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电工杯数学建模优秀论文

锅炉的优化运行

摘要

针对优化锅炉运行，提高锅炉效率的要求，文章深入分析研究了各因素之间的关系，并通过公式具体讨论了锅炉运行参数对锅炉效率的影响。

对于问题1，我们根据炉膛口飞灰含量与过量空气系数的数据，采用最小二乘法拟合函数图像，从而得到二者的关系，再通过求函数在给定区间最小值得出最正确过量空气系数=1.3828。

对于问题2，因无法直接确定锅炉效率与过量空气系数的关系，因此找出联系二者的中间量，即各局部热损失，由此将二者关联起来，得到关系式。

对于问题3，利用控制变量模型分析过热蒸汽压力、过热蒸汽温度等运行参数对锅炉效率的影响。

针对论文的实际情况，对论文的优缺点做了评价，文章最后还给出了其他的改良方向，以用于指导实际应用。

关键词：过量空气系数；最小二乘法；锅炉效率；运行参数；控制变量

1．问题的重述

众所周知，火力发电厂中锅炉是关键设备之一，锅炉效率的上下对于电厂的经济有着极其重要的影响。因此，提高锅炉效率一直是人们追求的目标。

锅炉效率与其各项热能损失密切相关，其中包括排烟损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失等局部，而这些损失又受诸如过量空气系数等因素的影响。

此题中给出采用反平衡计算效率的公式：

又给出所代表的各项损失类型，过量空气系数的定义，锅炉的运行参数和符号表示〔详见附录1〕，以及与炉膛出口飞灰含碳量的数据表：

实验得到炉膛口飞灰含碳量与过量空气系数数据

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

1.45

1.5

/%

5.90

5.10

4.75

4.6

4.55

4.50

4.45

4.43

4.50

要求根据所给的数据和量值研究与优化锅炉效率有关的问题，并通过具体分析说明各参数对其的影响，由此给出锅炉的优化运行方法。

模型假设

假设散热损失和灰渣物理热损失很小，可忽略不计；

作假设时需要注意的问题：

①对问题有帮助的所有假设都应该在此出现，包括题目中给出的假设！

②重述不能代替假设！

也就是说，虽然你可能在你的问题重述中已经表达了某个假设，但在这里仍然要再次表达！

③与题目无关的假设，就不必在此写出了。

④假设不宜过多过细，应抓住主要方面进行假设。

变量说明

过量空气系数

环境温度

空气预热器出口烟气中二氧化碳含量

燃料特性系数

一氧化碳含量

与燃料种类有关的系数

化学不〔或可燃气体未〕完全燃烧热损失

排烟温度

机械〔或固体〕不完全燃烧热损失

锅炉输入热量

含量

含量

含量

含量

灰渣占入炉燃料总灰分的质量份额

灰渣的碳含量、、

飞灰占入炉燃料总灰分的质量份额

飞灰的碳含量

漏煤占入炉燃料总灰分的质量份额

漏煤的碳含量

过热蒸汽的初始温度对应的焓值

循环效率

汽轮机做功后主蒸汽的焓值

标准煤耗

冷凝后主蒸汽的焓值

锅炉效率

管道热效率

绝对电效率

排烟温度当前实测值

排烟温度基准值

排烟热损失当前实测值

排烟热损失基准值

烟气所含水蒸气显热，kJ／kg

燃料的输入热量，kJ／kg

干烟气带走的热量，kJ／kg

燃料燃烧生成的实际干烟气体积

4．模型的准备

拟合函数模型的建立

〔1〕首先将题目中的数据用excel提取出来，得到的数据可以很方便的放到Matlab里进行处理；

〔2〕在Matlab中利用提取出来的数据绘制函数图像；

以上两步源代码见附录2。

〔二〕

模型的建立与求解

5.1问题一：确定锅炉运行的最正确过量空气系数

1.建模思路：

确实定主要取决于锅炉燃烧的经济性，过大会增加排烟热损失，过小那么会增加气体不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧热损失。所以需要确定一个最正确使的和最小。文献认为飞灰含碳量随着氧量的升高而降低，这是由于喷入炉膛的煤粉不可能完全燃烧，提高，氧量增大，煤粉燃烧的彻底，降低，锅炉效率提高。但当过高时，炉膛出口温度升高，烟气量增加，又使升高，锅炉效率降低。因此最低时对应的即为最正确过量空气系数。

模型建立和求解：

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

1.45

1.5

/%

5.90

5.10

4.75

4.6

4.55

4.50

4.45

4.43

4.50

由数据表直接画出其大概图像为

显然，记录数据时可能存在误差，因此考虑采用函数拟合法求解〔代码详见附录2〕。得到拟合函数为：，其图像为：

利用Matlab可求出最低点对应坐标：

解得飞灰含碳量=4.3601，过量空气系数=1.3828

求解结果：

锅炉运行的最正确过量空气系数。

5.2问题二：锅炉效率与过量空气系数的关系

1.建模思路：

由于无法直接得出与的关系，又因为锅炉效率公式为：

因此，可通过各局部热量损失将和联系起来。

2.模型建立和求解：

由于主要与锅炉散热外表积的大小、管道的保温以及周围环境有关；决定于燃料的灰分、燃料的发热