大型循环流化床锅炉实时仿真模型与运行特性研究

论文题目: 大型循环流化床锅炉实时仿真模型与运行特性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 热能工程

作者: 高建强

导师: 宋之平,王兵树

关键词: 循环流化床,锅炉,模块化,模型,仿真

文献来源: 华北电力大学（河北）

发表年度: 2005

论文摘要: 我国能源生产以煤为主的,为了克服燃煤带来的环境污染问题,实现能源生产的可持续发展,循环流化床(CFB)煤燃烧作为一项洁净煤发电技术,在我国电站锅炉中已开始得到推广应用。随着我国环保法律和法规的健全与实施,对火电站的排放要求在不断提高,监督力度不断加强,大型CFB 锅炉在我国电站中的应用也将越来越普遍。我国目前投入运营的大型CFB 机组还很少,其设计和运行经验均不足。借助计算机仿真技术,建立包含CFB 锅炉机组所有主辅系统在内的全工况实时仿真模型,用于分析预测CFB 锅炉整体性能、研究机组设计和运行中存在的问题,具有重要意义。基于先进的STAR-90 仿真系统,提出了通过系统分解和子系统集成的方法,解决复杂大系统的建模过程中遇到的困难,首次将工程模块化建模方法用于大型CFB锅炉机组仿真模型的建立,成功地研制完成了涵盖CFB 锅炉所有辅助系统在内的我国首台450t/h循环流化床锅炉机组实时仿真模型。重点研究并建立了CFB 锅炉机组特有设备和过程的动态数学模型,研究开发了其实时仿真新算法,并对各新算法进行了通用模块化设计,为系统整体模型的建立和模型精度的提高创造了有利条件。新算法主要包括燃烧室、旋风分离器、回料器、点火风室、风水混冷多仓室冷渣器、单相介质换热器等仿真算法。深入研究了模块化建模方法在单相、汽液双相和气固双相等各类流体网络系统建模中的应用,提出了一种通过系统分解和集成的方法,有效地解决了各类复杂流网系统建模困难的问题,即:将复杂流网系统分解为若干个典型子网络,再通过网络节点集成为整个流网系统模型。首次将工程模块化建模方法与流体网络模型的矩阵法求解有机结合,对流网模型进行了改进,开发了流网模型自动生成软件,实践表明,这既提高了流网模型的建模效率,又提高了模型的仿真精度。以机组的运行数据为基础,对我国首台450t/h CFB 锅炉机组的流化效果,以及床压、床温等主要运行参数的变化规律进行了分析总结。为大型CFB 锅炉机组仿真模型的校验和完善提供了数据依据。通过仿真试验,研究了大型CFB 机组的整体动态和静态特性,并用实际机组运行数据对模型的仿真结果进行了验证,结果表明所建模型可以正确模拟CFB 机组运行特性。本文所建立的450t/h CFB锅炉机组实时仿真模型,已在我国首台125MWe CFB单元火电机组和200MWe 母管制CFB 火电机组仿真机中得到了成功应用。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章引言

1.1 我国煤资源及动力用煤现状

1.2 燃用高硫煤的危害

1.3 燃煤电站锅炉污染物排放

1.4 环保法规

1.5 洁净煤发电技术

1.6 循环流化床锅炉技术的发展

1.6.1 国外的发展状况

1.6.2 国内的发展状况

1.7 循环流化床数学模型研究状况

1.7.1 数学模型分类

1.7.2 研究状况

1.8 本课题背景与主要研究内容

第二章 450吨/时循环流化床锅炉机组概况

第三章基于STAR-90仿真支撑系统的建模方法

3.1 软件整体结构

3.1.1 仿真支撑系统

3.1.2 公用函数库

3.1.3 过程算法库

3.1.4 仿真模型

3.2 建模方法和过程

3.3 工作重点

3.4 模块化仿真模型特点

3.5 循环流化床锅炉机组模型的整体概况

(1) 汽水系统

(2) 燃料及燃烧系统

(3) 风烟系统

(4) 疏水、排汽(气)系统

3.6 CFB机组模型过程算法库

3.7 本章小结

第四章 CFB锅炉热力设备实时仿真模型研究

4.1 实时仿真模型算法建立

4.1.1 燃烧室仿真模型

4.1.2 旋风分离器仿真模型

4.1.3 回料器仿真模型

4.1.4 点火风室仿真模型

4.1.5 风水混冷多仓室冷渣器仿真模型

4.1.6 单相介质换热器仿真模型

4.1.7 数值解法

4.2 通用模块化的结构设计

4.3 模块化实时仿真模型的建立

4.3.1 锅炉过热蒸汽系统模型

4.3.2 锅炉燃烧系统模型

4.4 本章小结

第五章流体网络数学模型研究

5.1 概述

5.2 模块化的流体网络模型

5.2.1 压力节点方程

5.2.2 支路流量方程

5.2.3 模型求解

5.2.4 模块结构设计

5.2.5 流网模块化仿真模型的建立

5.3 模块化流体网络模型的改进

5.3.1 流体网络模型的通用矩阵形式

5.3.2 模型求解方法

5.3.3 流网模型的改进效果

5.4 本章小结

第六章CFB锅炉机组运行特性研究

6.1 机组运行特性分析

6.1.1 流化效果

6.1.2 流化风量

6.1.3 床层压力

6.1.4 床温分布特性

6.1.5 床温动态特性

6.1.6 机组的汽温特性

6.2 CFB锅炉运行特性仿真研究

6.2.1 模型静态计算结果

6.2.2 动态仿真试验

6.3 本章小结

第七章全文总结

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

博士期间发表的主要论文

博士期间主要科研工作

发布时间: 2006-01-12

参考文献

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