电站煤粉锅炉能效在线诊断模型的研究 杨赫

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1、中国工程热物理学会燃烧学学术会议论文编号：114119电站煤粉锅炉能效在线诊断模型的研究杨赫，李素芬，东明（大连理工大学能源与动力学院，大连，116024）(Tel:13624913701,Email:Yh1986180@163.com)摘要本文在电站煤粉锅炉能效计算中，采用解析建模的方法，引入燃烧速率模型等相关物理、化学方程，实现灰渣及飞灰含碳量在线化求解，建立锅炉能效的在线计算模型。引入小偏差分析理论，处理能效与各变量间非线性特性问题，优化求解运行应达值，在线计算锅炉能效偏差，定量分析各变量对锅炉整体能效的影响，实现锅炉能效在线诊断。通过案例

2、验证，相关热力参数计算误差、分布耗差之和与集总耗差之间的误差均很小，模型计算准确。关键词电站煤粉锅炉；能效在线诊断；影响因素定量分析0前言目前，煤粉炉是我国火电机组中的主要锅炉设备，进一步加强电站煤粉锅炉的运行监管与节能改造是我国建设资源节约型社会的迫切的需要。随着节能减排向纵深发展，节能必然要从粗放型向精细化转变，由传统的离线管理向在线监控方式转变，深度节能、信息化节能已成为节能减排的发展趋势。信息化技术的不断发展为节能减排事业提供了全新的工具，也提出了更高的要求。电力行业实时监测与控制手段已经逐步成熟，锅炉飞灰含碳量、风粉流量、煤粉粒度分布等

3、直接反映和影响锅炉能效的关键参数的在线测试技术已经接近完善并逐步被广泛应用[1][2][3][4]。但受到部分仍不能通过在线测试获得的关键参数以及能效影响因素间复杂特性关系的制约，基于实时测试数据的在线能效计算与分析手段以及在此基础上的精细化能效诊断技术还有待开发。基于能效在线诊断的考虑，本文在电站煤粉锅炉能效计算中，引入燃烧反应速率计算模型等相关物理、化学函数关系，实现不可在线测试变量的在线化，建立锅炉能效在线计算模型。在此基础上，本文利用小偏差分析理论，实现能效影响因素间复杂非线性特性的线性化，优化求解运行应达值，在线诊断锅炉能效偏差，定量分

4、析各变量对锅炉整体能效的影响、确定节能潜力分布，进行了锅炉能效在线诊断模型的研究。1电站煤粉锅炉能效在线计算模型1.1电站煤粉锅炉反平衡效率计算模型由电站锅炉反平衡计算模型[5][6][7]，推导得到锅炉效率计算公式，如式(1)所示。(1)其中，为灰渣及飞灰中的平均含碳量与燃煤灰量的比；Qr为煤的低位发热值；O2为锅炉排烟含氧量；CO为排烟一氧化碳含量；tpy为排烟温度；ta为环境温度；q5e为锅炉额定蒸发量下的锅炉散热损失；b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7是推导过程中的简化系数；q6为灰渣物理热损失。在锅炉稳定运行的条件下，炉体、煤、灰

5、特性以及其他数值固定的参数可作为常数处理，式(1)可写成O2、CO、、tpy四个变量函数的形式，如式(2)所示。其中，tpy、O2可以在线测试获得；电站燃煤锅炉能效计算中气体不完全燃烧热损失可以忽略，即CO可以视为零[5]，如式(3)所示；是锅炉反平衡计算所需关键数据，一般要通过复杂的飞灰与灰渣测试得到，无法通过在线测试获得，是实时能效在线计算的主要障碍。(2)(3)1.2灰渣及飞灰平均含碳量与燃煤灰量比的在线化处理综合考虑煤粉锅炉特点，考虑飞灰可燃物含量、煤粉反应动力学参数对锅炉效率的影响[10][11]，对煤粉及其炉膛燃烧过程做出如下简化与假

6、设[12]：1)煤粉细度的分布服从RosinRammler模型；2)挥发分在煤颗粒进入炉膛的瞬间释放并燃尽，燃尽前固定碳不参与燃烧,挥发分耗氧量等于一次风的含氧量；3)煤颗粒以炉膛平均温度Tlt等温燃烧，逐渐消耗烟气中的氧量；4)燃烧过程中煤颗粒密度保持不变，即等密度燃烧；5)煤颗粒随气流运动，在炉膛中的停留时间等于气流在炉膛中的时间。在上述假设的基础上，在锅炉能效计算中引入燃烧速率计算模型及其他相关函数关系，通过解析建模，建立与可在线测试变量tpy、O2之间的关系，利用tpy、O2解析求解，从而实现的在线化处理。1.2.1过量空气系数利用排烟富

7、氧量的平衡关系[6][8][9]，在过量空气系数的计算中引入与CO，得到带有反平衡测试参数修正的过量空气系数方程，如式(4)、(5)所示。排烟过量空气系数：(4)燃烧过量空气系数：(5)1.2.2煤颗粒燃烧反应速率根据假设条件，选用等密度燃烧反应速率计算模型[12][13]，将煤粉颗粒按其粒径大小进行分组，其中第j组的煤粉颗粒占总煤粉群的比例为wj，第j组煤粉颗粒的质量uj随时间的变化可表示为式(6)的形式。(6)式中：Sjo为热解结束时单位质量碳中第j组的表面积；Pg(U，ars)为当残碳未燃尽率为U，燃烧过量空气系数为ars时，煤颗粒表面氧气

8、的分压；Kd,jo为扩散反应速率系数；Ks表面反应速率系数；R’为气体常数；R为摩尔气体常量；残碳未燃尽率可表示为式(7)的形式。(7)