基于在线优化技术的分层燃烧试验研究及应用

论文摘要

火电机组装机容量的快速增长造成燃煤资源的相对短缺,而煤燃烧生成的NOx和SO2等气态污染物造成了巨大的环保压力。国家因此也出台了一系列宏观调控政策：上调排污费和实行排污权交易来抑制企业盲目扩大生产；实行脱硫电价引导企业清洁生产；实行节能环保调度促使企业开发和引进先进的节能环保生产技术。本文在此背景下开展燃烧优化研究,从锅炉烟气排放连续监测、锅炉在线燃烧优化和煤粉分层燃烧三方面进行递进式研究。烟气排放连续监测技术是实时掌握锅炉燃烧状况的重要工具,也是获得污染物排放浓度的手段。本文针对烟气高温、高粉尘浓度和腐蚀性强的特点以及烟气成份分布的不均匀,在烟气采样和预处理设备的开发上采用了先进技术,采用光谱分析原理监测烟气中CO、NOx、O2以及SO2等气体浓度,通过比对试验证实该连续监测技术准确度可靠性高,为在线燃烧优化技术研究作了必要的准备。基于支持向量机建立锅炉效率、NOx排放浓度优化模型,利用遗传算法对模型参数寻优,为在线燃烧优化提供数学工具。本文依据当前锅炉结构及燃烧特性,在优化中考虑了锅炉高温腐蚀的影响,开发了在线高温腐蚀模型,可实时预测和监测高温腐蚀速率,定量监测炉膛受热面的安全状况。由上述三个模型组成的燃烧优化模型与烟气排放连续监测技术结合开发的在线燃烧优化系统具有高的预测精度和良好的工程应用效果,并克服了常规优化工具的不足,可实现煤质和负荷变化的实时跟踪。分层燃烧技术实质是一种简便灵活的配煤技术,深受电厂欢迎,由于缺乏理论支持和监测手段,一般都停留在经验阶段。本文利用ANSYS三维燃烧计算软件对电厂锅炉的典型燃烧工况进行计算分析,定量获得锅炉在不同煤质分层方式下的燃烧特性。在燃烧计算指导下,应用锅炉在线燃烧优化系统进行分层燃烧技术试验研究,通过锅炉燃烧特性、结渣特性、积灰特性、NOx排放特性、锅炉效率影响特性等各方面对锅炉不同分层方式进行评估,获得最优分层燃烧方式,拓宽锅炉燃煤适应性,降低燃料成本,有效地提高锅炉效率和降低NOx排放浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 环境污染状况及危害
• x的生成及抑制方法'>1.2 NO_x的生成及抑制方法
• x生成机理'>1.2.1 NO_x生成机理
• x的生成的主要方法'>1.2.2 抑制热力型NO_x的生成的主要方法
• x的生成的方法'>1.2.3 抑制燃料型NO_x的生成的方法
• x对大气的污染,可采取如下防治措施'>1.2.4 减轻煤燃烧时NO_x对大气的污染,可采取如下防治措施
• x高效燃烧器技术介绍'>1.3 国内主要大容量锅炉低NO_x高效燃烧器技术介绍
• 1.3.1 哈尔滨锅炉厂设计生产的LNASB燃烧器
• 1.3.2 上海锅炉厂设计生产的超临界机组锅炉
• 1.3.3 东方锅炉厂设计生产的超临界机组锅炉
• 1.4 燃烧优化技术发展状况
• 1.4.1 燃烧调整试验
• 1.4.2 锅炉性能优化专家系统
• 1.4.3 神经网络和遗传算法在锅炉燃烧优化中的应用
• 1.5 本文的主要工作内容
• 第二章 烟气排放连续监测技术研究
• 2.1 研究背景
• 2.2 烟气排放连续监测系统（CEMS）构成介绍
• 2.3 气态污染物监测子系统结构及关键技术研究
• 2.3.1 采样代表性试验研究
• 2.3.2 最佳采样流量的确定
• 2.3.3 烟气除尘和系统防堵技术的开发
• 2.3.4 烟气中气体组份浓度分析原理介绍
• 2.3.5 运行可靠性和可维护性分析
• 2.3.6 比对试验及结果分析
• 2.3.7 小结
• 第三章 建立锅炉燃烧优化模型
• 3.1 锅炉燃烧优化模型概述
• 3.2 支持向量机介绍
• 3.2.1 分类问题
• 3.2.2 回归问题
• 3.3 遗传算法介绍
• x排放和锅炉效率优化模型'>3.4 建立NO_x排放和锅炉效率优化模型
• x排放优化模型'>3.4.1 NO_x排放优化模型
• 3.4.2 锅炉效率模型
• x排放特性模型和锅炉热效率模型评估'>3.4.3 NO_x排放特性模型和锅炉热效率模型评估
• 3.5 建立锅炉在线高温腐蚀模型
• 3.5.1 炉膛烟气成份测量试验
• 3.5.2 实验室高温腐蚀试验
• 3.5.3 建立在线高温腐蚀模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 在线燃烧优化系统的开发
• 4.1 研究背景
• 4.2 锅炉在线燃烧优化系统构成及特点
• 4.2.1 系统构成
• 4.2.2 技术特点
• 4.2.3 目前主要的燃烧优化技术比较
• 4.3 在线燃烧优化系统软件介绍
• 4.3.1 在线燃烧优化系统主要功能
• 4.3.2 在线燃烧优化软件的构成
• 4.4 本章小结
• 第五章 在线燃烧优化技术的试验研究
• 5.1 试验方案
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 在线燃烧优化系统预测精度和应用效果分析
• 5.2.2 在线燃烧优化系统煤质和负荷跟踪响应效果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 煤粉分层燃烧数值计算
• 6.1 研究目的和内容
• 6.2 数值模拟研究对象与工况
• 6.2.1 研究对象
• 6.2.2 模拟工况参数
• 6.3 数值模拟方法
• 6.3.1 数学模型和控制方程
• 6.3.2 计算软件
• 6.4 模拟计算结果
• 6.4.1 烟气流场分析
• 6.4.2 温度场对比分析
• x浓度场分析'>6.4.3 NO_x浓度场分析
• 6.4.4 颗粒C分布分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 锅炉分层燃烧技术研究
• 7.1 试验研究背景
• 7.2 试验研究概况
• 7.2.1 锅炉设备状况
• 7.2.2 试验一般原则与测点布置
• 7.3 燃煤特性实验室研究
• 7.3.1 神华煤、平混煤的基础分析
• 7.3.2 着火燃烧特性
• 7.3.3 结渣特性
• 7.3.4 积灰特性
• 7.3.5 实验结论
• 7.4 试验工况说明及主要测试参数汇总
• 7.5 分层燃烧试验结果分析
• 7.5.1 燃烧及结焦特性
• x排放特性'>7.5.2 NO_x排放特性
• 7.5.3 锅炉效率特性
• 7.6 本章小结
• 第八章 全文总结和展望
• 8.1 论文主要内容
• 8.2 论文的主要创新点
• 8.3 本文不足之处及研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位论文期间主要成果
• 致谢