火电锅炉风机节能及氮氧化物减排研究

【摘要】： 火力发电厂是我国二次能源主要的生产者,同时也是主要的一次能源消耗者。火力发电厂在生产电能,消耗煤炭的同时,也排放了大量的氮氧化物等大气污染物;火电厂风机耗电占厂用电70%左右,节电潜力巨大。因此,提高火电厂生产效率,降低火电厂煤耗和污染成为我国实施节能减排政策的重要目标。 本文提出了一种具有相对较高控制品质的基于多模型理论的鲁棒预测PID控制方案。在广义预测控制(GPC)和理想PID控制基本算法的基础上设计了基于GPC的PID控制器;引入多模型控制思想,建立基于变工况增益调度的多模型预测PID控制策略;考虑闭环鲁棒稳定性,引入闭环系统鲁棒稳定准则,设计了多模型鲁棒预测PID控制器。该控制策略考虑了PID控制器广泛应用于工业现场的现状,继承了GPC算法处理工业过程对象控制的优势,对于火电厂一些重要的控制回路控制品质的提升有很好的实践和经济意义,仿真结果表明了该控制方案具有良好的控制效果。 本文对火电厂主要风机的类型、节电方式进行了较为详尽分析和总结;在基于燃烧优化的风机节能方面,对烟气含氧量控制回路的烟气含氧量最优设定值提出了新的计算方法,机理分析影响烟气含氧量的主要因素,以供电煤耗率最低为目标,采用一元线性回归的方法求取烟气含氧量最优设定值;在此基础上结合基于多模型理论的鲁棒预测PID控制策略给出了风机燃烧优化节电方案。 本文对火电厂氮氧化物的生成机理和主要的氮氧化物减排手段进行了较为详尽的阐述;通过机理分析影响氮氧化物排放的主要因素,建立了多元线性回归模型,并给出了较好的氮氧化物排放预测公式;以此多元线性回归模型为基础,给出了基于空气分级技术的氮氧化物减排方案。 【关键词】：广义预测控制 预测PID 鲁棒性 多模型控制策略 燃烧优化 风机 节电 氮氧化物 减排
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM621.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景与意义10-11
• 1.2 火电锅炉控制系统节能减排概述11-13
• 1.2.1 综述11-12
• 1.2.2 节能减排控制系统的设计12
• 1.2.3 控制策略和控制参数的节能减排优化12
• 1.2.4 控制结构的节能减排优化12-13
• 1.3 火电锅炉基本构造与燃烧工作原理13-17
• 1.3.1 火力发电厂的生产过程13-14
• 1.3.2 电厂锅炉设备的基本组成14-16
• 1.3.3 火电锅炉燃烧工作过程16-17
• 1.4 本文工作安排17-18
• 第2章 基于多模型理论的鲁棒预测PID控制18-42
• 2.1 控制方案总体逻辑18-19
• 2.2 预测控制19-28
• 2.2.1 预测控制的发展19-20
• 2.2.2 预测控制的特征20-21
• 2.2.3 广义预测控制算法描述21-28
• 2.3 PID算法描述28-31
• 2.3.1 理想PID控制28-30
• 2.3.2 PID控制器参数整定方法介绍30-31
• 2.4 预测PID控制器的设计31-33
• 2.5 多模型控制方法33-36
• 2.5.1 多模型控制策略基本概念与基本原理33-35
• 2.5.2 增益调度控制35-36
• 2.6 多模型鲁棒预测PID控制器的设计36-39
• 2.6.1 局部模型集的建立36-37
• 2.6.2 控制器结构设计37-38
• 2.6.3 切换调度方案38-39
• 2.7 多模型鲁棒预测PID控制器的仿真39-41
• 2.7.1 模型集的选取39
• 2.7.2 仿真结果及分析39-41
• 2.8 小结41-42
• 第3章 风机节电研究42-63
• 3.1 背景介绍42-45
• 3.1.1 火电锅炉燃烧系统中最为重要且节电潜力较大的风机42-44
• 3.1.2 风机的节电方式44-45
• 3.2 离心式风机调速节电45-54
• 3.2.1 离心式风机工作原理45
• 3.2.2 离心式风机特性45-53
• 3.2.3 管路节流离心式风机调速节电方案53-54
• 3.3 风机燃烧优化节电分析54-57
• 3.3.1 一次风压控制回路54-55
• 3.3.2 二次风压控制回路55
• 3.3.3 炉膛负压控制回路55-56
• 3.3.4 烟气氧含量控制回路56-57
• 3.4 烟气含氧量设定值优化57-62
• 3.4.1 基于供电煤耗率分析的计算模型58-59
• 3.4.2 火电锅炉最佳烟气含氧量的求取59
• 3.4.3 烟气含氧量最优设定值求取实例59-62
• 3.5 风机燃烧优化节电系统设计62
• 3.6 小结62-63
• 第4章 氮氧化物减排研究63-80
• 4.1 火电锅炉氮氧化物排放63-70
• 4.1.1 氮氧化物的危害63-64
• 4.1.2 氮氧化物的生成机理64-65
• 4.1.3 氮氧化物的排放标准65
• 4.1.4 电站锅炉低氮氧化物排放途径65-70
• 4.2 空气分级燃烧70-71
• 4.2.1 轴向分级燃烧70-71
• 4.2.2 径向分级燃烧71
• 4.3 基于空气分级技术的氮氧化物排放模型71-78
• 4.3.1 影响氮氧化物生成的因素71-72
• 4.3.2 影响氮氧化物排放的综合性因素分析72
• 4.3.3 影响氮氧化物排放的主要因素的量化72-73
• 4.3.4 利用多元回归建立氮氧化物排放模型73-74
• 4.3.5 氮氧化物排放模型求取实例74-78
• 4.4 氮氧化物减排系统设计78-79
• 4.5 小结79-80
• 第5章 结论与展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 硕士在读期间发表的学术论文86

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