電工杯數(shù)學建模優(yōu)秀論文==

1、電工杯數(shù)學建模優(yōu)秀論文鍋爐的優(yōu)化運行摘 要 針對優(yōu)化鍋爐運行，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，并通過公式具體討論了鍋爐運行參數(shù)對鍋爐效率的影響。對于問題1，我們根據(jù)爐膛口飛灰含量與過量空氣系數(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，再通過求函數(shù)在給定區(qū)間最小值得出最佳過量空氣系數(shù)=1.3828。對于問題2，因無法直接確定鍋爐效率與過量空氣系數(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，得到關(guān)系式。對于問題3，利用控制變量模型分析過熱蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等運行參數(shù)對鍋爐效率的影響。針對論文的實際情況，對論文的優(yōu)缺點做了評價，文章

2、最后還給出了其他的改進方向，以用于指導實際應用。關(guān)鍵詞：過量空氣系數(shù)；最小二乘法；鍋爐效率；運行參數(shù)；控制變量1問題的重述眾所周知，火力發(fā)電廠中鍋爐是關(guān)鍵設(shè)備之一，鍋爐效率的高低對于電廠的經(jīng)濟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。鍋爐效率與其各項熱能損失密切相關(guān)，其中包括排煙損失、化學不完全燃燒熱損失、機械不完全燃燒熱損失等部分，而這些損失又受諸如過量空氣系數(shù)等因素的影響。本題中給出采用反平衡計算效率的公式：又給出所代表的各項損失類型，過量空氣系數(shù)的定義，鍋爐的運行參數(shù)和符號表示（詳見附錄1），以及與爐膛出口飛灰含碳量的數(shù)據(jù)表：實驗得到爐膛口飛灰含碳量與過量空氣系數(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)的問題，并通過具體分析說明各參數(shù)對其的影響，由此給出鍋爐的優(yōu)化運行方法。 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；作假設(shè)時需要注意的問題：對問題有幫助的所有假設(shè)都應該在此出現(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，雖然你可能在你的問題重述中已經(jīng)敘述了某個假設(shè)，但在這里仍然要再次敘述！與題目無關(guān)的假設(shè)，就不必在此寫出了。假設(shè)不宜過多過細，應抓住主要方面進行假設(shè)。3 變量說明 過量空氣

4、系數(shù)環(huán)境溫度空氣預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有關(guān)的系數(shù)化學不（或可燃氣體未）完全燃燒熱損失排煙溫度機械（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熱蒸汽的初始溫度對應的焓值循環(huán)效率汽輪機做功后主蒸汽的焓值標準煤耗冷凝后主蒸汽的焓值鍋爐效率管道熱效率絕對電效率排煙溫度當前實測值排煙溫度基準值 排煙熱損失當前實測值排煙熱損失基準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 燃料燃燒生成的實際

5、干煙氣體積4模型的準備（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，得到的數(shù)據(jù)可以很方便的放到Matlab里進行處理； （2）在Matlab中利用提取出來的數(shù)據(jù)繪制函數(shù)圖像； 以上兩步源代碼見附錄2。 （二） 5 模型的建立與求解5.1 問題一：確定鍋爐運行的最佳過量空氣系數(shù)1. 建模思路： 的確定主要取決于鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，過大會增加排煙熱損失 ，過小則會增加氣體不完全燃燒熱損失和固體不完全燃燒熱損失。所以需要確定一個最佳使的和最小。文獻認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、當過高時，爐膛出口溫度升高，煙氣量增加，又使升高，鍋爐效率降低。因此最低時對應的即為最佳過量空氣系數(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)表直接畫出其大概圖像為 顯然，記錄數(shù)據(jù)時可能存在誤差，因此考慮采用函數(shù)擬合法求解（代碼詳見附錄2）。得到擬合函數(shù)為：，其圖像為： 利用Matlab可求出最低點對應坐標： 解得飛灰含碳量=4.3601，過量空氣系數(shù)=1.38283. 求解結(jié)果：鍋爐運行的最佳過量空氣系數(shù)。5.2 問題二：鍋爐效率與過量空氣系數(shù)的關(guān)系1. 建模思路：由

7、于無法直接得出與的關(guān)系，又因為鍋爐效率公式為： 因此，可通過各部分熱量損失將和聯(lián)系起來。2. 模型建立和求解：由于主要與鍋爐散熱表面積的大小、管道的保溫以及周圍環(huán)境有關(guān)；決定于燃料的灰分、燃料的發(fā)熱量等，這兩項損失在鍋爐機組的實際運行中不能調(diào)整控制，因此在假設(shè)中將二者忽略，則效率公式可簡化為 （1） -排煙熱損失 -化學不（或可燃氣體未）完全燃燒熱損失 -機械（或固體）不完全燃燒熱損失 由經(jīng)驗公式有 ， （2） -過量空氣系數(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：對于無煙煤0.1；對于煙 煤，0.2；對于褐煤，0.06） -空氣預熱器出口煙氣中二

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有燃燒成煙氣，此項是對1kg 燃料所生成的煙氣容積的修正； m,n-計算系數(shù)，隨燃料種類而異，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量空氣系數(shù)關(guān)系。3.求解結(jié)果： 5.3 問題三：研究鍋爐的運行參數(shù)對鍋爐效率的影響表示鍋爐的運行狀態(tài)的參數(shù)有很多，其中主要有過熱蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、再熱

9、蒸汽溫度、鍋爐排煙溫度和鍋爐排煙含氧量等。下面就依次對這些主要參數(shù)進行分析：5.3.1 過熱蒸汽溫度對鍋爐效率的影響對應于具有過熱的朗肯循環(huán)，從過熱器出來的主蒸汽溫度下降，則吸熱過程的平均有效溫度降低，放熱過程的平均有效溫度不變，循環(huán)熱效率必然降低，導致熱耗增大。以我們在網(wǎng)上找到的某電廠機組為例，其蒸汽參數(shù)：過熱蒸汽出壓，背壓，初溫。溫度變化過程，鍋爐效率為，管道熱效率為，汽輪機效率為，機械效率為，發(fā)電機效率為，而且保持不變。計算主蒸汽溫度變化時，機組循環(huán)效率、標準煤耗的變化。 （1） （2） -過熱蒸汽的初始溫度對應的焓值 -循環(huán)效率 -汽輪機做功后主蒸汽的焓值 -標準煤耗 -冷凝后主蒸汽的

10、焓值 -鍋爐效率 -管道熱效率 -絕對電效率當初始過熱蒸汽溫度時，有公式（1）得：=44.48，以初始過熱蒸汽額定溫度550為基準，上下各升高15的變化范圍內(nèi)（535565）求機組的循環(huán)效率、標準煤耗如圖1、圖2所示?？梢娫陬~定溫度附近，隨過熱蒸汽溫度的升高循環(huán)效率逐漸增大、標準煤耗逐漸降低。 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值而其它所有參數(shù)均為基準值，則根據(jù)排煙損失的計算式，可以得到排煙溫度偏離基準值引起的排煙損失變化量：= (1)鍋爐效率相對變化值： (2)式中-排煙溫度基準值； -排煙熱損失基準值-排煙溫度當前實測值； -排煙熱損失當前實測值-

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（燃料燃燒生成的實際干煙氣體積）、（燃料燃燒生成的水蒸氣及相應空氣濕分帶入的水蒸氣體積）為實際試驗測得，（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)當時氣溫來查表得到，故以上四個量在這里將它們看做常量，僅僅就（排煙溫度基準值）與（排煙溫度當前實測值）差值變化來討論溫度引起的變化。很顯然，與（-）成正比，隨（-）的變化而相應的做出變化。5.3.4 研究鍋爐排煙含氧量變化引起的耗差電廠鍋爐普遍采用測量煙氣中的含氧量來監(jiān)測鍋爐運行時的過量

12、空氣系數(shù)。根據(jù)排煙損失的計算式，可以得到排煙含氧量偏離基準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)境空氣絕對濕度，kgkg； -煙氣中氧的基準容積百分含量，% -煙氣中氧的實測容積百分含量，%。-排煙熱損失基準值 -排煙熱損失當前實測值-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； -燃料燃燒生成的實際干煙氣體積鍋爐效率相對變化值： （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)，因此當氧含量增大時，由式（8）知，<0，所以鍋爐效率隨氧氣含量的增

13、大而減小。由于在實際中，不可能不變，再進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 過熱蒸汽溫度越高，鍋爐效率越高；過熱蒸汽溫度越低，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 問題四:探討鍋爐的優(yōu)化運行方法 找出優(yōu)化鍋爐運行的主要可行方法，包括調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度、調(diào)節(jié)排煙量和排煙溫度、降低機械未完全燃燒熱損失等，并在此分析說明。5.4.1調(diào)節(jié)過熱

14、蒸汽溫度 雖然鍋爐效率會隨著過熱蒸汽溫度的升高而提高，但是，若考慮過熱器管受力及壽命,則會有如下情況：現(xiàn)在過熱器設(shè)計壽命一般為×小時。當運行壁溫度超過規(guī)定上限溫度，將導致鋼的蠕變極限和持久強度下降，高溫性能變差，最終導致爆管。過熱器超溫分為長期和短期兩種。長期過熱是指超高溫不大的情況下金屬材料長時間在應力和超溫溫度的作用下導致爆管。短期過熱情況發(fā)生時，如果減溫水系統(tǒng)反應迅速，減溫水量足夠的話，可以控制過熱器管壁超溫。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，應在額定溫度范圍內(nèi)適當提高過熱溫度。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。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剩系數(shù)，并與燃料的各類及煙道漏風都有關(guān)，因此，鍋爐在燒某種燃料時要減少排煙量，就要保證在燃燒完全的前提下，盡可能地降低爐膛空氣過剩系數(shù)，設(shè)法堵塞爐膛和煙道各處的漏風。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，降低排煙溫度對降低排煙熱損失效果顯著。但是，排煙溫度的降低受兩個因素的限制。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，會造成低溫腐蝕，所以排煙溫度不能降的很低，最適當?shù)呐艧煖囟鹊倪x擇是一個技術(shù)經(jīng)濟問題，不僅與燃料價格和金屬價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，應做到：合理地布置足夠的受熱面；運行中防止受熱面積灰和結(jié)渣；及時吹灰打渣，保持受熱面清潔。5.4.3降低機械未完全燃燒熱損失 6模型結(jié)果的改進與評價對模型求解結(jié)果的實際意義進行分析，說明其合理性和實用性。對求解方法和結(jié)果做適當?shù)恼`差分析、靈敏度分析等。7模型的推廣與改進方向還沒有實現(xiàn)的一些好的設(shè)想或猜想。這一部分應包括：你的模型完成了什么工作？達到了什么目的？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？有何改進建議？模型中有何遺留未解決的問題？以及解決這些問題可能的關(guān)鍵點和方向。8模型的優(yōu)缺點實事求是，不要夸張9參考文獻1 高麗霞.確定最佳過量空氣系數(shù)的新方法J.煤礦機械第8期(30卷). 中國礦業(yè)大學，2009.2 車得福 莊正寧 李軍 王棟.鍋爐（第二版）M. 西安交通大學出版社，2008.3 趙奕奕 張萬路.提高工業(yè)鍋爐和蒸汽系統(tǒng)效率培訓教材M. 中國計量出版社，2007.4 丁力 樓波.過熱蒸汽溫度變化對鍋爐經(jīng)濟和安全影響研究J. 節(jié)能技術(shù)第4期(28卷).2010.5 許振宇 陳鴻偉 高建強.大電廠鍋爐

18、重要遣纖參數(shù)的耗差分析A. 華北電力大學，2007.6 王瑩.大型電站鍋爐過熱器爆管原因綜述及對策J.中國電力,1998.31.10附 錄文中大的數(shù)據(jù)表，某些非關(guān)鍵、較繁索的推導過程、主要的計算程序等附錄1：鍋爐運行主要參數(shù)數(shù)值名稱符號單位計算公式及數(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%無機物水分%10.10%灰分%14.70%應用基高位發(fā)熱量KJ/kg25020機組負荷MW298 245.3215.8192.3煙氣含氧量%實測數(shù)據(jù)平均值5.215.085.886.84主汽流量Dt/h實測數(shù)據(jù)平均值845.2681.6599.354

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