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氮氧化物（NOx）是燃煤电厂主要排放的大气污染物之一。目前,电站锅炉普遍采用低NOx燃烧结合选择性催化还原法（SCR）进行联合脱硝,而低NOx燃烧方式在某些运行工况下会牺牲锅炉经济性,因此有必要开展燃烧优化研究,以同时降低污染物排放及提高锅炉运行安全性和经济性。本文以某660MW切圆燃烧锅炉及尾部SCR脱硝系统为研究对象,结合试验、数值模拟和数据挖掘方法,对燃烧优化及低NOx排放控制的若干问题进行研究,为锅炉运行与烟道设计提出了优化策略及方法。论文提出了一种锅炉燃烧数值模型和热工水动力模型的新耦合计算方法。首先基于CFD和MATLAB平台搭建了锅炉风烟侧和汽水侧的分布参数模型,再采用直接映射法和辅助网格法建立了模型间不同网格的映射函数,进而通过开发两个平台的信息交互接口,实现了受热管壁温在烟、汽两侧的迭代计算。基于该模型,得到了炉内易超温管壁的实际位置,为不同管段的金属选材、现场测点的位置选取提供了支撑。综合分析了分离燃尽风（SOFA）上下摆角大小与炉内空气分级效果、湍流强度分布、旋转动量、火焰中心高度、烟温偏差的关系,并定量研究了其变化对燃烧产物生成量和受热面壁温的影响,结果表明:满负荷下SOFA风摆角变大能提高锅炉效率且减小NOx生成浓度,但SOFA风摆角从+20°增大到+30°,会使高温再热器管屏0.16%的外表面超过SA-213 TP347H材料的许用温度。论文提出了一种燃煤电站锅炉实际运行环境下的催化剂磨损预测方法。首先建立SCR反应器气固流动模型,计算催化剂入口烟气和飞灰颗粒的分布,再将此分布与详细的催化剂单通道磨损速率模型耦合,实现了SCR系统催化剂床层的磨损计算。基于本文模型,研究了SCR反应器内三角筋结构、支撑梁结构及导流板设计等对烟气运动和飞灰轨迹的影响,并分析了不同粒径飞灰对催化剂的磨损作用,最终提出了SCR系统流场和灰场的综合优化方案。该方案在现场应用中取得了较好效果,有效解决了催化剂局部磨损过重的问题。针对锅炉两侧SCR反应器入口速度和NOx浓度不同且均存在分布不均的现象,论文提出了一种计及燃烧效应的SCR系统喷氨均匀性优化策略。首先通过锅炉燃烧数值模拟,计算进入两侧SCR反应器烟气的流量系数及浓度系数,并以NO流量份额与供氨份额相等为原则,推导出各反应器的氨流量分配系数。更进一步,通过耦合燃烧模型计算的烟气场,求解SCR流动与组分输运模型,并定量解析各氨/空混合气支管的氨流量分配系数。最后,以不同氨流量分配系数为目标,完成各级氨流量控制阀的调节。结果表明,本文提出的方法能使氨氮摩尔比的相对偏差系数满足设计要求,有效解决了催化剂入口氨氮摩尔比分布不均的问题。论文将单调知识融合到燃烧系统数据驱动建模中,采用虚拟样本法将导数关系作为支持向量机回归时的不等式约束,并引入加法型核函数减小模型训练的计算量,提出了一种融合单调知识的支持向量机（FM-SVR）。测试算例表明,在局部样本缺失和系统噪声较大的情况下,相较于最小二乘支持向量机（LS-SVR）,FM-SVR预测精度较高,且能更好地反映函数原有的单调趋势。将FM-SVR应用于NOx生成浓度、锅炉效率及烟温偏差的建模中,结果表明,相较于LS-SVR,FM-SVR模型的增量分析结果与对象锅炉的运行及排放特性更吻合。论文提出了一种SCR出口NOx排放浓度和氨逃逸自适应模型。首先基于R检验手段,从海量历史运行数据中获得稳态样本,再采用压缩最近邻（CNN）算法对系统入口参数进行聚类,获得按工况划分的稳态样本库。在此基础上,结合滑动时间窗技术对连续数据流进行处理,不断以新稳态样本替换样本库中相同工况内调整手段最相似的旧样本,并引入拥挤距离（CD）算子对冗余数据进行删除,最终获得了RCNN-CD数据处理方法。对1804天的SCR系统历史运行数据进行分析,采用RCNN-CD方法能明显提高所选样本的代表性,且样本自然散点状态所表现的趋势与脱硝机理吻合。基于所选样本,采用FM-SVR建立定期更新的NOx排放模型,并以此预测氨逃逸。结果表明,模型能合理反映SCR脱硝性能变化的规律。论文提出了一种锅炉燃烧与SCR脱硝联合系统的综合优化策略。首先采用不等式约束型NSGA-II算法求解考虑烟温偏差限值的锅炉燃烧优化问题,再以该结果为边界条件,以NOx排放浓度不超标为约束条件,优化联合系统的总成本和氨逃逸率。结果表明,对于燃烧优化Pareto前端中的个体,随着锅炉效率升高,运行总成本持续降低。然而,当锅炉效率上升到一定程度后,再继续增加微小幅度,NOx生成浓度随之大幅增加,且此时优化得到的O2量也较高,为使SCR出口NOx排放达标,喷氨流量急剧增加,使得运行总成本又开始缓慢升高。这个运行总成本的拐点不仅经济性较高,氨逃逸也较低,是联合系统的最佳优化工况。