关于锅炉运行最佳过量空气系数的研究

周小红

(江西工程学院,江西新余 338000)

关于锅炉运行最佳过量空气系数的研究

周小红

(江西工程学院,江西新余 338000)

本文针对锅炉的实际运行中过量空气系数的问题,进行了严谨的分析,并在此基础上建立了计算最佳过量空气系数的数学模型。

锅炉 温度 过量空气系数

1 背景资料

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：

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Vk与理论空气量V0之比;过量空气系数直接影响排烟热损失q2、化学不完全燃烧热损失q3、机械不完全燃烧热损失q4;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;促进锅炉节能降耗的重要手段之一是对锅炉机组热力系统进行在线监测与分析，进而优化其运行参数，目前，在国由于无法进行煤质和灰渣含碳量的在线分析，现在还做不到锅炉效率的在线监测，这给锅炉的运行优化带来很大困难。

2 问题及其分析

首先，分别计算排烟热损失q2、化学不完全燃烧热损失q3、机械不完全燃烧热损失q4与过量空气系数 α的关系表达式;其次，根据先减少后增加，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，即对的表达式进行一阶求导，当时，与此对应的 α值就是最佳过量系数。

3 数学模型的建立

根据问题分析可得，在锅炉的实际运行中，为了保证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。过量空气系数lα′′是指实际空气量Vk与理论空气量V0之比即

3.1 过量空气系数 α与排烟热损失q2的关系

排烟热损失等于排烟焓值与进入锅炉的冷空气焓值的比值，其计算公式如下：

影响排烟热损失 q2的主要因素是排烟焓的大小，而排烟焓又取决于排烟容积和排烟温度。排烟温度越高，排烟容积越大，则排烟热损失 q2也就越大。一般排烟温度提高 15～20oC， q2约增加 1%，根据经验公式有：

3.2 过量空气系数与化学不完全燃烧热损失 q3的关系

化学不完全燃烧热损失是由于烟气中含有可燃气体造成的热损失。 q3的计算公式如下：

若分别以 RO2、 O2、 CO和 N2来表示各种成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

燃料不完全燃烧时，如果不完全燃烧产物只有 CO，则根据上式将其中 N2进行置换后可得

式中 β为燃料特性系数，可由燃料的元素分析成分计算：

3.3 过量空气系数 α与机械不完全燃烧热损失 q4的关系

假定以 C1、 C2表示锅炉单位时间飞灰和炉渣的质量(包括其中未燃尽的炭);以 C11、 C21表示飞灰和炉渣中可燃物含量的百分数;又知每千克碳的发热量为 32866kJ/ kg;如果锅炉的燃烧消耗量为 B( kg/ s)，则由飞灰和炉渣引起的机械不完全燃烧热损失为：

总的机械不完全燃烧热损失 q4为

过量空气系数直接影响排烟热损失q2、化学不(或可燃气体未)完全燃烧热损失q3、机械(或固体)不完全燃烧热损失q4(如图1)。所以，当炉膛出口过量空气系数lα′′增加时先减少后增加，有一个最小值，与此最小值对应的过量空气系数就是最佳过量空气系数;

综合前面的分析可得：

[1]樊泉桂.锅炉原理.第二版,北京：中国电力出版社,2014年.

周小红,数学讲师,南昌大学软件学院工程硕士,研究方向：数学、教育。