周小紅

(江西工程學(xué)院,江西新余 338000)

關(guān)于鍋爐運(yùn)行最佳過(guò)量空氣系數(shù)的研究

周小紅

(江西工程學(xué)院,江西新余 338000)

本文針對(duì)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中過(guò)量空氣系數(shù)的問(wèn)題,進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?并在此基礎(chǔ)上建立了計(jì)算最佳過(guò)量空氣系數(shù)的數(shù)學(xué)模型。

鍋爐 溫度 過(guò)量空氣系數(shù)

1 背景資料

鍋爐是火力發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，其效率直接影響電廠的經(jīng)濟(jì)性。在現(xiàn)代電站中，反映鍋爐運(yùn)行狀況好壞的主要性能指標(biāo)是鍋爐效率。按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電站性能試驗(yàn)規(guī)程(GB PTC)，電廠鍋爐采用反平衡計(jì)算鍋爐效率，即：

在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，為使燃料燃盡，實(shí)際供給的空氣量總是要大于理論空氣量，超過(guò)的部分稱為過(guò)量空氣量，過(guò)量空氣系數(shù)是指實(shí)際空氣量Vk與理論空氣量V0之比;過(guò)量空氣系數(shù)直接影響排煙熱損失q2、化學(xué)不完全燃燒熱損失q3、機(jī)械不完全燃燒熱損失q4;當(dāng)爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)增加時(shí)，先減少后增加，有一個(gè)最小值，與此最小值對(duì)應(yīng)的空氣系數(shù)稱為最佳過(guò)量空氣系數(shù);促進(jìn)鍋爐節(jié)能降耗的重要手段之一是對(duì)鍋爐機(jī)組熱力系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與分析，進(jìn)而優(yōu)化其運(yùn)行參數(shù)，目前，在國(guó)由于無(wú)法進(jìn)行煤質(zhì)和灰渣含碳量的在線分析，現(xiàn)在還做不到鍋爐效率的在線監(jiān)測(cè)，這給鍋爐的運(yùn)行優(yōu)化帶來(lái)很大困難。

2 問(wèn)題及其分析

首先，分別計(jì)算排煙熱損失q2、化學(xué)不完全燃燒熱損失q3、機(jī)械不完全燃燒熱損失q4與過(guò)量空氣系數(shù) α的關(guān)系表達(dá)式;其次，根據(jù)先減少后增加，有一個(gè)最小值，與此最小值對(duì)應(yīng)的空氣系數(shù)稱為最佳過(guò)量空氣系數(shù)，即對(duì)的表達(dá)式進(jìn)行一階求導(dǎo)，當(dāng)時(shí)，與此對(duì)應(yīng)的 α值就是最佳過(guò)量系數(shù)。

3 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)問(wèn)題分析可得，在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，為了保證進(jìn)入鍋爐的燃料能夠盡可能地完全燃燒，其空氣供給量必須比理論計(jì)算空氣供給量多一些。過(guò)量空氣系數(shù)lα′′是指實(shí)際空氣量Vk與理論空氣量V0之比即

3.1 過(guò)量空氣系數(shù) α與排煙熱損失q2的關(guān)系

排煙熱損失等于排煙焓值與進(jìn)入鍋爐的冷空氣焓值的比值，其計(jì)算公式如下：

影響排煙熱損失 q2的主要因素是排煙焓的大小，而排煙焓又取決于排煙容積和排煙溫度。排煙溫度越高，排煙容積越大，則排煙熱損失 q2也就越大。一般排煙溫度提高 15～20oC， q2約增加 1%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式有：

3.2 過(guò)量空氣系數(shù)與化學(xué)不完全燃燒熱損失 q3的關(guān)系

化學(xué)不完全燃燒熱損失是由于煙氣中含有可燃?xì)怏w造成的熱損失。 q3的計(jì)算公式如下：

若分別以 RO2、 O2、 CO和 N2來(lái)表示各種成分在干煙氣中所占容積的百分比數(shù)，則干煙氣的組成可表示為

燃料不完全燃燒時(shí)，如果不完全燃燒產(chǎn)物只有 CO，則根據(jù)上式將其中 N2進(jìn)行置換后可得

式中 β為燃料特性系數(shù)，可由燃料的元素分析成分計(jì)算：

3.3 過(guò)量空氣系數(shù) α與機(jī)械不完全燃燒熱損失 q4的關(guān)系

假定以 C1、 C2表示鍋爐單位時(shí)間飛灰和爐渣的質(zhì)量(包括其中未燃盡的炭);以 C11、 C21表示飛灰和爐渣中可燃物含量的百分?jǐn)?shù);又知每千克碳的發(fā)熱量為 32866kJ/ kg;如果鍋爐的燃燒消耗量為 B( kg/ s)，則由飛灰和爐渣引起的機(jī)械不完全燃燒熱損失為：

總的機(jī)械不完全燃燒熱損失 q4為

過(guò)量空氣系數(shù)直接影響排煙熱損失q2、化學(xué)不(或可燃?xì)怏w未)完全燃燒熱損失q3、機(jī)械(或固體)不完全燃燒熱損失q4(如圖1)。所以，當(dāng)爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)lα′′增加時(shí)先減少后增加，有一個(gè)最小值，與此最小值對(duì)應(yīng)的過(guò)量空氣系數(shù)就是最佳過(guò)量空氣系數(shù);

綜合前面的分析可得：

[1]樊泉桂.鍋爐原理.第二版,北京：中國(guó)電力出版社,2014年.

周小紅,數(shù)學(xué)講師,南昌大學(xué)軟件學(xué)院工程碩士,研究方向：數(shù)學(xué)、教育。