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东南大学学报（自然科学版） 2021年第6期51卷 1049-1059页

作者：陈茁钟文琪陈曦赵东晓孙玉芬东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室南京210096 中国石化扬子石油化工有限公司热电厂南京210048

为降低多锅炉共用脱硫塔燃煤电站因增压风机跳停引发的连锁风险,采用CFD数值模拟与集总参数建模相结合的方法建立了母管制烟道系统的数理模型,得到增压风机排出烟气量、锅炉排出烟气量以及风机跳停对母管制烟道压力分布的影响规律,并在... 详细信息

为降低多锅炉共用脱硫塔燃煤电站因增压风机跳停引发的连锁风险,采用CFD数值模拟与集总参数建模相结合的方法建立了母管制烟道系统的数理模型,得到增压风机排出烟气量、锅炉排出烟气量以及风机跳停对母管制烟道压力分布的影响规律,并在此基础上采用MATLAB构建了母管制烟道在线运行指导系统.结果表明:母管两端增压风机跳停会导致其相近管段压力提升更为剧烈;提升增压风机转速及降低锅炉负荷能够有效降低烟道系统压力,且对其相近管段及空预器出口压力的作用最为显著;当某增压风机跳停时,优先提高临近增压风机转速能够更大程度降低烟道系统压力;与CFD模型相比,所构建指导系统的计算时长降低至小于4.6 s,满足了现场运行人员准确预测烟道压力波动和实时调控烟气流量分配的需求.

关键词：母管制烟道数值模拟烟气脱硫风机跳停

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电厂母管制烟道压力分布特性数值试验及运行优化

电厂母管制烟道压力分布特性数值试验及运行优化

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作者：陈茁东南大学

学位级别：硕士

多锅炉共用脱硫塔燃煤电站中的母管制烟道系统结构复杂,极易因风机跳停引发多机组炉膛压力冒正非停以及脱硫塔和烟道压力冲击损坏。然而,大多数电厂的母管制烟道系统运行和操作水平较低,针对于生产实际中增压风机跳停事故的应对方案制... 详细信息

多锅炉共用脱硫塔燃煤电站中的母管制烟道系统结构复杂,极易因风机跳停引发多机组炉膛压力冒正非停以及脱硫塔和烟道压力冲击损坏。然而,大多数电厂的母管制烟道系统运行和操作水平较低,针对于生产实际中增压风机跳停事故的应对方案制定及其优化主要依赖经验、缺乏理论指导,难以兼顾系统的经济性和稳定性,且稳定工况下的运行能耗问题也有一定的优化空间。为此,本文以某360 MW热电厂9炉7塔的母管制烟道系统为研究对象,通过数值试验的方法深入研究了各操作参数对母管制烟道系统压力分布的影响规律,并在此基础上构建了基于simulink和遗传算法（GA）的跳停应对方案及低成本运行优化方法,开发了指导现场实际操作的优化软件,并在现场应用,主要研究内容及结论如下:首先,通过历史数据采集和现场工程试验,获取了母管制烟道系统在典型工况下的实际运行数据,采用集总参数法将引/增压风机、除尘器和脱硫塔等关键设备进行合理简化,对母管制烟道进行全尺寸三维建模,实现了母管制烟道系统烟气流动的CFD数值计算,并采用现场试验数据对模拟结果进行了对比验证,烟道测点压力最大绝对误差在65 Pa以内,脱硫塔出口烟气量的计算误差均小于10%。在此基础上,通过数值试验的方法深入研究了增压风机转速、锅炉负荷及不同锅炉-脱硫塔运行方案对母管制烟道压力分布的影响规律。结果表明:处于母管两端的增压风机跳停会导致其相近管段及空预器出口的压力提升更为剧烈;提升增压风机转速和降低锅炉负荷能够有效降低烟道系统压力,且对其相近管段及空预器出口压力的作用最为显著;当某增压风机跳停时,增压风机转速的提升在跳停风机侧脱硫塔负荷未完全转移阶段对烟道系统压力的影响较小,优先提升临近增压风机转速能够更大程度降低烟道系统压力;相较于四塔运行,三塔运行方案下增压风机跳停所造成的压力提升更为显著,烟道测点压力最大波动值达890 Pa,提升63%,且在不改变锅炉侧负荷的前提下难以实现烟气转移及降低烟道压力波动的需求;优先采取距事故高发增压风机较近的锅炉停炉运行方案,有利于增压风机跳停事故后的烟气转移和烟道系统压力调节。基于数值模拟结果获取了非标准管道的阻力特性,采用simulink中的simscape模块构建了母管制烟道系统仿真预测模型,预测结果与现场试验数据吻合程度较高,计算耗时较CFD数值模拟大幅减少（各工况下计算时长均在4.6 s以内）。并将遗传算法与该预测模型相结合,以降低应急工况下的烟道系统压力波动和稳定工况下增压风机运行功率为目标,获得了满足安全运行标准下的最佳操作参数。结果显示:应急工况下优化调整后的烟道测点压力总波动较跳停状态最高降低3388 Pa,减少97.3%;稳定工况下增压风机总功率较优化前最高降低222 k W,减少13%。最终,采用MATLAB（R2020a）编程以及软件封装的方法开发了母管制烟道运行优化的可视化软件,并成功于现场试验性应用。针对实际运行工况,运行优化指导软件均能对操作参数的调整进行合理指导,稳定工况下增压风机总功率较优化前减少15%,针对于增压风机跳停的异常工况,能够将跳停风机侧脱硫塔负荷完全转移,母管烟道无冒正风险,烟道测点压力总波动较跳停工况减少52.5%。实现了现场提升运行效益,降低异常工况下烟道的压力波动,安全稳定生产的最终目标。

关键词：母管制烟道 CFD数值模拟风机跳停 simulink 遗传算法

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