一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法

技术领域

本发明涉及热力设备性能状态监测与诊断领域，是一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法。

背景技术

过量空气系数的大小对锅炉性能的影响较大，但通常锅炉过量空气系数变化对锅炉热效率的影响计算，采用锅炉变工况热力计算方法。锅炉变工况热力计算方法需要完整的锅炉各个受热面的结构参数，计算工作量较大，且较为复杂。不便于工程界分析锅炉过量空气系数的变化对锅炉性能的影响。此外，锅炉变工况热力计算方法中机械未完全燃烧热损失通常需要估计，在73和98锅炉热力计算标准里，均没有规定锅炉过量空气系数对机械未完全燃烧热损失的计算方法。这给锅炉的变氧量优化运行调整分析带来诸多不变，也不便于对锅炉的变氧量分析。

因此，为有效提高电厂锅炉燃烧的控制水平，有必要开展机组性能随过量空气系数的演化机理建模，研究过量空气系数变化对锅炉经济性的定量影响。这对于电厂锅炉燃烧的精准控制和高效运行管理具有一定的工程实际意义。

发明内容

针对目前电厂无法定量分析和计算过量空气系数变化对锅炉热效率影响的技术问题，本发明基于微分原理和锅炉热效率的计算方法，提出一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法。

本发明采用的技术方案是：一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法，其特征在于，它包括:

依据国标GB10184-2015锅炉热效率反平衡计算方法，锅炉热效率可由公式(1)计算：

式中：η

忽略过量空气系数变化对锅炉散热损失的影响，因此由过量空气系数的差异引起的锅炉热效率的变化可以表示为：

式中：Δη

相应每千克燃料的锅炉排烟热损失量为

式中：

过量空气系数变化引起干烟气容积、水蒸气容积的变化以及排烟温度的变化量。推导计算得到排烟热损失变化量为

式中：ΔV

其中

式中：Δα

依据锅炉性能试验的数据，锅炉排烟温度和过量空气系数之间的函数关系可以拟合为

式中：

由此过量空气系数变化引起排烟温度的变化可近似表示为

相应于每千克燃料的机械未完全燃烧热损失如下：

其中y

表1公式(10)中的经验值

因此，由过量空气系数变化引起机械不完全燃烧热损失的变化量为：

在锅炉燃烧生成的烟气中，气体不完全燃烧热损失仅考虑一氧化碳气体的影响。因此，气体不完全燃烧热损失量可表示为：

Q

依据方程(12)，过量空气系数变化引起气体不完全燃烧热损失的变化量为：

当不考虑一氧化碳气体的含量时，ΔQ

锅炉的灰渣物理热损失量可表示为：

式中：a

由过量空气系数的变化引起锅炉灰渣物理热损失的变化量可表示为

其中

通过求解方程(3)-方程(18)得到锅炉过量空气系数变化对锅炉各项热损失的变化量，进而由方程(2)获得锅炉热效率的变化量。

本发明的一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法的提出，基于以下构思：

1.过量空气系数变化，将引起锅炉各项热损失的变化，通过采用全微分推导，得到过量空气系数变化引起锅炉各项热损失的变化量，最终获得锅炉热效率的变化量；

2、过量空气系数变化，将引起飞灰含碳量和锅炉排烟温度的变化，为简化模型的构建难度，采用经验方程进行飞灰含碳量和锅炉排烟温度计算模型的构建。

本发明就是基于以上构思，根据锅炉能量和质量平衡的特点，依据微分理论，进一步提出了实现本发明技术方案所遵循的原理，即：

1、在煤种一定的情况下，干烟气和烟气中水蒸气的变化量可近似简化为过量空气系数的变化量，这样的处理可简化排烟热损失的计算量；

2、锅炉排烟温度和机械未完全燃烧热损失仅与过量空气系数的变化相关，使得排烟温度和机械未完全燃烧热损失的计算得到简化；

3、气体未完全燃烧热损失的变化量仅有干烟气的变化量呈正相关，而干烟气量和过量空气系数的变化量相关；

4、灰渣热损失中不分炉渣含碳量和飞灰含碳量，将每千克燃料中未燃烧掉的碳定义为x，并记入灰渣量的计算中，使得灰渣热损失的计算得到简化。

本发明的一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法，攻克了锅炉传统无法精准评价过量空气系数变化对锅炉热经济性影响程度的技术缺陷，本发明的计算方法简单、精确和科学，能够实现精准定量分析计算过量空气系数变化对锅炉热效率的影响，可诊断锅炉机组经济性的变化量。

附图说明

图1一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法流程示意图；

图2一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法算法原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1～图2，本发明的一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法，包括以下内容：

依据国标GB10184-2015锅炉热效率反平衡计算方法，锅炉热效率可由公式(1)计算：

式中：η

忽略过量空气系数变化对锅炉散热损失的影响，因此由过量空气系数的差异引起的锅炉热效率的变化可以表示为：

式中：Δη

相应每千克燃料的锅炉排烟热损失量为

式中：

过量空气系数变化引起干烟气容积、水蒸气容积的变化以及排烟温度的变化量。推导计算得到排烟热损失变化量为

式中：ΔV

其中

式中：Δα

依据锅炉性能试验的数据，锅炉排烟温度和过量空气系数之间的函数关系可以拟合为

式中：

由此过量空气系数变化引起排烟温度的变化可近似表示为

相应于每千克燃料的机械未完全燃烧热损失如下：

其中y

表1公式(10)中的经验值

因此，由过量空气系数变化引起机械不完全燃烧热损失的变化量为：

在锅炉燃烧生成的烟气中，气体不完全燃烧热损失仅考虑一氧化碳气体的影响。因此，气体不完全燃烧热损失量可表示为：

Q

依据方程(12)，过量空气系数变化引起气体不完全燃烧热损失的变化量为：

当不考虑一氧化碳气体的含量时，ΔQ

锅炉的灰渣物理热损失量可表示为：

式中：a

由过量空气系数的变化引起锅炉灰渣物理热损失的变化量可表示为

其中

方程(17)和方程(18)中的K

本发明的一种过量空气系数变化对锅炉热效率影响的定量计算方法的提出，基于以下构思：

本发明的计算机软件程序依据自动化控制、计算机处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。

计算实例：现以某电厂锅炉过量空气系数为例，煤质和机组运行氧量采集数据如表1所示。现对过量空气系数变化对锅炉经济性的影响进行案例计算说明。

表1锅炉采集基准参数

以下以过量空气系数增加0.1为例进行计算，并以100％BMCR工况为案例。

(1)锅炉排烟热损失变化量计算

由方程(5)计算干烟气相对变化量：

由方程(6)计算水蒸气相对变化量：

由方程(7)计算系数K：

计算水蒸气热容量同干烟气容量之比：

计算环境温度与排烟温度之比：

由方程(9)计算环境温度与排烟温度之比：

由方程(4)计算排烟热损失的相对变化量：

由此进一步可得排烟热损失的变化量为：

ΔQ

(2)锅炉排烟热损失变化量计算

将表1中的100％BMCR工况Q

由此进一步可得机械未完全燃烧热损失的变化量为：

ΔQ

(3)锅炉气体未完全燃烧热损失变化量计算

由方程(13)可得：

由此进一步可得气体未完全燃烧热损失的变化量为：

ΔQ

(4)锅炉灰渣物理热损失变化量计算

由方程(17)计算K

由方程(16)可得：

由方程(18)计算M。

依据方程(15)可计算出锅炉灰渣物理热损失量的相对变化量：

由此进一步可得锅炉灰渣物理热损失的变化量为：

ΔQ

依据方程(15)可计算出锅炉灰渣物理热损失量的相对变化量：

由此可得在过量空气系数增加0.1后，锅炉热效率的相对变化量为：

由此进一步可得锅炉热效率的变化量为：

Δη

由此可看出，在过量空气系数增加0.1后，锅炉热效率的相对变化量为0.15个百分点。可实现锅炉过量空气系数变化对锅炉热效率的定量分析和诊断。