建模失败范例锅炉的优化运行问题分析

1、第一页答卷编号:论文题目：锅炉的优化运行问题分析姓名专业、班级有效联系电话参赛队员1刘*电气1*1*9参赛队员2全*电气1*1*6参赛队员3祝*电气1*1*9指导教师：王*老师 参赛学校：*大学证书邮寄地址及收件人：北京市昌平区回龙观北农路2号华北电力大学电气1207刘*答卷编号:阅卷专家1阅卷专家2阅卷专家3论文等级摘要本文运用优化模型对锅炉的主要运行参数进行了优化设计，并给出了具体的 优化设计方案。问题一中目标为最佳过量空气系数。过量空气系数a直接影响排烟热损失去 q2，化学不完全燃烧热损失q3，和固体不完全热损失q4, q2+q3+q4的值随过量 空气系数增加先减小后增大，只考虑qz+q

2、s+qs建立了简单的单目标规划模型。 然后用matlab软件进行编程求解，得到问题一的最优结果：欲使q2+q3+q4值最 小，过量空气系数应为1.2,即最佳过量空气系数为1.2,排烟热损失，化学不完 全燃烧热损失，固体不完全热损失见正文。问题二要求利用已给的锅炉的运行参数表达出锅炉效率与过量空气系数的 关系。在问题一的基础上，引入散热损失qs和灰渣物理热损失46。散热损失在 实际应用中与排气量有关，与过量空气系数无关，可当作常数计算。q6与过量空 气系数有关。利用问题一，用matlab软件编程实现，加上问题-屮求得的关系 式，得出锅炉效率与过量空气系数的关系式为：问题三结合问题二，主要分析主气

3、流量，排烟温度，烟气含氧量以及过量空 气系数对锅炉效率的影响分析，散热损失与主气流量呈正线性关系，排烟温度直 接影响排烟热损失，烟气含氧量影响排烟热损失，化学燃烧热损失，固体不完全 热损失，锅炉效率与烟气含氧量呈二次曲线，从而进一步分析。问题四结合问题一，二，三适当调节运行参数，可以有效提高锅炉效率。木文综合考虑了各个方血，建立了符合条件的优化模型，采用matlab编程 的方法，求得的结果完全满足题目的要求，并有一定的实际价值。问题重述锅炉是活力发电厂的关键设备之一，促进锅炉节能降耗的重要手段之一是对 锅炉机组热力系统进行在线检测与分析，进而优化其运行参数。在锅炉实际运行 中，为使燃料燃尽。实

4、际供给的空气量总是要人于理论空气，超过的部分成为过 量空气量，过量空气系数是指实际空气量vk与理论空气量voz比。过量空气系 数直接影响排烟热损失q2,化序不完金燃烧热损失q?，机械不完全燃烧损失q4o 当炉膛出口过量空气系数增加时，q?+q3+q4先减少后增加，有一个最小值，与此 最小值对应的空气系数称为最佳过量空气系数。由于过量空气系数对化学不完全 燃烧热损失影响较小，故可视为常数处理。据此对以卜问题进行研究：1. 确定锅炉运行的最佳过量空气系数；2. 给出锅炉效率与过量空气系数的关系；3. 研究出锅炉的运行参数对锅炉效率的影响；4. 探讨锅炉的优化运行方法问题假设模型假设：假设1：题目所

5、给数据是合理、正确的 假设2：假设所有的锅炉机组都在正常的运行，忽略其故障及修理吋间。 假设3：以300mw锅炉为例进行分析假设4：现实中排废率约2%,故主汽流量修订为865t/h 假设5：漏气系数为0假设6：空气供给和空气成分是持续稳定的问题分析问题一过量空气系数越大空气，容积越大，会使烟气排热量增大，使锅炉热 效率降低。过量空气系数a增大会使氧气的供给增大,促进碳和一氧化碳的燃烧, 减少了其不完全燃烧的热损失的同时，也减少了其物理显热损失问题二在问题一的基础上加入锅炉散热和灰渣的物理显热损失，散热损失在 实际应用中与排气量有关，与过量空气系数无关，可当作常数计算。问题三机组负荷与主蒸汽流量

6、直接线性相关，可不做考虑。主蒸汽流量与散 热损失成正比，排烟温度与排烟热损失直接影响排烟热损失，同时锅炉功率述与 过量空气系数相关，烟气含氧量反应煤的燃烧程度，可影响其效率问题四根据以上结论对对锅炉效率有影响的参数修订，可提高锅炉效率。问题一的解答每千克燃料输入的锅炉热量q包括燃料的收到基低位发热量cu,net,p、燃料 的物理显热cu和雾化燃油用蒸汽带入的热量qwh,当用外来热源加热燃料或空气 吋，述应计入由此带入炉内的热量qm因而可得q=qar,net,p+qrx+qwh+qwl燃料的物理显热很小，可以近似忽略，雾化燃油用蒸汽带入的热量，由于燃 料是煤不予考虑，预热空气热量来自于空气预热器

7、内的低温烟气，给水所带热量 来口于省煤器中的中温烟气，不属于外来热源热量，所以qr=qar,net/p=b*(qgy-2510*(9*hy+wy)其屮0/为应用基高位发热量，b为试验期间平均耗量，hy为煤中的碳含量 wy为煤屮的无机水分含量300mw锅炉排烟温度为137,76摄氏度，环境温度为20摄氏度烟气排除锅 炉吋带走的物理显热造成的热损失q2=100*q2/cir%q2h2o=vh2o*cp?h2o*(py-to) kj/kg q28y=vgy*cp,gy( 0 py-to)kj/kgq2=q28y+q2h2°+lfhkj/kgq2=q2gv+q2h2o+|fykj/kg卜标含

8、义：py为排烟；fh为飞灰；为尾部烟道出口处的费灰焰 烟气中的飞灰和底灰中的含碳量造成的燃烧热损失q4 v0=(1.866*cy+5.56*hy+0.7*sy+0.7*oy)/0.21;lo=1.293*vo;v。为每小时输入的空气体积；l。为每小时输入的空气质量qr=b*(qgy-2510*(9*hy+wv);qs=0.0063*qr;设a毎小时排气质量a=b*(l-ahz)+a*l0;由查资料得a和cm成二次函数关系，经matlab拟合得到a=l.1:0.05:1.5;cfh=5.90 5.10 4.75 4.6 4.55 4.50 4.45 4.43 4.50;» r=(a.a

9、2)' a' ones(9,l);» a 二 rcfh'a =16.714346.227136.3229cfh=16.7143* a 2-46.2271* a +36.3229所以q4=b*ahz*chz+cfh*a;可燃气体为完全燃烧热损失q是锅炉排烟中含有残余的口j燃气体(co,ch4,h2,cmhn等)未能放出燃烧热所造成的热量损失。对现代电站的燃煤锅 炉，烟气屮的出，ch4, cmhn等可燃气体含量小，可忽略。所以气体未完全燃烧 的热损失，计算公式可由q3=vgy/qr(12640*co+10798*h2+35818*ch4+59079*cmhn)*(

10、l-q4/100)口j化另q3=12640*co*vgy/qr*(l-q4/100)=12640*vm/qr* (l-q4/100) 式中：vgy每千克收到基燃料不完全燃烧时生成的干烟气体积，m31- q4/100由于q4的存在，lkg燃料中有一部分燃料并没有参与燃 烧及生成烟气，孤影对烟气中的co进行修正设一氧化碳质量mco(kg/h)mco=(b*(cy-chz*ahz)-a* (ro2*12/44+cfh) *28/12;vm=rt/p二&314(137.76+273.16)/101000*4/3;所以q3=12640*vm(l-q4/qr);令 f ( a )二(q2+q3+q

11、4)/qr当f ( a )最小时，f( a )=0.由matlab求得随机变量a =1.2446所以最佳过量空气系数a =1.2问题二的解答由于锅炉本体(即锅炉炉膛、水平烟道，尾部烟道等处的炉墙，循环流化床锅炉 还包括冷渣器、外置式换热器处的炉墙)向环境散热引起的热损失q5=100*q5/qr本题取参考主流量850t/h,加上2%的排废率，实际主流量取865t/h,读图可得05=0.63%锅炉燃用固体燃料时，从锅炉屮排出的炉渣还具冇一定的物理显热，其计算公式 可简化为q6=b*ahz*(h6oo-h2o)所以锅炉效率“f ( a ) -(qs+qej/qr问题三的解答对锅炉运行的热效率产牛影响的主要参数是机组负荷，烟气含氧量，主汽流量和 排烟温度，其中，机组负荷与主汽流量直接相关，且经拟合得其与主汽流量为正 线性相关，所以，机组负荷对锅炉热效率的影响可转化为