| 摘要：本文根据锅炉效率与过量空 气系数、排烟温度、机组负荷、 蒸发量等参数之间的关系，给出 了一种简单、有效的锅炉效率经 验计算算法，并据此制定了过量 空气系数调节曲线，提出了不同 机组负荷与环境温度下过量空气 系数的调节方法。 【关键词】锅炉效率 优化 过量空气系数 调 节曲线 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。锅炉的运行是一 个涉及化学反应、传热传质的复杂过程，影响 参数众多，主要包括煤质参数、运行参数、设 备状况和运行环境等。提高锅炉效率的重要手 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。其中，根据 锅炉运行状况对过量空气系数进行适当调节， 是提高锅炉运行效率的一种重要方式。本文以 300MW 锅炉为例给出锅炉效率的经验公式计 算方法以及最佳过量空气系数的调节方法。 1 锅炉效率的计算 由于影响锅炉效率的因素众多，很难直 接得到其计算公式，所以通常采用反平衡计算 锅炉效率，即： －（ ）2 3 4 5 6 1 1 100 100 q q q q q Q q Q r gl η = = × = + + + + ，% （1） 式中 = ×10（0 i = 1,2,,6） Q q Q r i i 分别表示有效利用热 q1、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、散热损失q5 和灰渣物理热损失 q6。 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、或固体不完全燃烧热损失q4（如 图1）。可见，当炉膛出口过量空气系数增加 时， q2+q3+q4 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。因此，过量空气系数α 与锅炉效率有着 密切的联系。 1.1 排烟热损失q2的确定 排烟热损失q2 是锅炉热损失中最大的一 项，在运行中，要尽可能地在保证燃料完全燃 烧的条件下降低q2 来提高锅炉的效率。影响 排烟热损失的主要因素是排烟温度和烟气量， 排烟温度比环境温度越高，烟气量越大，排烟 损失越大。有以下经验公式： q2=(m+nα)（θpy − tamb ）/100 （2） 式中：θpy——排烟温度； tamb——环境温度； m 、n ——计算系数，与燃料种类有关。 见表1。 1.2 化学不完全燃烧损失q3的确定 锅炉排烟中残留的可燃气体未放出其燃 烧热所造成的热量损失称为化学不完全燃烧 损失。化学不完全燃烧损失q3 较其他热损失 小，一般不超过0.5%，但是对锅炉效率也有 一定影响。q3 与α 和CO% 乘积成线性关系， 而在正常运行的情况下，若燃料不发生变化， CO% 的量是很小的，基本认为不变，有经验 公式： q3=3.2αCO% 其中， ； β 为燃料特性系数，与燃料种类有关 RO2 为烟气中SO2 和CO2 的含量； O2 为烟气含氧量 对于300MW 机组，烟煤为燃料的锅炉， 根据统计数据得到计算公式： q3 ≈ 0.039α （3） 1.3 固体不完全燃烧损失q4的确定 固体燃料在锅炉内燃烧时，部分固体燃 料颗粒被排烟带走或掉入炉膛下部灰坑中造成 的热损失，称为固体不完全燃烧热损失q4。 q4 的大小不仅与α 有关，也与q2 有关。当α 逐 渐增大时，空气供给量越来越充足，燃料能充 分燃烧， q4 会随之减小；但当α 过大时，容 易造成炉膛温度降低，辐射换热量减小，最终 排烟温度θpy 增加，造成q4 的增加。有经验公式： 1 2 (0.4 3.5 ) 4 + − = − α θ py amb t q q （4） 式中：q2 ——排烟热损失； θpy ——排烟温度； tamb——环境温度； 1.4 散热损失q5的确定 散热损失q5 与锅炉容量和负荷有关。对 于锅炉容量已经确定的情况下，只考虑q5 与 负荷的关系，q5 随着负荷的减小而增大，可以 近似地认为q5 与锅炉实际负荷成反比变化, 按 下列计算公式确定： D q Q Ded ed = 5 （5） 其中， = 5.82 ( )−0.38 ed ed Q D ，Ded 为额定蒸发 量时的散热损失； Ded 为额定蒸发量，对于300MW 的锅炉， 查阅资料，Ded=890.5t/h； D 为实际蒸发量； 1.5 灰渣物理热损失q6的确定 灰渣物理热损失指的是高温炉渣排出炉 外所造成的热损失，与燃料灰分、灰渣份额以 及灰渣温度有关。对于大型电站锅炉来说, 这 部分占整个热损失的比例相对较小, 通常取： q6=0.3 （6） 1.6 锅炉效率的求解 前面已经给出了q2、q3、q4、q5 和q6 的表 达式，但是排烟热损失q2、固体不完全燃烧损 失q4 的表达式中都含有排烟温度θpy，散热损 失q5 中含有蒸发量D，这样锅炉效率的表达 式中变量就较多，下面利用参数之间的关系消 去这两个变量。 1.6.1 消去排烟温度θpy 由锅炉的运行理论可知，排烟温度与机 组负荷和烟气含氧量有关。这是因为当机组负 荷变化时，必然要调整进入炉膛的燃料量和空 气量，相应的改变燃烧工况：负荷升高时，燃 料量增加，空气量增加会使排烟温度升高，此 时炉膛温度较高，着火条件好，燃烧稳定，可 适当减小过量空气系数，以达到减小排烟损失 的目的，相应的烟气含氧量也减小；负荷减小 时，应适当增大过量空气系数，以使燃料充分 燃烧，此时烟气含氧量增大。因此，排烟温度 是机组负荷与烟气含氧量的函数。利用多元二 项式回归模型： 2 4 2 2 0 1 1 2 2 3 1 y = β +β x +β x +β x +β x 可以建立如下函数模型： ( , ) 2 f load O py θ = 根据上述模型以及可以得到排烟温度θpy 与机组负荷Load、烟气含氧量O2 的函数表达 式。对于特定的机组，利用统计数据以上关系 式是可以确定的。又根据烟气含氧量与过量空 气系数之间的关系： 式中：O2 ——烟气含氧量； 可以将O2 用α 表示，得到排烟温度θpy 与 过量空气系数α、机组负荷load 之间的函数关 系式，即： θpy =f(load,α) （7） 1.6.2 消去蒸发量D图1 是蒸发量与机组负荷之间的关系图， 可以看出，蒸发量D 与负载load 成线性关系， 通过拟合可以得到关系式： D =f(load) （8） 将 q2、q3、q4、q5 和q6 的表达式代入反 平衡计算式，并将公式（7）、公式（8）代入， 可以得到锅炉效率与α、load 的函数表达式。即： q1 = f(load,α) （9） 当机组负荷load 确定时，对 q1 关于α 求 导并令导数等于零，可以求得此时的最佳过量 空气系数。 2 过量空气系数调节曲线的制定 锅炉的运行效率与煤质、运行参数、设 备状况、环境温度等参数有关。这些参数有些 是可控的，有些是不可控的，其中，过量空气 系数是一个重要的可控参数。在假设煤质、设 备情况等条件不变的情况下，本文给出在不同 环境温度、不同机组负荷下最佳过量空气系数 的确定方法。 在锅炉效率的求取中，将环境温度tamb 看 成了常量，从而得到了锅炉效率与负荷、过量 空气系数的关系： q1 = f(load,α) 将q1 关于α 求导，令导数等于零，并将 负荷load 与环境温度tamb 同时当做变量，可以 得到最佳过空气系数αbest 关于负荷load 和环 境温度tamb 的隐函数： αbest = f(load,tamb)（10） 依据该函数，当负荷load 和环境温度tamb 确定，就能得出与之对应的最佳α 值，即在 该α 值下，锅炉效率最大。这样便为调节可控 运行参数使锅炉运行目标q1 得到优化提供了 理论上的依据。同时，可以将αbest、tamb、load 三者之间的关系绘制成过量空气系数调节曲线 图，见图2。 例如，当外界温度为10 摄氏度、机组负 荷为140MW 时，根据图2 给出的曲线关系， 应将过量空气系数调整为1.28。即以温度和机 组负荷为监测指标，根据曲线对过量空气系数 进行调节可以使锅炉运行效率得到优化。 3 结语 本文在分析锅炉各项热损失的基础上， 利用反平衡法给出了一种较为准确的锅炉效率 计算方法，明确的阐述了环境温度、锅炉负荷 与过量空气系数对锅炉效率的影响，并在此基 础上，提出在已知锅炉负荷与环境温度的条件 下最佳过量空气系数的确定方法，对于提高锅 炉效率具有重要意义。 参考文献 [1] 樊泉桂. 锅炉原理[M]. 北京: 中国电力 出版社,2008. [2] 吴味隆. 锅炉及锅炉房设备[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2006. [3] 张斌. 电站锅炉运行参数对供电煤耗率的 影响[D]. 北京: 华北电力大学,2009(12). [4] 李智. 蔡九菊. 曹福毅等. 电站锅炉效率 在线计算方法[J]. 节能,2005(03). [5] 闫顺林, 张斌, 吴换英等. 电站锅炉 最佳过量空气系数的研究[J]. 发电设 备,2010(04). 作者简介 曹大卫（1991-），男，河北省保定市安新县人。 大学本科学历。华北电力大学（保定），电气 工程及其自动化（电力）专业。 作者单位 华北电力大学（ 保定） 河北省保定市 071003 |
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