燃煤电站锅炉受热面吹灰优化研究

发布时间：2020-05-15 00:26

【摘要】：随着节能减排的不断深入,我国对于能耗和污染物排放的要求也越来越高。燃煤发电作为我国电力供应的主要来源,其节能减排压力同样巨大。燃煤锅炉燃烧过程会产生灰污,这些灰污最后以积灰或结渣的形式依附在受热面上,会导致锅炉传热效率降低,排气排烟管道的阻力增大,如果对此不加以控制,将会导致降低炉效、增加煤耗等问题,影响锅炉的经济运行。解决这一问题的通常手段就是对受热面进行吹灰,但是吹灰不及时和吹灰过多都会造成不必要的能源浪费。针对这一问题,本研究在构建了灰污监测模型的基础上,通过基于数据统计的方式、基于增量分布的方式和基于剩余时间的方式,建立相应的吹灰优化模型,并提出相应的吹灰优化策略,以提高燃煤电站的能源利用效率。本文研究工作主要分为以下几个方面:(1)首先对锅炉受热面的关键参数的在线监测问题进行了研究,以污染率(FF)表征受热面清洁状态对锅炉受热面传热的影响,建立了锅炉省煤器受热面的清洁状态在线监测模型实现了对锅炉热效率的在线实时获取,为后续的优化工作奠定基础。(2)针对目前锅炉受热面吹灰方式不合理的情况,在权衡了吹灰引起的锅炉效率和蒸汽损失,从锅炉经济效益出发,建立了一种基于数据统计的受热面吹灰优化模型。从统计的角度分析同一测量点的多个数据集的数据分布,结合受热面的优化模型,得到锅炉省煤器的最佳吹灰周期。(3)在前面的基础上改进吹灰模型和数据分析方法。通过分析相同工况下的多组污染率,得到同一测量点在不同时间的增量分布,并根据分布曲线得到期望值。通过已知的初始清洁状态预测未来加热表面的加热状态。通过分析污染率的趋势,结合吹灰优化模型,提出了一种基于增量分布的吹灰优化策略。(4)进而研究了剩余时间预测及预防性吹灰最优决策问题,提出了一种基于剩余时间预测的燃煤电站锅炉吹灰优化策略。建立了以预测间隔、吹灰阈值为优化变量和最小平均吹灰费用为目标的优化模型,得到锅炉最优的监测周期和吹灰阈值,并使锅炉长期运行的平均费用率最低。
【图文】：

国际能源署

图 1-1 国际能源署预测尽管可再生能源电厂(风能、太阳能、水力、地热、潮汐能)在过去 10 年经历了强展，但化石燃料发电厂仍然是许多国家的主要电力供应源。据国际能源署预测，0 年，75%的能源将由化石燃料供应[1]。目前，燃煤是化石燃料发电厂的主要形式来，随着环境保护、节能降耗、节能降耗等方面的需求日益增加，燃煤电厂的节重要。2018 全年全社会用电量达到 68449 亿千瓦时，同比 2017 年增长为 8.5%，

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《国务院能源发展战略行动计划（2014-2020）》和《电力发展“十三五”规划(2016-2020年)》中都对火电行业节能减排提出了更高的要求。到 2020 年火电的供电煤耗要从 2015年 318 克标准煤/千瓦时降低到 310 克标准煤/千瓦时以下；到 2020 年煤电机组平均供电煤耗控制在每千瓦时 310 克以下，其中新建机组控制在 300 克以下，二氧化硫、氮氧化物和烟尘排放浓度分别不高于每立方米 35 毫克、50 毫克、10 毫克[3]。锅炉是一种重要的燃煤动力设备，因为锅炉运行稳定、可靠，作为生产用能和生活用热的重要热量来源[4]。其中挖掘锅炉节能潜力的核心是提高锅炉各个换热设备和整体传热效率，将燃煤的热值最大限度的转化为工质的热能。煤的成分中含有灰分，含量一般为 10-20%左右，，一些劣质的煤炭的灰分甚至会超过 30%。燃烧煤过程所产生的飞灰颗粒，这些灰分大约 90%为飞灰，随烟气带到各受热面。经常随烟气流途经锅炉的各个受热面时，无法避免地的沉积在锅炉受热面管道表面，一般将这种现象称为积灰或结渣。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621.2;X773

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