關于鍋爐運行最佳過量空氣系數的研究

周小紅

(江西工程學院,江西新余 338000)

關于鍋爐運行最佳過量空氣系數的研究

周小紅

(江西工程學院,江西新余 338000)

本文針對鍋爐的實際運行中過量空氣系數的問題,進行了嚴謹的分析,并在此基礎上建立了計算最佳過量空氣系數的數學模型。

鍋爐 溫度 過量空氣系數

1 背景資料

鍋爐是火力發電廠的關鍵設備之一，其效率直接影響電廠的經濟性。在現代電站中，反映鍋爐運行狀況好壞的主要性能指標是鍋爐效率。按照中華人民共和國國家標準的電站性能試驗規程(GB PTC)，電廠鍋爐采用反平衡計算鍋爐效率，即：

在鍋爐的實際運行中，為使燃料燃盡，實際供給的空氣量總是要大于理論空氣量，超過的部分稱為過量空氣量，過量空氣系數是指實際空氣量Vk與理論空氣量V0之比;過量空氣系數直接影響排煙熱損失q2、化學不完全燃燒熱損失q3、機械不完全燃燒熱損失q4;當爐膛出口過量空氣系數增加時，先減少后增加，有一個最小值，與此最小值對應的空氣系數稱為最佳過量空氣系數;促進鍋爐節能降耗的重要手段之一是對鍋爐機組熱力系統進行在線監測與分析，進而優化其運行參數，目前，在國由于無法進行煤質和灰渣含碳量的在線分析，現在還做不到鍋爐效率的在線監測，這給鍋爐的運行優化帶來很大困難。

2 問題及其分析

首先，分別計算排煙熱損失q2、化學不完全燃燒熱損失q3、機械不完全燃燒熱損失q4與過量空氣系數 α的關系表達式;其次，根據先減少后增加，有一個最小值，與此最小值對應的空氣系數稱為最佳過量空氣系數，即對的表達式進行一階求導，當時，與此對應的 α值就是最佳過量系數。

3 數學模型的建立

根據問題分析可得，在鍋爐的實際運行中，為了保證進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算空氣供給量多一些。過量空氣系數lα′′是指實際空氣量Vk與理論空氣量V0之比即

3.1 過量空氣系數 α與排煙熱損失q2的關系

排煙熱損失等于排煙焓值與進入鍋爐的冷空氣焓值的比值，其計算公式如下：

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%，根據經驗公式有：

3.2 過量空氣系數與化學不完全燃燒熱損失 q3的關系

化學不完全燃燒熱損失是由于煙氣中含有可燃氣體造成的熱損失。 q3的計算公式如下：

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

燃料不完全燃燒時，如果不完全燃燒產物只有 CO，則根據上式將其中 N2進行置換后可得

式中 β為燃料特性系數，可由燃料的元素分析成分計算：

3.3 過量空氣系數 α與機械不完全燃燒熱損失 q4的關系

假定以 C1、 C2表示鍋爐單位時間飛灰和爐渣的質量(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數;又知每千克碳的發熱量為 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械不完全燃燒熱損失為：

總的機械不完全燃燒熱損失 q4為

過量空氣系數直接影響排煙熱損失q2、化學不(或可燃氣體未)完全燃燒熱損失q3、機械(或固體)不完全燃燒熱損失q4(如圖1)。所以，當爐膛出口過量空氣系數lα′′增加時先減少后增加，有一個最小值，與此最小值對應的過量空氣系數就是最佳過量空氣系數;

綜合前面的分析可得：

[1]樊泉桂.鍋爐原理.第二版,北京：中國電力出版社,2014年.

周小紅,數學講師,南昌大學軟件學院工程碩士,研究方向：數學、教育。