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循环流化床锅炉建模及其智能控制系统的研究

作　者: 陈亮
导　师: 褚健；金建祥
学　校: 浙江大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 循环流化床锅炉床温数学模型模糊预测控制蒸汽压力过热蒸汽温度神经PID 性能计算
分类号: TK229
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

循环流化床锅炉由于燃烧效率高、燃料适应性广并且容易满足环境保护的要求,在电力与热电行业应用越来越广泛。循环流化床锅炉是一个分布参数、非线性、时变、多变量紧密耦合的控制对象,很难建立精确的数学模型,传统的常规控制方法很难达到理想的控制效果。循环流化床锅炉热工自动控制方面的问题已经成为其推广应用的主要障碍之一。为此,本方针对以上问题对循环流化床锅炉过程控制进行了深入研究,研究内容主要包括以下几个方面: 1.循环流化床锅炉床温控制模型的研究由于循环流化床锅炉是一个大惯性、非线性、时变、多变量耦合对象。很难建立起精确的数学模型,文中通过对循环流化床锅炉燃烧动力学特性、流体力学特性与传热传质特点的分析,忽略次要因素,抓住主导因素,从理论上得到循环流化床锅炉燃烧数学模型,仿真实验与现场测试表明,模型能够正确反映出燃料量与一次风的变化对床温的影响,床温变化对主汽压力的影响,为实际运行中对燃料量的调整及控制器的设计提了供理论依据。 2.循环流化床锅炉负荷控制的研究从现场实际情况观察,床温随负荷的变化而变化,不同负荷对应不同的床层温度,而给煤量的变化首先影响的是床层温度,然后才能反映到蒸汽压力的变化,而负荷需求也会很快的反映到床温需求上,所以本文提出了以床温为中间变量的串级负荷控制方法,同时采用模糊预测控制算法,消除因给煤量扰动而造成的蒸汽压力波动,可以提高负荷控制系统的稳定性,鲁棒性,减少滞后与超调,本文采用第二章的燃烧与汽压控制模型设计锅炉负荷控制器,仿真研究与现场应用表明效果良好。 3.循环流化床锅炉过热蒸汽温度控制循环流化床锅炉过热蒸汽温度是一个控制精度要求高,时变滞后的复杂过

全文目录

摘要  9-11
ABSTPACT  11-13
符号说明  13-15
第一章绪论  15-40
  1.1 引言  15-16
  1.2 循环流化床燃烧技术现状及前景  16-22
    1.2.1 循环流化床燃烧技术简介  16-19
      1.2.1.1 循环流化床燃烧技术工作原理  17-18
      1.2.1.2 循环流化床燃烧技术特点与优点  18-19
    1.2.2 循环流化床燃烧技术国内外发展现状  19-22
      1.2.2.1 国外循环流化床燃烧技术的发展现状  19-20
      1.2.2.2 国内循环流化床燃烧技术的发展现状  20-22
  1.3 循环流化床锅炉控制的特点和难点  22-26
    1.3.1 循环流化床锅炉控制系统简介  22-25
      1.3.1.1 循环流化床锅炉床温控制  23-24
      1.3.1.2 循环流化床锅炉主汽压力(负荷)控制  24
      1.3.1.3 循环流化床锅炉过热蒸汽温度控制  24-25
      1.3.1.4 锅炉汽包水位控制  25
    1.3.2 循环流化床锅炉控制的特点和难点  25-26
  1.4 智能控制技术  26-32
    1.4.1 模糊控制技术  26-30
    1.4.2 神经网络控制技术  30-32
  1.5 预测控制技术  32-35
  1.6 本论文研究内容  35-37
  参考文献  37-40
第二章循环流化床锅炉模型研究  40-70
  2.1 引言  40
  2.2 循环流化床锅炉燃烧控制模型的研究  40-57
    2.2.1 循环流化床锅炉流体动力学模型  41-48
      2.2.1.1 循环流化床锅炉流体动力学模型常用参数的计算  41-42
      2.2.1.2 循环流化床锅炉密相区流体动力学模型  42-44
      2.2.1.3 循环流化床锅炉稀相区流体动力学模型  44-46
      2.2.1.4 循环流化床锅炉分离器的分离效率  46
      2.2.1.5 循环流化床锅炉内的夹带与扬析  46-47
      2.2.1.6 循环流化床锅炉内颗粒的磨损  47-48
    2.2.2 循环流化床锅炉内煤的燃烧模型  48-52
      2.2.2.1 煤中挥发份的析出  48-49
      2.2.2.2 煤中焦碳的燃烧  49-51
      2.2.2.3 流化床内气体的均相反应  51-52
      2.2.2.4 循环流化床锅炉内的脱硫反应  52
    2.2.3 循环流化床锅炉内的传热模型  52-57
      2.2.3.1 循环流化床锅炉内密相区传热模型  52-54
      2.2.3.2 循环流化床锅炉内稀相区传热模型  54-57
  2.3 循环流化床锅炉燃烧总体模型  57-61
    2.3.1 循环流化床锅炉密相区燃烧总体模型  58-59
    2.3.2 循环流化床锅炉稀相区燃烧总体模型  59-61
  2.4 循环流化床锅炉主汽压力控制模型  61-63
    2.4.1 汽包内能量平衡  61-62
    2.4.2 汽包内物质平衡  62-63
  2.5 循环流化床锅炉控制模型的求解与验证  63-66
    2.5.1 循环流化床锅炉控制模型的求解  63-64
    2.5.2 循环流化床锅炉控制模型的验证  64-66
  2.6 本章小结  66-67
  参考文献  67-70
第三章循环流化床锅炉床温与负荷控制器的设计  70-91
  3.1 引言  70
  3.2 循环流化床锅炉床温控制现状  70-73
  3.3 锅炉负荷(主汽压力)控制现状  73-75
  3.4 循环流化床锅炉床温模糊预测控制算法研究  75-85
    3.4.1 循环流化床锅炉床温预测算法研究  76-79
    3.4.2 循环流化床锅炉床温模糊控制器的设计  79-82
    3.4.3 循环流化床锅炉床温模糊预测算法  82
    3.4.4 循环流化床锅炉床温模糊预测控制算法仿真研究  82-85
  3.5 循环流化床锅炉过热蒸汽压力(负荷)控制算法研究  85-88
    3.5.1 以床温为中间被控对象的串级负荷控制系统  85-86
    3.5.2 以床温为中间被控对象的串级负荷控制系统仿真研究  86-88
  3.6 本章小结  88-89
  参考文献  89-91
第四章循环流化床锅炉过热蒸汽温度控制  91-110
  4.1 引言  91
  4.2 锅炉过热蒸汽温度控制研究现状  91-95
    4.2.1 串级汽温控制系统  91-93
    4.2.2 自适应和预测汽温控制系统  93
    4.2.3 模糊汽温控制系统  93-94
    4.2.4 神经网络汽温控制系统  94-95
  4.3 多目标神经PID控制器研究  95-106
    4.3.1 多目标优化单神经元PID控制器的算法模型研究  96-100
    4.3.2 多目标优化单神经元PID控制系统的稳定性分析  100-103
    4.3.3 多目标优化单神经元PID控制系统仿真研究  103-106
  4.4 本章小结  106-107
  参考文献  107-110
第五章智能控制器在循环流化锅炉控制中的工程应用  110-128
  5.1 循环流化锅炉负荷控制  110-123
    5.1.1 控制策略的工程应用背景  110-114
    5.1.2 热电厂DCS系统配置  114-115
    5.1.3 锅炉负荷控制方案的设计  115-120
    5.1.4 控制方案投运与调试  120-123
  5.2 循环流化床锅炉过热蒸汽温度控制  123-126
    5.2.1 工程应用背景  123-124
    5.2.2 过热蒸汽温度系统控制方案的设计  124
    5.2.3 控制方案投运  124-126
  5.3 本章小结  126-127
  参考文献  127-128
第六章循环流化床锅炉性能计算  128-142
  6.1 引言  128-129
  6.2 循环流化床锅炉与煤粉炉性能计算之间的区别  129
  6.3 添加石灰石对CFBB性能的影响  129-133
    6.3.1 石灰石的加入对输入热量的影响  129-130
    6.3.2 石灰石的加入对排烟热损失的影响  130-132
    6.3.3 石灰石的加入对灰渣热损失的影响  132-133
  6.4 循环流化床锅炉各项热损失的计算  133-136
    6.4.1 散热损失的计算  133-134
    6.4.2 固体不完全燃烧热损失的计算  134
    6.4.3 灰渣物理显热损失的计算  134
    6.4.4 排烟热损失的计算  134-136
    6.4.5 燃烧低位发热量的计算  136
  6.5 工程应用实例  136-140
  6.6 本章小结  140-141
  参考文献  141-142
第七章全文总结  142-144
攻读博士学位其间发表及录用的主要论文  144
作者在攻读博士其间所完成的项目、成果:  144-145
致谢  145

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