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[硕士论文] 刘旭雄
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:传统锅炉企业的串行制造运营模式的一些缺陷随时代发展逐渐显现出来,而社会化对锅炉行业的生产运营及服务要求越来越高,丞待一种新的模式去解决。在实地考察哈尔滨红光锅炉厂之后,给出一种新的锅炉制造协同模式,这种新的模式立足“制造即服务的”角度,去实现网络环境下的制造协调。在此基础上,本文主要进行了以下几个方面的研究:
  首先,本文研究了一种新的协同模型,分析并设定了各个端及属性,构筑了一套协同流程,可满足锅炉需求者不定期的修改和制造信息查询要求,研究了制造协同的评估方法,采用引入第三方的形式去维护金融、物流等服务;
  其次,研究网络架构和通讯实现,为确保平台间各端信息的准确传输,制定了协同制造平台的协议,创立信息交换主体并研究其成员变量,约定成员变量的类型和类别值;
  再次,把现有锅炉的类型和部件结构进行分析归类,从制造协同的角度归纳出协同件,建立各要素下的锅炉部件模型,作为模型知识库在协同端平台体现,为提供可视化的部件模型,我们给出了构筑锅炉部件的最基本单元—胞元的含义,并借助OpenGL工具搭建了胞元族,再根据部件的模型知识参数去完成这一目的;
  最后,开发了平台的协同端程序实现,丰富了程序框架的功能。通过调试实验,验证程序的可行性。
[博士论文] 许伟龙
动力工程及工程热物理;热能工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:电站锅炉炉内“声波影响燃烧技术”是利用声学理论和技术来提高燃烧和热量转换效率的重要技术手段。但是,支撑其炉内声学理论研究却长期处于落后水平,如强声波在炉内的非线性传播特性、声波在炉内含颗粒烟气介质中的传播特性、声波作用下颗粒表面的振荡流场特性、声波对颗粒的传热传质特性的影响,以及声波对燃烧过程的影响等,造成其基础理论研究严重滞后于其技术需求的局面,并最终成为阻碍该技术进一步推广应用的瓶颈,因此,研究声波作用下煤颗粒的动力学特性具有重要的学术意义。
  本文推导了声波的非线性波动方程,研究了位于可听声频率段的强声波在电站锅炉中的非线性传播特性。基于简单波假设理论,对声压级达到160dB的强声波传播过程发生畸变和谐波生成进行了分析研究,并计算了不同频率声波的冲击波形成距离;计算得到了炉内黏热流体介质中伯格斯方程的严格解,研究了发生非线性效应与耗散效应下强声波的传播特性;求解了弛豫流体介质中强声波传播的非线性波动方程,并讨论了弛豫介质中声波的传播特性。
  研究了可听声频率范围内声波在电站锅炉含颗粒介质气体中的传播机理,建立了电站锅炉含颗粒介质气体中的声衰减系数计算公式以及声速公式,得到了声衰减系数、声速与声频率、颗粒介质体积分数、颗粒粒径及烟气温度的关系。根据多体多次散射理论,对颗粒介质体积分数较大的循环流化床锅炉中的声传播特性进行了讨论,并对其声衰减系数以及声速进行了修正。
  分析了声场中炉内煤颗粒的夹带特性以及声波作用下的次级效应-声流,并在此基础上,研究了声波作用下煤颗粒周围气体的振荡流动特性(文中入射波的振荡幅值远大于颗粒特征长度,同时声雷诺数小于20)。根据所求得通用微分方程的解,详细分析了在不同声雷诺数与斯特劳哈尔数的情况下,颗粒壁面的流场分布、轴向压力梯度、切向应力以及分离角的分布规律。
  基于二维轴对称、非稳态,层流的质量、动量和能量守恒方程,研究了声波作用下夹带在烟气中单颗粒煤粉的传热特性。分析了声压级范围为145~167dB,频率分别为50Hz、1000Hz以及5000Hz时,颗粒壁面的温度场、局部努赛尔数、表面平均努赛尔数以及时间-空间平均努赛尔数的分布规律;同时还探讨了声波作用下烟气中滑移单颗粒煤粉的传热传质特性(颗粒与烟气之间有稳定的滑移速度)。分析了声压级范围为150~170dB,可听声频率范围中,以及在声质点速度与滑移速度的不同速率比情况下,颗粒局部努赛尔数、表面平均努赛尔数以及时间-空间平均努赛尔数的分布规律。并对声波强化颗粒的传热特性进行了实验研究,所得结论验证了理论研究的结果。本文所得结论为声波应用于电站锅炉中强化煤颗粒燃烧提供了依据。
[博士论文] 韩旭
动力工程及工程热物理;动力机械及工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:常规电站凝汽式汽轮机低压缸的末几级和水冷堆核电汽轮机的全部级都在湿蒸汽区工作。随着蒸汽湿度的增加,湿蒸汽给汽轮机带来两方面的问题:一是蒸汽凝结过程中将偏离平衡状态;二是湿蒸汽携带的二次水滴会对汽轮机动叶产生侵蚀与冲击,威胁汽轮机的安全运行。因此,研究自发凝结湿蒸汽两相流动的传热传质机理,开展汽轮机通流部分优化设计,对提高汽轮机低压缸效率有着非常重要的理论意义和应用价值。鉴于理论和实验研究存在困难,数值模拟成为探索湿蒸汽凝结流动问题的有效手段。尽管前人对该领域进行了研究并取得了一些有价值的成果,但仍有许多问题有待进一步探索。当前的凝结理论和数值模型还存在缺陷,凝结流动模型在三维复杂流动下的有效程度有待考证。此外,人们对汽轮机内各种复杂原因产生的湿汽损失机理仍不清楚,已取得的湿汽损失相关研究成果还很难直接指导汽轮机通流部分设计。
  本文在认真研读国内外相关研究文献资料的基础上,从热力学理论出发,对成核模型和水滴生长模型进行研究,结合现有实验数据提出修正方法。从体积平均的角度建立均质、非均质凝结的双流体模型,分析凝结流动中的各种复杂流动现象及其对湿汽损失的影响,提出湿汽损失定量计算方法及湿蒸汽凝结流动控制方法。主要研究工作包括:
  (1)建立考虑相间传热传质和速度滑移及湍流影响的双流体数值模型。基于成核动力学对经典Becker-D(o)ring成核理论进行了推导,结合实验数据考察现有成核模型的适用范围和计算精度。选择W(o)lk-Strey成核模型和非等温修正成核模型对汽轮机末级内的凝结流动进行计算较为理想。基于Langmuir-Maxwell模型建立水滴生长热质平衡耦合模型,分析现有水滴生长模型的适用范围和计算精度。水滴生长热质平衡耦合模型可用于求解任意Kn数下的水滴生长速率,具有较高的计算精度。
  (2)分析汽轮机末级中凝结流动参数分布规律及影响因素。结合White和Bakhtar平面叶栅压力分布实验数据,验证本文数值模型的正确性。研究凝结流动与高紊流动尾迹间的耦合影响规律,捕捉湿蒸汽两相流场中的气动激波、凝结激波。揭示凝结流动传热传质过程与激波、非定常流动等复杂现象相互耦合产生的湿汽损失机理。
  (3)提出考虑多因素的湿汽损失定量评估方法。结合湿汽损失模型对汽轮机低压缸末级叶栅内的湿汽损失进行计算。分析湿蒸汽凝结现象对汽轮机低压缸末级气动性能和做功能力的影响。当进口蒸汽偏离饱和状态的程度越大时,由湿蒸汽非平衡凝结产生的湿汽损失越大,级效率越低。
  (4)研究通过控制成核过程和水滴生长过程减少湿汽损失的方法。分析叶片表面粗糙度对静叶流道凝结特性的影响。叶片表面粗糙度增加将导致叶栅内的动力学损失增加,但可以在一定程度上降低凝结产生的热力学损失。随着表面粗糙度的增加,成核率峰值减小,湿度下降。结合基于正/余弦函数的非对称端壁造型方法,对实际汽轮机末级静叶端壁进行改型,研究了非对称端壁造型对湿蒸汽凝结特性的影响。当端壁造型位于叶栅中部高度为叶高的3%时,可以使得各项损失较小。分析了静叶栅表面体积加热、动叶栅表面体积加热、静叶栅动叶栅表面耦合加热对末级内湿蒸汽凝结特性的影响。静叶栅叶片表面体积加热能够很好地抑制蒸汽凝结,并在一定程度上提高级效率。
[硕士论文] 苏乐
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:为了弥补清洁的天然气能源严重缺乏的现状,响应国家节能减排的大趋势,设计了一台蓄热式生物质气化燃烧锅炉。目前,我国对蓄热式锅炉及气化过程控制的研究较少,两者的联锁控制方案更少,而控制系统对提高锅炉的效率、降低能耗有重要的作用。因此,本论文中提出了一套蓄热式气化燃烧锅炉的控制方案。而且,考虑到锁料器是气化炉上料系统的关键设备,目前市场上锁料器容易出现卡塞、卡顿,叶片发生扭曲,严重影响气化炉工作,因此锁料器的结构设计改进对气化炉正常使用有重要的意义。
  根据系统的特点和控制的任务,设计了一套以PLC和变频器为核心的控制方案。首先对蓄热锅炉的四通换向阀、三通换向阀和气化炉上的锁料器等关键部件进行设计,确定控制的基本任务,对系统进行划分。根据基本任务将整个系统划分为五个相互关联的子系统,蒸汽压力系统、烟气氧含量系统、炉膛压力系统、气化炉气化强度系统及换向系统,确定各系统控制方式,并设计出系统控制框图。同时对控制系统硬件设计,包括PLC选型、I/O地址的分配,变频器的选型与分配,测量仪表的选型。
  根据锁料器在实际工作中出现的问题,通过理论分析和ANSYS分析叶轮结构的问题,提出锁料器四种结构改进方案,搭建了一套基于多功能电表和上位机交互界面实验测试系统,借助组态王开发了测试系统界面,选配合适的通讯方案。通过实验测试设计的结构并借助Matlab拟合功率曲线,分析实验的数据,实验结果表明:改进后的结构能有效改善锁料器叶轮卡顿,使锁料器运行更加平稳,提高叶轮使用寿命。最后得出锁料器最优结构和运行参数。
[博士论文] 梁占伟
动力工程及工程热物理;热能工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:近年来,中国粗钢产量增加迅速,钢铁生产过程中产生大量副产品煤气,是钢铁企业回收利用的主要二次能源,但用户繁多且运行工况复杂多变,若煤气产量和消耗量不平衡,将导致富余煤气放散,造成能源浪费和环境污染。钢铁企业是用电大户,副产品煤气用于发电是其回收利用的最常用方法之一,煤气-蒸汽联合循环发电机组与纯燃煤气锅炉机组的负荷调节能力有限,煤气产量波动较大时,必然导致煤气大量放散。煤/气混燃锅炉机组作为煤气消耗大幅可调用户越来越受到重视,煤/气混燃锅炉机组具有技术相对成熟、设备国产化率较高、年运行时间长等优点。煤/气混燃锅炉机组作为钢铁企业副产品煤气消耗的可调用户,其煤气供应随时发生变化,从而引起锅炉燃烧特性、热量分配特性及污染物排放特性等的变化。因此,本文以300MW煤粉混燃高炉煤气和焦炉煤气锅炉机组为对象,研究了煤气配比和配风对炉内燃烧特性与机理的影响,并对煤气配比和配风进行优化实验研究,明确煤气配比和配风对热量分配和汽温偏差的影响,最后建立锅炉燃烧优化模型。为煤/气混燃锅炉机组安全、经济运行提供了理论与实践基础。
  首先,利用FLUENT软件数值模拟研究了煤/气混燃协同分级配风燃烧特性与机理。针对煤/气混燃协同分级配风条件下,炉膛主燃区形成还原性气氛特点,建立了煤粉热解、焦炭气化及气体燃烧模型;考虑了混燃煤气、煤粉热解及焦炭气化过程产生还原性气体(CH4、CO、H2)对NOx的还原作用。鉴于FLUENT软件自带的多表面反应模型未考虑焦炭反应形成的多孔介质灰壳对气相的扩散阻力,使得氧化剂和未反应焦炭直接接触并燃尽,导致计算得到的飞灰含碳量接近于0%,本文提出了基于气相扩散阻力的修正多表面反应模型,利用FLUENT用户自定义函数(UDF)编译后计算焦炭反应,计算结果表明修正多表面反应模型能够准确计算飞灰含碳量。在利用运行工况验证数值模拟计算结果正确的基础上,数值模拟研究了5个工况(纯燃煤、仅混燃高炉煤气、仅混燃焦炉煤气、同时混燃焦炉煤气和高炉煤气及低分离燃尽风率)的炉内温度场、速度场、烟气组分、焦炭燃尽、NOx生成及还原机理。通过对比分析5个工况的温度场、1850K等温面、炉膛横截面平均温度、烟气速度、热流密度分布得到:同时混燃两种煤气并采用高分离燃尽风率工况(燃烧特性研究工况Ⅳ)的炉膛温度更加均匀、局部高温区温度降低、还原性气氛较强,因此该工况NOx排放浓度最低。
  其次,为了减少优化实验工况,以飞灰含碳量和NOx生成浓度作为煤/气混燃锅炉机组燃烧优化指标对煤气配比、分离燃尽风率及二次风率优化进行了数值模拟研究。数值模拟优化结果为高炉煤气与焦炉煤气热量混燃比比例为1(αHBFG/αHCOG=1)、分离燃尽风率为26%、A~C煤粉区过量空气系数为0.70左右。在数值模拟得到煤气配比及配风优化结果的基础上,对煤气配比、分离燃尽风率及二次风率进行了优化实验研究。实验优化结果为高炉煤气与焦炉煤气最佳热量混燃比比例为1,最佳分离燃尽风挡板(SOFA1/SOFA2)开度为100/100,最佳二次风挡板(AA/AB/BC/CC)开度应维持在50/30/50/50。实验优化结果和数值模拟优化结果基本吻合,表明数值模拟结果可指导优化实验研究,最终煤气配比和配风优化实验结果可为锅炉运行提供参考。
  再次,经低氮燃烧改造后,分级配风对锅炉热量分配和汽温特性具有较大影响,而采用分级配风技术的煤/气混燃锅炉热量分配和汽温调整更为复杂。因此,实验研究了高炉煤气和焦炉煤气热量混燃比、二次风率、分离燃尽风率、燃烧器摆角对锅炉主、再热蒸汽吸热量的影响。为了研究混燃高炉煤气对炉膛上部烟气速度偏差的影响,对不同高炉煤气热量混燃比工况进行了数值模拟,得到炉膛上部烟气速度偏差随着高炉煤气热量混燃比的不断增加而逐渐增大。针对混燃高炉煤气引起的再热汽温偏差问题进行了分离燃尽风水平摆角优化调整实验,得到了最佳摆角组合。结果表明:分离燃尽风(SOFA)的#1、#2、#3、#4喷口水平偏转角度依次为-7.5。、+7.5。、+7.5。、-7.5。时,再热汽温偏差由17.1℃降低到了2.55℃,再热汽温为536.4℃,主汽温偏差为4.15℃,主汽温度为538.7℃。
  最后,为了建立锅炉燃烧优化模型,实现与锅炉机组分散控制系统(DCS)整合,形成锅炉运行优化的闭环控制。研究了支持向量机(SVM)、最小二乘支持向量机(LS-SVM)、定尺度最小二乘支持向量机(FSLS-SVM)算法求解不同容量样本的预测精度和泛化能力。提出了双网格搜索最优尺度的方法,实现了FSLS-SVM算法的尺度精确自动寻优。在此基础上,分别基于SVM、LS-SVM及FSLS-SVM算法建立了NOx排放浓度模型、排烟温度模型及飞灰含碳量模型,并利用预测值与实验值的逼近能力、相对误差及计算时间评价不同算法的优劣。评价结果表明:NOx排放浓度及排烟温度运用FSLS-SVM算法建立的模型优于其他两种算法,而飞灰含碳量运用SVM算法建立的模型较优。综合排烟温度模型、飞灰含碳量模型及理论计算模型建立了锅炉效率混合模型。最后,以NOx排放浓度模型和锅炉效率混合模型为适应度函数应用于改进粒子群优化(IPSO)算法对二次风(SA)挡板开度及分离燃尽风挡板开度进行优化。优化结果表明:NOx排放浓度由原来210mg/Nm3降到了182.8mg/Nm3,同时锅炉效率由原来的90.21%提高到了91.12%。
[硕士论文] 王计伟
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:我国是燃煤大国,煤炭燃烧产生的NOx和SO2对环境造成了严重的污染。传统脱硫脱硝技术多采用分步脱除方法,导致设备占地面积大,运行成本高。中小气量工业锅炉急需一种经济有效的同时脱除技术。湿法脱硫脱硝技术适用范围宽,且工艺简单,可实现多组分污染物的同时脱除,非常适用于中小锅炉,但受到传统吸收设备传质效率低的限制,使得该技术难以满足日趋严苛的环保要求。本文利用超重力旋转床(RPB)可以极大的强化传质的优势,进行了超重力臭氧氧化脱硫脱硝的研究,探究了不同操作条件对脱硫脱硝效率及气相体积总传质系数(KGa)的影响。
  首先,在RPB内进行了脱硝实验,分别考察了O3/NOx摩尔比(MR)、RPB转速、气液比、吸收液浓度、NOx初始浓度等操作条件对脱硝效果的影响规律,以及NO2/NO摩尔比对NO脱除效果的影响规律。获得了较优操作条件为:MR为1、RPB转速为800rpm、气液比为167、吸收液浓度为5%,此操作条件下,NOx脱除率可达75.0%。
  其次,在RPB内进行了同时脱硫脱硝实验,分别考察了MR、RPB转速、气液比、吸收液浓度、吸收液pH值、模拟烟气氧含量、SO2初始浓度、气量、吸收液添加剂等操作条件对NOx与SO2脱除效果的影响规律。获得较优操作条件为:MR为1.25、RPB转速为800rpm、气液比为167、吸收液浓度为7.5%,此操作条件下,NOx脱除率可达73.1%,SO2脱除率可达97.3%。
  最后,在工厂现场分别进行了侧线实验和工业试验。侧线分别考察了MR、气液比、RPB转速、吸收液pH值等操作条件对脱硫脱硝效率的影响规律。工业试验分别考察了MR、气液比、吸收液pH值等操作条件对脱硫脱硝效率的影响规律。试验结果表明,超重力氧化法脱硫脱硝效果明显优于原工艺净化效果。
[硕士论文] 马文明
动力工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:我国工业燃煤锅炉普遍存在燃烧效率低下和污染严重的问题,其平均热效率仅为60%~65%。煤作为我国最主要的能源,对其燃烧效率的提升和污染物排放量的控制显得十分的重要。针对工业燃煤锅炉污染严重的现状,国家和各省市都出台了相关政策,用以推动工业燃煤锅炉的升级与低氮改造。低氮改造主要包括增加脱硝装置和使用低氮燃烧器。由于脱硝装置购置和运行维护费用昂贵,因此许多企业将目光转向了低氮燃烧器的研发。低氮燃烧技术在电站锅炉上的应用比较成熟,而在工业煤粉锅炉领域的应用经验和模拟研究比较少,因此对该领域的研究显得尤为紧迫。论文从低氮燃烧技术在工业煤粉锅炉上应用的角度出发,使用Fluent软件进行数值模拟实验研究,寻找影响低氮燃烧技术效果的因素,及各因素对其影响的显著性与趋势。
  论文构建了简单旋流模型用以研究工业煤粉锅炉旋流燃烧的基本特性。并在工业示范煤粉锅炉的原始结构基础上,构建了预燃室燃烧模型,研究了旋流角度、预燃长径比、预燃室空气系数这三个因素对燃烧和NOx排放量的影响情况。并在预燃室模型的基础上,研究了不同中心逆喷风管长度对低氮燃烧效果的影响。数值模拟的数据与相关文献提供的实验结果较为符合,论文的数值模拟结果较为准确,结论有一定的参考价值。
  研究发现,简单旋流燃烧模型中存在一个临界旋流角,使得β角高于和低于临界旋流角时,旋流燃烧模型的温度分布、速度分布呈现两种形态。同时出口烟气温度、出口NOx浓度、挥发分析出的特性都有较大的变化。对于本文所设计的旋流模型,临界旋流角为38°。对不同的旋流模型,临界旋流角的值可通过对炉膛出口压力的检测来进行测定。逐渐增大β角,并测定炉膛出口的压力大小,当炉膛压力突然出现较大变化时对应的β角大小即为临界旋流角值。β角大于临界旋流角时,煤粉燃烧效率达到一个稳定的高值,随β角增大其变化不大。炉膛出口烟气NOx的浓度变化以45°β角为分界点,β角小于45°时,出口NOx浓度随β角的增大而增大;β角大于45°时,出口NOx浓度随β角增大而下降。
  预燃室燃烧模型中,旋流角度对挥发分的析出位置由较为显著的影响,较大的旋流角度能使挥发分在预燃室中就已大量析出,使得煤粉着火的位置发生在预燃室中,充分利用预燃室的空间;预燃室长径比对燃烧和NOx排放量都没有显著影响,因此在设计过程中可以减少这一因素的考虑;预燃室空气系数对NOx排放量有极显著的影响,对出口烟温和炉膛壁面吸热功率也有较为显著的影响。随着预燃室空气系数的降低,出口的NOx浓度大幅度的下降,出口烟气温度逐渐降低,炉膛壁面吸热功率逐渐提高。在预燃室空气系数小于0.6之后,继续降低这一系数对于进一步降低出口烟气温度、降低出口NOx浓度和提高炉膛壁面吸热功率都没有太明显的效果,但是却会造成煤粉燃烧效率的大幅下降。因此,预燃室空气系数不能过低,应至少大于等于0.6。
  采用一次风中心逆喷的方式,能够将出口的NOx浓度在预燃室分级燃烧的基础上再降低30%左右。而逆喷风管的长度对出口NOx浓度的影响较小,在设计时可以适当的减小逆喷风管的长度以减轻由于长度过大而造成受热变形的现象。
[硕士论文] 刘锦
机械工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:核电汽轮机组转子系统是将核能转化为电能的核心部件,为确保其持续平稳安全运行必须要抑制叶片产生危险振动造成的疲劳、断裂等失效。针对目前工程中多采用围带结构通过约束叶片运动和围带间摩擦耗能增阻来抑振,但因不能确定围带振动位移及接触-摩擦-分离时间,迄今尚无对转子系统运行中叶片振动导致相邻围带间摩擦阻尼的定量计算方法,目前在设计阶段只能凭经验设计围带结构及参数,面临着先设计制造再实验仿真后分析优化可能造成“先天不足”且浪费制造资源拖延生产周期等技术难题。本文建立考虑围带参数(接触角、摩擦系数、接触刚度、间隙)及转速影响的转子系统迟滞运动微分方程,建立围带摩擦内阻尼定量计算方法,为在设计阶段准确设计围带优化转子系统动态特性,有效利用叶片围带摩擦阻尼消耗振动能量同时提高系统刚度的被动自愈抑振技术解决上述问题,为汽轮机转子系统的设计、制造提供理论依据和方法,对确保汽轮机安全运行具有重要理论意义和工程应用价值。
  以平行四边形围带为例,建立考虑摩擦系数、接触角、接触刚度、初始间隙及转速影响的围带三维宏观滑移迟滞摩擦模型,基于谐波平衡法据围带摩擦模型建立围带摩擦内阻尼模型。采用CN群论和有限元法建立考虑围带摩擦内阻尼和刚度的叶片-围带-转子系统迟滞运动微分方程,求解对应的齐次方程的特征根,在频域内考虑围带摩擦内阻尼求解频响函数,分析系统的质量、阻尼、刚度对系统的动态特性的影响。
  据转子系统运动微分方程求解围带摩擦内阻尼定量计算公式,建立基于瞬态响应幅值包络线的围带摩擦内阻尼定量计算方法(SDQM),以某1000MW核电汽轮机低压缸转子系统为例,使用所提出的SDQM定量计算围带摩擦内阻尼,比较有无围带摩擦阻尼的转子系统模态特性,得出围带摩擦内阻尼对转子系统固有频率和振型的影响规律;在不同转速等效离心载荷激励下考虑围带摩擦内阻尼对系统进行频响分析,探讨内阻尼的减振效果、迟滞特性、频响特性,并采用干态静止转子系统测量振动响应的试验验证本文中建立的围带摩擦内阻尼模型及定量计算方法。
  采用多因素多水平正交法和响应曲面法辨识影响围带摩擦内阻尼的敏感变量(单变量及各变量间交互影响),采用二次多元回归拟合得到关于围带各参数的摩擦内阻尼定量计算公式,计算得到不同转速下各变量对围带摩擦内阻尼影响规律;阐明围带间约束限位改变动刚度限制振动位移及相邻围带间位姿重构诱发摩擦内阻尼耗散振动能量的减振机理,基于谱振图分析不同转速下各因素对系统响应特性的影响:随着转速升高,摩擦系数和接触刚度的增大使振幅下降幅度增大,减振率增大;接触角和初始间隙的增大,使振幅下降幅度先增大后减小,减振率先增大后减小。
  建立考虑围带摩擦内阻尼的转子系统稳定性判据,分析不同转速下围带参数(摩擦系数、接触刚度、接触角、初始间隙)对系统稳定性的影响,得出随着转速和围带参数变化系统稳定区域的变化范围。为提高系统运行稳定性,建立基于结构摄动修改动态优化围带摩擦内阻尼的方法,确定以围带摩擦内阻尼在不同工况下达到总体最优为目标函数,在约束条件下摄动修改设计变量,对修改后的围带结构重分析,直至符合目标函数,得出优化后的围带参数。优化后的围带摩擦内阻尼使振幅下降幅度增大,减振率增大,尤其在常规运行转速下,围带摩擦内阻尼消耗振动能量,抑制系统的振动响应,减振率达到71%,验证优化后的围带能高效抑振。
[博士论文] 王坤宇
动力工程及工程热物理 山东大学 2018(学位年度)
摘要:水泥行业的能耗和污染问题十分突出。在水泥生产过程中产生大量余热,若能充分利用,既可以满足企业用电需求,又能降低成本提高经济效益,还可以减轻热污染和环境污染,是世界水泥工业发展的趋势。我国作为世界最大的水泥生产和消费国,充分利用水泥工业余热势在必行。在水泥余热回收系统中,余热锅炉受热面是热能转换的重要设备,高温烟气以外掠管束换热的形式,加热管内的水形成蒸汽进行发电。管束排列方式主要有两种,即顺排和叉排排列。顺排管束排列整齐均匀,具有较小的流动阻力,且易于清洗和吹灰,但其传热系数较小,换热效率低;叉排管束交叉布置,烟气通过管束间交替收缩和扩张的弯曲通道流动,湍流强度高,具有更高的传热系数,但流动阻力和飞灰沉积量较大。
  针对水泥余热利用中存在的问题,本课题组研发并制造了一台新型顺排错流换热器,应用于某水泥厂的工业余热集成利用系统,并构建了余热锅炉实验平台,依托于水泥工业生产而又相对独立。本文以顺排错流换热器为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合,以及多目标优化的方法,分析了换热器流动及传热特性。
  构建了换热器传热和流动、熵产及经济性的理论模型,选取SSTκ-ω模型用于换热器数值计算。利用商业软件ANSYS Fluent15.0,采用数值模拟的方法对换热器流动与传热特性进行研究,对顺排错流换热器与传统顺排和叉排换热器进行比较分析。数值模拟结果表明,顺排错流换热器的传热性能明显优于顺排和叉排换热器。在相同入口速度条件下,表面传热系数比顺排高37.5~78.8%,比叉排高32.7~66.7%,但压降和流动阻力也高于二者。对不同管间距的顺排错流换热器进行了数值模拟,分析管间距对换热器参数及流动传热特性的影响;当达到ST/do=2.0和SL/do=2.5以后,管间距的增大对传热和阻力影响很小。根据模拟结果拟合得到了传热与阻力性能关联式,并通过对换热器的综合性能进行评价,得出管间距组合为ST/do=2.0、SL/do=2.0以及ST/do=2.0、SL/do=2.5的换热器综合性能最优。
  设计并搭建了换热器实验平台,依托水泥工业生产进行了换热器传热与阻力性能的大型工业实验研究,完成了不同热风温度、热风流量、给水流量等工况的水泥余热锅炉实验,分析不同工况特点对温度、压力、流量等参数的影响。与顺排换热器实验进行对比,在相同质量流量下,顺排错流换热器的表面传热系数高47.9~65.6%,但每排管束的压降也比顺排高1.6~2.5倍,换热器的有效度也优于顺排管束,具有高传热系数和高压降的特征。相同Res下顺排错流换热器的Nus比顺排高3.2~9.9%,fs比顺排高7.8~36.1%。顺排错流换热器具有更高的PEC*值,表明其壳侧综合性能更好。特殊结构使顺排错流换热器具有了非常高的管间特征流速,虽然大幅提高了传热性能,但却是以牺牲阻力性能为代价的。根据实验数据拟合得到了顺排错流换热器壳侧Nus和fs随Res变化的实验关联式,与数值模拟结果吻合较好,验证了本文数值模拟方法的可靠性与准确性。
  综合考虑换热器各项性能指标,基于换热器实验工况条件,以包括换热管外径、蛇形管管屏数、管程数、管长、横向管距、纵向管距以及进口风温在内的共7个参数作为设计变量,分别采用传热量最大和压降最小为目标函数以及采用Ns,△T最小和Ns,△P最小为目标函数,使用Matlab遗传算法对工具箱换热器进行了多目标优化。在相同传热量前提下,以传热量和压降为目标优化后的换热器传热面积、总压降和总成本比原始设计分别降低25.1%、85.7%和32.8%。提出使用假设理想点的方法定位Pareto前沿上与假设理想点距离最近的点作为最优点,并与Q/NP取最大值处的最优点进行了对比。二者与原始设计相比,在相同传热量下,压降分别下降了67.9%和69.7%,总成本分别下降了2.4%和16.3%,优化效果明显。对于以Ns,△T最小和Ns,△P最小为目标函数的优化,除了假设理想点法定位的最优点外,总改进熵产数最小值处可作为最优点之一。给出了多个Pareto前沿上的最优点进行设计参数和优化结果的对比,可根据实际需要灵活选择设计参数。
[硕士论文] 袁宝强
动力工程及工程热物理 山东大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭是我国主要化石的能源。煤炭燃烧产生的含灰烟气会对以燃煤为主的电站锅炉和工业余热锅炉受热面产生磨损和积灰等现象。换热管束的磨损会造成爆管和机组停运等事故,飞灰沉积会造成受热面传热恶化,不利于设备安全、高效和稳定运行。本文基于相关学者提出的磨损与沉积模型,对含灰烟气外掠对流受热面的磨损与沉积特性进行了数值研究,旨在为锅炉受热面设计和运行提供参考。主要工作如下:
  1.采用基于欧拉-拉格朗日法的离散相模型,建立了含灰烟气外掠对流受热面的数值模型,包括单管、顺排管束和顺排错流受热面等。总结各学者建立的磨损、沉积模型,选择适用于对流受热面的相应模型,编写了相应的用户自定义函数(UDF),并验证了其准确性。
  2.采用Tabakoff磨损模型,对含灰烟气外掠单根圆管和椭圆管的磨损特性进行数值模拟,同部分学者的实验和模拟结果进行比较,验证了模拟准确性。比较了不同烟气流速、颗粒粒径下,两种换热管磨损特性的差异,得到了沿换热管圆周方向上的颗粒碰撞和磨损规律。
  3.基于Tabakoff磨损模型,对课题组提出的一种新型顺排错流受热面的磨损特性进行分析。将数值模拟得到的该受热面的流动、传热特性与实验进行对比,在流动传热预测准确的前提下,采用该种受热面运行工况下的最大烟气流速和平均飞灰粒径探究了其磨损情况,并提出了相应的防磨建议。
  4.对含灰烟气外掠单根圆管和顺排管束沉积特性进行数值模拟。采用经验方程验证传热与流动模型的准确性,在此基础上探究不同烟气流速和颗粒粒径下的顺排管束沉积特性,并采用动网格方法对早期沉积层的堆积形貌进行了预测。
[硕士论文] 朱文斌
动力工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:生物质资源的利用对日趋紧张的环境污染问题和能源问题具有重要的意义,已经引起了广泛的关注。然而生物质存在高氯高碱金属的特点使得在利用过程中容易造成受热面沉积和腐蚀等问题。锅炉出口蒸汽温度越高,压力越大,机组效率越高,相对于燃煤机组,生物质灰更易造成腐蚀的特性是生物质锅炉利用效率面临的难题。因此,探讨锅炉的腐蚀和防护具有理论意义和实际应用价值。
  本文采用水平管式炉系统研究生物质腐蚀的规律及探究以粉煤灰为添加剂时的腐蚀规律。生物质锅炉受热面的腐蚀动力学曲线符合抛物线形式,拟合度良好,腐蚀的增重量随时间的推进有所下降,因为碱金属氯化物被消耗所致。当温度较低时,腐蚀反应进行的速率相对缓慢,随着温度上升,腐蚀速率呈指数增长,金属表面出现开裂剥落现象,这是由于反应速率急剧增加导致短时间内大量金属元素被氧化,内应力积聚增强导致的。四种金属材料的抗腐蚀性能由弱至强分别为:12CrlMoV<15CrMo<T91<TP347H。对四种金属的合金元素成分进行分析对比,认为高Cr金属因为形成一层致密的氧化膜从而具有较强的耐腐蚀性能,微量的Mo能提升金属抗腐蚀性,Ni具有很强的抗腐蚀能力。在合金中掺适当的微量元素能有效改善金属微观结构从而获得较强的抗腐蚀能力。生物质燃料的腐蚀性大小表现为:麦秆>棉杆,腐蚀性的差异是由于不同生物质灰的元素含量不同导致的,麦秆灰中含有更多的钾,氯等腐蚀性关键元素,所以腐蚀性较强。
  利用热分析动力学方法建立高温腐蚀热分析模型,采用定温分析法,根据G(α)-t曲线的拟合度及拟合误差综合考虑得到T91在480℃至680℃下的腐蚀反应类型为D2类型,腐蚀机理函数为G(α)=[-ln(1-α)]-1函数模式,指前因子k0=0.079497s-1,腐蚀反应活化能E=8100.40715J·mol-1,受热面腐蚀动力学方程dα/dt=0.079497exp(-974.32728/T)[-ln(1-α)]-1。
  利用粉煤灰作为添加剂探讨了粉煤灰基添加剂的可行性,通过对粉煤灰元素进行分析,结合腐蚀试验的结果发现添加剂的效果受灰中的硅、铝、钾、钠和钙的共同作用,当生物质中含有较多的碱金属时,采用含更高硅铝元素的粉煤灰是一个不错的选择。对粉煤灰类的添加剂可以以积灰最终的(Si+Al)/(Na+K)摩尔比来简单地对积灰的腐蚀性做一个大致的判断,摩尔比越大,该积灰的腐蚀性越小。硅铝比也会对腐蚀的效果产生影响,分析硅铝元素摩尔比对腐蚀效果的影响,认为硅铝比为1时能有效地减轻腐蚀,铝元素的含量可稍高一些,目的是为了从安全性考虑,防止生成低熔点的硅酸钾化合物从而加重炉内的积灰及腐蚀。从经济性考虑,为了尽量减少添加剂的量,最终建议加添加剂后(Si+Al)/(Na+K)的摩尔比为2,硅铝比为1时最佳,尽量选用低钙镁含量的粉煤灰,对于一般的粉煤灰,硅元素的含量一般大于铝元素,可考虑在粉煤灰中添加部分铝矾土以提高铝元素的含量。
[硕士论文] 陶倩
冶金(热能)工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钢铁行业高炉煤气产量丰富,其高效合理利用是企业节能减排的重要环节。本文以某钢厂75t/h内置稳燃装置高炉煤气、焦炉煤气混烧锅炉为研究对象,针对实际运行中存在的燃烧不稳定、热效率低及NOX浓度高等问题进行研究并提出优化措施。
  首先,进行不同煤气掺烧比工况的燃烧调整试验,结果表明:随着焦炉煤气掺烧的增加,热效率和NOX浓度均提高,锅炉全燃高炉煤气时,热效率较低,NOX浓度为35mg/m3,而掺烧40%焦炉煤气时,NOX浓度达到了431mg/m3,在综合考虑锅炉效率和NOX浓度的同时,认为掺烧20%焦炉煤气较为合适,此时锅炉热效率为88.84%,NOX排放浓度为152mg/m3;同时进行不同掺烧比工况下的数值模拟,表明掺烧焦炉煤气后炉膛整体温度提高,NOX浓度受炉内温度水平影响较大,其生成量随着掺烧比的增加而上升,上升幅度随掺烧比的增加而加快,且不同掺烧比工况下NOX的试验数据与模拟结果吻合较好。
  其次,在锅炉常规运行工况下,对稳燃装置布置前后炉内速度场、温度场和NOX分布进行模拟,结果表明:稳燃装置使火焰围绕其外围旋转上升,布置后的高炉煤气着火距离比布置前近,且布置后的炉内辐射能力比布置前强,稳燃装置可作为稳定的热源,加强炉内辐射换热。
  最后,在最优掺烧比例下,分别对100%、80%、60%和40%负荷和过量空气系数α=0.9、1.0、1.1和1.2工况进行模拟,得出负荷下降使炉内温度场水平明显下降,NOX排放减少,40%负荷时炉内最高温度才1371K,需考虑高炉煤气着火和稳定燃烧问题;α过大时NOX排放浓度增加,α过小时CO的燃尽率下降,在模拟工况范围内,α在1.1左右时,可取得较好的NOX排放和燃烧效率。
[硕士论文] 张晶晶
化学工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会经济发展的加快,对能源的需求不断增大,能源消费的缺口也不断扩大,节能减排成为缓解能源危机的重要途径之一。工业锅炉是重要的热能动力设备,提高其运行效率对于节能降耗具有重要的意义。我国工业锅炉数量庞大,使用面广,平均容量小,且以燃煤为主,分布在各行各业,各个地区,难以集中治理,机械化和自动化程度低,大部分需要司炉人员手动操作,管理人员和司炉人员素质不高,对于锅炉的运行管理比较困难,导致锅炉热效率低下。
  针对此情况,本论文提出构建面向各类工业锅炉的远程监测与处置系统,实现对锅炉运行动态实时监测的设想。
  首先,研究锅炉远程监测与处置系统构架及工作流程。根据锅炉运行工况所必须提取的参数信号,对传感器进行选型及安装,并对系统检测传感器进行了验证性考察,采用经过检定合格的相应仪表与系统检测用传感器,在同时、同等条件下对各参数进行测定,并对结果进行比对,结果表明,该系统检测传感器的准确性及数据采集的可靠性,可以满足锅炉运行参数的可靠采集。在分析锅炉数据采集需求基础上,采用工业级微处理器,研制了通用型数据采集装置,采集由传感器检测的模拟信号、由锅炉主控制柜内提取的开关信号和由网络摄像头采集的视频信号,进行汇总、编码以及数据传输,具有很强的通用性。
  其次,针对远程监测与处置系统设计了专业平台软件。通过传感器和数据采集装置对锅炉的温度、压力、氧量、水质硬度等参数进行实时监测和数据采集、存储,经由网络系统传输到远程监测中心,通过该平台软件进行综合处理,从而实现对锅炉运行信息的实时显示、数据分析和反馈调控,基于运行数据状况和专家系统的分析,监控中心采用现代通讯手段实现锅炉的远程控制。
  最后,对整个远程监测与处置系统进行了全面调试,通过对采集数据进行分析和模拟,系统模拟趋势与现场实测数据趋势一致,表明系统的实时数据分析功能完全符合锅炉的实际运行工况,具备有效进行操作指导的功能。选取具有代表性的两台锅炉,分别对它们在节能调整前的原始运行工况下运行数据进行测试,通过系统分析后提出调整措施,对锅炉进行运行调整,即改进锅炉实际运行控制条件及改善运行管理方法,再对节能调整后的调整运行工况下的运行数据进行测试,前后数据进行对比。结果表明,该系统真正具备节能效果,特别是燃煤锅炉节能效果明显。
  研究结果表明,该远程监测与处置系统能有效地对锅炉进行运行监管,及时发现运行安全问题,消除安全隐患,并能实现锅炉远程运行管理,及时调整运行参数,提高了锅炉的热效率,保障锅炉实现安全、节能运行。同时,通过扩展锅炉数量,有望建立地区覆盖性的锅炉远程监测中心,形成各个层面的信息共享,实现对在用锅炉真正意义上的安全与节能动态监管,为锅炉安全节能监管和政策制定提供可靠依据。
[硕士论文] 张亮
控制工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:在母管制锅炉机组的控制过程中都会存在以下两方面的问题:1.单炉燃烧问题:单炉燃烧时经常出现锅炉效率偏低和NOx的排放量较高等问题。2.多炉协调问题:多炉协调时经常出现母管的压力不稳定和机组的煤耗量较大等问题。因此,本文以大庆某热电厂母管制锅炉机组为研究对象,针对单炉燃烧优化和多炉协调优化进行深入研究。
  首先,针对锅炉燃烧控制系统的主要任务,分析给煤系统、送风系统、引风系统的调节方案。根据方案中的不足提出利用神经网络建模并通过遗传算法寻优的单炉燃烧优化方法。然后,根据220t/h锅炉的燃烧特性和控制需求,选择合理的输入和输出数据建立锅炉燃烧系统的RBF神经网络模型。在此基础上,以提高锅炉效率,降低NOx排放量为目的,设计锅炉燃烧优化的目标函数,并利用遗传算法进行寻优。寻优得到的各控制变量的最佳设定值提供给锅炉系统的基础控制层,实现单炉的燃烧优化。接着,利用现场运行数据分析母管的压力波动量与需要被调节的蒸汽负荷量之间的关系,求得母管当前所需的蒸汽总负荷。根据母管制锅炉机组的煤耗特性,建立蒸汽负荷分配的数学模型并利用二次规划算法和遗传算法将蒸汽总负荷最优分配给锅炉机组,实现多炉的协调优化。实验仿真和实际运行结果表明,本文针对母管制锅炉单炉燃烧和多炉协调提出的优化方法在提高锅炉效率、降低NOx排放量、维持母管压力稳定、降低机组煤耗量等方面均有较好的表现。
[硕士论文] 周丽
材料工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:锅炉属于乙类特种设备,在各个领域均会使用到,是热能生产与转换过程中必不可少的热力设备,因此每台都必须经过国家安全性能监测部门监查,以保证锅炉使用中的安全性。其中钢架作为锅炉主体承力设备,其稳定性决定了锅炉的安全性和牢靠性。
  本文以70MW型水煤浆锅炉支撑钢架为研究对象,基于大型有限元软件NX创建模型并分析,以MATLAB为工具编写相关程序,完成支撑钢架的空间静力分析、模态分析、地震和风载作用下的动力特性,为后续结构优化设计和安全性判别提供依据,该课题具有较高的实用价值和实践指导作用。
  首先,根据企业提供的钢架参数建立基于NX设计的参数化模型。依据相关规范运用等效理论计算并施加恒载、活载荷及风载荷的最不利工况载荷,完成结构整体空间静力分析,包括结构变形、应力、反作用力和弯矩并依据相关规定进行校核。
  其次,利用NX高级仿真模态分析中兰索士法计算钢架的自振特性。分析支撑钢架的前30阶固有频率及模态振型,研究结构的刚度分布特点和局部振动原因,并作为后续动力响应研究的基础。
  再次,通过NX高级仿真的响应分析功能,采用反应谱法和瞬态时程法分析地震作用下钢架的动力响应特性。依据相关规范确定设计反应谱曲线,并对钢架完成反应谱分析;另外,分别分析①EL-Centro波、②天津波及③人工地震波作为激励载荷时钢架的瞬态响应特性,计算并校核地震下钢架动变形和强度性能。
  最后,基于MATLAB平台,通过Monte Carlo中线性回归滤波器法编写程序并生成脉动时程风速。然后将平均风和脉动时程曲线作为激励载荷,完成风载荷作用下的动力响应分析,计算并校核风载下钢架动变形和强度性能。
[硕士论文] 杨静
机械电子工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国经济的快速稳步发展,煤炭消耗量持续增加,工业锅炉的数量也在与日俱增。由于中国燃煤工业锅炉具有热效率低,污染高,分布广的特点,对生态环境和能源安全带来了巨大威胁。因此,加强对于锅炉能效及排放的监管具有重要意义。
  本文在详细阐述了课题的研究背景、国内外现状以及研究目的后,讨论了现有的无线通信方式和现有的软件网络架构,提出了一种基于433MHz RF技术和GPRS通信技术,以B/S模式实现的锅炉能效及排放远程监测平台。本系统在局域网以433MHz RF技术组建通信网络,在广域网上通过GPRS通信技术与远端服务器相连接,监管人员通过浏览器即可远程监测锅炉的运行情况,通过对能效或排放数据的分析,便于采取相应的措施。
  系统硬件主要由传感器采集模块和集中器接收处理模块两个部分组成,围绕MSP430F149单片机、SI4432射频芯片和SIM900A芯片进行硬件电路的设计。在集中器接收处理模块上集成了433MHz通信子模块和GPRS通信子模块。传感器采集模块直接与传感器相连接,集成了433MHz通信子模块。在软件设计上,系统以B/S为软件网络架构,并将软件设计分为数据采集终端、TCP/IP服务器端和人机交互界面三个模块。在服务器端使用MINA通信框架实现与现场采集硬件的通信,并与MySQL数据库连接完成数据的存储。在人机交互界面模块,采用了EasyUI技术、FLASH技术和百度地图,实现了锅炉运行状态和能效及排放数据的Web页面展示。
[硕士论文] 戴宝鑫
动力工程 东南大学 2018(学位年度)
摘要:在国家大力倡导节能减排的背景下,兼顾环保和经济两方面特点的超临界CFB机组越来越多得到行业的重视,针对此类机组的建模与控制研究也日益增多。但目前已投产的此类机组较少,相关特性试验、运行经验十分匮乏。其协调控制系统的设计与优化套用传统煤粉炉的“PID+负荷前馈解耦”的控制策略,缺少对流化床机组自身特点的考虑,难以实现复杂对象的控制目标。因此针对此类机组建立较为精确的数学模型,采用先进的控制算法设计和优化机组的协调控制系统,对保证机组安全、经济、环保地运行具有重要的应用价值。本文主要研究内容包括:
  1)通过对循环流化床锅炉燃烧系统的主要设备、工作原理、重要变量控制问题的详细阐述,总结出循环流化床锅炉控制的难点和特点。其次介绍了状态空间辨识算法的原理并借鉴以往超临界机组的3输入3输出的模型结构,建立了一种新型4输入4输出的机组模型。并结合输入输出数据辨识得到该机组在典型工况点下的状态空间模型,对模型的精度和有效性进行了验证。
  2)根据所建立的机组模型,提出了一种4*4的超临界CFB机组的协调控制结构;并将一种新型热量信号引入该协调控制系统的设计中,用于煤质校正。根据上述设计的控制结构,采用多变量约束预测控制算法设计该机组协调控制系统的控制器。仿真过程中采用软约束方法优化处理变量约束无解问题,通过AGC负荷跟踪性能和预测算法抗干扰性能的仿真实验,从跟踪、解耦、鲁棒性等不同角度验证该算法在协调系统中的控制性能。
  3)采用MATLAB和C++设计了该机组的协调控制优化软件;针对该电厂实际情况进行DCS系统内逻辑组态的设计和修改;并对优化控制软件的实验室测试进行了分析和现场调试准备进行了说明。
[硕士论文] 吴俊博
控制科学与工程;控制理论与控制工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler,CFBB)是近30年来在海内外得到快速发展的新兴洁净燃烧技术,由于其燃料适应性广、脱硫脱硝效率高等优点,符合当前能源和环境这两个社会发展的主题。但是,循环流化床锅炉是一个非线性、强耦合、多入多出的大滞后系统。其流态化燃烧的技术特点使得炉膛内物料的流动和能量的交换相对传统煤粉炉复杂得多,这也使得循环流化床锅炉的控制变得更加困难。所以,建立面向控制的循环流化床动态数学模型是非常有实际意义的工作。
  基于上述原因,本文首先充分理解了循环流化床锅炉的工艺过程以及协调控制系统各个变量之间的耦合关系,分别建立了循环流化床床温、主汽压和功率的动态模型,并将其结合为循环流化床锅炉的协调控制系统模型。并且基于内蒙古京海电厂330MW循环流化床锅炉的现场实际数据,对所建模型进行了连续阶跃动态仿真和实时仿真。实时仿真结果与循环流化床锅炉的现场数据相吻合。
  为了解决协调控制系统的非线性问题,在所建协调控制系统模型的基础上,引入了T-S模糊模型,并将负荷作为模糊模型唯一的前件变量。将模糊推理系统与预测控制算法相结合,以T-S模糊模型为预测控制的预测模型,从而组成非线性模糊预测控制器。最后将所设计的控制器应用到CFB锅炉协调控制系统中。仿真结果显示,所设计的非线性模糊预测控制器对床温、主汽压和功率都能进行很好的控制,并且当机组负荷大范围变动时,相对于PI这传统控制算法,也有更好的控制品质。
[硕士论文] 王永智
动力工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:火力发电在我国电力行业中占据重要地位,有关火电站方面的研究始终备受关注。由于我国能源结构以煤为主,因而电站多是燃煤电站。煤在燃烧过程中,释放热量的同时也会产生大量氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)等污染物。随着社会经济的不断发展,我国的环保标准日益严格,必须寻求有效方法降低电站锅炉污染物排放;此外,燃煤价格不断上涨,在目前的上网电价定价机制条件下,降低发电成本是提高电厂利润的有效措施。电厂同时面临着降低运行成本与降低污染物排放的双重要求,因此高效低NOx燃烧技术日益受到人们的关注。
  为了研究高效低NOx燃烧技术,本文建立了基于支持向量机回归(SVR)的NOx排放模型与锅炉效率模型。使用粒子群优化算法(PSO)寻找支持向量机建模的最优参数,使用基于中位影响值的多因素权重系数分配方法(MEIVW)对模型的输入变量进行加权以进一步提高模型的精度。使用测试数据对模型进行测试,测试结果表明模型能够较好的对锅炉NOx的排放量以及锅炉效率进行预测。
  在上述两个模型的基础之上,以NOx排放量和锅炉效率为优化目标,以锅炉配风方式的各可控参数为优化变量,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)对NOx排放和锅炉效率进行了优化。优化结果表明,降低NOx排放量与提高锅炉效率是相互矛盾的,这也与机理分析的结果相一致。但是对于一些严重偏离正常运行情况的工况,此类工况优化潜力较大,MOPSO算法能够寻找到合适的运行参数以实现高效低NOx燃烧,优化结果表明,该优化算法能够在保证锅炉效率的情况下有效降低NOx排放量,优化后节能减排效果明显。由于MOPSO算法在进行优化后得到的是一个解集,本文使用基于企业成本的多目标优化结果选择方法,能够从Pareto解集中选择出经济效益最好的粒子用以指导锅炉运行。
[硕士论文] 张思齐
控制科学与工程;模式识别与智能系统 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:锅炉燃烧稳定性在对燃煤电厂锅炉运行的安全与经济性有影响的因素中占据主要的地位。实时监控炉内燃烧状态是十分必要且重要的。目前,在运行人员依据经验对锅炉燃烧状态进行判断的基础上,可依据锅炉实时参数或火焰图像提取特征量对其燃烧状态进行建模,达到实时监控锅炉燃烧状态的目的。
  本文提出一种基于多数据融合的神经网络建模方法,利用所述方法搭建了锅炉燃烧稳定性模型,实现了对锅炉燃烧稳定性进行判断的功能。首先通过机理分析以及相关性分析,得到一组对锅炉燃烧稳定性有明显影响的检测参量和火焰图像特征量,图像特征量包括黑龙长度与混合强度,并将其分为对锅炉燃烧状态有影响的影响因素和能反映锅炉燃烧状态的反映因素。并采用自组织神经网络搭建锅炉燃烧初步稳定性判断模型,提取反映因素的特征量,将其作为自组织神经网络的输入,利用自组织网络得到初步判稳结果,通过将结果与运行人员经验结果相比较,判断其有效性。然后利用时间序列神经网络搭建进一步燃烧稳定性判断模型,将影响因素作为输入,初步稳定性判断模型中的欧氏距离作为输出,用上述样本数据训练神经网络,并验证模型的有效性。经过测试,发现该模型的迭代次数以及误差都在规定范围以内,具有优良的判稳效果。最后,为本文的研究结果作出总结与展望。
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