锅炉的优化运行问题数学建模精品

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1、锅炉的优化运行问题【摘要】一、问题背景电站锅炉是火力电站的三大主机设备之一，其效率直接影响电厂的经济效益。目前，我国的火力电站锅炉以亚临界和超临界的大容量锅炉为主，由于设备本身及操作管理等方面的原因，性能指标与发达国家相比有较大差距，主要表现在煤耗高和热效率低。2003年，我国供电平均标准煤耗为381g/kw.h，与发达国家平均水平相比，多耗60g/kw.h，热效率低10个百分点。制定“十二五”电力节能减排的规划以来，在2010年中国火电供电标准煤耗下降50克，12年全国6000千瓦及以上火电机组平均供电标准煤耗达到326g/kw.h，已经接近规划目标。今年，我国“节能”与“减排”两大目标

2、的实现并未完全协调，建议制定科学的节能减排的规划与目标，加快开展大气污染、碳排放的联合控制，配套出台协调控制经济政策，提高节能减排的经济性。电站煤耗及效率的影响因素是多方面的，包括锅炉、汽轮机和发电机等设备的结构和运行操作、使用寿命、自动化程度和生产管理水平等，其中主要因素是锅炉运行偏离最佳工况，热效率降低。时间表明，我国发电用煤的来源和种类是经常变化的，电站锅炉偏离最佳工况的现象是时常发生的，所以，必须研究电站锅炉燃烧系统的优化运行问题。目前，300MW是我国当前电厂的主力机组，针对性地进行锅炉优化试验，对提高锅炉效率，改善经济性和安全性具有重要意义。提高燃煤电站锅炉的热效率，节约有限的

3、煤炭资源，同时降低燃煤过程产生的污染，是我国能源实现可持续发展的当务之急，也是电力科技工作者的攻关课题。二、问题的分析问题一要求我们根据题目分别得出排烟热损失、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、散热损失和灰渣物理热损失，与α的关系。由于因素过多，应假设考虑主要因素α。推导出q2+q3+q4与α的关系式，根据matlab的函数求解可以直接找到q2+q3+q4最小值所对应的过量空气系数α为1.326。问题二要求我们用反平衡法求锅炉效率。其中首先应考虑影响锅炉效率的因素，再得出主要因素与过量空气系数的关系。其中，有些量与过量空气系数没有直接的关系，应寻求中间变

4、量，以联系锅炉效率和过量空气系数的关系。问题三要求研究锅炉的运行参数对锅炉效率的影响。由反平衡计算锅炉效率公式可以看出，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、散热损失和灰渣物理热损失，是锅炉效率的直接影响因素。再依据锅炉运行参数表中给出的一些参数，以及部分参考文献，我们理清楚它们与各个热损失的关系，从而分析了锅炉运行参数对锅炉效率的影响。问题四要求我们结合题目数据建立模型探讨锅炉运行优化的方法。由于影响锅炉燃烧效率的因素包括有很多，同时电站锅炉又是一个耦合强烈的多输入多输出的非线性系统，其中的各个环节的动态特性，随着运行工况的变化各不相同。另外，

5、锅炉又具有大惯性，参数时变和很多不确定的因素，因此，我们选择人工神经网络和遗传算法建立模型来研究探讨锅炉的优化运行方法。一、基本假设1.本次建模都以300MW电站锅炉为例分析，不考虑其他规格锅炉。2.过量空气系数对化学不完全燃烧热损失影响较小，故视为常数处理。3.计算最佳过量空气系数是只考虑排烟热损失q2、化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失q3、机械（或固体）不完全燃烧热损失q4二、模型的主要符号与变量说明Qpy——排烟温度，℃Tamb——环境温度，℃β——燃料特性系数，与燃料种类有关RO2——烟气中SO2和CO2的含量——灰分Cfh——炉膛出口飞灰含碳量Qgy——应用基高位发热量——锅

6、炉效率，q1——有效利用热q2——排烟热损失q3——化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失q4——机械（或固体）不完全燃烧热损失三、问题一的模型建立与求解5.最佳过量空气系数的确定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α是指实际空气量与理论空气量之比。α＝5.1过量空气系数与主要热损失的关系（1）α与排烟损失q2关系根据经验公式有q2=(3.51α(-tamb)+0.42Qpy)10-2%（1）式中Qpy——排烟温度，℃Tamb——环境温度，℃排烟热损失q2是锅炉热损失中最大的一项。在运行中，要尽可能地在保证完全燃烧的条

7、件下降低q2，来提高锅炉的燃烧效率，从式(1)可以看出降低α就可以降低q2。(2)）α与化学不完全燃烧损失q3的关系根据经验公式有q3＝3.2αCO%（2）CO%=β=2.37式中β———燃料特性系数，与燃料种类有关RO2———烟气中SO2和CO2的含量化学不完全燃烧损失q3较其他热损失小，但是对热效率也是有一定影响的，从式（2）可看出q3与α和CO％乘积成线性关系。而在正常运行的情况下，若燃料不发生变化，CO％的量是很