潔凈煤技術(shù)是我國(guó)保障發(fā)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施之一。循環(huán)流化床(CFB)燃燒發(fā)電技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的重要研究領(lǐng)域,已成為燃煤機(jī)組的重要組成部分。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中火力發(fā)電仍占據(jù)主導(dǎo)地位,為了更好消納日益增長(zhǎng)的新能源電力容量,減少棄風(fēng)、棄光量,提升火電機(jī)組快速變負(fù)荷運(yùn)行能力將是必然選擇。CFB機(jī)組流態(tài)化的燃燒方式使得給煤顆粒在爐膛中燃燒放熱具有大慣性,因此,大多數(shù)CFB機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能較差,且變負(fù)荷速率不能滿(mǎn)足電網(wǎng)的需求。但CFB鍋爐爐膛蓄能較大,蓄能的深度利用可提升機(jī)組動(dòng)態(tài)性能,并為CFB機(jī)組快速變負(fù)荷提供可能。基于此,本文將從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究:1、在理解分析CFB機(jī)組燃燒特性、燃料側(cè)及汽水側(cè)蓄能特性的基礎(chǔ)上,提出了亞臨界及超臨界CFB機(jī)組蓄能模型,建立了 CFB鍋爐蓄能理論體系,實(shí)現(xiàn)燃料側(cè)及汽水側(cè)蓄能量化;利用蓄能模型,從蓄能變遷及能量平衡的角度分析了亞臨界及超臨界CFB鍋爐機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的蓄能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性和蓄能變遷過(guò)程;從物理位置及能量流動(dòng)角度將CFB機(jī)組蓄能變遷過(guò)程拆分成為兩個(gè)子過(guò)程,分析了各子過(guò)程在能量調(diào)節(jié)中的響應(yīng)特性。2、利用蓄能模型,并基于鍋爐側(cè)釋放熱量與爐內(nèi)即燃炭之間的動(dòng)態(tài)過(guò)程,分析了 CFB鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,通過(guò)對(duì)負(fù)荷控制系統(tǒng)的合理簡(jiǎn)化,建立了亞臨界及超臨界CFB機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)機(jī)理模型,同時(shí)給出了模型參數(shù)辨識(shí)方法。以實(shí)際機(jī)組為對(duì)象,建立模型并加以驗(yàn)證,結(jié)果表明,所建立的CFB機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型具有較高的精度和泛化能力,為機(jī)組控制策略的研究和動(dòng)態(tài)過(guò)程的優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。3、通過(guò)對(duì)CFB機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)機(jī)理模型進(jìn)行線(xiàn)性化處理,獲取了典型工況下的線(xiàn)性化模型,在分析機(jī)組變負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性及相關(guān)控制策略思路的基礎(chǔ)上,提出了基于先行能量平衡的CFB機(jī)組快速變負(fù)荷控制策略,即引入蓄能加速信號(hào),充分挖掘風(fēng)量對(duì)CFB燃料側(cè)蓄能快速調(diào)整的潛能,同時(shí)保證給煤回路在整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中能量供應(yīng)的持續(xù)性,實(shí)現(xiàn)了 CFB機(jī)組在快速變負(fù)荷過(guò)程不同階段下蓄能的合理分配及補(bǔ)充,減小主要被控參數(shù)波動(dòng)。仿真結(jié)果和實(shí)際機(jī)組應(yīng)用驗(yàn)證了該控制策略的可行性和先進(jìn)性。4、針對(duì)目前CFB機(jī)組普遍摻燒煤泥燃燒運(yùn)行中動(dòng)態(tài)性能較差的情況,以煤泥泵送CFB機(jī)組為研究對(duì)象,揭示了實(shí)際連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中能量波動(dòng)的原因;研究和利用鍋爐能量釋放及蓄能平抑輸入能量波動(dòng),優(yōu)化能量變遷過(guò)程,形成了CFB鍋爐大比例摻燒煤泥運(yùn)行控制策略。實(shí)際機(jī)組應(yīng)用表明該策略有利于減小參數(shù)波動(dòng),增加機(jī)組煤泥摻燒量,降低燃料成本。5、床溫能表征CFB鍋爐爐內(nèi)燃燒釋放熱量與汽水側(cè)吸收能量的平衡狀態(tài),并影響大氣污染物排放控制。在CFB鍋爐機(jī)組蓄能深度利用,實(shí)現(xiàn)快速變負(fù)荷等動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制過(guò)程中,需要對(duì)床溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)。結(jié)合智能發(fā)電和智能監(jiān)測(cè)體系,針對(duì)CFB鍋爐床溫運(yùn)行控制的特性,構(gòu)建基于長(zhǎng)短期記憶(LSTM)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的CFB鍋爐床溫區(qū)間預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)未來(lái)時(shí)間段內(nèi)床溫的上下限預(yù)測(cè),并通過(guò)仿真驗(yàn)證了模型的精度。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TM621
【部分圖文】：

供熱機(jī)組熱電解耦，提升了機(jī)組調(diào)峰能力。美國(guó)、德國(guó)通過(guò)運(yùn)行調(diào)整、設(shè)備改??造等方式，使機(jī)組具備降低至２０？２５％額定負(fù)荷的能力，促使其由原來(lái)的基荷電??力向調(diào)峰電力轉(zhuǎn)變［｜（）］；丹麥通過(guò)儲(chǔ)熱裝置、電熱鍋爐、尖峰鍋爐和蒸汽旁路等??方式實(shí)現(xiàn)熱電解耦，使供熱機(jī)組具有６０％？８０％額定負(fù)荷的調(diào)峰能力，成為實(shí)現(xiàn)??其未來(lái)可再生能源１００％容納的重要手段｜１１］。一些國(guó)家通過(guò)調(diào)整機(jī)組蓄熱、優(yōu)??化控制等方式，將變負(fù)荷速率提高至每分鐘３％額定負(fù)荷以上。??國(guó)外火電機(jī)組靈活性運(yùn)行建立在機(jī)組設(shè)計(jì)的有效運(yùn)行范圍較寬、煤質(zhì)固定??且著火特性較好、機(jī)組自動(dòng)化程度較高、改造投資較大的基礎(chǔ)上。我國(guó)大多數(shù)??現(xiàn)有火電機(jī)組均按基本負(fù)荷設(shè)計(jì)，調(diào)峰適應(yīng)性較差，存在調(diào)節(jié)范圍窄（５?０？１０?０?％?）、??調(diào)節(jié)速率慢（１？２％），大范圍快速變負(fù)荷時(shí)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行水平下??降等問(wèn)題。圖１－］給出２０１７年我國(guó)與新能源滲透率較高的幾個(gè)國(guó)家的電源結(jié)構(gòu)??對(duì)比情況。我國(guó)發(fā)電裝機(jī)中燃煤火力發(fā)電占５７．３％，可快速響應(yīng)新能源電力隨??機(jī)波動(dòng)性的燃?xì)獍l(fā)電僅占４．２％，抽水蓄能僅占１．６％。預(yù)計(jì)到２０３０年，燃?xì)獍l(fā)??電與抽水蓄能占比將分別達(dá)到６．６％和２．８％，仍然低于德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)??目前的靈活電源比例［１２１。為了滿(mǎn)足高比例新能源接入下的電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻需求，??亟需探索出一條適合我國(guó)電力系統(tǒng)現(xiàn)狀的火電機(jī)組調(diào)峰技術(shù)路線(xiàn)。??

術(shù)尚不具備大規(guī)模實(shí)施條件［３１］。因此有必要挖掘各機(jī)組內(nèi)部蘊(yùn)含的蓄能，對(duì)于??火電機(jī)組蓄能利用策略，國(guó)內(nèi)外的主要研究實(shí)施對(duì)象為煤粉爐，可分為鍋爐側(cè)??和汽輪機(jī)側(cè)各系統(tǒng)的蓄能挖掘和利用，如圖１－２所示。??火電機(jī)組??蓄能利用策略??＾＾——１??；?１?＿￣??１?ｉ??鍋爐側(cè)?｜汽輪機(jī)側(cè)??汽包蓄汽水分：?凝結(jié)?凝汽?供熱??熱?離器蓄?水系?器冷?抽汽??熱丨?統(tǒng)丨卻?：系統(tǒng)??：??圖１－２火電機(jī)組蓄能利用策略分類(lèi)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ??ｉ）鍋爐側(cè)蓄能利用??傳統(tǒng)的煤粉爐發(fā)電機(jī)組一般通過(guò)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（ＣＣＳ）完成電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)??發(fā)電控制ＡＧＣ，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理是通過(guò)給煤量和汽機(jī)主調(diào)門(mén)開(kāi)度的協(xié)調(diào)配合??實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷與主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)｜３２Ｌ協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過(guò)快速調(diào)節(jié)主調(diào)門(mén)來(lái)瞬??間改變進(jìn)入汽輪機(jī)做功蒸汽的流量，從能量的角度來(lái)看，其本質(zhì)是利用鍋爐側(cè)??的熱慣性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄能的時(shí)序調(diào)節(jié)［３３］。統(tǒng)計(jì)目前所具有的方式，典型的有爐??跟機(jī)方式［３４１、機(jī)跟爐方式［３５］、直接能量平衡（ＤＥＢ）方式等等，對(duì)于不同機(jī)組??的特性需求

目前，凝結(jié)水系統(tǒng)、凝汽器冷卻系統(tǒng)和供熱抽汽系統(tǒng)中的蓄熱利用問(wèn)??題在工程上陸續(xù)得到驗(yàn)證，涌現(xiàn)較多針對(duì)利用汽輪機(jī)側(cè)的蓄能改善機(jī)組動(dòng)態(tài)性??能的研宄，其控制策略流程示意圖如圖１－３所示。??協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)??＾－減溫水，主蒸汽——??—?—學(xué)制??Ｔ?＾?＇?????Ｃ磨媒機(jī)?凝汽器?齡（器??供熱抽汽?？冷卻丁噴??－控制?＿??控制??鉿水泵?凝結(jié)水?一一??節(jié)流控制??除氣器?低加?供熱系統(tǒng)??？??圖１－３基于汽輪機(jī)蓄能深度利用的控制策略示意??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｏｎｔｅｎｔｓ??６??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2841868