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1、锅炉的优化运行研究摘 要本文对影响锅炉效率的几个因素进行研究,得出了相对有效的运行方法来提高锅炉效率,进而得到节能减排的效果.针对第一个问题，查阅相关资料知道，直接影响锅炉过量空气系数的主要因素有排烟热损失、化学不完全燃烧热损失以及机械不完全燃烧热损失，分别求出了最佳的空气系数与,以及的关系式，并且结合题目背景所给的图像，设是关于的开口向上的二次函数，故可以得到最佳的空气系数=1.38.针对问题二，本题用反化学平衡法对锅炉效率进行计算，由题意知锅炉的效率计算公式如下，由第一问求得了与之间的表达式，故只需确定出,与之间的表达式，联立上述公式，最后就确定出了与锅炉效率的关系.针对问题三，通过定性与
2、定量分析，探究出了影响锅炉效率的直接因素有排烟温度与锅炉的负荷，还有间接影响因素如煤粉细度、以及氧含量，其中，确定出了与灰飞含碳量存在一个开口向上的二次函数，关系式，故可以求出最佳的.同时，通过研究确定出了飞灰含碳量与煤粉细度的关系式，可以分析得到，如果要使飞灰含碳量降低，则要求煤粉的细度较高.并且分析出了其他运行参量与锅炉效率的关系.针对问题四，通过对问题一、二、三的分析，若要使锅炉的运行达到最优化，我们不妨从下面几个方面进行着手：第一，适当降低排烟温度，使之控制在一个最佳的范围；第二，确保在一个最佳的范围内（1.38左右），主要针对300MW的锅炉；第三，可以从减少不完全燃烧方面进行控制等
3、.综上几个方面，相信会提高一定的锅炉的效率.关键词：过量空气系数；MATLAB；锅炉效率；灰飞含碳量；主要参数目 录1 引言11.1 问题背景11.2 问题简介112 问题分析22.1 问题1的分析22.2 问题2的分析22.3 问题3的分析22.4 问题4的分析33 模型的假设与符号说明33.1 模型的假设33.2 符号说明34 模型的建立与求解44.1最佳过量空气的确立44.1.1排烟热损失与过量空气之间的关系54.1.2机械不完全燃烧热与过量空气之间的关系64.1.2.1求解灰飞含碳量84.1.3化学不完全燃烧热损失与之间的关系94.2研究锅炉效率与的关系114.2.1散热损失：114.
4、2.2灰渣物理热损失的计算：124.2.3锅炉效率与锅炉过量空气系数的关系计算：124.3锅炉的运行参数对锅炉效率的影响134.3.1过量空气系数对飞灰含碳量的影响144.3.2过量空气系数与飞灰含碳量的关系144.3.3氧含量对锅炉效率的影响154.3.4煤粉细度对飞灰含碳量的影响164.3.5锅炉机组负荷对锅炉效率的影响174.3.6排烟温度对锅炉效率的影响184.4探讨锅炉的优化运行方法194.4.1降低排烟热损失194.4.2减少未完全燃烧热损失205 模型的推广206 模型的评价21附 录22参 考 文 献24致 谢251 引言1.1 问题背景在现代的工厂中，火力发电的主要燃料大多数
5、用煤炭类燃料来进行发电，这就牵扯到一个问题，那就是如果燃料不完全燃烧就排出锅炉，这不仅会影响空气质量，造成空气污染，甚至于引发雾霾天气，而且还会使工厂的经济效益下降，所以，我们应该设法想出一个两全的方案，即可以使工厂中锅炉的效率增加，还要尽量使污染物的排放降低到最小.1.2 问题简介1在火力发电厂中，锅炉的运行效率的好坏至关重要.锅炉效率在一方面影响着工厂的经济状况，另一方面还会影响空气状况.中华人民共和国国家对火力发电设备的性能有一些规定，即是标准的火力发电站性能的规程(GBPTC)，火力发电厂锅炉主要用反平衡方程计算锅炉效率，即 ， （1.2.1）其中分别表示锅炉有效利用热、锅炉排烟热损失
6、、锅炉化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失、锅炉机械（或固体）不完全燃烧热损失以及锅炉散热损失和灰渣物理热损失.针对以上几个方面热损失，这就要想办法降低锅炉的热量损耗，而降低锅炉热损失的主要手段之一是设法能够在线监测和分析锅炉的热力系统，从而能够优化锅炉的运行参数.在锅炉的内部进行着多种化学燃烧热反应，影响锅炉优化的因素很多，为了更简单的分析影响锅炉的优化问题，本文主要研究影响的因素有运行参数等.依靠现在的技术水平，我们还不能在线测量运行参数，这给我们的研究带来巨大的挑战，我们主要进行偏差大致分析，但这又引起一个问题，就是无法在线测量煤质以及飞灰含碳量等，这对于分析带来困难，进而无法计算锅炉的
7、效率.因此，想要对于优化锅炉运行的研究带来了很大的困难.在现实的锅炉运行中，要使锅炉的燃料燃烧充分，实际输入锅炉的空气量要大于理论上的空气量，定义实际空气超过理论的空气叫做过量空气量，实际空气量与理论空气量之比叫做过量空气系数.受过量空气系数的直接影响.从所做的图像可以看出，当逐渐增加时，先减少后增加，可以发现存在一个最小值，称最小值对应的空气系数为最佳过量空气系数.我们现在以300MW锅炉来进行研究、分析.通过资料可知，过量空气系数对锅炉的不完全燃烧影响很小，可以忽略不计，一般取0.3.因为过量空气系数对的影响较小，故可视为常数处理.参考资料即（附录2）给出了过量空气系数与实测飞灰含碳量的关
8、系.论文主要对以下几个方面进行分析、研究：1研究并确定出锅炉运行最佳的过量空气系数；2研究出过量空气系数与锅炉效率之间的关系；3研究出锅炉的运行参数对锅炉效率的影响；4讨论得出锅炉的最佳优化运行的一些方法.2 问题分析2.1 问题1的分析由题目知道，影响过量空气系数的主要因素是排烟热损失、化学不完全燃烧热损失以及机械不完全燃烧热损失，首先，分别求出了与、以及的关系式，并且结合题目背景所给的图像，假设是关于的开口向上的一元二次函数，使得最小，只需求最小的，就确定出最佳的过量空气系数.2.2 问题2的分析本题用反化学平衡法对锅炉效率进行计算，由题意知锅炉的效率计算公式如下: .由第一问求得了与之间
9、的表达式，故只需确定出与之间的表达式，联立上述公式，最后就确定出了与锅炉效率的关系.因此，若果增大到接近最佳的时，锅炉的运行效率达到最佳，反之，锅炉的效率降低.2.3 问题3的分析针对问题三，通过定性与定量分析，探究出了影响锅炉效率的直接因素有排烟温度与锅炉的负荷，还有间接影响因素如煤粉细度、以及氧含量，其中，确定出了与灰飞含碳量存在一个开口向上的二次函数，关系式，故可以求出最佳的.同时，通过研究确定出了飞灰含碳量与煤粉细度的关系式，可以分析得到，如果要使飞灰含碳量降低，则要求煤粉的细度较高.2.4 问题4的分析针对问题四，通过对问题一、二、三的分析，若要使锅炉的运行达到最优化，我们不妨从下面
10、几个方面进行着手：第一，适当降低排烟温度，使之控制在一个最佳的范围；第二，确保在一个最佳的范围内（1.38左右），主要针对300MW的锅炉；第三，可以从减少不完全燃烧方面进行控制等.综上几个方面，相信会提高一定的锅炉的效率.3 模型的假设与符号说明3.1 模型的假设（1）假设机组负荷为298MW的锅炉与300MW的锅炉机组负荷大致相同；（2）题目知道，影响过量空气系数的以及很小，所以可忽略；(3）在针对问题1中，假设是关于二次函数；（4）假设搜集到的数据精确、真实.3.2 符号说明问题一所涉及的符号：表一数值名称符号单位数值排烟温度137.76环境温度20过量空气系数问题二所涉及的符号：表二数
11、值名称符号单位数值灰分%14.70%飞灰含碳量%-炉底灰渣可燃物%2排烟处过量空气系数-燃煤的低位发热量kJ/kg-排烟温度137.76环境温度20问题三所涉及的符号：表三数值名称符号单位数值飞灰含碳量%-粉煤细度%-氧气的含量%-尾部烟道省煤器出口左右侧氧量%-锅炉排出温度T摄氏度-常数-4 模型的建立与求解4.1最佳过量空气的确立首先介绍一下过量空气系数，即在锅炉的运作中，为了使燃料能够燃烧的更加充分，采取的主要措施是向锅炉的炉膛中吹入过量的空气，实际上，空气的供给量要在很大程度上大于理论上的空气供给量，我们称与理论上的空气量之比为过量空气系数，即为.下面，我们所要做的工作是通过研究分别与
12、以及 之间的关系，进而确定出与之间的关系，最终确定出最佳的.4.1.1排烟热损失与过量空气之间的关系在现代，火力发电站中，大多数的发电设备都是用煤炭燃烧来进行的，这就涉及到一个问题，煤炭燃烧的过程中，不可避免的会有一部分烟尘排除锅炉，这不仅污染环境，而且造成了锅炉的燃烧热大大的降低，将这部分损失称之为排烟热损失.由高中所学的热平衡方程知道，可以用下面的计算公式：, .公式中各字母的含义：，锅炉烟气带走的热量；代表过量空气系数，在一般情况下，由烟气的精密测量仪器测量，事先选好；理论上燃烧时所需要的空气量，这里指每千克燃料；环境的温度，实验取20摄氏度.上述公式用起来比较麻烦，故应该简化上述公式，
13、在热平衡实验中，通过查阅部分资料知道，有以下经验公式，关于过量空气系数与排烟热损失的关系，即 2.式中：计算时系数，不同种类燃料对应的参数如下表：表4 不同种类燃料的系数燃料泥煤褐煤烟煤无烟煤1.60.70.50.23.73.63.53.3根据上述参考文献知道，各国火电厂所用的燃料稍有差别.中国锅炉所用的燃料大部分是煤炭，中国煤炭发电所占的比例达到90%左右，其余的都是用油类燃料来发电.目前，在世界上，中国所用的能源一半以上大多数是烟煤类燃料，由于其产热好，易燃烧等特点，其次是褐煤等其他类燃料.因为我国大多数的锅炉所用的燃料是烟煤，所以我们可以令分别取0.5，3.5.故由此与的表达式为：, （
14、4.1.1）化简得到：.式中为排烟温度；为环境温度.将上述所得函数运用MATLAB，进行绘图得到图1，程序见附录.图1 锅炉运行时过量空气系数与排烟热损失的关系在锅炉运行的过程中，的损失是锅炉运行中损失巨大.由图1可以看出，如果锅炉的过量空气系数越大，则锅炉的排烟损失越大，所以，我们要设法降低，但要权衡其他影响过量空气系数的因素，确定出一个最佳的过量空气系数，最终使锅炉能够顺利运行.4.1.2机械不完全燃烧热与过量空气之间的关系在锅炉的运行过程中，影响过量空气系数的固体不完全燃烧热也是一个重要因素.经过调查，我们知道机械不完全燃烧主要有两种成分，一种成分是灰渣，另一种成分是飞灰.飞灰主要是会飞含碳量，排除锅炉不仅会引起空气污染，而且也会使工厂经济受到损失3 .在锅炉的运行中，我们可以在线测量飞灰与灰渣每小时的含量和，同时通过分析出完全燃烧物质的百分比和%）以及能够燃烧散热量为和，则飞灰与灰渣的损失量与分别是 , （4.1.2） . （4.1.3）由于灰飞与灰渣在原则上都被认为是固体，所以部分参
