锅炉的优化运行问题Word文件下载.docx

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首先，分别计算出散热损失和灰渣物理热损失，并分析得出两者对锅炉效率的影响极小，可忽略不计；

最后，利用反平衡热效率法建立模型，得出锅炉效率与过量空气系数的关系，进一步得到在不同机组负荷下的锅炉效率：

锅炉效率（）

0.7764

0.7629

0.8716

模型三：

为了能够深刻反映出锅炉运行参数对锅炉效率的影响，在锅炉反平衡热效率法的基础上，对各参数进行量化分析。

首先，利用最小二乘法，对排烟温度与锅炉效率进行多项式拟合，建立最小二乘拟合模型，得出排烟温度与锅炉效率的关系式，进而求导确定影响程度，并利用线性插值法绘制出关系图；

其次，利用同样的方法得出炉膛出口飞灰量、烟气含氧量对锅炉效率的影响程度，利用三次样条插值法绘制出关系图；

最后，得出剩余参数的影响程度，整体分析各参数影响所占的比重。

模型四：

在锅炉的优化运行中，其运行参数可分为“运行可控参数”和“运行不可控参数”。

首先，利用统计建模法中的正交组合方式，设计样本输入数据的正交组合，建立锅炉净效率与运行可控参数之间关系的预测模型，得到锅炉净效率的预测方程；

其次，对模型进行检验和检验，确定模型是稳健的；

最后，进行区间寻优，得到运行可控参数的优化区间：

在此区间内，确定输出性能参数的最优值，锅炉净效率平均提高0.918%，折合供电煤耗降低，具有明显的经济效益。

最后，对模型做出进一步的评价与推广。

关键词：

锅炉效率过量空气系数最小二乘法优化运行统计建模法

一问题重述

1.1背景知识

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。

过量空气系数又是衡量锅炉效率的一个重要指标，其直接影响排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失。

根据能量守衡定理，锅炉效率还会受到过量空气系数及散热损失和灰渣物理热损失的影响。

随着计算机和网络技术的发展，各发电厂的数据平台建设日趋完善，因此可以方便地获得发电机组的实时运行数据，实时数据经过二次处理，实现发电机组的在线性能监测、能损诊断和运行优化，对提高运行管理水平，降低机组发电煤耗，具有十分重要的意义，因此对锅炉运行的实时监测、诊断和优化显得尤为重要。

1.2问题提出

问题一:

确定锅炉运行的最佳过量空气系数；

问题二:

给出锅炉效率与过量空气系数的关系；

问题三:

研究锅炉的运行参数对锅炉效率的影响；

问题四:

探讨锅炉的优化运行方法。

二模型假设与符号说明

2.1模型假设

1.假设锅炉的额定蒸发量为；

2.假设锅炉使用的燃料为固体煤；

3.假设锅炉的排渣方式为固态排渣，且飞灰含量较低；

4.假设每千克碳的发热量为。

5.假设题中所给数据真实可靠。

2.2符号说明

：

反平衡热效率；

：

有效利用热；

飞灰引起的机械不完全燃烧热损失;

：

排烟热损失；

化学（或可燃气体未）不完全燃烧热损失；

实际空气量；

机械（或固体）不完全燃烧热损失；

散热损失；

灰渣物理热损失；

过量空气系数；

表示炉渣中可燃物含量的百分数；

理论空气量；

排烟温度（）；

环境温度；

干烟气带走的热量；

烟气所含水蒸气的显热；

烟气中所含水蒸气容积；

水蒸气的平均定压比热；

燃料特性系数；

烟气中和的含量；

一氧化碳的含量；

额定蒸发量下的散热损失,%;

锅炉的额定蒸发量,；

收到基燃料的灰分，%；

锅炉效率测定时的实际蒸发量,；

炉底炉渣可燃物，%；

炉渣比热容，；

燃料消耗量，、；

表示飞灰中可燃物含量的百分数；

电厂发电标准煤耗，；

炉渣引起的机械不完全燃烧热损失;

干烟气从至的平均定压比热,；

每千克飞灰中可燃料固体未完全燃烧损失热量,

每千克炉渣中可燃料固体未完全燃烧损失热量,

锅炉单位时间飞灰的质量（包括其中未燃尽的炭）；

表示锅炉单位时间炉渣的质量（包括其中未燃尽的炭）；

每千克（或每标准立方米）燃料燃烧生成的干烟气体积；

相应于每千克（或每标准立方米）燃料的锅炉输入热量,；

相应于每千克（或每标准立方米）燃料的锅炉输,；

每千克（或每标准立方米）燃料排烟损失热量,；

每千克（或每标准立方米）燃料可燃气体未完全燃烧损失热量,；

每千克（或每标准立方米）燃料固体未完全燃烧损失热量,；

每千克（或每标准立方米）燃料锅炉散热损失热量,；

每千克（或每标准立方米）燃料灰渣物理显热损失热量,；

灰渣温度，固态排渣时可取600，液态排渣时取灰的流动温度再加100；

锅炉净效率，锅炉机组的净效率是考虑了锅炉自身需用的热耗和电耗后的效率；

锅炉自用热耗，是指蒸汽驱动辅助设备和吹灰等所用外来蒸汽热耗，、；

锅炉设备制粉系统、送风机、除渣除灰系统等辅助机械电动机的实际功率,；

三问题分析

3.1问题一的分析

在锅炉的实际运行中，为了使锅炉内的燃料尽可能燃烧完全，实际供给的空气量总是要大于理论空气量。

定义实际空气量与理论空气量的比值为过量空气系数,过量空气系数的大小直接影响到锅炉热量的各项损失。

由于在各项损失中，排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失是主要的三项损失，占据锅炉全部热损失的以上，所以之和最小也就是使锅炉效率最大。

使之和最小的炉膛出口过量空气系数即为最佳过量空气系数。

首先，根据图9（见附录3）可知炉膛出口过量空气系数增加时，先减小后增大，存在取得最小值时的最佳过量空气系数。

其次，是、、的线性累加，所以求与的关系式，可以先求分别与、、的独立关系式。

再次，做与、、独立关系式的线性累加，求出与的关系式。

最后，建立相应的数学模型，求出最佳过量空气系数。

3.2问题二的分析

锅炉效率是反映锅炉运行状况好坏的主要指标，直接影响到发电厂的经济性和能源的有效利用率。

因此提高锅炉效率，对发电厂、自然资源、自然环境都具有重要意义。

要想提高锅炉的效率，就必须了解影响锅炉效率的影响因素。

其中过量空气系数是影响锅炉效率的重要指标。

由问题一可知，过量空气系数直接影响的是锅炉热损失，而根据反平衡法可知锅炉效率与各项热损失的关系式。

继而可通过锅炉的热损失建立过量空气系数和锅炉效率的连接纽带。

首先，求出含参数的各项锅炉热损失表达式；

然后，比较各项锅炉热损失的大小，进行合理取舍；

最后，根据反平衡法求出锅炉效率与过量空气系数的关系。

3.3问题三的分析

如果某一项参数变化了,将该参数变化后的数值带入到锅炉热效率的计算程序中,并保持其它参数不变,可以计算出变化后的各项热损失和变化后的锅炉热效率,其中是由于该项参数变化引起的,因此可以得到该参数变化单位数值对锅炉热效率的影响幅度。

采用同样的方法,即可得到所有参数变化对锅炉热效率影响的幅度。

首先，找出影响锅炉效率的主要运行参数；

其次，利用最小二乘法，对排烟温度与锅炉效率进行多项式拟合，得出排烟温度与锅炉效率的关系式，对其求导，求出影响程度，并绘制出关系图；

再次，利用同样的方法得出炉膛出口飞灰量、烟气含氧量对锅炉效率的影响程度，绘制出关系图；

最后，求出剩余参数的影响程度，并整体分析各参数影响所占的比重。

3.4问题四的分析

在优化运行当中，锅炉的运行参数可分为“运行可控参数”和“运行不可控参数”，“运行可控参数”是运行人员能够实时控制和调整的。

首先，锅炉总体性能可用锅炉净效率表示，利用统计建模法，将系统的过程视为“黑箱”问题，选择炉膛出口氧量和锅炉的给水温度作为系统的运行可控输入参数，选择锅炉主汽流量作为运行不可控输入参数，对于所研究的问题，输入参数和输出参数的变化范围较窄，可以将输出参数表示成输入参数的二次型函数形式；

其次，采用正交组合方式选择数据样本，对二次型函数表达式进行回归分析，拟合的总变异量分解为回归平方和与剩余平方和，建立锅炉净效率预测模型；

再次，对模型进行检验、检验，确定模型是否稳健；

最后，利用该模型进行区间寻优，寻找输入参数的运行范围内，系统性能的最佳点，使输入参数达到最佳匹配，求约束条件下，某些输出性能参数的最优值，及其所产生的经济影响。

四模型的建立与求解

4.1模型一的建立与求解

为了使进入锅炉的燃料能够尽可能地完全燃烧，其空气供给量必须比理论计算空气供给量多一些，实际空气量与理论空气量的比值为过量空气系数，即

（1）

最佳过量空气系数是衡量锅炉效率的一个重要指标，而过量空气系数直接影响排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失，为了确定最佳过量空气系数，对三个因素分步分析：

1.排烟热损失

锅炉排烟热损失为末级热交换器后排出烟气带走的物理显热占输入热量的百分率，记作，根据国标《电站锅炉性能试验规程》中排烟热损失的公式求解如下：

（2）

即为应用基高位发热量

干烟气带走的热量，即

（3）

烟气所含水蒸气的显热,即

（4）

每千克（或每标准立方米）燃料排烟损失热量，即

（5）

一般情况下，可代之以水蒸气从0℃至的平均定压比热容，可代之以干烟气从至的平均定压比热容。

（6）

整理得，

（7）

根据经验公式得，

（8）

故，

（9）

排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项。

在运行中，要尽可能地在保证完全燃烧的条件下降低，来提高锅炉的燃烧效率，从上式中可以看出降低就可以降低。

2.化学不完全燃烧热损失

化学不完全燃烧热损失由排烟中的未完全燃烧产物（、、和）的含量决定，是指这些可燃气体未放出其燃烧热而造成的热量损失占输入热量的百分率。

化学不完全燃烧热损失为

固体燃料烟气中等可燃气体的含量极微，为了简化计算，可认为烟气中的可燃气体只是。

则上式可写成：

（10）

若分别以、、和来表示各组分在干烟气中所占容积的百分比数，则干烟气的组成可表示为

如果不完全燃烧产物只有，则根据上式将其中进行置换后可得

即一氧化碳的含量为

（11）

在空气预热器出口的烟气中，基本完全被消除，所以烟气中和的含量近似等于烟气中的含量。

在进行燃烧计算及分析有关问题时，常遇到一个燃料特性系数，燃料特性系数值只取决于燃料的干燥无灰基成分组成，而与水分、灰分无关，对于不同的燃料有不同的值，

（12）

将附录1中的干燥无灰基组成成分代入（12）式，求解得，

将附录1中的烟气含氧量和空气预热器出口烟气中二氧化碳含量代入（11）式解得的含量如下表4-1所示

4-1烟气与的含量

烟气含氧量（%）

5.21

5.08