电工杯数模竞赛论文

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1、第一页答卷编号：论文题目：锅炉的优化问题姓名专业、班级有效联系电话参赛队员1钱刘宸参赛队员2王亚堃参赛队员3李新宇指导教师：参赛学校：西北工业大学证书邮寄地址及收件人：第二页答卷编号：阅卷专家1阅卷专家2阅卷专家3专家签字摘要锅炉是火力发电厂的关键设备之一，在现代电站中，锅炉效率是反映锅炉运行状况好坏的主要性能指标,但是由于设备和运行的原因，锅炉的实际热效率只能达到设计效率的80%左右，大大降低了能源的利用率。本文主要针对如何提升锅炉效率，促进锅炉节能降耗这个问题进行了分析与讨论，并在此基础上提出使其优化的方法。在问题一中，我们通过图1可以发现，q2与α成正相关，q3、q4

2、与α成负相关，因此，我们考虑（补充上证明函数式运用的方法），分别求出q2、q3、q4与α之间的函数表达式，由于q=q1+q2+q3占全部热损失的80%左右，因此可以认为，当q最小时，即是锅炉运行中的最佳过量空气系数α，根据函数求导法则可以计算出α的值为（？）。一、问题重述锅炉是火力发电厂的关键设备之一，其效率直接影响电厂的经济性。在现代电站中，反映锅炉运行状况好坏的主要性能指标是锅炉效率。按照中华人民共和国国家标准的电站性能试验规程（GBPTC），电厂锅炉采用反平衡计算锅炉效率，即：，％（1）式中分别表示有效利用热、排烟热损失、化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失、机械（或

3、固体）不完全燃烧热损失、散热损失和灰渣物理热损失。促进锅炉节能降耗的重要手段之一是对锅炉机组热力系统进行在线监测与分析，进而优化其运行参数。锅炉的运行是一个涉及化学反应、传热传质的复杂过程，影响参数众多，主要包括煤质参数、运行参数、设备状况和运行环境等。目前，在国内常常利用在线监测数据进行偏差（或耗差）分析，来提高锅炉运行的经济性。但由于无法进行煤质和灰渣含碳量的在线分析，现在还做不到锅炉效率的在线监测，这给锅炉的运行优化带来很大困难。在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量，过量空气系数是指实际空气量与理论空气量之比

4、。过量空气系数直接影响排烟热损失、化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失、机械（或固体）不完全燃烧热损失（如图1）。可见，当炉膛出口过量空气系数增加时，先减少后增加，有一个最小值，与此最小值对应的空气系数称为最佳过量空气系数。以300MW锅炉为例进行分析（锅炉参数见附录1）。由于过量空气系数对化学不完全燃烧热损失影响较小，故可视为常数处理。附录2给出了实测飞灰含碳量与过量空气系数的关系。图1过量空气系数与热损失的关系曲线请对以下问题进行研究：1．确定锅炉运行的最佳过量空气系数；2．给出锅炉效率与过量空气系数的关系；3．研究锅炉的运行参数对锅炉效率的影响；4．探讨锅炉的优化运行

5、方法。二、基本假设1、本题附录中所给出的各类数据真实可信。2、仅探究本题所给出的参数对锅炉效率的影响，而不考虑其他额外因素。3、由于过量空气系数对化学不完全燃烧热损失（q3）影响较小，故可视为常数处理。三、符号说明各符号及其含义见表1.表1符号含义说明符号含义四、问题引入与分析4.1问题背景的理解锅炉是火力发电厂必不可少的设备,为了提高锅炉效率,以最小的经济投入产生最大的经济效益,同时尽可能的节约能源损耗,许多厂家都致力于这方面的研发。我们的目标就是根据题目中所给出的条件和数据五、模型的建立与求解5.1问题一5.1.1模型一的建立在锅炉的实际运行中,为了保证燃料能够尽可能地

6、完全燃烧,以得到较高的燃烧温度,其空气供给量必须比理论计算空气供给量V0多一些,称实际空气供给量Vk。实际空气量与理论空气量的比值就称之为过量空气系数α，即α=Vk／V0.由题目可知，过量空气系数主要与各类热损失有关，包括q2（排烟热损失）、q3（化学不完全燃烧热损失）、q4（机械或固体不完全燃烧热损失）。我们通过观察题目给出的图像发现，q2与α成正相关，q3、q4与α成负相关，因此，我们考虑（？），分别求出q2、q3、q4与α之间的函数表达式，由于q=q1+q2+q3占全部热损失的80%左右，因此可以认为，当q最小时，即是锅炉运行中的最佳过量空气系数α，根据函数求导法则可

7、以计算出α的值为（？）。首先，对于排烟热损失q2与α的关系，根据经验公式【1】：q2=（0.5+3.5α）*（tpy-tk）（1）tpy——排烟空气温度，℃；tk——冷空气温度，℃；可以看出在保证燃料完全燃烧的前提下，为了得到较低的排烟温度，应尽可能的减少α，以减少q2的损失，提高锅炉的热效率。其次，对于化学不完全燃烧热损失q3与α的关系：有q3=3.2aCO%（2）又CO={[21-（1+β）RO2]-O2}／（0.605+β）β——燃料特性系数，与燃料种类有关β=2.35*(Har-0.126Oar+0.038