动力配煤优化燃烧特性及非线性预测研究

论文摘要

动力配煤是适合我国国情的一种洁净煤技术,在上世纪80年代在我国部分大中城市得到应用。近年来,动力配煤技术在我国发展较快,特别在提高煤炭热能利用率、加强燃煤设备安全性和可靠性以及降低燃煤污染物排放等领域有着广泛的工程应用和较高的研究价值。本文首先借助热天平实验得到16种单煤以及48种配煤的热天平曲线,从而求出各个煤样着火温度和活化能,针对目前配煤燃烧特性难以预测的现状,结合上述煤样的工业分析和元素分析数据,分别对煤样着火温度和活化能作了相关性分析,发现分析基水分Mad、挥发分Vad、固定碳FCad、低位发热量Qnet,ad和氧Oad五种性质因子与煤样动力学燃烧特性有较强的相关性。然后分别以着火温度和活化能为输出量建立3层BP人工神经网络模型,经过网络训练得到对着火温度预测的平均相对误差为1.22%,对活化能预测的平均相对误差为3.89%。其次,以我国典型的高热值、低灰分、易结渣的神华煤和大同煤为主要研究对象,分别选择高灰熔点的准格尔煤和澳洲煤以不同的重量比例组成配煤,研究表明,配煤孔隙分形维数随单煤比例呈现出单调变化规律,并且与比表面积和比孔容积的变化规律基本一致。结合沉降炉燃烧实验结果,发现当配煤煤样分形维数由2.426逐渐增加到2.451、2.482和2.532时,其着火温度由882℃逐渐减少到783℃、587℃和462℃,其飞灰含碳量由4.81%逐渐减小到3.62%、2.83%和1.83%。说明配煤的分形维数越大则越容易着火和燃尽。最后,以工程实际为例,将浙江大学开发的配煤专家系统运用于韶关发电厂经济配煤项目,针对韶关发电厂的常用来煤和目标煤种特性要求,给出了2组分的11种配比方案,在沉降炉上研究了不同煤种以不同比例混合得到的配煤着火、燃烧以及燃尽特性。发现提高炉壁温度和热风温度以及减小煤粉细度都是促进无烟煤着火和燃尽的有效手段。对于配煤“M0007煤25%+M0011煤75%”,在标准工况下,仅改变炉壁温度,当炉壁温度从1100℃增加到1200℃和1300℃,着火距离从400mm减小到300mm和280mm,飞灰含碳量从9.09%降低到6.60%和1.17%。对于热风温度以及煤粉细度的改变呈现出相似的规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外动力配煤技术发展及现状
• 1.2.2 国内动力配煤技术发展及现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验设备与研究方法
• 2.1 主要实验台架与仪器设备
• 2.1.1 SINKU RIKO-5000RH型示差热天平
• 2.1.2 一维沉降炉试验台
• 2.1.3 ROSEMOUNT NGA2000MLT多组分烟气分析仪
• 2.1.4 Autosorb-1-C氮气吸附仪
• 2.1.5 Hitachi S570 SEM扫描电镜
• 2.1.6 Hitachi PV9900 X-ray能谱仪
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 实验室研究
• 2.2.2 沉降炉配煤燃烧结渣特性研究
• 2.2.3 电厂多元优化动力配煤方案及燃烧特性研究
• 参考文献
• 第三章 神经网络对配煤燃烧动力学特性的预测研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验条件及方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 单煤及混煤的燃烧过程分析
• 3.3.2 单煤及混煤的燃烧特性指标与动力学参数汇总
• 3.4 单煤与混煤着火温度与活化能的回归分析
• 3.4.1 线性回归分析
• 3.4.2 非线性回归分析
• 3.5 单煤与混煤着火温度与活化能的人工神经网络分析
• 3.5.1 神经网络模型的拓扑与算法描述
• 3.5.2 神经网络的算法与参数确定
• 3.5.2.1 神经网络的Levenberg-Marquardt（L-M）算法
• 3.5.2.2 数据的预处理
• 3.5.2.3 学习率和隐层节点的确定
• 3.5.3 结果与分析
• 3.5.3.1 着火温度的预测与分析
• 3.5.3.2 活化能的预测与分析
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 配煤孔隙分形结构对燃烧特性的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验条件及方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.2.1 不同比例配煤的孔隙分形结构
• 4.3.2 配煤孔隙分形对着火燃尽的影响
• 4.3.3 配煤燃烧的热力条件优化
• 4.3.4 不同比例配煤的结渣组合
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 电厂多元优化动力配煤方案及燃烧特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 优化动力配煤方案确定
• 5.2.3 实验方案确定
• 5.2.4 实验条件
• 5.3 实验结果分析与讨论
• 5.3.1 着火特性分析
• 5.3.1.1 着火点的确定
• 5.3.1.2 不同原煤单烧及其配煤的燃烧特性
• 5.3.1.3 燃煤挥发分变化时的燃烧特性
• 5.3.1.4 燃煤发热量变化时的燃烧特性
• 5.3.1.5 燃煤细度变化时的燃烧特性
• 5.3.2 颗粒燃尽率分析
• 5.3.2.1 不同原煤及其配煤的颗粒燃尽分析
• 5.3.2.2 燃煤挥发分变化时的颗粒燃尽分析
• 5.3.2.3 燃煤发热量变化时的颗粒燃尽分析
• 5.3.2.4 燃煤细度变化时的颗粒燃尽分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 附录
• 致谢