35MWth富氧燃烧锅炉岛动态仿真及运行控制研究

摘要

富氧燃烧作为一种可以与现有常规电厂相互兼容运行的技术，在短时间内可以实现CO2大规模减排和富集。目前，已经开展了许多关于富氧燃烧实验的研究，并且建立了一定数量的中试平台。然而，关于富氧燃烧系统动态仿真和系统控制研究内容还不足，大部分只是对富氧燃烧局部系统进行了研究，对富氧燃烧整体控制系统研究还很少。本文采用Aspen Plus Dynamics建立了35MWth富氧燃烧锅炉岛动态模型，并对该模型进行动态仿真。主要研究内容及结果如下。 首先，确定了35MWth富氧燃烧锅炉空气模式系统流程，构建了35MWth富氧燃烧锅炉岛空气模式系统控制策略和闭环控制系统。控制器参数整定方法很多，本文采用工程上比较常用的Zielger-Nicholsz方法对控制器参数进行了整定。通过对2%和5%变负荷率和燃料阶跃工况进行动态仿真。结果显示，模拟与实验数据有比较高的吻合度，表明建立的35MWth富氧燃烧锅炉岛空气模式闭环控制系统具有良好的鲁棒性。 其次，比较了空气模式和富氧模式结构和运行差异性，确定了35MWth富氧燃烧锅炉岛富氧模式系统流程。通过“从上到下分析，自底而上设计”的控制结构设计步骤，确定了富氧模式系统目标变量控制参数、控制策略和控制器参数。通过对燃料阶跃变化、变负荷率和参数延时测量工况进行了动态仿真。结果表明，建立的35MWth富氧燃烧锅炉岛富氧模式闭环控制系统具有良好的抗干扰性，负荷变化越快和参数测量延时性越大，系统运行就越不稳定，参数调节波动幅度也就越大。 最后，研究了富氧-空气模式切换，综合空气和富氧模式系统流程和控制结构，建立了模式切换流程和控制策略，并且制定了空气和富氧模式相互切换时的控制目标参数。结果表明，仿真结果与实验数据相互吻合，在切换过程中相关运行参数均能平稳变化，系统部分控制参数均能保持稳定。为研究35MWth富氧燃烧锅炉岛控制系统逻辑组态，制定了相应系统的SAMA逻辑组态简图，为搭建完整的逻辑组态提供了基础。

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