动力配煤优化燃烧特性及非线性预测研究.pdf
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1、浙江大学机械与能源工程学院硕士学位论文动力配煤优化燃烧特性及非线性预测研究姓名:潘华引申请学位级别:硕士专业:工程热物理指导教师:程军;黄镇宇20080501浙江大学硕士论文摘要摘要动力配煤是适合我国国情的一种洁净煤技术,在上世纪8 0 年代在我国部分大中城市得到应用。近年来,动力配煤技术在我国发展较快,特别在提高煤炭热能利用率、加强燃煤设备安全性和可靠性以及降低燃煤污染物排放等领域有着广泛的工程应用和较高的研究价值。本文首先借助热天平实验得到1 6 种单煤以及4 8 种配煤的热天平曲线,从而求出各个煤样着火温度和活化能,针对目前配煤燃烧特性难以预测的现状,结合上述煤样的工业分析和元素分析数据
2、,分别对煤样着火温度和活化能作了相关性分析,发现分析基水分、挥发分V 小固定碳F C 小低位发热量Q n。甜和氧眦五种性质因子与煤样动力学燃烧特性有较强的相关性。然后分别以着火温度和活化能为输出量建立3 层B P 人工神经网络模型,经过网络训练得到对着火温度预测的平均相对误差为1 2 2,对活化能预测的平均相对误差为3 8 9。其次,以我国典型的高热值、低灰分、易结渣的神华煤和大同煤为主要研究对象,分别选择高灰熔点的准格尔煤和澳洲煤以不同的重量比例组成配煤,研究表明,配煤孔隙分形维数随单煤比例呈现出单调变化规律,并且与比表面积和比孔容积的变化规律基本一致。结合沉降炉燃烧实验结果,发现当配煤煤样
3、分形维数由2 4 2 6 逐渐增加到2 4 5 1、2 4 8 2 和2 5 3 2 时,其着火温度由8 8 2 逐渐减少到7 8 3、5 8 7 和4 6 2,其飞灰含碳量由4 8 1 逐渐减d,N3 6 2、2 8 3 和1 8 3。说明配煤的分形维数越大则越容易着火和燃尽。最后,以工程实际为例,将浙江大学开发的配煤专家系统运用于韶关发电厂经济配煤项目,针对韶关发电厂的常用来煤和目标煤种特性要求,给出了2 组分的1 1 种配比方案,在沉降炉上研究了不同煤种以不同比例混合得到的配煤着火、燃烧以及燃尽特性。发现提高炉壁温度和热风温度以及减小煤粉细度都是促进无烟煤着火和燃尽的有效手段。对于配煤“
4、M 0 0 0 7 煤2 5+M 0 0 11 煤7 5”,在标准工况下,仅改变炉壁温度,当炉壁温度从1 1 0 0 增加到1 2 0 0 和1 3 0 0,着火距离从4 0 0 r a m 减小到3 0 0 m m 和2 8 0 m m,飞灰含碳量从9 0 9 降低到6 6 0 和1 1 7。对于热风温度以及煤粉细度的改变呈现出相似的规律。关键词:动力配煤;燃烧;人工神经网络;分形;沉降炉浙江大学硕士学位论文A B S T R A C TA B S T R A C TB l e n d i n gc o a lt e c h n o l o g yo r i g i n a t e di n
5、t h eU n i t e dS t a t e s,a sac l e a nc o a lt e c h n o l o g y,h a v eb e e na p p l i e di ns o m el a r g ec i t i e si nC h i n ai nt h e1 9 8 0 s I nr e c e n ty e a r s,B l e n d i n gc o a lt e c h n o l o g yd e v e l o p e dq u i c k l yi nC h i n a,e s p e c i a l l yi ni m p r o v i n
6、 gt h eb u r n o u te f f i c i e n c yo fc o a l,s t r e n g t h e n i n gt h es a f e t ya n dr e li a b i li t yo fc o a l b u r n i n ge q u i p m e n ta n dr e d u c i n gp o l l u t a n t se m i s s i o n s I th a daw i d er a n g eo fe n g i n e e r i n ga p p li c a t i o n sa n dah i g hr e
7、 s e a r c hv a l u e I nt h i sa r t i c l ef i r s t l yo b t a i n e dt h ec o a li g n i t i o nt e m p e r a t u r ea n dt h ea c t i v a t i o ne n e r g yo f1 6c o a la n d4 8b l e n d i n gc o a lu s i n gt h e r m a la n a l y s i s T h ec o r r e l a t i o na n a l y s i So ft h ec o a li
8、g n i t i o nt e m p e r a t u r ea n dt h ea c t i v a t i o ne n e r g yw i t ht h ep r o x i m a t ea n a l y s i sa n du l t i m a t ea n a l y s i so fc o a ls a m p le ss h o w e dt h a tM。d,v a d,F C a d,虬t a da n d 晚df iv ef a c t o r sh a das t r o n g e rr e l a t i o n s h i pw i t hi g n
9、 i t i o nt e m p e r a t u r ea n da c t i v a t i o ne n e r g y A n dt h e nu s e di g n i t i o nt e m p e r a t u r ea n dt h ea c t i v a t i o ne n e r g ya so u t p u tf o rt h ee s t a b li s h m e n to ft h r e e-l a y e rB Pa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r km o d e l,a f t e rt h
10、 en e t w o r kr e c e i v e dt r a i n i n gi nt h ei g n i t i o nt e m p e r a t u r ei Sf o r e c a s tt oa v e r a g er e la tiv ee r r o ro f1 2 2,t h ea c tiv a tio ne n e r g yo ft h ea v e r a g ef o r e c a s te r r o riS3 8 9 S e c o n d,S h e n h u ac o a la n dD a t o n gc o a lw h i c
11、hw e r eh i g hf e v e r,l o wa s ha n de a s yt os l a gw e r eu s e da st h em a i ns t u d ys u b j e c t s,Z h u n g e e rC o a l a n dA u s t r a li ac o a lw h i c hw e r eh i g h。a s hm e l t i n gp o i n tw e r ec h o s e nt om a k ead i f f e r e n tw e i g h tr a t i oo fb l e n d i n gc o
12、 a l B l e n d i n gp o r ef r a c t a ld i m e n s i o nw i t ht h ep r o p o r t i o no fc o a ls h o w e das i n g l em o n o t o n o u sc h a n g ei nt h el a w,a n dw i t ht h es u r f a c ea r e aa n dp o r ev o l u m et h a nt h ec h a n g e so ft h eb a s i ca g r e e m e n t C o m p a r eit
13、w it ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u lt sb yd r o p t u b ef u r n a c e s,f o u n dt h a tw h e nb l e n d i n gc o a lf r a c t a ld i m e n s i o ng r a d u a l l yi n c r e a s e dt o2 4 2 6f r o m2 5 3 2a n d2 4 5 1,2 4 8 2,i t si g n i t i o nt e m p e r a t u r eg r a d u a l l yr e d u
14、c e df r o m8 8 2 t o7 8 3,5 8 7 a n d4 6 2,t h e i ra s h e sc a r b o nc o n t e n td e c r e a s e db y4 81 t o3 6 2,2 8 3 a n d1 8 3 Itn o t e dt h a tt h eg r e a t e rt h ef r a c t a ld i m e n s i o no ft h eb l e n d i n gc o a lt h ee a s i e ri t sf i r ea n dB u r n o u t F i n a l l y,b
15、 l e n d i n gc o a le x p e r ts y s t e mw h i c hw a sd e v e l o p e db yZ h e j i a n gV浙江大学硕士学位论文A B S T R A C TU n i v e r s i t yw a su s e di nt h ep r o j e c to fS h a o g u a np o w e rp l a n t,11k i n d so fb l e n d i n gc o a lw i t ht w oc o m p o n e n t sw e r eg i v e na c c o r
16、d i n gt ot h eg o a lc o a lc h a r a c t e r is t i c so fS h a o g u a np o w e rp l a n t,t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fdif f e r e n tb le n din gc o a lw a ss t u die dint h ed r o p t u b ef u r n a c e Its h o w e dt h a ti n c r e a s e dt h et e m p e r a t u r eo ff u r n a
17、c ew a l la n da i ro rr e d u c e dt h es i z eo fp u l v e r i z e dc o a lc o u l dp r o m o t ea n t h r a c i t ef i r ea n dB u r n o u t T h eb l e n d i n gc o a l“M 0 0 0 7c o a l2 5+M 0 0 1 1c o a l7 5 。a tt h es t a n d a r dc o n d i t i o n,c h a n g et h ef u r n a c ew a l1t e m p e r
18、 a t u r e so n ly,w h e nt h ef u r n a c ew a l1t e m p e r a t u r ei n c r e a s e df r o m1 1 0 0 t o1 2 0 0 a n d1 3 0 0,t h ei g n i t i o nd i s t a n c er e d u c e df r o m4 0 0 删nt o3 0 0 m ma n d2 8 0 r a m,c a r b o nc o n t e n to ff l ya s hr e d u c e df r o m9 0 9 t o6 6 0 a n d1 1
19、7 T h et e m p e r a t u r eo fa i ra n dt h es i z eo fp u l v e r i z e dc o a ls h o w e das i m i l a rc h a n g ei nt h el a w K e y w o r d s:B l e n d i n gc o a l:b u r n;a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k;f r a c t a ld i m e n si o n;d r o p-t u b ef u r n a c e学号:2 0 6 0 8 1 8 8独
20、创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特I I I I 以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位做作者躲廖名豸卜字隰冽年月2 z 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以
21、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:詹军专J 签字日期:厉谚年多月2 妇翮魏韶罩签字日期:易彤年乡月讼日浙江大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1研究背景能源和环境是当今世界所面临的两大严峻问题,能源更是人类赖以生存和发展的基本条件,是我国经济社会发展的一个长期制约因素。由于人口众多的基本国情,我国能源的人均资源不丰富,供应十分紧张。而且能源构成不够合理,以煤炭资源最为丰富。1 9 9 5 年探明的储量为1 0 0 8 7 0 8 亿吨,居世界第三位,估计在地下深1 5 0 0 米以内的煤炭资源总量为4 0 0 0 0
22、亿吨,占我国化石燃料资源总储量的9 5 以上。2 0 0 7 年全国原煤累计产量突破2 5 亿吨大关,达到2 5 2 3 亿吨,同比增加1 9 2 亿吨,增长8 2 2。然而,由于我国煤炭资源分布不合理,北多南少,质量不均衡,以及运输能力的制约等原因,在实际使用中存在下列三个方面的严重问题乜。4 1:1)煤炭热能利用率低。电厂的热能利用率仅为2 7、3 0,工业锅炉仅为5 5 6 0,工业炉窖则更低仅为2 0、3 0,与先进国家相比差距很大。造成煤炭热能利用率低的原因,主要是由于煤炭用户的用煤来源渠道多,煤种杂,质量不稳定,偏离了锅炉等燃烧设备的设计煤种。2)煤炭燃烧设备安全性、可靠性低。由于
23、锅炉等燃烧设备经常处于非设计煤种的运行状况,可能造成煤着火困难、燃烧不稳定、严重结渣、受热面积灰、磨损和腐蚀加快等问题,容易引起电站锅炉事故。据统计,其发生率占总事故量的4 0 以上。3)燃煤污染物排放严重。煤炭燃烧时产生S 0 2、N 0)c、烟尘及其它有害物质。包括乡镇工业在内的工业炉窑S O:、烟尘排放量分别为1 9 4 7 万吨和1 8 3 2 万吨,占当年全国总排放量的8 0 和7 4。燃煤污染物排放是我国大气污染的主要来源,容易产生酸雨、温室效应、臭氧层破坏等问题,严重影响人类的生存条件。从中国的国情出发,在今后以及相当长的一段时间内,煤炭依然在我国的能源结构中占主要地方,预计到2
24、 0 5 0 年将占6 0 左右。在中国的能源结构不变的大前提下,要解决上述三个问题,切实可行的选择是发展动力配煤及优质化技术,近年来其作为洁净煤技术之一的一种控制入炉煤的重要手段以其高效率,低污染的特点在我国得到了迅速的发展啼1。动力配煤是将不同性质的煤经过筛选、破碎后按照一定比例掺配出混合煤,以改变原有煤的化学组成、物理特性和燃烧特性,使之煤质稳定,提高燃烧效率,满足各类用户的要求阳1。优质化技术就是通过动力配煤、筛分、洗选、型煤处理,使原来低品位的劣质燃料成为优质燃料,使原来高污染排放高硫份的煤成为低污染低硫煤,使原来易结渣的煤改造成不易结渣的煤,从而提高成品煤的品质,达1浙江大学硕士学
25、位论文第一章绪论到煤炭综合利用的目的。最终为各类锅炉用户(粉煤锅炉、链条炉、抛煤机炉)提供品种对路、质量稳定的燃料,提高各种用煤设备的效率,节约煤炭,减轻污染,提高效益。1 2 研究现状1 2 1 国外动力配煤技术发展及现状国外动力配煤起源于美国,七十年代来,美国环保署出台了关于火电厂S 0 2排放的新规定。一些原本设计燃用美国东、中西部高硫烟煤的火电厂竞相采用混煤技术,以谋求在不增装尾部烟气脱硫装置的条件下,通过将高硫煤与西部低硫煤的掺混,达到控制入炉煤含硫量的目的H 1。而且,由于美国、英国等国家,由于燃煤的煤质优良,燃烧特性稳定,其配煤的出发点是对电厂锅炉S 0 2 排放的控制,因此在初
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- 动力 优化 燃烧 特性 非线性 预测 研究
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