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热力发电过程建模与状态参数检测研究

刘鑫屏  
【摘要】: 火力发电在今后较长时期内仍将是我国电力能源供给的主要方式。维持火电机组正常、高效运转对实现我国节能、减排的指标至关重要,而实施状态检测及控制优化是实现这一目标的有效手段。由于火电机组热力系统较为复杂,一些重要的状态信号无法测量或测量不准确,成为影响机组参数控制品质和安全经济运行的重要原因。针对研究对象的特点,灵活应用机理分析和数据分析相结合的方法,对火电单元机组的主要热力系统进行分析。构造得到了一些物理意义明确、非常具有实际应用价值、能够反映热力系统运行规律的状态信号。具体包括: (1)煤发热量信号。通过分析发电过程中物质、能量流动的平衡关系,利用汽轮机调节级后压力、汽轮机高调门计算开度、汽包压力和锅炉总给煤量构造出煤发热量信号。信号动态性能优良,非常适合在控制系统中应用。 (2)锅炉热量信号。通过对锅炉大量运行数据进行分析,发现锅炉总风量、排烟氧量、炉膛压力信号与给煤量信号之间存在特定的相关关系,进一步结合机理分析解释了这种关系的成因和规律,以此为基础构造出锅炉热量信号。信号精度足够、动态性能优良。 (3)汽包锅炉虚假水位估计信号。通过分析汽包锅炉汽水系统物质与能量的平衡关系,建立描述汽包水位信号的模型。能够以较好的动态性能反映实际水位的变化,特别是“虚假水位”现象。该估计信号能够应用于控制系统优化。 同时,在针对以上问题开展研究的过程中,涉及具体热力系统对象内在运行规律方面和理论研究方法方面,也获得了一定的研究成果。具体包括:(1)建立正压中速磨直吹式制粉系统动态模型,分析了模型中主要参数的变化规律,并指出一次风量是影响制粉系统惯性和迟延的关键因素。(2)提出容积蓄热系数的概念,在此基础上进一步提出一种锅炉蓄热系数的计算方法。(3)建立燃料量-引风机入口压力对炉膛压力-炉膛温度的简化非线性动态模型,揭示了炉膛压力与炉膛平均温度之间内在的相互作用关系。(4)建立汽包锅炉燃料量-汽轮机高调门开度-给水流量对机组负荷-机前压力-汽包水位的三入三出多变量动态模型,模型以微分方程形式给出,所有静态、动态参数均具有明确的物理意义,较Astrom于2000年建立的以偏微分方程形式给出的模型更具实用价值。(5)建立汽轮机回热加热系统模型,解释了凝结水节流影响机组负荷的内在原因及规律。


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