發(fā)布時(shí)間：2020-05-03 15:19

【摘要】：火力發(fā)電、尤其是燃煤發(fā)電在當(dāng)前以及可預(yù)見的未來都是我國電力供應(yīng)的主體。燃煤機(jī)組是一個(gè)時(shí)變、非線性、強(qiáng)耦合、大時(shí)滯、多變量的復(fù)雜系統(tǒng),加上涉及學(xué)科領(lǐng)域眾多以及測點(diǎn)的不完備性,在機(jī)組工藝、運(yùn)行、優(yōu)化等方面仍有許多難題沒有攻克。隨著高參數(shù)、大容量燃煤機(jī)組的大量投運(yùn),對于燃煤電站狀態(tài)監(jiān)測、性能評估和熱經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的需求變得愈加迫切。本文開展了涉及燃煤機(jī)組鍋爐側(cè)和汽機(jī)側(cè)的全流程機(jī)理建模、關(guān)鍵狀態(tài)在線監(jiān)測和熱經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化研究,主要研究成果包括:(1)建立了涵蓋鍋爐側(cè)和汽機(jī)側(cè)的燃煤機(jī)組全流程機(jī)理模型�；贛ATLAB編程環(huán)境開發(fā)了面向亞臨界和超超臨界機(jī)組的、具有一定通用性和可擴(kuò)展性的全流程實(shí)時(shí)仿真平臺。(2)利用蒸發(fā)系統(tǒng)模型、換熱器系統(tǒng)模型和煙氣質(zhì)量流量模型估計(jì)爐膛出口煙氣溫度。建立了半輻射式換熱器動態(tài)傳熱模型,根據(jù)能量平衡將煙氣溫度辨識轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿煔鉁囟葹楸粚?yōu)變量的最優(yōu)化問題。在水平煙道煙溫估計(jì)結(jié)果基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)換熱器換熱性能的在線評估。(3)建立了基于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器溫度分布的直接漏風(fēng)估計(jì)方法。引入修正系數(shù)補(bǔ)償由于不穩(wěn)定換熱對空預(yù)器溫度分布的影響。基于空預(yù)器溫度分布建模結(jié)果,利用穩(wěn)態(tài)下一次風(fēng)和二次風(fēng)的質(zhì)量和能量平衡關(guān)系辨識一次風(fēng)和二次風(fēng)的直接漏風(fēng)量,并給出天級和月級的直接漏風(fēng)量和漏風(fēng)面積仿真結(jié)果。(4)研究了回?zé)岢槠到y(tǒng)對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響。建立了回?zé)峒訜崞鞫瞬顟?yīng)達(dá)值模型,利用回?zé)岢槠到y(tǒng)汽水分布矩陣方程,計(jì)算汽輪機(jī)效率的相對變化量。通過穩(wěn)態(tài)的滾動更新將本方法擴(kuò)展到全工況下熱經(jīng)濟(jì)性分析。根據(jù)仿真結(jié)果得到如下結(jié)論:高壓加熱器比低壓加熱器對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響更大,汽輪機(jī)效率對上端差變化更加敏感。(5)研究了基于定速泵和變速泵的凝汽器壓力優(yōu)化問題。建立了凝汽器變工況熱力特性。對于配置雙速泵的機(jī)組,凝汽器壓力優(yōu)化簡化成具有有限個(gè)可行解的整數(shù)規(guī)劃問題。對于配置變速泵的機(jī)組,選取機(jī)組凈功率為凝汽器壓力優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),并結(jié)合循環(huán)水調(diào)節(jié)的動態(tài)過程等因素,引入保持時(shí)間對操縱變量施加約束。(6)以主蒸汽壓力、低壓缸排汽壓力和排汽質(zhì)量流量為耦合變量,分析汽機(jī)-冷端耦合系統(tǒng)傳熱機(jī)理,建立汽機(jī)-冷端耦合系統(tǒng)變工況熱力特性模型。以機(jī)組功率收益為耦合系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)指標(biāo),選取機(jī)組功率收益增量作為熱經(jīng)濟(jì)性協(xié)調(diào)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。仿真結(jié)果表明,主蒸汽壓力調(diào)節(jié)占主導(dǎo)地位,優(yōu)化后汽輪機(jī)效率整體提高。在同一負(fù)荷下,優(yōu)化后主蒸汽壓力依次大于實(shí)際運(yùn)行主蒸汽壓力和滑壓運(yùn)行下主蒸汽壓力參考值。
【圖文】：

因此燃煤火力電站的節(jié)能減排不僅具有重大經(jīng)濟(jì)效益，對從源頭上降低空氣污染和霧霾也極為關(guān)鍵。自 2000 年以來，我國對電力的需求隨經(jīng)濟(jì)騰飛增長迅猛。圖 1-1 是進(jìn)入 21 世紀(jì)來我國火電裝機(jī)容量及其占總裝機(jī)容量比例的統(tǒng)計(jì)圖�？梢钥闯觯痣娧b機(jī)容量和總裝機(jī)容量逐年上升，2017 年火電裝機(jī)容量達(dá)到 10.9 億千瓦，占總裝機(jī)容量的 61.2%[5]。圖 1-1 火電裝機(jī)容量與總裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)Fig. 1-1 Capacity of coal-fired power installation and total installation圖 1-2 是我國火力發(fā)電量及其占總發(fā)電量比例的統(tǒng)計(jì)圖。盡管自 2011 年火電裝機(jī)占總裝機(jī)容量的比例逐年下降，，但是 2017 年火力發(fā)電量仍達(dá)到 4.47 萬億 kWh，占總發(fā)電量的 69.6%[6]。預(yù)計(jì)在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)可再生能源發(fā)電將得到快速發(fā)展，但燃煤發(fā)電仍將占有最大比重。

圖 1-1 火電裝機(jī)容量與總裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)Fig. 1-1 Capacity of coal-fired power installation and total installation圖 1-2 是我國火力發(fā)電量及其占總發(fā)電量比例的統(tǒng)計(jì)圖。盡管自 2011 年火電裝機(jī)占總裝機(jī)容量的比例逐年下降，但是 2017 年火力發(fā)電量仍達(dá)到 4.47 萬億 kWh，占總發(fā)電量的 69.6%[6]。預(yù)計(jì)在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)可再生能源發(fā)電將得到快速發(fā)展，但燃煤發(fā)電仍將占有最大比重。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM621

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2647726