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循环流化床锅炉燃烧建模与优化控制

作　者: 周武
导　师: 席裕庚
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制工程
关键词: 循环流化床锅炉 燃烧系统 线性模型 非线性模型 动态矩阵控制
分类号: TK229.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


节能减排是当今社会的一个热门话题。能源的消耗主要是煤和石油,废气废物的排放也主要来自于这些能源的消耗。而锅炉作为一个主要发电设备,一方面它需要消耗大量的煤,另一方面,它会排放废气和废物,对能源消耗和环境都会造成较大影响。为了达到节能减排的目的,需要提高锅炉的燃烧效率和减少废物的排放,循环流化床锅炉正是在这样的背景下发展起来的。但是循环流化床锅炉由于其复杂的炉内流动和传热情况,其炉内特性一直是困扰研究人员的重要问题,同时,其分布参数、非线性、时变和多变量的耦合也对研究带来了一系列难题。这些问题的解决对锅炉的设计、提高其燃烧效率、制定合理的运行规则以及设计合理的控制系统都具有重要意义。本课题主要完成了以下方面的研究工作:1.通过对某发电厂150t/h循环流化床锅炉的调研,结合循环流化床锅炉已有的研究成果和从该电厂获得的历史数据以及现有的数学模型,利用MATLAB工具箱,建立了传递函数模型,在此模型基础上通过仿真研究了循环流化床锅炉燃烧系统的动态特性。其主要研究了给煤量、一次风量、二次风等输入量和床温、主蒸汽压力、主蒸汽温度、炉膛出口烟气含氧量等输出量之间的关系,并给出了可用于控制系统设计的燃烧系统的传递函数阵,仿真结果也表明所建立的模型能准确地反映系统的动态性能。2.由于所设计的控制器在真正投入运行前需要验证其有效性和合理性,这样就需要建立一个对象模型用于仿真,这个对象必须包含一些非线性特性,以贴合实际的对象,因此,在本文中,利用MATLAB工具箱,采用了小波网络的辨识方法,得到了一个非线性模型作为对象。3.针对前面所辨识的非线性模型作为对象,利用线性模型设计了一个多变量DMC控制器来控制所辨识的非线性对象,对其结果进行仿真并做了详细的分析。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 研究背景与意义  8-10
  1.2 循环流化床锅炉的建模与仿真的意义  10-12
  1.3 基于神经网络非线性辨识的发展与应用  12-13
  1.4 课题研究内容和安排  13-14
第二章 循环流化床锅炉对象及其特性  14-28
  2.1 循环流化床锅炉结构及主要设备  15-17
    2.1.1 锅炉结构简述  15
    2.1.2 循环流化床锅炉的主要设备  15-17
  2.2 工作原理  17
  2.3 流化床燃烧的特点与优点  17-18
  2.4 运行特性  18-22
    2.4.1 蒸汽压力的变动及调节  18-19
    2.4.2 蒸汽温度的调节  19
    2.4.3 燃烧调节  19-22
    2.4.4 负荷的调节  22
  2.5 循环流化床控制的特点和难点[38]  22-24
    2.5.1 循环流化床锅炉床温控制  22-23
    2.5.2 循环流化床锅炉主蒸汽压力(负荷)控制  23
    2.5.3 循环流化床锅炉过热蒸汽温度控制  23-24
  2.6 CFB 先进控制策略发展现状  24-27
  2.7 本章小结  27-28
第三章 循环流化床锅炉模型的线性辨识  28-38
  3.1 变量关系图  28-29
  3.2 数据预处理  29-31
  3.3 系统模型辨识  31-33
  3.4 模型验证与确定  33-34
  3.5 建模结果分析  34-37
  3.6 本章小结  37-38
第四章 循环流化床锅炉模型的非线性辨识  38-47
  4.1 小波网络系统辨识  38-40
    4.1.1 小波分析理论  38-39
    4.1.2 小波网络的结构  39-40
  4.2 小波网络辨识过程  40-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章 循环流化床锅炉DMC 控制器的设计  47-58
  5.1 预测控制的基本原理  47-48
  5.2 多变量系统DMC 控制器的设计  48-53
  5.3 CFB 多变量DMC 参数选取与仿真结果分析  53-57
    5.3.1 参数选取  53-54
    5.3.2 仿真结果及分析  54-57
  5.4 本章小结  57-58
第六章 总结与展望  58-60
  6.1 本文研究内容和主要贡献  58
  6.2 未来展望  58-60
参考文献  60-66
攻读硕士学位期间已发表的论文  66-67
致谢  67-69

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽锅炉 > 各种类型锅炉 > 燃煤锅炉 > 流化炉（沸腾炉）锅炉
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