锅炉优化建模

锅炉优化建模

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1.问题重述

锅炉是火力发电厂的关键设备之一，其效率直接影响电厂的经济性。在现代电站中，反映锅炉运行状况好坏的主要性能指标是锅炉效率。按照中华人民共和国国家标准的电站性能试验规程（GB PTC），电厂锅炉采用反平衡计算锅炉效率，即：

?gl?q1?式中qi?Q1，% ?100?100－（q2?q3?q4?q5?q6）QrQi分别表示有效利用热、排烟热损失、化学不（或可燃?100（i?1,2,?,6）Qr气体未）完全燃烧热损失、机械（或固体）不完全燃烧热损失、散热损失和灰渣物理热损失。

在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量，过量空气系数是指实际空气量 与理论空气量 之比。过量空气系数直接影响排烟热损失 、化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失 、机械（或固体）不完全燃烧热损失 （如图1）。可见，当炉膛出口过量空气系数 增加时， 先减少后增加，有一个最小值，与此最小值对应的空气系数称为最佳过量空气系数。以300MW锅炉为例进行分析（锅炉参数见附录一，炉膛出口飞灰含碳量Cfh与过量空气系数数据见附录二）。

由于过量空气系数对化学不完全燃烧热损失影响较小，故可视为常数处理。

图1 过量空气系数与热损失的关系曲线

请对以下问题进行研究：

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1．确定锅炉运行的最佳过量空气系数； 2．给出锅炉效率与过量空气系数的关系； 3．研究锅炉的运行参数对锅炉效率的影响； 4．探讨锅炉的优化运行方法。

2．问题的分析

对于问题1，锅炉运行的最佳过量空气系数即为当损失q2?q3?q4达到最小值时的

?的值，因此，建立过量空气系数?与q2?q3?q4的数学模型，并对其求导求极小值，

极小值点?即为锅炉运行的最佳过量空气系数；

对于问题2，由题设中的锅炉效率计算公式：

?gl?q1?Q1 ?100?100－（q2?q3?q4?q5?q6）Qr因此，可以分别建立q2、q3、q4、q5、q6与?的数学模型，确立q2、q3、q4、q5、

q6与?的函数关系，以此为桥梁求出锅炉效率与过量空气系数?之间的函数关系；

对于问题3，在对问题2的模型的基础上，以锅炉运行参数为自变量，以锅炉效率为因变量，建立数学模型，确定锅炉效率与锅炉参数之间的函数关系，通过分析锅炉参数变化时锅炉效率的变化趋势，从而确定锅炉运行参数对锅炉效率的影响；

对于问题4，我们在你问题3中数学模型求解得到锅炉效率与其一些运行参数关系的基础上，结合一些对实际的锅炉运行过程的了解，探讨出一些有助于优化锅炉运行效率、安全性、环保性的实际措施。 【未完待续】

3.模型的假设与符号说明

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3.1 模型假设：

(1) 假设化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失q3为常数； (2) 假设锅炉稳定运行时各运行参数保持不变； (3) 假设环境温度tamb恒定且为20?C；

(4) 假设排烟热损失的经验系数k1、k2分别取k1?3.5、k2?0.5； (5) 假设此锅炉的炉渣温度thz?800?C； (6) 假设炉渣chz的比热容取0.96KJ/?kg??C?； (7) 假设飞灰cfh的比热容取0.82KJ/?kg??C?；

(8) 假设散热损失q5在锅炉的额定负荷与实际负荷一定的情况下，3.2 符号说明：

符号

数值名称 q1 有效利用热 q2

排烟热损失

q3 化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失 q4

机械（或固体）不完全燃烧热损失

q5 散热损失 q6

灰渣物理热损失 ? 过量空气系数 ?gl

反平衡计算锅炉效率 Cfh

炉膛出口飞灰含碳量

Cy 碳含量 Hy

氢含量 Sy

硫含量 Oy 氧含量 Ny

氮含量 Wy

无机物水分

Ay

灰分 Qyg

应用基高位发热量 O2

烟气含氧量

4

q5为常数。单位 % % % % % % % % % % % % % % %

KJ/kg

%