燃煤電站鍋爐最佳煙氣含氧量在線計算模型

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1、化工自動化及儀表第42卷燃煤電站鍋爐最佳煙氣含氧量在線計算模型石偉晶h2王景成1’2史元浩1’2(1，上海交通大學(xué)自動化系，上海200240；2．系統(tǒng)控制與信息處理教育部重點實驗室，上海200240)摘要基于鍋爐熱平衡原理，分析過量空氣系數(shù)、飛灰含碳量和排煙溫度對鍋爐效率的影響，建立了熱經(jīng)濟性參數(shù)在煙氣含氧量影響下的計算模型和以鍋爐效率為目標的最佳煙氣含氧量數(shù)學(xué)模型。以一臺300MW機組為例，實現(xiàn)了電站鍋爐不同負荷下最佳爝氣含氧量的在線計算。關(guān)鍵詞最佳煙氣含氧量飛灰含碳量排煙溫度過量空氣系數(shù)鍋爐

2、效率中圖分類號TH701文獻標識碼A文章編號1000—3932(2015)12—1326m5在電廠規(guī)程中，一般只會給出鍋爐在額定工況下的最佳煙氣含氧量設(shè)定值，但是鍋爐在實際運行中會因受到多種外界因素影響而無法完全按最佳工況運行。在工況不斷變化的情況下，計算出不同工況相應(yīng)的最佳煙氣含氧量設(shè)定值，可提高鍋爐效率。國內(nèi)已有很多學(xué)者開展關(guān)于煙氣含氧量最優(yōu)值的研究。蒼國超等建立運行氧量、機組供電煤耗率與機組運行參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)模型，并以機組的供電煤耗率為優(yōu)化目標，借助遺傳算法對模型的輸入?yún)?shù)進行全局尋優(yōu)，最終得

3、到了不同運行工況下的最佳氧量預(yù)測值¨1。劉福國等分析了多個運行經(jīng)濟指標在爐膛出口煙氣含氧量變化下的影響，建立了以凈供電煤耗為因變量，運行經(jīng)濟指標為自變量的方程，從而求出機組的經(jīng)濟運行氧量¨3。谷俊杰等分析了熱經(jīng)濟性參數(shù)在煙氣含氧量影響下的變化特性，并建立以最小供電煤耗率為目標的最佳煙氣含氧量偏微分方程，從而得出電站鍋爐不同工況下的最佳煙氣含氧量設(shè)定值‘31。筆者以鍋爐熱平衡原理為基礎(chǔ)，分析過量空氣系數(shù)、飛灰含碳量和排煙溫度在煙氣含氧量影響下的變化特性并建立以鍋爐效率為目標的在線最佳煙氣含氧量計算

4、模型，通過在線計算可以確定電站鍋爐在不同負荷下的最佳煙氣含氧量設(shè)定值。1最佳煙氣含氧量模型。1．1反平衡法鍋爐效率表示根據(jù)反平衡法計算鍋爐的各項熱損失，求取鍋爐熱效率："r／b=100一∑g=100一92一q3一94一95一q6=(，一!!—二j里三二二攀)×，。。(，)式中Q：——單位質(zhì)量燃料的排煙熱損失，kJ／kg；Q，——單位質(zhì)量燃料的化學(xué)未完全燃燒熱損失，kJ／kg；Q?！獑挝毁|(zhì)量燃料的機械未完全燃燒熱損失，kJ／kg；Q，——單位質(zhì)量燃料的鍋爐散熱熱損失，kJ／kg；Q?！獑挝毁|(zhì)量

5、燃料的灰渣物理熱損失，kJ／kg；Q?！剂系氖盏交l(fā)熱量，kJ／kg；q：一g?！鄳?yīng)各部分的熱損失百分比，％；"r／。——鍋爐效率，％。在我國現(xiàn)行的電站鍋爐性能試驗規(guī)程GB10184—1988中，一般用燃料的收到基低位發(fā)熱量p。。來代替Q。。1．2鍋爐效率關(guān)鍵參數(shù)計算建立筆者提出的最佳煙氣含氧量在線計算模型需要利用煤的元素分析和低位發(fā)熱量。采用GB10184—1988進行鍋爐效率試驗，主要測量如下參數(shù)。收稿日期：2015—11-03(修改稿)基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(61174

6、059，61233004，61433002)；國家“973”計劃項目(2013CB035406)第12期石偉晶等．燃煤電站鍋爐最佳煙氣含氧量在線計算模型入爐的燃煤化學(xué)元素分析成分。主要包括燃煤的收到基低位發(fā)熱量Q。。(kJ)、燃煤的碳含量C。：(％)、灰分A。。(％)、氫含量日。。(％)、氧含量0。，(％)、氮含量Ⅳ。，(％)、硫含量s。，(％)和水分艇。，(％)。筆者所選的研究對象為貴州某燃煤火力電站2號300MW機組鍋爐，其入爐燃煤的化學(xué)成分如下：A。，27．67％C。。58．02％H。，1

7、．90％肼。，10．00％N。0．83％0。，0．89％S。，0．69％Qd，20992kJ／kg鍋爐的生產(chǎn)測量參數(shù)主要包括鍋爐煙氣含氧量O：(％)、排煙溫度t。，(oC)、煙氣的飛灰含碳量C幾(％)及空氣絕對濕度d。(kg／kg)等。1kg燃料燃燒后煙氣中氮氣份額主要由3部分組成：燃料中的氮、理論空氣中的氮和過量空氣中的氮御VN2-籌·篙+0．79(a_1)vo,其中K為1kg燃煤完全燃燒需要的理論空氣體積，K=0．0889(C。，+0．375S。，)+0．265H。，一0．0333×O舭1k

8、g燃料中的氫完全燃燒產(chǎn)生11．1m3的水蒸氣，同時空氣中含有一定量的水蒸氣，因而煙氣中的水蒸氣份額VH20211·1蓋+1．24×憊+1．61d。(a—1)vo。其中a為煙氣的空氣過量系數(shù)。求得1kg煤粉燃燒所需的理論空氣量為K，則進入爐膛的煤粉完全燃燒所產(chǎn)生的理論干煙氣量畦，扎866警+0．79Vo?0急。實際干煙氣量以，=睚，+(理一1)％，干煙氣平均比熱c5y=Pc02’cc02+P02’c02+PN2·cN2，其中，c。。，、c。，和c。，為CO：、O：和N：的定壓體積比熱，通過國家標準