电厂锅炉分磨掺烧的优化模型研究

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在以燃煤发电为主导的中国,由于煤炭资源分布格局的巨大差异性和煤源生产及供应条件的限制,致使电厂来煤煤种多变、煤质不稳和煤价居高不下。将不同煤进行掺烧是解决此问题的一个简单而有效的手段,为此近些年不少电厂在锅炉日常运行中采用掺烧的方式,而且混煤燃烧的方式今后在我国将更为普遍。  煤粉燃烧过程是一个复杂的物理化学过程,混煤燃烧更为复杂。在混煤燃烧的过程中,不同煤种的煤粉在炉膛内相互影响、相互制约,混煤的煤种、混煤的比例、混煤燃烧时的运行参数等因素都是影响混煤燃烧的重要因素。另外,在电厂选择掺混煤种的时候必然涉及到运行中的安全性、经济效益、环境影响等问题。因此,掺配方法的先进性以及混煤燃烧计算的准确性就显得尤为重要。  由于分磨掺烧在提高混煤燃烧效率、降低飞灰含碳量等方面优于其他掺烧方式,且掺配灵活,因而得到越来越多的应用。为此,本文在前人研究的基础上提出了“分磨掺烧”方式下的掺混模型和燃烧模型。其中,掺混模型通过线性规划理论,以电厂入炉煤质要求为约束条件,磨煤机出力限制作为筛选条件,以混煤燃烧的安全性、经济性以及用户自定义指标作为目标函数,对掺混煤种之间煤种组合以及比例组合进行寻优,得到目标函数下较佳的掺混组合和比例;燃烧模型以傅维标通用煤种燃烧模型为核心,建立一维炉膛模型,获得混煤燃烧时炉膛的一维温度分布、燃尽率以及NO浓度分布。通过掺混模型和燃烧模型的结合,形成了针对分磨掺烧应用的一套完整的解决方案。  采用Matlab软件编写了模型的计算程序,将核心计算程序嵌入到C#语言编写的web系统平台中,实现了功能的工程应用化。在掺烧管理系统的平台中,以掺混模型为基础,通过拓展购煤决策、掺混决策、磨煤机启停决策等模块,实现了电厂用户不同需求、不同计划下的掺混管理功能。  针对某600MW超临界锅炉,通过现场试验采集得到的锅炉运行数据对燃烧模型计算的准确性进行了验证,据此对燃烧过程中相关操作参数对混煤燃烧的影响进行了分析。结果表明,煤粉细度R90变化时,炉膛温度分布、炉内NO生成会发生变化,对比单煤燃烧发现R90对单煤燃烧的影响远小于对混煤燃烧的影响;过量空气系数变化时,混煤燃烧和单煤燃烧的炉膛温度分布、燃尽率、NO生成也有所变化,但两种燃烧方式下的变化规律有所不同;二次风率和风温的小幅度变化对混煤和单煤燃烧的影响均较小;OFA风率变化时,混煤燃烧的炉膛温度分布、煤粉燃尽率及NO生成都会发生变化,对比单煤燃烧发现OFA变化对单煤燃烧的炉膛温度分布和NO生成变化规律与混煤相似,但单煤燃烧时OFA变化对燃尽率的影响明显减弱。
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