燃煤电站锅炉最佳烟气含氧量在线计算模型

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1、化工自动化及仪表第42卷燃煤电站锅炉最佳烟气含氧量在线计算模型石伟晶h2王景成1’2史元浩1’2(1，上海交通大学自动化系，上海200240；2．系统控制与信息处理教育部重点实验室，上海200240)摘要基于锅炉热平衡原理，分析过量空气系数、飞灰含碳量和排烟温度对锅炉效率的影响，建立了热经济性参数在烟气含氧量影响下的计算模型和以锅炉效率为目标的最佳烟气含氧量数学模型。以一台300MW机组为例，实现了电站锅炉不同负荷下最佳爝气含氧量的在线计算。关键词最佳烟气含氧量飞灰含碳量排烟温度过量空气系数锅炉

2、效率中图分类号TH701文献标识码A文章编号1000—3932(2015)12—1326m5在电厂规程中，一般只会给出锅炉在额定工况下的最佳烟气含氧量设定值，但是锅炉在实际运行中会因受到多种外界因素影响而无法完全按最佳工况运行。在工况不断变化的情况下，计算出不同工况相应的最佳烟气含氧量设定值，可提高锅炉效率。国内已有很多学者开展关于烟气含氧量最优值的研究。苍国超等建立运行氧量、机组供电煤耗率与机组运行参数的网络模型，并以机组的供电煤耗率为优化目标，借助遗传算法对模型的输入参数进行全局寻优，最终得

3、到了不同运行工况下的最佳氧量预测值¨1。刘福国等分析了多个运行经济指标在炉膛出口烟气含氧量变化下的影响，建立了以净供电煤耗为因变量，运行经济指标为自变量的方程，从而求出机组的经济运行氧量¨3。谷俊杰等分析了热经济性参数在烟气含氧量影响下的变化特性，并建立以最小供电煤耗率为目标的最佳烟气含氧量偏微分方程，从而得出电站锅炉不同工况下的最佳烟气含氧量设定值‘31。笔者以锅炉热平衡原理为基础，分析过量空气系数、飞灰含碳量和排烟温度在烟气含氧量影响下的变化特性并建立以锅炉效率为目标的在线最佳烟气含氧量计算

4、模型，通过在线计算可以确定电站锅炉在不同负荷下的最佳烟气含氧量设定值。1最佳烟气含氧量模型。1．1反平衡法锅炉效率表示根据反平衡法计算锅炉的各项热损失，求取锅炉热效率："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：——单位质量燃料的排烟热损失，kJ／kg；Q，——单位质量燃料的化学未完全燃烧热损失，kJ／kg；Q。——单位质量燃料的机械未完全燃烧热损失，kJ／kg；Q，——单位质量燃料的锅炉散热热损失，kJ／kg；Q。——单位质量

5、燃料的灰渣物理热损失，kJ／kg；Q。——燃料的收到基发热量，kJ／kg；q：一g。——相应各部分的热损失百分比，％；"r／。——锅炉效率，％。在我国现行的电站锅炉性能试验规程GB10184—1988中，一般用燃料的收到基低位发热量p。。来代替Q。。1．2锅炉效率关键参数计算建立笔者提出的最佳烟气含氧量在线计算模型需要利用煤的元素分析和低位发热量。采用GB10184—1988进行锅炉效率试验，主要测量如下参数。收稿日期：2015—11-03(修改稿)基金项目：国家自然科学基金资助项目(61174

6、059，61233004，61433002)；国家“973”计划项目(2013CB035406)第12期石伟晶等．燃煤电站锅炉最佳烟气含氧量在线计算模型入炉的燃煤化学元素分析成分。主要包括燃煤的收到基低位发热量Q。。(kJ)、燃煤的碳含量C。：(％)、灰分A。。(％)、氢含量日。。(％)、氧含量0。，(％)、氮含量Ⅳ。，(％)、硫含量s。，(％)和水分艇。，(％)。笔者所选的研究对象为贵州某燃煤火力电站2号300MW机组锅炉，其入炉燃煤的化学成分如下：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锅炉的生产测量参数主要包括锅炉烟气含氧量O：(％)、排烟温度t。，(oC)、烟气的飞灰含碳量C几(％)及空气绝对湿度d。(kg／kg)等。1kg燃料燃烧后烟气中氮气份额主要由3部分组成：燃料中的氮、理论空气中的氮和过量空气中的氮御VN2-筹·篙+0．79(a_1)vo,其中K为1kg燃煤完全燃烧需要的理论空气体积，K=0．0889(C。，+0．375S。，)+0．265H。，一0．0333×O舭1k

8、g燃料中的氢完全燃烧产生11．1m3的水蒸气，同时空气中含有一定量的水蒸气，因而烟气中的水蒸气份额VH20211·1盖+1．24×惫+1．61d。(a—1)vo。其中a为烟气的空气过量系数。求得1kg煤粉燃烧所需的理论空气量为K，则进入炉膛的煤粉完全燃烧所产生的理论干烟气量畦，扎866警+0．79Vo⋯0急。实际干烟气量以，=睚，+(理一1)％，干烟气平均比热c5y=Pc02’cc02+P02’c02+PN2·cN2，其中，c。。，、c。，和c。，为CO：、O：和N：的定压体积比热，通过国家标准