大扩展了智能DCS的内涵。

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