電工杯數(shù)學(xué)建模優(yōu)秀論文==

1、電工杯數(shù)學(xué)建模優(yōu)秀論文鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行摘 要 針對(duì)優(yōu)化鍋爐運(yùn)行，提高鍋爐效率的要求，文章深入分析研究了各因素之間的關(guān)系，并通過(guò)公式具體討論了鍋爐運(yùn)行參數(shù)對(duì)鍋爐效率的影響。對(duì)于問(wèn)題1，我們根據(jù)爐膛口飛灰含量與過(guò)量空氣系數(shù)的數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合函數(shù)圖像，從而得到二者的關(guān)系，再通過(guò)求函數(shù)在給定區(qū)間最小值得出最佳過(guò)量空氣系數(shù)=1.3828。對(duì)于問(wèn)題2，因無(wú)法直接確定鍋爐效率與過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系，因此找出聯(lián)系二者的中間量，即各部分熱損失，由此將二者關(guān)聯(lián)起來(lái)，得到關(guān)系式。對(duì)于問(wèn)題3，利用控制變量模型分析過(guò)熱蒸汽壓力、過(guò)熱蒸汽溫度等運(yùn)行參數(shù)對(duì)鍋爐效率的影響。針對(duì)論文的實(shí)際情況，對(duì)論文的優(yōu)缺點(diǎn)做了評(píng)價(jià)，文章

2、最后還給出了其他的改進(jìn)方向，以用于指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：過(guò)量空氣系數(shù)；最小二乘法；鍋爐效率；運(yùn)行參數(shù)；控制變量1問(wèn)題的重述眾所周知，火力發(fā)電廠(chǎng)中鍋爐是關(guān)鍵設(shè)備之一，鍋爐效率的高低對(duì)于電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)有著極其重要的影響。因此，提高鍋爐效率一直是人們追求的目標(biāo)。鍋爐效率與其各項(xiàng)熱能損失密切相關(guān)，其中包括排煙損失、化學(xué)不完全燃燒熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失等部分，而這些損失又受諸如過(guò)量空氣系數(shù)等因素的影響。本題中給出采用反平衡計(jì)算效率的公式：又給出所代表的各項(xiàng)損失類(lèi)型，過(guò)量空氣系數(shù)的定義，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)和符號(hào)表示（詳見(jiàn)附錄1），以及與爐膛出口飛灰含碳量的數(shù)據(jù)表：實(shí)驗(yàn)得到爐膛口飛灰含碳量與過(guò)量空氣系數(shù)數(shù)據(jù)1

3、.11.151.21.251.31.351.41.451.5/%5.905.104.754.64.554.504.454.434.50要求根據(jù)所給的數(shù)據(jù)和量值研究與優(yōu)化鍋爐效率有關(guān)的問(wèn)題，并通過(guò)具體分析說(shuō)明各參數(shù)對(duì)其的影響，由此給出鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行方法。 2 模型假設(shè)1. 假設(shè)散熱損失和灰渣物理熱損失很小，可忽略不計(jì)；作假設(shè)時(shí)需要注意的問(wèn)題：對(duì)問(wèn)題有幫助的所有假設(shè)都應(yīng)該在此出現(xiàn)，包括題目中給出的假設(shè)！重述不能代替假設(shè)！也就是說(shuō)，雖然你可能在你的問(wèn)題重述中已經(jīng)敘述了某個(gè)假設(shè)，但在這里仍然要再次敘述！與題目無(wú)關(guān)的假設(shè)，就不必在此寫(xiě)出了。假設(shè)不宜過(guò)多過(guò)細(xì)，應(yīng)抓住主要方面進(jìn)行假設(shè)。3 變量說(shuō)明 過(guò)量空氣

4、系數(shù)環(huán)境溫度空氣預(yù)熱器出口煙氣中二氧化碳含量燃料特性系數(shù)一氧化碳含量與燃料種類(lèi)有關(guān)的系數(shù)化學(xué)不（或可燃?xì)怏w未）完全燃燒熱損失排煙溫度機(jī)械（或固體）不完全燃燒熱損失鍋爐輸入熱量含量含量含量含量灰渣占入爐燃料總灰分的質(zhì)量份額灰渣的碳含量、飛灰占入爐燃料總灰分的質(zhì)量份額飛灰的碳含量漏煤占入爐燃料總灰分的質(zhì)量份額漏煤的碳含量過(guò)熱蒸汽的初始溫度對(duì)應(yīng)的焓值循環(huán)效率汽輪機(jī)做功后主蒸汽的焓值標(biāo)準(zhǔn)煤耗冷凝后主蒸汽的焓值鍋爐效率管道熱效率絕對(duì)電效率排煙溫度當(dāng)前實(shí)測(cè)值排煙溫度基準(zhǔn)值 排煙熱損失當(dāng)前實(shí)測(cè)值排煙熱損失基準(zhǔn)值煙氣所含水蒸氣顯熱，kJkg燃料的輸入熱量，kJkg干煙氣帶走的熱量，kJkg 燃料燃燒生成的實(shí)際

5、干煙氣體積4模型的準(zhǔn)備（1） 擬合函數(shù)模型的建立 （1）首先將題目中的數(shù)據(jù)用excel提取出來(lái)，得到的數(shù)據(jù)可以很方便的放到Matlab里進(jìn)行處理； （2）在Matlab中利用提取出來(lái)的數(shù)據(jù)繪制函數(shù)圖像； 以上兩步源代碼見(jiàn)附錄2。 （二） 5 模型的建立與求解5.1 問(wèn)題一：確定鍋爐運(yùn)行的最佳過(guò)量空氣系數(shù)1. 建模思路： 的確定主要取決于鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，過(guò)大會(huì)增加排煙熱損失 ，過(guò)小則會(huì)增加氣體不完全燃燒熱損失和固體不完全燃燒熱損失。所以需要確定一個(gè)最佳使的和最小。文獻(xiàn)認(rèn)為飛灰含碳量隨著氧量的升高而降低，這是由于噴入爐膛的煤粉不可能完全燃燒，提高，氧量增大，煤粉燃燒的徹底，降低，鍋爐效率提高。但

6、當(dāng)過(guò)高時(shí)，爐膛出口溫度升高，煙氣量增加，又使升高，鍋爐效率降低。因此最低時(shí)對(duì)應(yīng)的即為最佳過(guò)量空氣系數(shù)。2. 模型建立和求解：1.11.151.21.251.31.351.41.451.5/%5.905.104.754.64.554.504.454.434.50 由數(shù)據(jù)表直接畫(huà)出其大概圖像為 顯然，記錄數(shù)據(jù)時(shí)可能存在誤差，因此考慮采用函數(shù)擬合法求解（代碼詳見(jiàn)附錄2）。得到擬合函數(shù)為：，其圖像為： 利用Matlab可求出最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)： 解得飛灰含碳量=4.3601，過(guò)量空氣系數(shù)=1.38283. 求解結(jié)果：鍋爐運(yùn)行的最佳過(guò)量空氣系數(shù)。5.2 問(wèn)題二：鍋爐效率與過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系1. 建模思路：由

7、于無(wú)法直接得出與的關(guān)系，又因?yàn)殄仩t效率公式為： 因此，可通過(guò)各部分熱量損失將和聯(lián)系起來(lái)。2. 模型建立和求解：由于主要與鍋爐散熱表面積的大小、管道的保溫以及周?chē)h(huán)境有關(guān)；決定于燃料的灰分、燃料的發(fā)熱量等，這兩項(xiàng)損失在鍋爐機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中不能調(diào)整控制，因此在假設(shè)中將二者忽略，則效率公式可簡(jiǎn)化為 （1） -排煙熱損失 -化學(xué)不（或可燃?xì)怏w未）完全燃燒熱損失 -機(jī)械（或固體）不完全燃燒熱損失 由經(jīng)驗(yàn)公式有 ， （2） -過(guò)量空氣系數(shù) -一氧化碳含量 ， （3） -燃料特性系數(shù)（燃料一定，值便可算出，而且是一定值。如：對(duì)于無(wú)煙煤0.1；對(duì)于煙 煤，0.2；對(duì)于褐煤，0.06） -空氣預(yù)熱器出口煙氣中二

8、氧化碳含量 （4） 、分別表示、的含量 （5） -由于熱損失的存在，1kg燃料中有一部分燃料并沒(méi)有燃燒成煙氣，此項(xiàng)是對(duì)1kg 燃料所生成的煙氣容積的修正； m,n-計(jì)算系數(shù)，隨燃料種類(lèi)而異，可由附錄3查取。 （6） 其中、分別表示灰渣、飛灰、漏煤占入爐燃料總灰分的質(zhì)量份額 32866-純碳的發(fā)熱量 -與燃料種類(lèi)有關(guān)的系數(shù) 、分別表示灰渣、飛灰、漏煤的碳含量。 -鍋爐輸入熱量 在問(wèn)題一中已經(jīng)得到與的關(guān)系 （7） 由上述各式即可得到鍋爐效率與過(guò)量空氣系數(shù)關(guān)系。3.求解結(jié)果： 5.3 問(wèn)題三：研究鍋爐的運(yùn)行參數(shù)對(duì)鍋爐效率的影響表示鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)有很多，其中主要有過(guò)熱蒸汽壓力、過(guò)熱蒸汽溫度、再熱

9、蒸汽溫度、鍋爐排煙溫度和鍋爐排煙含氧量等。下面就依次對(duì)這些主要參數(shù)進(jìn)行分析：5.3.1 過(guò)熱蒸汽溫度對(duì)鍋爐效率的影響對(duì)應(yīng)于具有過(guò)熱的朗肯循環(huán)，從過(guò)熱器出來(lái)的主蒸汽溫度下降，則吸熱過(guò)程的平均有效溫度降低，放熱過(guò)程的平均有效溫度不變，循環(huán)熱效率必然降低，導(dǎo)致熱耗增大。以我們?cè)诰W(wǎng)上找到的某電廠(chǎng)機(jī)組為例，其蒸汽參數(shù)：過(guò)熱蒸汽出壓，背壓，初溫。溫度變化過(guò)程，鍋爐效率為，管道熱效率為，汽輪機(jī)效率為，機(jī)械效率為，發(fā)電機(jī)效率為，而且保持不變。計(jì)算主蒸汽溫度變化時(shí)，機(jī)組循環(huán)效率、標(biāo)準(zhǔn)煤耗的變化。 （1） （2） -過(guò)熱蒸汽的初始溫度對(duì)應(yīng)的焓值 -循環(huán)效率 -汽輪機(jī)做功后主蒸汽的焓值 -標(biāo)準(zhǔn)煤耗 -冷凝后主蒸汽的

10、焓值 -鍋爐效率 -管道熱效率 -絕對(duì)電效率當(dāng)初始過(guò)熱蒸汽溫度時(shí)，有公式（1）得：=44.48，以初始過(guò)熱蒸汽額定溫度550為基準(zhǔn)，上下各升高15的變化范圍內(nèi)（535565）求機(jī)組的循環(huán)效率、標(biāo)準(zhǔn)煤耗如圖1、圖2所示?？梢?jiàn)在額定溫度附近，隨過(guò)熱蒸汽溫度的升高循環(huán)效率逐漸增大、標(biāo)準(zhǔn)煤耗逐漸降低。 5.3.3 研究鍋爐排煙溫度變化引起的耗差：假設(shè)只有鍋爐的排煙溫度偏離了基準(zhǔn)值而其它所有參數(shù)均為基準(zhǔn)值，則根據(jù)排煙損失的計(jì)算式，可以得到排煙溫度偏離基準(zhǔn)值引起的排煙損失變化量：= (1)鍋爐效率相對(duì)變化值： (2)式中-排煙溫度基準(zhǔn)值； -排煙熱損失基準(zhǔn)值-排煙溫度當(dāng)前實(shí)測(cè)值； -排煙熱損失當(dāng)前實(shí)測(cè)值-

11、干煙氣帶走的熱量，kJkg -煙氣所含水蒸氣顯熱，kJkg-燃料的輸入熱量，kJkg；-燃料燃燒生成的實(shí)際干煙氣體積由式（2）知：由于燃料燃燒生成的（燃料燃燒生成的實(shí)際干煙氣體積）、（燃料燃燒生成的水蒸氣及相應(yīng)空氣濕分帶入的水蒸氣體積）為實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得，（干煙氣的平均定壓比熱容）與（水蒸氣的平均定壓比熱容）可根據(jù)當(dāng)時(shí)氣溫來(lái)查表得到，故以上四個(gè)量在這里將它們看做常量，僅僅就（排煙溫度基準(zhǔn)值）與（排煙溫度當(dāng)前實(shí)測(cè)值）差值變化來(lái)討論溫度引起的變化。很顯然，與（-）成正比，隨（-）的變化而相應(yīng)的做出變化。5.3.4 研究鍋爐排煙含氧量變化引起的耗差電廠(chǎng)鍋爐普遍采用測(cè)量煙氣中的含氧量來(lái)監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行時(shí)的過(guò)量

12、空氣系數(shù)。根據(jù)排煙損失的計(jì)算式，可以得到排煙含氧量偏離基準(zhǔn)值引起的排煙損失的變化量： （3）式中 ， （4） ， （5） ， （6） （7）-燃料燃燒產(chǎn)生的理論干煙量，kg -環(huán)境空氣絕對(duì)濕度，kgkg； -煙氣中氧的基準(zhǔn)容積百分含量，% -煙氣中氧的實(shí)測(cè)容積百分含量，%。-排煙熱損失基準(zhǔn)值 -排煙熱損失當(dāng)前實(shí)測(cè)值-干煙氣帶走的熱量，kJkg -煙氣所含水蒸氣顯熱，kJkg-燃料的輸入熱量，kJkg； -燃料燃燒生成的實(shí)際干煙氣體積鍋爐效率相對(duì)變化值： （8）故由式（3）得知，假設(shè)（4）式中的不變，因此（7）式中值為常數(shù)，因此當(dāng)氧含量增大時(shí)，由式（8）知，<0，所以鍋爐效率隨氧氣含量的增

13、大而減小。由于在實(shí)際中，不可能不變，再進(jìn)行分析也不可能得出鍋爐排煙含氧量與鍋爐效率的確切關(guān)系。所以大體上，鍋爐效率隨氧氣含量的增大而減小。分析結(jié)果：由5.3.1 過(guò)熱蒸汽溫度越高，鍋爐效率越高；過(guò)熱蒸汽溫度越低，鍋爐效率越低。由5.3.2由5.3.3 排煙溫度變化越大，排煙熱損失越大，鍋爐效率越低；排煙溫度變化越小，排煙熱損失越小，鍋爐效率越高。由5.3.4 排煙含氧量越大，鍋爐效率越低；排煙含氧量越小，鍋爐效率越高。5.4 問(wèn)題四:探討鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行方法 找出優(yōu)化鍋爐運(yùn)行的主要可行方法，包括調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度、調(diào)節(jié)排煙量和排煙溫度、降低機(jī)械未完全燃燒熱損失等，并在此分析說(shuō)明。5.4.1調(diào)節(jié)過(guò)熱

14、蒸汽溫度 雖然鍋爐效率會(huì)隨著過(guò)熱蒸汽溫度的升高而提高，但是，若考慮過(guò)熱器管受力及壽命,則會(huì)有如下情況：現(xiàn)在過(guò)熱器設(shè)計(jì)壽命一般為×小時(shí)。當(dāng)運(yùn)行壁溫度超過(guò)規(guī)定上限溫度，將導(dǎo)致鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度下降，高溫性能變差，最終導(dǎo)致爆管。過(guò)熱器超溫分為長(zhǎng)期和短期兩種。長(zhǎng)期過(guò)熱是指超高溫不大的情況下金屬材料長(zhǎng)時(shí)間在應(yīng)力和超溫溫度的作用下導(dǎo)致爆管。短期過(guò)熱情況發(fā)生時(shí)，如果減溫水系統(tǒng)反應(yīng)迅速，減溫水量足夠的話(huà)，可以控制過(guò)熱器管壁超溫。經(jīng)查資料得出溫度差與減少壽命的關(guān)系如下：因此為了提高鍋爐效率，應(yīng)在額定溫度范圍內(nèi)適當(dāng)提高過(guò)熱溫度。5.4.2 調(diào)節(jié)排煙量和排煙溫度排煙熱焓的大小取決于排煙溫度和排煙量。因

15、此，影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度和排煙量。排煙溫度越高，排煙量越大，排煙熱損失越大，排煙熱損失是鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)。降低排煙熱損失的方法：盡量減少排煙量，排煙量的大小主要取決于空氣過(guò)剩系數(shù)，并與燃料的各類(lèi)及煙道漏風(fēng)都有關(guān)，因此，鍋爐在燒某種燃料時(shí)要減少排煙量，就要保證在燃燒完全的前提下，盡可能地降低爐膛空氣過(guò)剩系數(shù)，設(shè)法堵塞爐膛和煙道各處的漏風(fēng)。降低排煙溫度：一般情況下，排煙溫度每增高12一15，排煙熱損失增加1%，可見(jiàn)，降低排煙溫度對(duì)降低排煙熱損失效果顯著。但是，排煙溫度的降低受兩個(gè)因素的限制。其一，要降低排煙溫度就要增加鍋爐受熱面，也就要增加設(shè)備投資，多耗鋼材。其二，排煙溫度降低

16、后，尾部受熱面壁溫也隨之降低，會(huì)造成低溫腐蝕，所以排煙溫度不能降的很低，最適當(dāng)?shù)呐艧煖囟鹊倪x擇是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，不僅與燃料價(jià)格和金屬價(jià)格的比值等因素有關(guān)，而且與燃料的含硫量有關(guān)。因此，為降低排煙溫度，應(yīng)做到：合理地布置足夠的受熱面；運(yùn)行中防止受熱面積灰和結(jié)渣；及時(shí)吹灰打渣，保持受熱面清潔。5.4.3降低機(jī)械未完全燃燒熱損失 6模型結(jié)果的改進(jìn)與評(píng)價(jià)對(duì)模型求解結(jié)果的實(shí)際意義進(jìn)行分析，說(shuō)明其合理性和實(shí)用性。對(duì)求解方法和結(jié)果做適當(dāng)?shù)恼`差分析、靈敏度分析等。7模型的推廣與改進(jìn)方向還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的一些好的設(shè)想或猜想。這一部分應(yīng)包括：你的模型完成了什么工作？達(dá)到了什么目的？得出了什么規(guī)律？你的建模方法是否有創(chuàng)

17、造性？為今后的工作提供了什么思路？結(jié)果有什么理論或?qū)嶋H用途？模型中有何不足之處？有何改進(jìn)建議？模型中有何遺留未解決的問(wèn)題？以及解決這些問(wèn)題可能的關(guān)鍵點(diǎn)和方向。8模型的優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)事求是，不要夸張9參考文獻(xiàn)1 高麗霞.確定最佳過(guò)量空氣系數(shù)的新方法J.煤礦機(jī)械第8期(30卷). 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.2 車(chē)得福 莊正寧 李軍 王棟.鍋爐（第二版）M. 西安交通大學(xué)出版社，2008.3 趙奕奕 張萬(wàn)路.提高工業(yè)鍋爐和蒸汽系統(tǒng)效率培訓(xùn)教材M. 中國(guó)計(jì)量出版社，2007.4 丁力 樓波.過(guò)熱蒸汽溫度變化對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)和安全影響研究J. 節(jié)能技術(shù)第4期(28卷).2010.5 許振宇 陳鴻偉 高建強(qiáng).大電廠(chǎng)鍋爐

18、重要遣纖參數(shù)的耗差分析A. 華北電力大學(xué)，2007.6 王瑩.大型電站鍋爐過(guò)熱器爆管原因綜述及對(duì)策J.中國(guó)電力,1998.31.10附 錄文中大的數(shù)據(jù)表，某些非關(guān)鍵、較繁索的推導(dǎo)過(guò)程、主要的計(jì)算程序等附錄1：鍋爐運(yùn)行主要參數(shù)數(shù)值名稱(chēng)符號(hào)單位計(jì)算公式及數(shù)據(jù)結(jié)果碳含量%62.61%氫含量%3.62%硫含量%1.08%氧含量%7.21%氮含量%0.68%無(wú)機(jī)物水分%10.10%灰分%14.70%應(yīng)用基高位發(fā)熱量KJ/kg25020機(jī)組負(fù)荷MW298 245.3215.8192.3煙氣含氧量%實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值5.215.085.886.84主汽流量Dt/h實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值845.2681.6599.354

19、7.8排煙溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值137.76134.08126.21123.15過(guò)熱蒸汽壓力MPa16.9過(guò)熱蒸汽溫度541給水溫度279試驗(yàn)期間平均耗量Kg/h實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值129357過(guò)熱蒸汽量Kg/h實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值1074705過(guò)熱蒸汽壓力（絕對(duì)壓力）Mpa實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值16.3過(guò)熱蒸汽溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值539.3再熱蒸汽入口壓力（絕對(duì)壓力）Mpa實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值3.9再熱蒸汽入口溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值338.5再熱蒸汽入口流量Kg/h實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值891191再熱蒸汽出口壓力（絕對(duì)壓力）Mpa實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值3.7再熱蒸汽出口溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值538.7再熱蒸汽出口流量Kg/h實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值928475再熱蒸汽減溫水壓力（絕對(duì)壓力）Mpa實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值7.7再熱蒸汽減溫水溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值169.4再熱蒸汽減溫水流量Kg/h=928475-89119137284鍋爐給水壓力（絕對(duì)壓力）Mpa實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值18.4鍋爐給水溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值276.4給水流量Kg/h實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值1074785爐底灰渣可燃物%取樣分析值