發(fā)布時間：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。燃煤機組是一個時變、非線性、強耦合、大時滯、多變量的復(fù)雜系統(tǒng),加上涉及學(xué)科領(lǐng)域眾多以及測點的不完備性,在機組工藝、運行、優(yōu)化等方面仍有許多難題沒有攻克。隨著高參數(shù)、大容量燃煤機組的大量投運,對于燃煤電站狀態(tài)監(jiān)測、性能評估和熱經(jīng)濟性優(yōu)化的需求變得愈加迫切。本文開展了涉及燃煤機組鍋爐側(cè)和汽機側(cè)的全流程機理建模、關(guān)鍵狀態(tài)在線監(jiān)測和熱經(jīng)濟性優(yōu)化研究,主要研究成果包括:(1)建立了涵蓋鍋爐側(cè)和汽機側(cè)的燃煤機組全流程機理模型。基于MATLAB編程環(huán)境開發(fā)了面向亞臨界和超超臨界機組的、具有一定通用性和可擴展性的全流程實時仿真平臺。(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結(jié)果基礎(chǔ)上實現(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)估計方法。引入修正系數(shù)補償由于不穩(wěn)定換熱對空預(yù)器溫度分布的影響�；�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�系統(tǒng)對機組熱經(jīng)濟性的影響。建立了回?zé)峒訜崞鞫瞬顟?yīng)達值模型,利用回?zé)岢槠�系統(tǒng)汽水分布矩陣方程,計算汽輪機效率的相對變化量。通過穩(wěn)態(tài)的滾動更新將本方法擴展到全工況下熱經(jīng)濟性分析。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組熱經(jīng)濟性影響更大,汽輪機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組,凝汽器壓力優(yōu)化簡化成具有有限個可行解的整數(shù)規(guī)劃問題。對于配置變速泵的機組,選取機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-冷端耦合系統(tǒng)傳熱機理,建立汽機-冷端耦合系統(tǒng)變工況熱力特性模型。以機組功率收益為耦合系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的評價指標(biāo),選取機組功率收益增量作為熱經(jīng)濟性協(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際運行主蒸汽壓力和滑壓運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)濟騰飛增長迅猛。圖 1-1 是進入 21 世紀(jì)來我國火電裝機容量及其占總裝機容量比例的統(tǒng)計圖�？梢钥闯�，火電裝機容量和總裝機容量逐年上升，2017 年火電裝機容量達到 10.9 億千瓦，占總裝機容量的 61.2%[5]。圖 1-1 火電裝機容量與總裝機容量統(tǒng)計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)計圖。盡管自 2011 年火電裝機占總裝機容量的比例逐年下降，，但是 2017 年火力發(fā)電量仍達到 4.47 萬億 kWh，占總發(fā)電量的 69.6%[6]。預(yù)計在今后相當(dāng)長的時期內(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 火電裝機容量與總裝機容量統(tǒng)計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)計圖。盡管自 2011 年火電裝機占總裝機容量的比例逐年下降，但是 2017 年火力發(fā)電量仍達到 4.47 萬億 kWh，占總發(fā)電量的 69.6%[6]。預(yù)計在今后相當(dāng)長的時期內(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】

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本文編號：2647726