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《中南大学》 2012年
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锅炉动力配煤优化模型和专家系统研发及炉内燃烧仿真优化研究

朱再兴  
【摘要】:混煤的合理搭配使用对于锅炉的安全、经济和稳定运行非常重要,由于湖南的煤煤种杂,煤质差,前煤炭部部长提出,“烧好湖南的煤,是湖南经济发展的大课题”。本研究以益阳发电有限责任公司重点项目“多煤种适应性分析研究”为工程背景,针对湖南电厂动力配煤技术研究的不足,查阅了大量文献资料,开展了一系列的现场调研和实验研究,采用神经网络和遗传算法、穷举法、退火法以及动力配煤原理,根据煤质基本数据和燃烧特性实验结果,建立非线性预测模型和配煤优化模型,开发动力配煤专家系统软件。在此基础上,根据配煤价格和适应度比较分析了各种算法得到的配煤方法的优劣。应用计算流体力学等理论建立了模型对混煤在锅炉内的燃烧进行了数值仿真,进一步分析了各种优化配煤方案的实际燃烧效果,并进行了锅炉的参数优化研究。主要研究内容和结论有: (1)在益阳发电有限责任公司较常用煤种中选取具有代表性的15种单煤,混配成45种混煤。实验测试得到单煤和混煤的发热量、元素分析和工业分析结果、可燃性指数和着火稳燃特性指数。对混煤煤质特性的实验分析结果与混煤中各单煤线性加权计算结果进行对比,结果表明:绝大多数混煤煤质特性与单煤线性加权特性呈现较强的非线性关系。 (2)应用广义回归神经网络(GRNN)理论建立了混煤煤质特性、着火温度和着火稳燃特性指数预测模型,运用模型对混煤的低位发热量、工业分析、元素分析、着火温度、着火稳燃特性指数进行了预测。将模型预测结果、线性加权值与实测结果进行对比分析,结果表明:预测结果与实测值相差较小;预测结果与线性加权比较,误差都有了明显降低。 (3)选取混煤价格最低作为目标函数,采用神经网络模型预测混煤的煤质特性,建立了包括穷举法、遗传算法和模拟退火算法的多算法动力配煤模型,在此基础上,开发了首个针对湖南电厂动力配煤优化问题的专家系统软件。该动力配煤软件可实现以下主要功能:运行时更新单煤种数据库;根据现有的煤质数据库,对选定的进行掺混的煤种以及比例进行混煤的煤质特性预测与元素分析预测,而后评价该种混煤的煤质特性以及元素分析;根据用户设定的约束条件,分别采用穷举法、遗传算法及模拟退火算法,寻求优化的配煤方案。 (4)运用Fluent6.3仿真软件,采用可实现的K-ε气相湍流模型、Lagrangian颗粒相随机轨道模型、P1辐射换热模型,对锅炉内物理场进行了仿真计算,并将部分温度点与该锅炉燃烧优化调整试验测试结果进行比较,仿真结果与测试结果吻合较好。首次应用仿真方法计算和分析比较多算法动力配煤方案条件下锅炉内的温度场,计算结果表明:按照价格作为判别合理配煤方案的标准在多数情况下燃烧能达到较好的效果;穷举法是精确的算法,计算可以得到全局最优解。 (5)首次全面系统地应用仿真的方法研究了主要操作参数对炉内燃烧工况的影响规律,获得的优化操作条件为:过剩空气系数1.2;一次风率20%;一次风温度433K;二次风温度620K;均匀投粉。 本文的研究成果已在益阳发电有限公司成功应用。所开发的动力配煤专家系统软件应用于锅炉配煤,可实现锅炉的计算机辅助决策,最终达到优化配煤、优化操作、稳定锅炉燃烧的目的。本成果可在众多同类型发电厂上推广应用。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK221

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【参考文献】
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