周小紅

(江西工程學院,江西新余 338000)

關(guān)于鍋爐運行最佳過量空氣系數(shù)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(shù)的問題,進行了嚴謹?shù)姆治?并在此基礎(chǔ)上建立了計算最佳過量空氣系數(shù)的數(shù)學模型。

鍋爐 溫度 過量空氣系數(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)濟性。在現(xiàn)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(guī)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(shù)是指實際空氣量Vk與理論空氣量V0之比;過量空氣系數(shù)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(shù)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(shù)稱為最佳過量空氣系數(shù);促進鍋爐節(jié)能降耗的重要手段之一是對鍋爐機組熱力系統(tǒng)進行在線監(jiān)測與分析，進而優(yōu)化其運行參數(shù)，目前，在國由于無法進行煤質(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，這給鍋爐的運行優(yōu)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(shù) α的關(guān)系表達式;其次，根據(jù)先減少后增加，有一個最小值，與此最小值對應的空氣系數(shù)稱為最佳過量空氣系數(shù)，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(shù)。

3 數(shù)學模型的建立

根據(jù)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(shù)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(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(jù)經(jīng)驗公式有：

3.2 過量空氣系數(shù)與化學不完全燃燒熱損失 q3的關(guān)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(shù)，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(chǎn)物只有 CO，則根據(jù)上式將其中 N2進行置換后可得

式中 β為燃料特性系數(shù)，可由燃料的元素分析成分計算：

3.3 過量空氣系數(shù) α與機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數(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(shù)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(shù)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(shù)就是最佳過量空氣系數(shù);

綜合前面的分析可得：

[1]樊泉桂.鍋爐原理.第二版,北京：中國電力出版社,2014年.

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