燃煤发电在未来相当长的一段时间内仍然是我国最重要的发电方式,资源、环境和气候的变化给燃煤发电的可持续发展带来了严峻的挑战。在燃煤火电机组单机容量不断提高、参数不断增多、系统越来越复杂的情况下,基于炉膛参数测量对电站锅炉燃烧优化控制和状态诊断问题进行研究,将为燃煤火电机组实现高效率、低污染排放、安全稳定运行提供有效解决方案。本文基于电站锅炉炉膛参数的测量,围绕大型电站锅炉燃烧优化控制与状态诊断展开,做了以下工作:(1)对影响电站锅炉燃烧的锅炉炉膛参数进行研究。分析了锅炉炉膛参数对锅炉效率、污染物排放、锅炉寿命的影响,以及这些参数与锅炉燃烧优化运行间的相互制约关系。从测量原理和系统构成方面描述了基于激光吸收光谱的炉膛参数检测新技术。以某燃煤机组为例,进行了基于激光吸收光谱的炉膛参数测量和场重建实验研究。(2)对四角切圆燃煤锅炉的炉膛温度场平衡控制方法进行研究。讨论了炉膛温度场分布不均导致的问题以及炉膛温度场对锅炉氮氧化物生成的影响,提出一种基于模糊自整定PID控制器参数的炉膛温度场平衡控制策略。利用炉膛参数激光测量系统获取的炉膛温度场二维图像,计算炉膛温度场中心坐标,依托分散控制系统,根据PID控制器计算出锅炉四角的辅助风控制修正量,进而通过调整锅炉四角的辅助风风量大小来完成对炉膛温度场中心的调节,实现炉膛温度场的平衡控制。在温度场平衡控制过程中,通过采用模糊自整定方法来完成对PID控制器参数的寻优。(3)对基于数据驱动案例匹配的电站锅炉燃烧优化进行研究。根据电站锅炉运行参数的特点,将影响锅炉效率和氮氧化物排放的热工参数按照需求分为支撑热工参数和优化调整热工参数,在考虑提高锅炉效率和降低锅炉污染物排放的双重要求下,提出一种基于数据驱动案例匹配的电站锅炉燃烧优化方法。首先在离线状态下,根据支撑热工参数对历史数据库中的历史运行工况进行稳态判断、挖掘,建立燃烧优化系统的案例库,在线实施优化时,基于机组实时运行数据进行当前工况计算,基于案例库进行案例工况匹配,从而获得当前运行工况的最优参数设定值,完成电站锅炉的燃烧优化,通过与其它燃烧优化方法对比分析,所提出的方法具有明显优势和工程实际应用价值。(4)对电站锅炉燃烧稳定性和经济性状态评判进行研究。分析炉膛参数对锅炉燃烧稳定性和经济性的影响,基于电站锅炉炉膛参数激光测量系统获取的数据,提出一种电站锅炉燃烧状态模糊综合评判方法,通过构建二级模糊综合评判模型,从炉膛温度、炉内02浓度和炉内CO浓度三个方面综合评判锅炉燃烧稳定性和经济性状态。在获取评判结果的基础上,为了更迅速地完成对锅炉燃烧状态的评判,构建电站锅炉燃烧稳定性和经济性状态评判支持向量机模型,实验结果表明,支持向量机评判模型能够对不同工况下的锅炉燃烧状态进行客观有效地评判,计算速度快,可为在线优化调整锅炉燃烧提供指导。