锅炉运行曲线.docx
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锅炉运行曲线
1引言：
衡量锅炉总的经济性的评价指标有三个分别是：
热效率，金属材料耗量和单位供热量的运行费用，这三个指标相互制约。
当锅炉房建成投入运行后，此时评价锅炉的经济性就只考虑锅炉的热效率和单位供热量的运行费用。
我们希望锅炉在运行过程中始终处于高效率区，但此时锅炉运行费用如何？
锅炉高效率区与经济运行工况区有何关系？
作者对此进行了探讨。
本文通过实验测试和理论计算两种方法分别得出了锅炉的两个工作区域：
高效运行工况区和经济运行工况区，综合考虑这两种因素最终可确定锅炉的最佳运行工况区。
2锅炉高效运行工况区的确定
确定锅炉的高效运行工况区，首先需要绘制锅炉的效率曲线。
而在该曲线绘制之前先要做热平衡实验（热平衡测试数据见表一），然后根据具体实验数据得出锅炉的g—η曲线。
该数据是在测试工况下得到的，是反映锅炉测试效率与负荷率之间的关系的，是否能够反映锅炉运行工况时运行效率与负荷率的关系，还需要通过运行实验数据加以验证。
即用锅炉正常运行时测取的关于g—η关系的数值为此做修正和补充。
课题的试验地点是哈尔滨嵩山节能小区的锅炉房。
锅炉房内设置型号为SHW4.2-0.7/95/70-AII（H）的热水锅炉三台。
供热系统按连续运行设计，系统采用补给水泵定压。
小区总建筑面积为18.371万平方米。
在测试时由于小区还在建设中只有单台锅炉运行，供暖面积为60713.79平方米。
2.1锅炉效率曲线的拟合和表达式的求取
通过正反平衡测试得到的数据拟合曲线如图1所示。
从图中可以看出在负荷率较低或较高的范围内，锅炉的效率都比较低；而在某一个负荷率变化范围内，热效率可以达到较高值。
现在问题的关键是如何确定这一高效率区。
我们借助于常用数学知识，利用线性回归等手段来拟合这条实验曲线。
考虑到回归多项式既能真实反映所测数据又能便于今后应用，选择了多项式拟合形式，表达式为：
η=24.0961+1.2361g-0.0069g2，（式中g的变化范围受到限制）。
g—η热平衡测试数据表表一
效率η%
负荷率g℅
76.45
68.074
81.2
83.2
77.7
70.645
71.41
68.4
115.0
110.83
103
102.76
74
65.176
50.82
49.4
115.0
g—η曲线（图1）
为了验证方程式是否可用，需进一步检验方程是否有意义。
检验分两步进行。
首先进行方差分析，然后利用方差分析的结果对方程进行显著性检验，以确定变量η与变量g之间关系的密切程度。
检验结果表明，在g的一定范围内（70≤g≤120），方程是有意义的。
2.2高效率区的具体确定
通过锅炉的g—η曲线，回归出多项式表达式后，根据高等数学的知识，可以求取效率的极值和高效率区。
求取结果为：
当负荷率g=89.57%时，此时的锅炉效率最高为η=79.45%。
而这种锅炉在设计工况下当负荷率g=100%时达到最高设计效率η=76.98%。
设计工况与运行工况比较如表二：
设计工况与运行工况比较表二
名称类别
设计工况
运行工况
吨位D（T）
6
5.36
负荷率g（%）
100
89.57
效率η（%）
76.98
79.45
上表数据表明在不同工况下有二个最高效率点。
通过分析，取正常运行时负荷率g=89.57%，η=79.45%做为运行调节工况的最高效率点比较合理，也符合实际情况。
若锅炉运行的高效率区以0.95η高对应的负荷率为界。
即η>η分界=0.95η高=75.48%。
通过曲线方程解之：
g1=65.56%,g2=113.58%。
则锅炉运行的高效率区可定为65.56%≤g≤113.58%。
为了验证所确定的高效率区是否可以定为锅炉实际运行时的高效率区，我们用实际测试的数据对此进行了验证（测试数据见表三）。
由于测试时锅炉房尚未完全竣工，原设计的一些基本仪表尚未完全投入，因而在供热量统计时，忽略了提高补水温度而消耗掉的热量。
经分析从2/12到10/2共计补水约1710.12m3，此段时间tgp=65.71ºC，若假设补水温度6ºC，则补水耗热量约占此段时间内总供热量的2.68%。
此说明表中的供热量和效率约偏低2.68%。
锅炉运行测试数据统计表表三
时间
总热量
日平均供热量
运行负荷率
室外平均温度
运行效率
运行天数
修正后运行效率
Q（KMJ）
Qp（KMJ/天）
gpj（%）
tw（ºC）
η（%）
n（天）
η（%）
2/12~16/12
3092.642
220.903
121.74
-12.57
74.88
14
77.56
16/12~30/12
3067.807
219.129
107.04
-14.07
67.85
14
70.53
30/12~13/1
3530.73
252.195
105.9
-13.75
71.24
14
73.92
13/1~27/1
3512.6
250.9
71.7
-18.32
74.11
14
76.79
27/1~10/2
2747.975
196.28
82.21
-12.36
73.69
14
76.37
将表三中锅炉运行效率与负荷率的各组数据描绘在测试效率与负荷率的曲线图上，如图二所示。
可以看出三条曲线的变化趋势是一致的，且在65.56%≤g≤113.58%范围内的某个区域内，三条曲线都处于高效率区，所以通过测试效率—负荷率曲线图确定锅炉高效率区的方法是可行的。
g—η曲线（图2）
曲线
（1）表示测试的效率曲线；曲线
（2）表示修正后的实际运行效率曲线；曲线（3）表示实际运行时的效率曲线；
3锅炉经济运行工况区的确定：
3.1经济运行工况区的理论求取：
所谓锅炉运行的经济工况区是锅炉在此工况中运行时单位供热量的运行费用最经济。
对于一个供暖锅炉房来说，其运行费用S由以下三部分组成：
生产热能费用Sc、输送热能费用Sr和维护管理费用Swg。
即：
S=Sc+Sr+Swg。
生产热能费用Sc包括锅炉本体耗煤费用Sgl,以和炉排机、鼓风机、引风机、上煤、除渣设备的耗电费用，分别记作：
Sp、Sg、Sy、Sm、Sz。
输送热能费用Sr包括循环水泵耗电费用Sx，补给水泵耗电费用Sbs和补给水软化水费用Ss。
维护管理费用Swg包括运行管理人员工资Sgz和折旧维修费用Swx。
则：
单位供热量运行费用可表示为：
S/Q=[（Sgli/Q+Spi/Q+Sgi/Q+Syi/Q）+Sm/Q+Sz/Q]+（Sx/Q+Sbs/Q+Ss/Q）+（Sgz/Q+Swx/Q）
式中：
小括号内各项表示锅炉和其配套的辅机生产单位供热量的费用，元/kwh；
Sgli/Q、Spi/Q、Sgi/Q、Syi/Q分别表示锅炉本体生产1kwh供热量的燃料费用；生产1kwh供热量的炉排耗电费用；送风耗电费用；引风耗电费用，元/kwh；
Sm/Q和Sz/Q分别表示锅炉房内上煤除渣设备为保证生产1kwh的热量所需的电能费用，元/kwh
Sx/Q、Sbs/Q和Ss/Q分别表示输送1kwh热量所需的电能费用；为保证供热系统正常运行1kwh所需的补水耗电费用和补给软化水费用，元/kwh；
Sgz/Q和Swx/Q分别表示锅炉房生产1kwh热量所需的人工费和折旧维修费用，元/kwh。
3.2经济运行工况区的实际求取
嵩山小区锅炉房有三台4.2X103KW往复推动炉排热水锅炉，所配鼓、引风机的型号分别为4-72-12No4.5A,Y5-47No8C,锅炉房设置了6sh-9循环水泵2台,8sh-13A循环水泵1台（其中1台备用）,50MSX3-3.0补给水泵2台（1台备用）,采用GBL-50X4刮板捞渣机除渣，上煤输送设备是MC20型埋刮板输送机上煤和TD75型固定式胶带输送机运煤。
将实际运行的各参数代入后分别计算，计算结果见表四：
锅炉经济运行参数计算表表四
gi
Sgl/Q
*10-3
Spi/Qi
*10-3
Sg/Q
*10-3
Syi/Qi
*10-3
Sx/Q
*10-3
Sbs/Q
*10-5
Sm/Q
*10-5
Sz/Q
*10-5
Ss/Q
*10-3
Sgz/Q
*10-3
Swx/Q
*10-3
S/Q
*10-3
25%
58.2
0.0323
1.16
2.25
7.44
13.44
3.83
8.81
1.99
10.03
10.87
92.23
50%
44.6
0.0247
0.73
1.514
3.83
12.46
2.93
4.40
1.99
5.01
5.44
63.34
75%
39.8
0.0221
0.552
1.195
2.82
11.81
2.62
2.94
1.99
3.34
3.62
53.52
100%
39.6
0.0219
0.468
1.027
2.31
11.27
2.60
2.20
1.99
2.51
2.72
50.81
从表中可以看出：
g≥70%以后S/Q的变化已趋于稳定，可以将嵩山小区锅炉房的经济运行工况区定为：
70%≤g[注]。
4锅炉最佳运行工况区确定
在前面我们通过不同的方面来确定锅炉的工况区，综合这些因素，可以得出这样一个结论，即：
锅炉在运行工况下要想达到最佳效果，就要使锅炉的最佳运行工况区既要在锅炉的经济运行工况区70%≤g范围内，又要在锅炉的高效率区g=65~113%范围内。
这样锅炉的最佳运行工况区就可以定为g=70~113%。
考虑到为了今后较方便地确定锅炉最佳运行工况区范围，可以将锅炉运行的高效率区以0.97η高的负荷率为界。
即η>η分界=0.97η高=77.1%。
通过曲线方程解之：
g1=70.97%，g2=108.18%。
这样锅炉运行的高效率区即为71%≤g≤108%。
也就是说，可以让锅炉的最高效率运行区位于最佳经济运行工况区范围内。
今后确定锅炉最佳运行工况区，可以仅从确定锅炉高效运行工况区考虑即可。
5结论
供热锅炉最佳运行工况区的确定是建立在锅炉高效率区和经济运行工况区的基础之上。
尽管通过实验测试和理论计算两种方法可分别得出锅炉的这两个工作区域，从而确定锅炉最佳运行工况区；但通过本文分析可知，今后确定锅炉最佳运行工况区可以仅以锅炉运行的高效率区的0.97η高的负荷率为界，这样可以大大地方便了锅炉最佳经济运行工况区范围地确定，从而为自动控制提供方便条件，以使运行效果更好。
[注]：
锅炉经济运行工况区与一般运行工况区的分界点由S/Q=M（S/Q）g=100%的值与g—S/Q曲线的交点来确定，本文亦采取此法，在此不赘述。
详见参考文献
（1）
参考文献
（1）蔺洁.嵩山小区锅炉房经济运行工况分析.研究生硕士论文
（2）盛昭瀚等.最优化方法基本教程.南京：
东南大学出版社，1992
（3）余俊等.最优化方法和其应用.武汉：
华中工学院出版社，1984
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哈尔滨工业大学出版社.1992
（5）高国权.动力和热力设备节能技术.北京：
烃加工出版社.1995
（6）方修睦.锅炉房的经济运行工况区的确定方法.全国暖通空调制冷学术年会论文集.1988
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