一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化方法及系统与流程

本发明涉及燃煤电站锅炉燃烧优化，具体涉及一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化方法及系统。

背景技术：

1、大型燃煤锅炉的二次风配风系统直接影响着炉膛内空气与燃料的混合过程，是维持燃烧稳定性、提高热效率以及控制污染物生成的关键环节。实现二次风流场的精准调控，能够有效改善炉内速度场、压力场与温度场的分布均匀性，对于保障超超临界机组水冷壁的安全性及提升整体运行效能具有重要的技术支撑作用。

2、现有技术中，大型锅炉二次风系统普遍采用机翼式测量装置结合集散控制系统（dcs）进行风量配给。然而，由于风道结构布置受限，内部弯头多、变径频繁，导致气流在分风箱内的分布严重不均，速度场相对标准差较高。同时，常规测量装置在低负荷运行工况下差压信号微弱，测量波动大，且传统的控制策略往往仅关注单一的风量分配，未能将炉膛温度分布偏差与二次风流场波动进行有效的耦合建模，难以在负荷快速变化过程中实现对燃烧偏斜及局部超温现象的实时动态闭环修正。

3、针对上述现状，如何有效解决复杂风道结构带来的流场不均问题，并实现多物理场指标在多变工况下的协同动态优化，已成为本领域亟待突破的共性技术问题。因此，有必要研究一种能够提高二次风系统调控精度与运行安全性的优化控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化方法及系统，解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化方法，包括步骤：

3、获取燃煤锅炉当前的运行工况数据，并生成二次风系统的候选结构调节参数；

4、将所述候选结构调节参数映射为局部阻力特征，并基于所述局部阻力特征和运行工况数据构建风道-炉膛耦合边界条件；

5、将包含所述运行工况数据、局部阻力特征以及风道-炉膛耦合边界条件的联合输入变量输入预设的流场预测模型，得到所述候选结构调节参数对应的多物理场分布指标；其中，所述流场预测模型采用长短模型加权融合架构，短模型为神经网络，长模型为本征正交分解降阶模型，并通过动态权重系数进行融合预测；

6、以所述多物理场分布指标满足预设工艺目标为优化方向，对所述候选结构调节参数进行迭代寻优，确定推荐结构调节参数；

7、基于所述推荐结构调节参数生成控制指令，并将所述控制指令下发至控制系统以调整所述二次风系统。

8、作为本发明的第二方面，提出一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化系统，包括：

9、数据采集模块，用于获取燃煤锅炉当前的运行工况数据，并生成二次风系统的候选结构调节参数；

10、特征映射模块，用于将所述候选结构调节参数映射为局部阻力特征，并基于局部阻力特征和运行工况数据构建风道-炉膛耦合边界条件；

11、流场预测模块，用于将包含运行工况数据、局部阻力特征以及风道-炉膛耦合边界条件的联合输入变量输入预设的流场预测模型，得到所述候选结构调节参数对应的多物理场分布指标，所述流场预测模型采用长短模型加权融合架构；

12、迭代寻优模块，用于以所述多物理场分布指标满足预设工艺目标为优化方向，对所述候选结构调节参数进行迭代寻优，确定推荐结构调节参数；

13、控制执行模块，用于基于所述推荐结构调节参数生成控制指令，并将控制指令下发至控制系统以调整所述二次风系统。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果：

15、本发明通过将导流板角度、分流装置节流系数及整流装置开孔率映射为等效阻力系数和通流面积，并构建风道-炉膛耦合边界条件，使流场预测模型能够准确感知结构参数变化对气流分布的影响。采用长短模型加权融合架构，短模型提供毫秒级快速响应，长模型通过本征正交分解及质量守恒约束的gappypod方法保证物理一致性，动态权重机制根据工况自适应调整。实际应用表明，优化后各二次风分风箱截面的速度分布相对标准差均控制在15%以内，入射角平均值控制在5°以内，温度分布相对标准差控制在5%以内，有效解决因流场不均导致的水冷壁超温、火焰偏斜及燃烧偏差问题。

16、本发明基于多物理场分布指标的分层协同寻优策略，将高维参数空间按气流流向解构为上游导流组、中游分流组与下游整流组，大幅降低了多目标优化问题的搜索复杂度，能够在数秒量级内收敛至帕累托最优解。此外，采用本发明的推荐结构调节参数后，二次风系统阻力显著下降，各燃烧器配风均匀性大幅提升，送引风机电耗明显降低，同时有效抑制co和nox的生成。

1.一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述候选结构调节参数映射为局部阻力特征，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建所述风道-炉膛耦合边界条件，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流场预测模型包括短模型和长模型；得到所述候选结构调节参数对应的多物理场分布指标，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，预先通过本征正交分解构建所述长模型的基模态；得到所述长模型预测输出的过程包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多物理场分布指标至少包括：反映二次风配风均匀性的速度分布不均匀度、反映炉膛燃烧均匀性的温度分布不均匀度、反映各分风箱压力一致性的压力分配偏差，以及反映各燃烧器风量均衡性的流量分配偏差。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述候选结构调节参数进行迭代寻优，包括：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取当前时刻对应的融合权重，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述推荐结构调节参数生成控制指令，包括：

10.一种基于多物理场耦合的锅炉二次风流场优化系统，其特征在于，包括：