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基于风粉监测的煤粉锅炉燃烧工况动态仿真与操作优化专家系统研究

周乃君  
【摘要】:四角切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧监测与仿真优化专家系统(简称CMSOES:the Combustion Monitoring and Simulation Optimization Expert System)的研究,对增强锅炉运行监测手段,提高监控质量,优化操作制度,达到节能降耗的目的具有十分重要的现实意义。本文针对切圆燃烧煤粉锅炉在燃烧监测与诊断方面普遍存在的不足,在广泛查阅文献资料和对现有技术手段进行充分论证比较的基础上,从生产实际需要和经济实用角度出发,应用数字化软测量技术和数值仿真技术,对风粉在线监测与燃烧工况动态仿真及操作优化指导系统进行了较全面的研究与开发。主要工作包括: 1.通过对现有技术手段进行充分的论证比较,选用可靠性和经济性均较好的“动压法”和“能量法”软测量技术,对锅炉四角一、二次风各喷口风量与风速及各个一次风所输送的煤粉流量进行在线测定,并对传统的“能量法”测量模型进行了完善和修正,提高了测量精度和系统运行的可靠性。 2.应用k—ε双方程气相湍流模型、Lagrangian颗粒相随机轨道模型、双挥发热解模型、k-ε-g气相燃烧模型、Gibb多孔炭粒燃烧模型以及混合有限差分格式、多块非均匀结构化网格划分技术与SIMPLEC算法,利用计算流体力学软件CFX4.3,对煤粉炉内速度场、温度场、浓度场以及燃烧释热场进行了多场耦合计算,并应用实测值检验了仿真结果的可靠性,进而全面系统地研究了各种操作参数对炉内燃烧状况(温度场)的定量影响规律。 3.提出了基于风粉在线监测的炉内燃烧工况二重数值仿真方法,通过将炉内温度分布直接与操作参数进行关联(建立了相应的解析模型),解决了将离线数值计算结果向在线动态仿真过程的移植问题,实现了对炉内温度场的实时动态显示,并达到了必要的精度,有效地实现了对炉内燃烧状况的监测与诊断,进而可有效地指导操作参数的调整。 4.根据风粉在线监测结果,结合现场工艺专家和操作人员的实际经验,运用深浅两个层次的知识和模糊理论,建立了风粉监测系统的故障诊断专家系统、最佳风煤比的计算推理模型和操作参数优化指导模糊专家系统,实现了对每个角各次风量和煤粉流量的的实时评估和操作优化决策功能。 5.应用国产组态软件——组态王6.01,开发了一套经济实用的燃烧监测与仿真优化专家系统(CMSOES)可视化集成软件,并对应用效果进行了测试和检验。 中南大学博士学位论文 摘要 本文的研究结论主要有: .经过修正的风、粉流量监测模型具有更高的精度(分别达到2%和5%),可满足工程 应用的需要; .炉内多场祸合计算结果与实测结果能较好地吻合,说明所采用的模型与算法是可靠的; .基于风粉在线监测的炉内温度场的二重数值仿真方法,具有必要的精度(温度值的最 大相对误差不超过12%),说明所采用的计算模型是可靠的;该方法不仅提供了四角 切圆锅炉炉内燃烧状况实时监测的新手段,同时也为其它工业炉窑的计算机仿真技术 的应用提供了新的思路,因而具有一定的理论价值; .基于风粉监测的操作参数优化指导模糊专家系统的构建方法,开辟了专家系统的一个 新的应用领域,对锅炉运行调整具有较强的指导作用,为减少操作的盲日性以及为操 作参数的优化提供了决策依据; .所开发的燃烧监测与仿真优化专家系统集成软件,技术先进可靠,经济实用:界面友 好,操作简单;功能齐全,运行可靠;不仅有利于完善此类锅炉的运行监测手段,还 可为实现科学管理提供可靠的数据依据,有利于提高锅炉运行操作的自动化与信息化 水平。 本文的研究成果已在中国铝业股份公司广西分公司热电厂2号煤粉锅炉成功实施。运行实 践表明,所开发的煤粉锅炉燃烧监测与仿真优化专家系统,完全可以满足锅炉运行监测的需要。系 统的投用,可减少操作的盲日性,使锅炉运行趋于稳定和优化,因而可提高锅炉的运行效率。 总之,本文的研究为传统产业的信息化改造探索了新路,其成果不仅具有较高的理论价值,而 且在国内众多同类型锅炉上具有良好的推广应用价值。


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