火电机组超低负荷运行稳定性分析及控制系统优化

摘要

由于我国煤炭资源的日益短缺，而保护环境又是当今时代发展的需求，我国大力发展风能、太阳能、水能、核能等新型清洁能源发电产业。近几年，可再生能源的规模化并网规模越来越大，由于可再生能源发电波动大，使得火电机组要加强深度调峰能力，比如在风力发电多的季度，为了减少弃风率，火电机组需要减少发电负荷，这就使得火电机组需要处于50%以下的超低负荷运行工况下。火电机组在超低负荷工况下运行时，使得炉膛燃烧温度降低，容易发生燃烧不稳定的状况，导致炉膛灭火。锅炉的燃烧稳定影响着整个机组的运行稳定，锅炉的燃烧稳定也是机组运行稳定最关键的部分，所以对锅炉超低负荷下燃烧稳定性的准确判断是保证锅炉在超低负荷下安全稳定运行的前提，也是实施锅炉燃烧控制系统优化的重要保障。 经大量实验分析，锅炉氧量信号、炉膛压力、一次风量等参数影响着锅炉的燃烧稳定，而FSSS系统的火检判稳仅仅依据火检信号进行火焰有无的判断，若火检信号检测不准，会造成误判、漏判现象。针对这一问题，提出了一种基于D-S证据理论的燃烧稳定性判断方法。本文利用D-S证据理论可以综合利用多个传感器信息的特点，选取了影响锅炉稳定燃烧的参数作为证据，获得这些参数在锅炉某一负荷工况下稳定运行的数据作为典型样本，提取信号的燃烧特征量，对数据进行归一化处理，利用信度函数分配公式计算出各个证据在着火模式和灭火模式下的信度函数分配值，再根据D-S证据理论的联合规则，进行数据融合，得出最后的判断结果，经实验分析，该方法判断结果与历史记录一致，证明了该方法的正确性。 根据锅炉热力计算公式，建立锅炉燃烧控制系统模型，分析煤质变化、不同磨启停方式以及不同过量空气系数对锅炉运行参数的影响。实验结果可以给运行人员提供操作指导，确保锅炉的安全稳定运行。实验结果表明：（1）随着煤中水分、灰分的增加，理论燃烧稳定降低，炉膛出口烟温上升；（2）在停用最底层磨时炉膛出口烟温最高；（3）随着过量空气系统的增加，炉膛出口烟温逐渐升高。 在内蒙古京科电厂进行超低负荷投运实验，根据上述理论分析和实验结果，针对不同运行工况做出相应的燃烧优化调整，使得京科电厂330MW锅炉可以安全稳定的运行在30%负荷工况下，实验达到预期效果，也证明了本文所讨论的方法的实用性与准确性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究动态

1.2.1 国外燃烧优化控制技术

1.2.2 国内燃烧优化控制技术

1.2.3 燃烧状态监测与稳定性判断的研究现状

1.3 论文主要工作

第2章 电站锅炉火检系统

2.1 燃烧器

2.1.1 旋流煤粉燃烧器

2.1.2 直流煤粉燃烧器

2.2 低负荷稳燃技术

2.2.1 投油助燃

2.2.2 微油点火技术

2.2.3 等离子点火技术

2.3 FSSS系统

2.3.1 主要功能

2.3.2 锅炉灭火保护

2.4 本章小结

第3章 基于信息融合的燃烧稳定性诊断

3.1 D-S证据理论

3.1.1 D-S证据理论基本概念

3.1.2 典型样本

3.1.3 概率密度函数

3.1.4 信度密度函数

3.1.5 信度函数分配的构造

3.2 影响燃烧稳定性的因素

3.2.1 负荷

3.2.2 煤粉浓度

3.2.3 一次风温与风速

3.2.4 一次风量

3.2.5 炉膛压力

3.3 燃烧状态特征提取

3.4 实例计算

3.4.1 基于D-S证据理论的燃烧稳定性诊断

3.4.2 燃烧稳定性诊断实例

3.5 本章小结

第4章 超低负荷燃烧控制系统

4.1 锅炉燃烧模型

4.2 锅炉燃烧模型的验证

4.2.1 锅炉本体介绍

4.2.2 燃煤特性

4.2.3 燃烧和烟气焓模型的验证

4.2.4 炉内传热模型的验证

4.3 锅炉燃烧模型在超低负荷下的应用

4.3.1 不同磨煤机启停方式对锅炉主要设计参数的影响

4.3.2 不同煤质对锅炉主要设计参数的影响

4.3.3 不同过量空气系数对锅炉主要设计参数的影响

4.4 火电机组超低负荷运行投运实验

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢