基于熵产分析及数值模拟的锅炉优化吹灰的研究

论文摘要

摘要燃煤锅炉运行过程中,各受热面不可避免地存在不同程度的结渣和积灰现象。运行中对受热面进行吹灰可以避免严重的积灰或结渣。目前,国内各电站锅炉的吹灰系统大多仍是按事先设定的吹灰周期工作。这种定时定量的吹灰方式常常造成吹灰不足或过于频繁。因此,在锅炉运行中,应尽可能准确地监测炉内结渣积灰的程度和发展趋势,并根据积灰结渣的状况和运行需要,合理、有效地动作吹灰器,及时吹灰清渣。本文针对锅炉炉膛水冷壁结渣对运行参数的影响规律和炉膛结渣在线监测,不同工况下对流受热面的污染在线监测,对流受热面不可逆能量损失的变化规律,吹灰优化模型的建立,吹灰模式的制定,以及吹灰优化系统软件的开发应用等问题作了深入系统的理论、试验研究与大型电站锅炉的工程实践。主要包括以下内容:1.基于数值模拟方法的炉膛污染监测研究1)针对燃煤锅炉炉膛不同区域结渣问题,进行了炉膛结渣数值模拟的研究,获得炉膛洁净状态和结渣状态下的炉膛出口烟气温度分布,并通过热力计算得到屏式过热器出口参数,分析得出了炉膛不同部位结渣时屏式过热器可监测参数的变化规律。2)引入模糊模式识别方法,借助炉膛结渣数值模拟的结果,建立了基于数值模拟的炉膛污染监测模式识别模型,初步实现了对炉膛不同区域结渣的在线监测。2.变负荷工况下对流受热面污染监测的研究与实现通过分析负荷变化对污染监测的影响,建立了对流受热面污染监测动态模型,克服了静态模型在快速变负荷工况下监测结果与实际情况存在偏差的缺点,实现了各种负荷工况下的对流受热面污染在线监测。3.基于熵产分析的吹灰优化理论与实验研究1)对电厂燃煤锅炉运行中对流受热面产生的不可逆能量损失进行研究,得到了对流受热面各种熵产的计算模型,定义了受热面总熵产和熵产数,对不同受热面吹灰前后的熵产变化规律进行分析。2)在受热面熵产分析的基础上,提出了受热面吹灰收益的计算公式和最佳吹灰频率、临界熵产数、以及临界污染率的确定方法,从而建立了基于受热面熵产分析的吹灰优化模型。从保证锅炉安全稳定运行和实现吹灰收益最大化的角度出发,提出了制定吹灰模式的基本原则,建立了四种优化吹灰模式。3)开发了锅炉受热面污染监测及优化吹灰系统。系统具备在线运行监测、优化吹灰指导等功能。在某328.5MW机组的运行实践表明:吹灰优化系统能够及时并比较准确地给出合理的吹灰模式,有效地指导现场的吹灰操作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 电站锅炉受热面污染监测及优化吹灰研究现状
• 1.2.1 受热面污染在线监测技术
• 1.2.2 优化吹灰模型
• 1.3 目前尚未完全解决的问题
• 1.3.1 炉膛结渣监测技术的合理可靠性
• 1.3.2 变负荷中对流受热面污染监测模型
• 1.3.3 吹灰优化模型的完善性
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 锅炉炉膛结渣的数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 数值模拟的理论模型和计算方法
• 2.2.1 数值模拟的理论模型
• 2.2.2 数值计算方法
• 2.3 锅炉炉膛不同区域结渣的数值模拟
• 2.3.1 边界条件
• 2.3.2 数值模拟过程和结果分析
• 2.4 屏式过热器出口参数计算
• 2.4.1 计算方法
• 2.4.2 计算结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于数值模拟的炉膛污染监测模型
• 3.1 引言
• 3.2 模糊模式识别
• 3.3 基于数值模拟的炉膛污染监测模式识别模型
• 3.3.1 模糊特征指标
• 3.3.2 隶属函数
• 3.3.3 炉膛污染模糊知识库
• 3.3.4 模式识别方法
• 3.3.5 基于数值模拟的炉膛污染监测模式识别模型的计算流程
• 3.4 应用实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 对流受热面污染监测动态模型的研究
• 4.1 引言
• 4.2 对流受热面污染监测静态模型
• 4.3 变负荷工况下污染监测的影响因素分析
• 4.3.1 变负荷工况下的锅炉运行
• 4.3.2 变负荷对污染监测的影响
• 4.4 对流受热面污染监测动态模型
• 4.4.1 变负荷工况下的实际传热系数
• 4.4.2 变负荷工况下理想传热系数
• 4.4.3 污染率的计算
• 4.4.4 计算流程
• 4.5 应用实例
• 4.5.1 稳定工况
• 4.5.2 快速升负荷
• 4.5.3 快速降负荷
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于熵产分析的吹灰优化模型和吹灰模式的研究
• 5.1 引言
• 5.2 熵和熵产理论
• 5.3 对流受热面熵产模型
• 5.3.1 传热熵产模型
• 5.3.2 流阻熵产模型
• 5.3.3 传质熵产模型
• 5.3.4 吹灰介质熵产模型
• 5.3.5 吹灰器电机工作过程的熵产模型
• 5.3.6 对流受热面总熵产模型
• 5.4 熵产实例计算
• 5.4.1 各种熵产计算结果
• 5.4.2 不同受热面熵产变化规律
• 5.5 吹灰优化模型
• 5.5.1 临界污染率
• 5.5.2 吹灰净收益与吹灰频率的关系
• 5.5.3 最佳吹灰频率和临界熵产数
• 5.6 基于污染监测和熵产分析的吹灰模式
• 5.6.1 制定吹灰模式的原则
• 5.6.2 优化吹灰模式
• 5.7 本章小结
• 第六章 吹灰优化系统设计与工程实施
• 6.1 引言
• 6.2 系统的硬件构成及软件结构
• 6.2.1 系统的硬件构成
• 6.2.2 系统的软件结构
• 6.3 系统的主要功能及界面
• 6.4 系统应用情况及效益评估
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文的主要研究成果
• 7.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间参加的科研工作及发表的学术论文