本發明涉及一種循環流化床鍋爐脫硫脫硝運行優化控制的建模方法，其屬于脫硫脫硝控制領域。
背景技術：
隨著國家對環保要求的嚴格，火電廠煙氣污染物排放必須滿足超低排放標準。為此，循環流化床鍋爐機組也普遍安裝了脫硫、脫硝及除塵等環保設施。一般設有SNCR脫硝系統、爐內噴鈣干法脫硫和爐外濕法脫硫等環保系統，脫硝與脫硫串聯運行，彼此之間又互相影響，故涉及到三者之間的匹配調整，以使得在保證環保要求和機組安全性的前提下，優化脫硫與脫硝之間的調整，最大限度提高脫硫脫硝的經濟性。在調整的過程中，如何核算鍋爐不同運行工況整體經濟性便顯得很關鍵。
按照傳統的方法，核算系統整體經濟性應該是在某一個工況下，對逐項能耗進行分別計算再進行累加，得出在該工況下的最中經濟性指標。該方法計算繁瑣，而且只能逐個工況進行計算比較，而且無法得知工況調整過程中經濟性總的變化趨勢。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供了一種既能滿足鍋爐煙氣超低排放標準，又能有效降低石灰石和尿素的耗量的循環流化床鍋爐脫硫脫硝運行優化控制的建模方法，在合理分配爐內干法脫硫與爐后濕法脫硫的同時降低了脫硫電耗。
本發明采用如下技術方案：
一種循環流化床鍋爐脫硫脫硝運行優化控制的建模方法，其包括如下步驟：
步驟1、分別計算爐內干法脫硫石灰石用量、尿素用量和爐內濕法脫硫石灰石用量，具體計算方法如下：
(1)采集6種工況下爐內干法脫硫石灰石用量、負荷與出口SO2濃度的數值，根據拉格朗日插值法及二元函數的泰勒公式，代入所述6種工況下爐內干法脫硫石灰石用量、負荷與出口SO2濃度的數值，計算出爐內干法脫硫石灰石用量、負荷與出口SO2濃度的數值之間的函數關系，首先構造目標函數(1)如下：
F1(x,y)＝x1+x2x+x3y+x4x2+x5xy+x6y2 (1)
其中，x為表示負荷的變量；
y為表示出口SO2濃度的變量；
F1(x,y)為表示爐內干法脫硫石灰石用量的變量；
所述目標函數(1)為表示爐內干法脫硫石灰石用量和負荷、出口SO2濃度之間關系的函數；
所述目標函數(1)中的系數x1、x2、x3、x4、x5、x6根據如下非齊次線性方程組(2)計算得到，所述非齊次線性方程組(2)如下：
其中，m1、m2、m3、m4、m5、m6分別為6種工況下對應的負荷的數值；
n1、n2、n3、n4、n5、n6分別為6種工況下對應的出口SO2濃度的數值；
g1、g2、g3、g4、g5、g6分別為6種工況下對應的爐內干法脫硫石灰石用量的數值；
記所述非齊次線性方程組(2)的系數矩陣為：
且常向量未知向量
然后，所述非齊次線性方程組(2)可以轉化為矩陣方程其中A-1是系數矩陣A的可逆矩陣；根據數學軟件Matlab求出A的可逆矩陣A-1，然后根據矩陣的乘法公式可得x1、x2、x3、x4、x5、x6的值，將其代入目標函數(1)；(2)采集6種工況下尿素用量、負荷與出口SO2濃度的數值，根據拉格朗日插值法及二元函數的泰勒公式，代入所述6種工況下尿素用量、負荷與出口SO2濃度的數值，計算出尿素用量、負荷與出口SO2濃度的數值之間的函數關系，首先構造目標函數(3)如下：
F2(x,y)＝x1+x2x+x3y+x4x2+x5xy+x6y2 (3)
其中，x為表示負荷的變量；
y為表示出口SO2濃度的變量；
F2(x,y)為表示尿素用量的變量；
所述目標函數(3)為表示尿素用量和負荷、出口SO2濃度之間關系的函數；
所述目標函數(3)中的系數x1、x2、x3、x4、x5、x6根據如下非齊次線性方程組(4)計算得到，所述非齊次線性方程組(4)如下：
其中，m1、m2、m3、m4、m5、m6分別為6種工況下對應的負荷的數值；
n1、n2、n3、n4、n5、n6分別為6種工況下對應的出口SO2濃度的數值；
k1、k2、k3、k4、k5、k6分別為6種工況下對應的尿素用量的數值；
記所述非齊次線性方程組(4)的系數矩陣為：
且常向量未知向量
然后，所述非齊次線性方程組(4)可以轉化為矩陣方程其中A-1是系數矩陣A的可逆矩陣；根據數學軟件Matlab求出A的可逆矩陣A-1，然后根據矩陣的乘法公式可得x1、x2、x3、x4、x5、x6的值，將其代入目標函數(3)；(3)采集6種工況下爐內濕法脫硫石灰石用量、負荷與出口SO2濃度的數值，根據拉格朗日插值法及二元函數的泰勒公式，代入所述6種工況下爐內濕法脫硫石灰石用量、負荷與出口SO2濃度的數值，計算出爐內濕法脫硫石灰石用量、負荷與出口SO2濃度的數值之間的函數關系，首先構造目標函數(5)如下：
F3(x,y)＝x1+x2x+x3y+x4x2+x5xy+x6y2 (5)
其中，x為表示負荷的變量；
y為表示出口SO2濃度的變量；
F3(x,y)為表示爐內濕法脫硫石灰石用量的變量；
所述目標函數(5)為表示爐內濕法脫硫石灰石用量和負荷、出口SO2濃度之間關系的函數；
所述目標函數(5)中的系數x1、x2、x3、x4、x5、x6根據如下非齊次線性方程組(6)計算得到，所述非齊次線性方程組(6)如下：
其中，m1、m2、m3、m4、m5、m6分別為6種工況下對應的負荷的數值；
n1、n2、n3、n4、n5、n6分別為6種工況下對應的出口SO2濃度的數值；
s1、s2、s3、s4、s5、s6分別為6種工況下對應的爐內濕法脫硫石灰石用量的數值；
記所述非齊次線性方程組(6)的系數矩陣為：
且常向量未知向量
然后，所述非齊次線性方程組(6)可以轉化為矩陣方程其中A-1是系數矩陣A的可逆矩陣；根據數學軟件Matlab求出A的可逆矩陣A-1，然后根據矩陣的乘法公式可得x1、x2、x3、x4、x5、x6的值，將其代入目標函數(5)；步驟2、將所述F1(x,y)、F2(x,y)、F3(x,y)代入如下公式(7)，計算得到綜合能耗成本F(x,y)：
F(x,y)＝a·F1(x,y)+b·F2(x,y)+c·F3(x,y)+d·L (7)
其中，F(x,y)為表示綜合能耗成本；
a為爐內干法脫硫石灰石用量的單價；
b為尿素用量的單價；
c為爐內濕法脫硫石灰石用量的單價；
d為用電量的單價；
L為用電量；
步驟3、根據公式(7)可知綜合能耗成本F(x,y)隨負荷x和出口SO2濃度y變化的趨勢，從而根據所述趨勢確定獲得整體最佳經濟性時的運行工況，達到脫硫脫硝運行優化調整的目的。
進一步的，所述用電量L為漿液循環泵電耗。
本發明的有益效果如下：
對于設有爐內噴鈣脫硫、SNCR脫硝以及爐外濕法脫硫環保系統循環流化床鍋爐，根據本方法能在某一確定負荷、鍋爐出口SO2濃度工況下直接得出該工況下的綜合能耗成本，即整體經濟性指標，并且能夠得出經濟性指標隨鍋爐負荷和出口SO2濃度變化的趨勢，從而能夠根據趨勢確定獲得整體最佳經濟性時的運行工況，在鍋爐煙氣排放達到超低排放標準的前提下，有效降低石灰石和尿素的耗量，合理分配爐內干法脫硫與爐后濕法脫硫，降低了脫硫電耗；優化爐內脫硝與脫硫運行方式，有效降低尿素用量，達到脫硫脫硝運行優化調整的目的。在電廠應用本方法后，通過爐內干法脫硫、爐后濕法脫硫、SNCR脫硝三者之間的優化運行，具有較大的經濟效益。本方法大大降低了物耗和能耗指標，在不同負荷條件下，經過對比計算，脫硫脫硝經濟性大幅提升。
附圖說明
圖1為本發明中根據目標函數得出不同負荷、鍋爐出口SO2濃度時的綜合能耗成本趨勢圖。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本發明的方案、原理和有益效果做進一步說明。
如圖1所示，實施例：以電廠410t/h循環流化床鍋爐利用本方法進行調整試驗為例，計算得出每項核心指標的目標函數如下：
1、爐內干法脫硫石灰石用量的目標函數如下：
由于F1(x,y)＝x1+x2x+x3y+x4x2+x5xy+x6y2，
上述目標函數中的系數x1、x2、x3、x4、x5、x6根據如下非齊次線性方程組計算得到，所述非齊次線性方程組如下：
其中，6種工況下對應的負荷的數值分別為300、315、330、350、370、400；
6種工況下對應的出口SO2濃度的數值分別為1200、800、1000、1200、800、1000；
6種工況下對應的爐內干法脫硫石灰石用量的數值分別為2.5891、3.16、3.24、3.0129、3.7618、3.641；
記上述非齊次線性方程組的系數矩陣為：
且常向量未知向量
則上述方程組可以轉化為矩陣方程其中A-1是系數矩陣A的可逆矩陣；根據數學軟件Matlab求出A的可逆矩陣A-1，然后根據矩陣的乘法公式可得x1、x2、x3、x4、x5、x6的值：
x1＝8.528145；
x2＝－0.010007；
x3＝－0.0070336；
x4＝0.000007769；
x5＝0.000014448；
x6＝0.0000001582；
將上述x1、x2、x3、x4、x5、x6的值代入爐內干法脫硫石灰石用量的目標函數得到：
F1(x,y)＝8.528145－0.010007x－0.0070336y+0.000007769x2+0.000014448x·y+0.0000001582y2
2、尿素用量的目標函數如下：
由于F2(x,y)＝x1+x2x+x3y+x4x2+x5xy+x6y2，
上述目標函數中的系數x1、x2、x3、x4、x5、x6根據如下非齊次線性方程組計算得到，所述非齊次線性方程組如下：
其中，6種工況下對應的負荷的數值分別為300、315、330、350、370、400；
6種工況下對應的出口SO2濃度的數值分別為1200、800、1000、1200、800、1000；
6種工況下對應的尿素用量的數值分別為0.0154、0.0308、0.0332、0.0396、0.0627、0.0827；
利用類似上述解方程的方法可得x1、x2、x3、x4、x5、x6的值：
x1＝0.19112628
x2＝－0.0013437
x3＝－0.000017097
x4＝0.00000280228；
x5＝0.0000000052；
x6＝－0.000000004284；
將上述x1、x2、x3、x4、x5、x6的值代入尿素用量的目標函數得到：
F2(x,y)＝0.19112628－0.0013437x－0.000017097y+0.00000280228x2+0.0000000052x·y－0.000000004284y2；
3、爐內濕法脫硫石灰石用量的目標函數如下：
由于F3(x,y)＝x1+x2x+x3y+x4x2+x5xy+x6y2，
上述目標函數中的系數x1、x2、x3、x4、x5、x6根據如下非齊次線性方程組計算得到，所述非齊次線性方程組如下：
其中，6種工況下對應的負荷的數值分別為300、315、330、350、370、400；
6種工況下對應的出口SO2濃度的數值分別為1200、800、1000、1200、800、1000；
6種工況下對應的爐內濕法脫硫石灰石用量的數值分別為0.6164、0.426、0.559、0.7042、0.4724、0.6499；
利用類似上述解方程的方法可得x1、x2、x3、x4、x5、x6的值：
x1＝0.1677535；
x2＝－0.00106216；
x3＝0.000136502；
x4＝0.0000002244；
x5＝0.0000021969；
x6＝－0.00000014416；
將上述x1、x2、x3、x4、x5、x6的值代入爐內濕法脫硫石灰石用量的目標函數得到：
F3(x,y)＝0.1677535－0.00106216x+0.000136502y+0.0000002244x2+0.0000021969x·y－0.00000014416y2；
4、濕法脫硫電耗常量L，其值為L1(1418kwh)或L2(1243kwh)
代入計算得到綜合能耗成本F(x,y)：
F(x,y)＝a·F1(x,y)+b·F2(x,y)+c·F3(x,y)+d·L
本實施例的工作原理如下：
在鍋爐脫硫脫硝運行優化調整的過程中，引起經濟性發生變化的主要核心參數為爐內脫硫石灰石耗量、SNCR脫硝尿素耗量、爐外濕法脫硫石灰石耗量以及濕法脫硫電耗幾項指標。在煤質一定范圍內穩定不變的情況下，某一個工況的經濟性以該幾個核心指標為參考。根據循環流化床鍋爐脫硫脫硝的運行特點，對高、中、低不同典型負荷下，不同鍋爐出口SO2濃度(即爐內外脫硫不同配比)工況下進行試驗調整，分析對試驗數據進行分析建模。利用不同負荷工況下所得的各核心能耗參數，通過建立數學模型，進而進行迭代計算，得出每項指標與鍋爐負荷和鍋爐出口SO2濃度兩個參數之間的函數關系,根據函數關系得出某一工況下每一項指標的經濟性指標，幾項核心參數指標之和則反映該工況下的綜合經濟性指標。
具體實施步驟如下：
1)將機組試驗負荷按高、中、低等典型負荷進行劃分，確定試驗負荷工況。
2)根據試驗和數據統計確定鍋爐出口SO2濃度不同梯度工況。
3)在滿足鍋爐安全性和環保排放要求前提下，按照1)和2)不同組合后的試驗工況開展調整試驗。
4)對不同試驗工況的爐內石灰石耗量、尿素耗量、爐外脫硫石灰石耗量以及濕法脫硫電耗四項核心經濟性指標進行統計。
5)綜合分析試驗數據，根據拉格朗日中值定理，得出每項指標和負荷和鍋爐出口SO2濃度兩個參量的函數關系。計算方法如下：
一般地，若已知y＝f(x)在互不相同n+1個點x0，x1，…，xn處的函數值y0，y1，…，yn(即該函數過(x0，y0)，(x1，y1)，…，(xn，yn)這n+1個點)，則可以考慮構造一個過這n+1個點的、次數不超過n的多項式y＝Pn(x),使其滿足：
Pn(xk)＝yk，k＝0，1，…，n(*)
要估計任一點ξ，ξ≠xi,i＝0,1,2,...,n,則可以用Pn(ξ)的值作為準確值f(ξ)的近似值，此方法叫做“插值法”。
定理：滿足插值條件的、次數不超過n的多項式是存在而且是唯一的。對于二元函數而言，需要推廣到二元多項式且用其逼近目標函數，采用如下的二元函數的泰勒公式：
設二元函數z＝f(x,y)在點(x0，y0)的某一領域內連續且具有直到n+1階連續偏導數，(x0+h，y0+k)是此區域內任一點，則有：
6)按照步驟5)中計算方法，設定x為鍋爐負荷，y為鍋爐出口SO2濃度，得出爐內干法脫硫石灰石耗量、尿素耗量、爐外濕法脫硫石灰石耗量三項核心經濟性指標的計算函數，分別為F1(x,y)、F2(x,y)、F3(x,y)。
7)濕法脫硫電耗不同工況的差別主要體現于漿液循環泵運行數量，即不同工況下漿液循環泵運行臺數不同導致濕法脫硫電耗不同，故濕法脫硫電耗此處用漿液循環泵電耗代表，根據實際試驗情況得出經濟運行方式下電耗為一常量L，L值因漿液循環泵啟動臺數(一般情況為3臺或4臺，個別工況為2臺)而定。
8)得出的計算函數或常量為每項核心經濟性指標的物耗或能耗值，分別乘以各自的單價，再累計相加即得出整體經濟性計算模型函數F(x,y)，具體如下：
F(x,y)＝a·F1(x,y)+b·F2(x,y)+c·F3(x,y)+d·L
上述詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發明的專利范圍，凡未脫離本發明的等效實施或變更，均應包含于本案的專利保護范圍中。