臺灣博碩士論文加值系統

火力電廠因高溫高壓、溶氧、水處理等因素致鍋爐管壁內產生腐蝕、沉積與結垢，導致熱傳導降低，嚴重影響鍋爐效率。目前超臨界鍋爐較常使用揮發性防蝕處理 (AVT) 及注氧防蝕處理 (OT，亦稱CWT) 二種方法來防止腐蝕發生。
本論文主要探討注氧防蝕系統於鍋爐水質控制的實際應用，分析原有開回路控制不適當之處。考量實際運轉的條件，提出調變控制以解決溶氧量與目標值偏差過大的問題，經由MATLAB程式的模擬可將實際10 ppb的偏差量改善至僅有3 ppb的偏差量，有效的排除因控制不當反造成爐管受損的情況，提高機組運轉的使用年限。

The heat transfer rate and operating efficiency of a thermo power plant is often reduced due to the erosion, sedimentation and scale of the boiler water-walls. These phenomena can be caused by a lot of factors, such as high temperature and pressure, dissolved oxygen and water treatment. So far the most generally used strategies to prevent erosion in a supercritical boiler are the all volatile treatment (AVT) and the oxygenated treatment (OT, also called the combine water treatment, CWT).
This dissertation mainly investigates the practical applications of water quality control in an OT system. Specifically, the major drawbacks of the open-loop control circuit in current system are analyzed. According to the operating conditions in a real system, we have proposed a novel modulated control strategy to solve the large deviations between the measured dissolved oxygen quantities and the target values. The measured deviation in the original system is about 10 ppb. Simulation results show that the improved deviation can be as low as 3 ppb. That is, the proposed approach can effectively prevent damages to the water tubes due to improper control, and therefore the lifetime of the units can be lengthened.

目錄
摘要 III
誌謝 V
第一章 緖論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法與內容 2
1.4 各章提要 2
第二章 超臨界鍋爐發電系統 3
2.1 前言 3
2.2 火力發電電廠流程 3
2.2.1 超臨界貫流式鍋爐的特性 4
2.2.2 超臨界貫流式鍋爐的優缺點 5
2.3 超臨界鍋爐水質分析系統 6
2.3.1 鍋爐腐蝕原因簡介 7
2.3.2 水質分析系統主要設備 8
第三章 11
3.1 前言 11
3.2 揮發性防蝕技術的原理 11
3.2.1 揮發性防蝕技術的缺點 14
3.3 注氧防蝕技術的原理 15
3.4 注氧防蝕處理的控制邏輯 18
第四章 注氧防蝕控制模式的改善與應用 22
4.1 自動發電運作模式 22
4.1.1 台電電力自動化調度控制系統 (power dispatch and control system) 22
4.1.2 電廠資訊末端設備 (remote terminal unit, RTU) 系統及功能 24
4.1.3 電廠電力自動化調度通訊系統 24
4.1.4 電廠自動發電控制 ( automatic generation control, AGC) 25
4.2 注氧防蝕控制系統的改善 27
4.2.1 注氧防蝕系統溶氧控制、相關參數及數據的改善方向評估 27
4.3 MATLAB程式模擬與分析 32
4.3.1 MATLAB 程式模擬結果分析 41
5.1 結論 43
5.2 未來研究方向 43
參考資料 44
簡 歷 45
表目錄
表 1 超臨界貫流式鍋爐水質設計標準 9
表 2 SIMULINK程式模擬結果 41
圖目錄
圖1 水質分析系統主要設備分佈 10
圖2 揮發性防蝕處理示意圖 12
圖 3 AVT系統之電位-pH平衡圖 (普貝斯圖 Pourbaix Diagram) 12
圖 4 揮發性防蝕處理 (all volatile treatment, AVT) 流程 14
圖 5 揮發性防蝕處理高溫下管壁生成氧化物的厚度變化 15
圖 6 注氧防蝕處理示意圖 16
圖 7 CWT系統之電位-pH平衡圖 (普貝斯圖 Pourbaix diagram) 16
圖8 注氧防蝕處理 (combine water treatment, CWT) 流程 18
圖 9 氨注入泵浦的轉速控制 19
圖 10 氨注入泵浦的衝程控制 20
圖 11 氧氣注入量的控制 21
圖 12 台電電力自動化調度系統架構圖 23
圖 13 電力自動化調度通訊系統 25
圖 14 自動發電控制 (AGC) 調度流程 26
圖 15 注氧防蝕系統的開回路控制 28
圖 16 開回路控制的實際溶氧量曲線(一) 29
圖 17 開回路控制的實際溶氧量曲線(二) 30
圖 18 注氧防蝕系統的差異調變控制 31
圖 19 Simulink程式架構 32
圖 20 模擬台電的調度命令 33
圖 21 差異量曲線(P=1,I=1,最大差異量14%) 34
圖 22 差異量曲線(P=2.5,I=1,最大差異量9%) 34
圖 23 差異量曲線(P=5,I=1,最大差異量6%) 35
圖 24 差異量曲線(P=7.5,I=1,最大差異量5%) 35
圖 25 差異量曲線(P=10,I=1,最大差異量3.5%) 36
圖 26 差異量曲線(P=7.5,I=0.75,最大差異量5%) 36
圖 27 差異量曲線(P=7.5,I=0.6,最大差異量5% 37
圖 28 差異量曲線(P=7.5,I=0.55,最大差異量5%) 37
圖 29 差異量曲線(P=7.5,I=0.5,最大差異量5%) 38
圖 30 差異量曲線(P=7.5,I=0.4,最大差異量5.5%) 38
圖 31 差異量曲線(P=7.5,I=0.3,最大差異量6%) 39
圖 32 差異量曲線(P=7.5,I=0.25,最大差異量6%) 39
圖 33 差異量曲線(P=7.5,I=0.15,最大差異量6%) 40
圖 34 差異量曲線(P=7.5,I=0.1,最大差異量6.5%) 40

[1]盧象時，1991，火力發電，中國工程師學會。
[2]許金和，2000，火力發電大全，初版，復文圖書出版社。
[3]火力發電廠超臨界壓力機組應用研究，1997，財團法人中興工程顧問社。
[4]蘇鴻銘，2003，火力發電廠運行之動態分析與模擬，義守大學，碩士論文。
[5]潘晴財等，1990，電力系統及其運用，一版，中國電機工程學會。
[6]氧氣注入裝置說明資料，2003，台灣日機裝股份有限公司。
[7]獨立發電業與台電自動化調度系統的界面，1995，台灣電力公司。
[8]Mitsubishi Heavy Industries, Ltd, 2003, “AVT-CWT Change Over Procedure”
[9]Mitsubishi Heavy Industries, Ltd, 2004, “CWT Change Over Test Report”
[10]Mitsubishi Heavy Industries, Ltd, 2005, “Sequence Control Logic Diagram For Boiler Auxiliaries (CWT)”
[11]Sam G. Dukelow , 1917, “The Control Of Boilers”, 2nd
[12]Joseph G. Singer, P.E., 1991, “Combustion Fossil Power”, 4th