建模失敗范例鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行問題分析

1、第一頁答卷編號:論文題目：鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行問題分析姓名專業(yè)、班級有效聯(lián)系電話參賽隊(duì)員1劉*電氣1*1*9參賽隊(duì)員2全*電氣1*1*6參賽隊(duì)員3祝*電氣1*1*9指導(dǎo)教師：王*老師 參賽學(xué)校：*大學(xué)證書郵寄地址及收件人：北京市昌平區(qū)回龍觀北農(nóng)路2號華北電力大學(xué)電氣1207劉*答卷編號:閱卷專家1閱卷專家2閱卷專家3論文等級摘要本文運(yùn)用優(yōu)化模型對鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并給出了具體的 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。問題一中目標(biāo)為最佳過量空氣系數(shù)。過量空氣系數(shù)a直接影響排煙熱損失去 q2，化學(xué)不完全燃燒熱損失q3，和固體不完全熱損失q4, q2+q3+q4的值隨過量 空氣系數(shù)增加先減小后增大，只考慮qz+q

2、s+qs建立了簡單的單目標(biāo)規(guī)劃模型。 然后用matlab軟件進(jìn)行編程求解，得到問題一的最優(yōu)結(jié)果：欲使q2+q3+q4值最 小，過量空氣系數(shù)應(yīng)為1.2,即最佳過量空氣系數(shù)為1.2,排煙熱損失，化學(xué)不完 全燃燒熱損失，固體不完全熱損失見正文。問題二要求利用已給的鍋爐的運(yùn)行參數(shù)表達(dá)出鍋爐效率與過量空氣系數(shù)的 關(guān)系。在問題一的基礎(chǔ)上，引入散熱損失qs和灰渣物理熱損失46。散熱損失在 實(shí)際應(yīng)用中與排氣量有關(guān)，與過量空氣系數(shù)無關(guān)，可當(dāng)作常數(shù)計(jì)算。q6與過量空 氣系數(shù)有關(guān)。利用問題一，用matlab軟件編程實(shí)現(xiàn)，加上問題-屮求得的關(guān)系 式，得出鍋爐效率與過量空氣系數(shù)的關(guān)系式為：問題三結(jié)合問題二，主要分析主氣

3、流量，排煙溫度，煙氣含氧量以及過量空 氣系數(shù)對鍋爐效率的影響分析，散熱損失與主氣流量呈正線性關(guān)系，排煙溫度直 接影響排煙熱損失，煙氣含氧量影響排煙熱損失，化學(xué)燃燒熱損失，固體不完全 熱損失，鍋爐效率與煙氣含氧量呈二次曲線，從而進(jìn)一步分析。問題四結(jié)合問題一，二，三適當(dāng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，可以有效提高鍋爐效率。木文綜合考慮了各個(gè)方血，建立了符合條件的優(yōu)化模型，采用matlab編程 的方法，求得的結(jié)果完全滿足題目的要求，并有一定的實(shí)際價(jià)值。問題重述鍋爐是活力發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，促進(jìn)鍋爐節(jié)能降耗的重要手段之一是對 鍋爐機(jī)組熱力系統(tǒng)進(jìn)行在線檢測與分析，進(jìn)而優(yōu)化其運(yùn)行參數(shù)。在鍋爐實(shí)際運(yùn)行 中，為使燃料燃盡。實(shí)

4、際供給的空氣量總是要人于理論空氣，超過的部分成為過 量空氣量，過量空氣系數(shù)是指實(shí)際空氣量vk與理論空氣量voz比。過量空氣系 數(shù)直接影響排煙熱損失q2,化序不完金燃燒熱損失q?，機(jī)械不完全燃燒損失q4o 當(dāng)爐膛出口過量空氣系數(shù)增加時(shí)，q?+q3+q4先減少后增加，有一個(gè)最小值，與此 最小值對應(yīng)的空氣系數(shù)稱為最佳過量空氣系數(shù)。由于過量空氣系數(shù)對化學(xué)不完全 燃燒熱損失影響較小，故可視為常數(shù)處理。據(jù)此對以卜問題進(jìn)行研究：1. 確定鍋爐運(yùn)行的最佳過量空氣系數(shù)；2. 給出鍋爐效率與過量空氣系數(shù)的關(guān)系；3. 研究出鍋爐的運(yùn)行參數(shù)對鍋爐效率的影響；4. 探討鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行方法問題假設(shè)模型假設(shè)：假設(shè)1：題目所

5、給數(shù)據(jù)是合理、正確的 假設(shè)2：假設(shè)所有的鍋爐機(jī)組都在正常的運(yùn)行，忽略其故障及修理吋間。 假設(shè)3：以300mw鍋爐為例進(jìn)行分析假設(shè)4：現(xiàn)實(shí)中排廢率約2%,故主汽流量修訂為865t/h 假設(shè)5：漏氣系數(shù)為0假設(shè)6：空氣供給和空氣成分是持續(xù)穩(wěn)定的問題分析問題一過量空氣系數(shù)越大空氣，容積越大，會使煙氣排熱量增大，使鍋爐熱 效率降低。過量空氣系數(shù)a增大會使氧氣的供給增大,促進(jìn)碳和一氧化碳的燃燒, 減少了其不完全燃燒的熱損失的同時(shí)，也減少了其物理顯熱損失問題二在問題一的基礎(chǔ)上加入鍋爐散熱和灰渣的物理顯熱損失，散熱損失在 實(shí)際應(yīng)用中與排氣量有關(guān)，與過量空氣系數(shù)無關(guān)，可當(dāng)作常數(shù)計(jì)算。問題三機(jī)組負(fù)荷與主蒸汽流量

6、直接線性相關(guān)，可不做考慮。主蒸汽流量與散 熱損失成正比，排煙溫度與排煙熱損失直接影響排煙熱損失，同時(shí)鍋爐功率述與 過量空氣系數(shù)相關(guān)，煙氣含氧量反應(yīng)煤的燃燒程度，可影響其效率問題四根據(jù)以上結(jié)論對對鍋爐效率有影響的參數(shù)修訂，可提高鍋爐效率。問題一的解答每千克燃料輸入的鍋爐熱量q包括燃料的收到基低位發(fā)熱量cu,net,p、燃料 的物理顯熱cu和霧化燃油用蒸汽帶入的熱量qwh,當(dāng)用外來熱源加熱燃料或空氣 吋，述應(yīng)計(jì)入由此帶入爐內(nèi)的熱量qm因而可得q=qar,net,p+qrx+qwh+qwl燃料的物理顯熱很小，可以近似忽略，霧化燃油用蒸汽帶入的熱量，由于燃 料是煤不予考慮，預(yù)熱空氣熱量來自于空氣預(yù)熱器

7、內(nèi)的低溫?zé)煔猓o水所帶熱量 來口于省煤器中的中溫?zé)煔?，不屬于外來熱源熱量，所以qr=qar,net/p=b*(qgy-2510*(9*hy+wy)其屮0/為應(yīng)用基高位發(fā)熱量，b為試驗(yàn)期間平均耗量，hy為煤中的碳含量 wy為煤屮的無機(jī)水分含量300mw鍋爐排煙溫度為137,76攝氏度，環(huán)境溫度為20攝氏度煙氣排除鍋 爐吋帶走的物理顯熱造成的熱損失q2=100*q2/cir%q2h2o=vh2o*cp?h2o*(py-to) kj/kg q28y=vgy*cp,gy( 0 py-to)kj/kgq2=q28y+q2h2°+lfhkj/kgq2=q2gv+q2h2o+|fykj/kg卜標(biāo)含

8、義：py為排煙；fh為飛灰；為尾部煙道出口處的費(fèi)灰焰 煙氣中的飛灰和底灰中的含碳量造成的燃燒熱損失q4 v0=(1.866*cy+5.56*hy+0.7*sy+0.7*oy)/0.21;lo=1.293*vo;v。為每小時(shí)輸入的空氣體積；l。為每小時(shí)輸入的空氣質(zhì)量qr=b*(qgy-2510*(9*hy+wv);qs=0.0063*qr;設(shè)a毎小時(shí)排氣質(zhì)量a=b*(l-ahz)+a*l0;由查資料得a和cm成二次函數(shù)關(guān)系，經(jīng)matlab擬合得到a=l.1:0.05:1.5;cfh=5.90 5.10 4.75 4.6 4.55 4.50 4.45 4.43 4.50;» r=(a.a

9、2)' a' ones(9,l);» a 二 rcfh'a =16.714346.227136.3229cfh=16.7143* a 2-46.2271* a +36.3229所以q4=b*ahz*chz+cfh*a;可燃?xì)怏w為完全燃燒熱損失q是鍋爐排煙中含有殘余的口j燃?xì)怏w(co,ch4,h2,cmhn等)未能放出燃燒熱所造成的熱量損失。對現(xiàn)代電站的燃煤鍋 爐，煙氣屮的出，ch4, cmhn等可燃?xì)怏w含量小，可忽略。所以氣體未完全燃燒 的熱損失，計(jì)算公式可由q3=vgy/qr(12640*co+10798*h2+35818*ch4+59079*cmhn)*(

10、l-q4/100)口j化另q3=12640*co*vgy/qr*(l-q4/100)=12640*vm/qr* (l-q4/100) 式中：vgy每千克收到基燃料不完全燃燒時(shí)生成的干煙氣體積，m31- q4/100由于q4的存在，lkg燃料中有一部分燃料并沒有參與燃 燒及生成煙氣，孤影對煙氣中的co進(jìn)行修正設(shè)一氧化碳質(zhì)量mco(kg/h)mco=(b*(cy-chz*ahz)-a* (ro2*12/44+cfh) *28/12;vm=rt/p二&314(137.76+273.16)/101000*4/3;所以q3=12640*vm(l-q4/qr);令 f ( a )二(q2+q3+q

11、4)/qr當(dāng)f ( a )最小時(shí)，f( a )=0.由matlab求得隨機(jī)變量a =1.2446所以最佳過量空氣系數(shù)a =1.2問題二的解答由于鍋爐本體(即鍋爐爐膛、水平煙道，尾部煙道等處的爐墻，循環(huán)流化床鍋爐 還包括冷渣器、外置式換熱器處的爐墻)向環(huán)境散熱引起的熱損失q5=100*q5/qr本題取參考主流量850t/h,加上2%的排廢率，實(shí)際主流量取865t/h,讀圖可得05=0.63%鍋爐燃用固體燃料時(shí)，從鍋爐屮排出的爐渣還具冇一定的物理顯熱，其計(jì)算公式 可簡化為q6=b*ahz*(h6oo-h2o)所以鍋爐效率“f ( a ) -(qs+qej/qr問題三的解答對鍋爐運(yùn)行的熱效率產(chǎn)牛影響的主要參數(shù)是機(jī)組負(fù)荷，煙氣含氧量，主汽流量和 排煙溫度，其中，機(jī)組負(fù)荷與主汽流量直接相關(guān)，且經(jīng)擬合得其與主汽流量為正 線性相關(guān)，所以，機(jī)組負(fù)荷對鍋爐熱效率的影響可轉(zhuǎn)化為