張樹輝 張平 羅立章 謝彥君 蘇華偉

(洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司)

Excel規(guī)劃求解工具求解理論燃燒溫度

張樹輝 張平 羅立章 謝彥君 蘇華偉

(洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司)

介紹了利用Excel規(guī)劃求解工具求解理論燃燒溫度的方法，這種方法可以快速準(zhǔn)確地計(jì)算理論燃燒溫度，極大方便了窯爐設(shè)計(jì)和窯爐操作，提高了計(jì)算效率。

Excel 規(guī)劃求解 理論燃燒溫度

0 引言

燃料理論燃燒溫度是評(píng)價(jià)燃燒過程質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，其計(jì)算有兩個(gè)目的：一是為了設(shè)計(jì)窯爐的需要；二是為了操作窯爐的需要。由于煙氣平均比熱隨煙氣溫度的變化而變化，使得理論燃燒溫度的計(jì)算較為繁瑣。在進(jìn)行窯爐設(shè)計(jì)或窯爐操作時(shí)，能夠快速準(zhǔn)確地計(jì)算燃料燃燒溫度是十分重要的。

1 理論燃燒溫度計(jì)算方法

一般的窯爐燃燒計(jì)算，由于燃燒產(chǎn)物熱分解現(xiàn)象及其影響較小，可以忽略不計(jì)這部分熱量，因此，理論燃燒溫度常用的計(jì)算公式如下：

(1)

Qf—— 燃料帶入物理熱，kJ/kg或kJ/Nm3；

Qa—— 空氣帶入物理熱，kJ/kg或kJ/Nm3；

Vg—— 實(shí)際燃燒產(chǎn)物生成量，Nm3/kg或Nm3/Nm3；

Cg—— 燃燒產(chǎn)物在實(shí)際溫度下的平均比熱，kJ/(Nm3·℃)；

Cf—— 進(jìn)入窯爐燃料的平均比熱，kJ/(kg·℃)；

Ca—— 進(jìn)入窯爐空氣的平均比熱，kJ/(Nm3·℃)；

tf—— 進(jìn)入窯爐燃料的溫度，℃；

ta—— 進(jìn)入窯爐空氣的溫度，℃。

這兩種計(jì)算方法均較為繁瑣，每次計(jì)算都需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力。因此，筆者利用Excel的規(guī)劃求解工具，可以快速準(zhǔn)確計(jì)算理論燃燒溫度。

2 Excel規(guī)劃求解工具

安裝office的時(shí)候，系統(tǒng)默認(rèn)的安裝程序不會(huì)安裝宏程序，需要用戶根據(jù)自己的需求選擇安裝。下面是加載和使用“規(guī)劃求解”宏的步驟：

(1)打開Excel表格，點(diǎn)擊表格左上角的“Office按鈕”，選擇“Excel選項(xiàng)”，彈出“Excel選項(xiàng)”對(duì)話框，如圖1(a)所示。

(2)在彈出的“Excel選項(xiàng)”對(duì)話框中選擇“加載項(xiàng)”，點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)到(G)”按鈕，彈出“加載宏”對(duì)話框，如圖1(b)所示。

(3)在彈出的“加載宏”對(duì)話框中的“可用加載宏”列表中，選中“規(guī)劃求解”復(fù)選框，單擊“確定”，“規(guī)劃求解”宏就被添加。

(4)需要使用“規(guī)劃求解”宏時(shí)，在工具欄的“數(shù)據(jù)”選項(xiàng)卡中進(jìn)行調(diào)用，彈出“規(guī)劃求解參數(shù)”對(duì)話框，根據(jù)需要對(duì)目標(biāo)單元格、可變單元格和約束條件進(jìn)行設(shè)置，單擊“求解”即可以得到需要的結(jié)果，如圖1(c)所示。

3 編制計(jì)算表及求解方法

以固體燃料煙煤為例，介紹理論燃燒溫度的計(jì)算方法。該計(jì)算方法同樣適用于液體燃料和氣體燃料。所采用的煙煤性能見表1，燃料燃燒計(jì)算方法見表2。

(a) “Excel選項(xiàng)”對(duì)話框

(b) “加載宏”對(duì)話框

(c) “規(guī)劃求解參數(shù)”對(duì)話框

圖1 “規(guī)劃求解”宏的步驟示意圖

表1 燃料性能表

按照表2所示的公式及方法編制表格，設(shè)定空氣過剩系數(shù)為1.3，將燃料的化學(xué)成分帶入所編制的表格，可快速計(jì)算出實(shí)際空氣用量(單元格“E17”)、實(shí)際煙氣量Vg(單元格“E18”)及實(shí)際煙氣組成(單元格“H18”—“L18”)各項(xiàng)參數(shù)。

煙氣平均比熱是計(jì)算理論燃燒溫度的重要參數(shù)之一。本文將煙氣中主要成分氣體CO2、H2O、SO2、O2、N2的比熱分別擬合成關(guān)于溫度的多次函數(shù)。由具體的函數(shù)關(guān)系式可以算出不同溫度下各成分氣體的比熱(單元格“H19”—“L19”)，進(jìn)而按成分氣體含量可以加權(quán)算出不同溫度下煙氣的比熱Cg(單元格“M19”)。

設(shè)定環(huán)境溫度(tf、ta)為25 ℃(單元格“E20”)，可以得到該溫度下空氣的平均比熱數(shù)據(jù)Ca(單元格“E19”)。

表格編制完成后，可根據(jù)實(shí)際情況，輸入燃料性能，調(diào)整過?？諝庀禂?shù)和環(huán)境溫度等參數(shù)，然后運(yùn)行“規(guī)劃求解”宏，即可馬上求得該條件下的理論燃燒溫度。這種方法可以快速準(zhǔn)確地計(jì)算理論燃燒溫度，極大方便了窯爐設(shè)計(jì)和窯爐操作。

表2 燃料燃燒計(jì)算表

圖4 理論燃燒溫度計(jì)算表

4 結(jié)語(yǔ)

筆者運(yùn)用Excel規(guī)劃求解的一個(gè)實(shí)例，Excel規(guī)劃求解可以很方便用于理論燃燒溫度及相關(guān)內(nèi)容的計(jì)算，避免重復(fù)勞動(dòng)，提高計(jì)算的準(zhǔn)確率和效率。

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[4] 李新峰. 加熱爐理論燃燒溫度的計(jì)算[J].冶金動(dòng)力,2007,124(6):22-23.

CALCULATION OF THEORETICAL COMBUSTION TEMPERATURE BY EXCEL SOLVER

Zhang Shuhui Zhang Ping Luo Lizhang Xie Yanjun Su Huawei

(Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute)

Method of calculation of theoretical combustion temperature by Excel solver is introduced. With this method, theoretical combustion temperature can be calculated quickly and exactly, convenience is provided for design of furnace and operating of furnace, and efficiency of the calculation is improved.

excel solver theoretical combustion temperature

2015-9-30

*聯(lián)系人：張樹輝，工程師，河南.洛陽(yáng)(471039)，洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司；