锅炉优化运行问题

B题锅炉的优化运行问题
摘要
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，所以研究锅炉的节能降耗问题意义重大。

促进锅炉节能降耗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。

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。

本文的主要目的是对锅炉的实际运行进行研究，对锅炉的优化运行问题进行探讨，确定锅炉运行的最佳过量空气系数，分析锅炉效率与过量空气系数的关系，并且进一步研究锅炉的运行参数对锅炉效率的影响，从而得出锅炉优化运行的具体方法。

关于问题一，我们利用线性拟合的方法，建立了排烟热损失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与过量空气系数:- 的关系模型。

q2与:•的关系如式14所示，q3与〉的关系如式9所示，与〉的关系如式10所示,综合上述关系可得q2 q3 q4与〉的关系如式15所示，当q2 q3 q4取得极小值时，可确定最佳过量空气系数为 1.295。

关于问题二，我们利用的权重分析的方法，建立了锅炉效率与过量空气系数: 的关系模型，通过分析我们发现q2 q3 q4占热损失的80%以上，这样我们可以忽略q5、C6对的影响。

通过近似的计算得出和〉的关系如式21,根据关系式画出的
图像如图12所示。

从图中我们可以看出，:过大或过小都使减小，为保证锅炉效率，过量空气系数［应保持在1.2 ~1.4之间。

关于问题三，通过研究运行参数与锅炉热损失的关系来间接的反应锅炉效率。

通过优化的理论和方法，建立了q2、q4的多元优化组合模型，然后在运用最后运用线性加权和法评价多元优化组合模型的合理性。

关于问题四，我们利用了遗传算法和BP神经网络结合的方法，建立了q2、q4与各项参数的关系模型。

通过算法的优化得出了使得q2和q4取得最优解时，各类
参数的取值如表6和表7所示，此时的参数取值为锅炉的最优运行方法。

关键词：线性拟合权重分析遗传算法BP神经网络算法
一.问题重述
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V k与理论空气量V o之比。

过
量空气系数直接影响排烟热损失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 （如附录3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。

以300MW岗炉为例进行分析（锅炉参数见附录1）。

由于过量空气系数对化学不完全燃烧热损失影响较小，故可视为常数处理。

附录2给出了实测飞灰含碳量C fh与过量空气系数的关系。

1. 确定锅炉运行的最佳过量空气系数；
2. 给出锅炉效率与过量空气系数的关系；
3. 研究锅炉的运行参数对锅炉效率的影响；
4. 探讨锅炉的优化运行方法。

我们要做的首先要确定q2、q3、q4与过量空气系数［之间的函数关系式，当q2 q3 q4取极小值即导数为0时，锅炉处于最佳过量空气系数。

然后根据找出过量空气系数与排烟热损失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的关系，从而得到它与锅炉效率的关系。

接着根据所给的运行参数，分析其对锅炉效率的影响。

最后我们根据对锅炉要素的分析得到一种切实可行的优化运行方案。

二.问题假设
1. 忽略较小的客观误差和系统误差；
2. 题中所给数据都准确无误；
3. 忽略锅炉运行参数的测量误差；
4. 忽略锅炉机组热力监控系统稳定无误；
5. 忽略锅炉除研究外的其他参数对运行的影响；
6. 忽略操作人员素质问题对锅炉的热效应的影响；
7. 忽略设备本身对锅炉效应的影响。

三.符号说明
q ------------------------ 有效利用热；
q2 ----------------------- 排烟热损失；
q3 ----------------------- 化学不完全燃烧热损失;
q4 ----------------------- 机械不完全燃烧热损失;
q5 ----------------------- 散热损失；
q6 ----------------------- 灰渣物理热损失；
-------------- 过量空气系数；
-------------- 锅炉效率；
1 ----------------------- 燃烧特性曲线；
C,H,O,N,S ----------------- 元素质量分数；
V o dt------------------------- 理论干烟气总量；
V N, t --------------------------------------- 干烟气中所含氮气量由燃料本身带入部分;
L O,O2 ------------- 燃料燃烧所需的理论氧化量；
RQ,max ----------------- 烟气中三原子气体最大含量；
C fh ----------------------------------------- 飞灰含碳量；
Q r -------------------------- 输入锅炉的热量，KJ/Kg ；
祁丫------------- 排烟温度，o C ；
t amb ---------------------------------------- 环境温度，0C ；
Vad ----------------------- 空气干燥基挥发分；
Aad ----------------------- 空气干燥基灰分；
Mad ------------------------ 空气干燥基水分；
R90 ---------------------------------------- 煤粉粒度。

四.问题分析
锅炉运行优化问题实际是要改善锅炉效率。

锅炉效率作为衡量燃煤电厂运行经济的重要指标，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。

我们要分别对这几个方面进行研究分析得出一个好的锅炉优化运行方法。

首先，我们要对煤质参数进行分析，得到q2、q3、q4与过量空气系数:之间的关系，从图1可知当炉膛出口过量空气系数:增加时，q2是持续上升的，q4是先减小后增加的，而可以看出q3变化不是很明显，且其值也非常小。

这样我们可以得出q2 * q3 • 4也是先减少后增加的，当q2 q3 C4取极小值时，：•取得最佳值。

然后我们通过以得出的热损失与过量空气系数之间的关系，推导出锅炉效率与过量空气系数的关系。

由于已知锅炉效率与热损失之间存在反平衡的关系，而热损失随着过量空气系数:先减小后增大，所以锅炉效率随着过量空气系数增加有一个先增加后减小的趋势。

接着我们通过研究运行参数对热损失的影响，又由于热损失和锅炉效率有反平衡的关系，这样我们可以得出运行参数对锅炉效率的影响。

最后我们要根据所研究的各类参数对锅炉效率的影响，从而得到一个最优的运行方法。

五.模型的建立和求解
5.1问题一
本问题需要分别研究q2、q3、q4与过量空气系数之间的关系，并确定q2 q3 q4与〉之间的函数关系式，求当q2 q3 q4取极小值时〉的取值。

5.11过量空气系数「与化学不完全燃烧损失q3的关系
在进行燃烧计算及分析有关问题时，常遇到一个系数 1 ,系数］值只取决于燃料的干燥无灰基成分组成，而与水分、灰分无关，对于不同的燃料有不同的［值，故称［为燃料特性系数。

燃料特性系数1的物理意义可理解为是（H-0.126O）和C的比例，其中的（H-
0.126O）是尚未与氧化合的氢，称为“自由氢”。

严格的的说燃料特性系数1除与燃料组成有关外，还与发生不完全燃烧时的烟气成分有
关。

但对于完全燃烧情况，：公式第一项分母仅有V NO2；对于不完全燃烧，也因V CO 及V CH4一般很小，可忽略不计。

除可由燃烧方程式推导出1夕卜，还可由燃烧烟气中燃烧
烟气中三原子气体含量的极大值推导出来 ［。

当n = 0 ,即完全燃烧时，V RO =乂6 V SO ；
理论干烟气总量Vo" =V RO 2 * V N 2。

这时，理论烟气中的氮气总量仅来自燃料含氮和理论 空气含
氮，即
并且认为它只取决与燃料的组成故称为燃料的特性系数。

各种煤炭和重油的［值一般较小，且都大于零；气体燃料的 ［值变化较大，数值
有正有负。

见表1（文献［2］）。

表1各种燃料的B 值
燃料 P 燃料 P
碳 0 氢 — 无烟煤 0.02-0.10 一氧化碳 -0.395 贫煤 0.09-0.12
甲烷 0.79 烟煤 0.10-0.15 天然气
0.75-0.80 褐煤 0.05-0.11
焦炉煤气 0.90
高炉煤气
-0.16 重油 0.29-0.35 发生炉煤气
0.04-0.06
对于固体、液体燃料1的计算公式为:
112 32 丿 100
分子分母均除以0.224/12，得
42.32 0.007 8C 8H S O 0.09N
3
0.79
表2各元素质量百分数
元素种类 兀素质量百分含量%
C 62.61
H 3.62 S 1.08 O 7.21 N
0.68
代入公式可得
所以
V
N 2
=V
N 2,t
0.79/0.21 I_0,O.
100V RO 2
'
dt
RO" V RO 2/V 0
100
JR 。

? 7N 2，t 0.79/0.21 L 0,O 2
分子、分母同乘以0.21/V RQ ，得
21
“ -■ 21
RO
Z ,max
0.21 0.79L °,O 2 0.21V N 2
,t /V RO 2 1
：
则可得：的表达式为：
二 0.79L 0.21V -0.79 (1)
(2)
(3)
(4)
0.79
1
|8C 8H S O 1
0.21 0.01N 22.4
L 1.428 .3
100
28
-0.79
(5)
(6)
C +0.375S
又由附录1中的数据可知
42.32 0.007 ［: 62.61 8 3.62 1.08 7.21 0.09 0.68
3—0.79 ： 0.171 （7）
62.61 +0.375x1.08
又根据（文献［10］）经验公式可得Cfe =3.2 CO% ,而由于CO%很小，：•对q3的影响很小，则近似可将q3看做一个常数，则可知q3 = 3.2CO%。

又根据CO-21 1 RO—（8）
0.605+P
又根据附录1可知烟气中二氧化碳含量RO2 =13.05%,并且取烟气含氧量O2 =5.58%代
入公式可得：CO% =0.175%
所以可得q3 =3.2 0.175%=0.56% （9）
5.12过量空气系数:-与机械不完全燃烧损失q4的关系
机械不完全燃烧热损失决定于燃烧热值、收到基灰分、飞灰炉渣可燃物及其份额等。

飞灰、炉渣、可燃物即取决于燃料煤质，也受制粉系统性能和锅炉燃烧的组织影响。

飞灰可燃物对能耗的影响，按照机械不完全燃烧损失的计算式，在飞灰可燃物增加情况下，计算机械不完全燃烧损失如表3所示，关系图如附录3中图2所示。

由图2分析飞灰可燃物对机械不完全燃烧损失的影响呈线性关系，飞灰可燃物每升高1%机械不完全燃烧损失增加0.81%。

表3飞灰可燃物对机械不完全燃烧损失的影响
根据附录2的数据我们可以绘出飞灰含碳量C fh与过量空气系数:的关系图如附录3中图3所示，由图3可以看出随着过量空气系数的增加，飞灰含碳量先减小再回升，飞灰含碳量的最低值在过量空气系数介于 1.4-1.5之间时出现。

这是因为过量空气系数的增加虽然使得氧浓度增加了，但是炉内烟气的流速也增大了，从而导致炉内温度下降，并且由于烟气流速的增加，焦炭颗粒在炉内的停留时间也缩短了。

过量空气系数在1.1到1.2这个区间内变化时，炉膛口飞灰含碳量相应的变化十分明显，而从1.2到1.5，炉膛出口处飞灰含碳量的变化并不明显，这是因为过量空气系数较小时，焦炭颗粒在贫氧条件下燃烧，煤粉的燃尽程度不好，飞灰含碳量相对较高；随着过量空气系数的增加，逐渐达到煤粉完全燃烧所需的氧量值，这个过程过量空气系数变化对飞灰含碳量的影响比较大；在此基础上再增加过量空气系数时，飞灰含碳量变化甚小。

通过上面分析，在运行过程中有几个问题需要注意。

第一， 1.1-1.2的过量空气系
数区间是一个非常敏感的区间，运行过程应该避免；第二，虽然过量空气系数介于 1.45-1.5之间时飞灰含碳量出现最低值，但是过量空气系数在 1.2到1.5这个区间内,
炉膛出口飞灰含碳量的变化并不是很大，考虑到过量空气系数增加时，排烟损失也在增加，所以要综合考虑这两个方面，使锅炉在最佳过量空气。

由于我们已经找到了飞灰含碳量Cm与过量空气系数「之间的关系，又已知了飞灰含碳量Cm与机械不完全燃烧热损失q4之间的关系，这样我们可以得出机械不完全燃烧热损失q4与过量空气系数：•之间的关系如表4所示：
表4机械不完全燃烧热损失q4与过量空气系数数据
q4 4.509 3.861 3.5775 3.456 3.4155 3.375 3.3345 3.3183 3.375根据表中数据我们可以用MATLA画出对应的散点图。

如附录3中图4所示。

我们用MATLA对所得函数图像进行线性拟合。

可以别对图像做2,3,4次曲线线性拟合。

图6机械不完全燃烧损失q4与过量空气系数:关系的三次曲线拟合
图7机械不完全燃烧损失q4与过量空气系数:关系的四次曲线拟合对比上面的几次拟合我们可以得出对散点进行二次曲线和四次曲线的图像比较吻合。

但从经验公式来看机械不完全燃烧损失q4与过量空气系数:-关系是一个一元二次的函数关系式和实际运行更贴切。

用MATLAB®程可拟合出机械不完全燃烧损失q4与过量空气系数:关系式为：
q4 =13.54：$ 一389 29.16 (10)
5.13过量空气系数「与排烟热损失q2的关系
影响排烟热损失的主要原因是排烟温度和排烟体积。

排烟温度越高，排烟热损失越大。

一般排烟温度每提高12-15 °C, q2将增加1%所以应该尽量设法降低排烟温度。

但是排烟温度过低经济上是合理的，甚至技术上是不允许的。

因尾部受热面处于低温烟道，烟气与工质的传热温差小，传热较弱；若排烟温度降得过低，传热温差也就更小，换热所需金属受热面就大大增加。

对与运行中的锅炉，受热面积灰或结渣将会使排烟温度上升，所以在运行时，应注意即使吹灰打渣，以减少q2损失。

排烟温度热损失q2一般表示为(文献[9]):
Q2
q2 2100% (11)
Q r
式中的Q2为对应于1 Kg燃料的排烟热损失，KJ / Kg。

如果不用外来热源加热燃料和空气，也就不用蒸汽雾化燃油时，排烟热损失应等于排烟热焓与冷空气热焓之差。

烟气的容积与热焓是根据完全燃烧理论计算的，由于部分燃料不能完全燃烧，则每千克燃料所需空气量、燃烧后生成的烟气容积和热焓均减少，在实际计算时要对上焓差进行修正。

因化学不完全燃烧热损失很小，因此，一般仅就机械不完全燃烧热损失q4进行修正。

排烟热损失q2的简化公式为
表5 m,n 值
这里我们取得m =0.5, n =3.5，兀=130°C ，t amb = 20°C ,由于q 4的值很小所1-卷 得值近似可当做等于1。

将数据代入12我们可以得出：
130-20 q 2 二 0.5 3.5
（ 13）
100
化简上式可得排烟热损失q 2和过量空气系数：•之间的关系式为：
q 2 =3.85： 0.55
（ 14）
5.14最佳过量空气系数的确定
炉内过空气系数:过大或过小，都会使锅炉效率降低。

因为一般来说排烟热损失随 着〉增加而增加，而化学、机械不完全燃烧损失却随着 :增大而降低。

除非〉过大，使 得炉温降低较多及燃料在炉内停留时间缩短时例外。

对应于排烟损失、机械、化学不完 全燃烧损失之和为最小的:值称为最佳过量空气系数。

这一数值能保证较高的锅炉热效 率。

要取得最小值即所谓在一定范围内的极值点，这样我们这样求取 q 2 q 3 q 4极小值 时对应的过量空气系数:-即为最佳值。

由上面的分析我们已经求得q 2、q 3、q 4的方式关系式即联立式 9、式10、式14 可得：
q 2 q 3 q 4 =13.54： 2 - 35.05： 30.27
（ 15） 对q 2 q 3 q 4求导后可得：
q 2 q 3 q 4 =27.08： - 35.05
（ 16）
令q 2 q 3 q /； =0我们可以求得当q 2 q 3 q 4取得极小值时，:
为1.295。

所以最佳过量空气系数为1.295。

5.15问题一的总结
利用线性拟合可以得出排烟热损失 q 2与过量空气系数:的关系如式14所示，化学 不（或可燃气体未）完全燃烧热损失q 3与过量空气系数-的关系如式9所示，机械（或 固体）不完全燃烧热损失q 4与过量空气系数:的关系如式10所示，综合上述关系可得 q 2 q 3 q 4与过量空气系数〉的关系如式15所示。

通过对q 2 q 3 q 4求导，令其导数 为零，可求出q 2 q 3 q 4取极小值时量空气系数〉的取值为1.295。

这样我就确定了锅 炉的最佳运行参数为1.295。

5.2问题二
在问题一里我们已经研究了过量空气系数与锅炉热损失的关系，对于问题二我们 可以
通过过量空气系数与热损失的关系，间接的研究过量空气系数与锅炉效率的关系。

曲 py - t
amb
100 100
式中m n 为计算系数，随燃料种类而异，可查表（文献 5[11]）;
q 2 = m nx | 1 -
q 4 (12)
锅炉热损失包括5部分：排烟热损失q 2、气体未完全燃烧热损失q 3、固体未完全燃烧热 损失
q 4、散热损失q s 、灰渣物理热损失q 6。

锅炉的各项热损失对锅炉的热平衡效率都有 着不同程
度的影响，因此各项热损失对锅炉热平衡效率的影响权重因子都不相同。

因此 我们只需要研究过量空气系数与主要热损失的关系，就可以大致反应过量空气系数与锅 炉效率的关系。

5.21锅炉各项热损失的主要影响因素 1. 排烟热损失
排烟热损失q 2指烟气离开锅炉末级受热面时带走的部分热量，是锅炉最主要的热 损失。

排烟带走的热量，取决于排烟温度和烟气中各组分的容积和比热，而排烟中各组分 的容积除与燃料的成分有关外，主要决定于排烟处过量空气系数的大小。

2. 化学不完全燃烧热损失
气体未完全燃烧热损失q 3指燃烧过程中产生的可燃气体CO H2 CH4等未完全燃烧 而随烟气排走所造成的热损失，对燃煤锅炉而言，该项损失主要取决于排烟处的 Cg 量 和过量空气系数。

3. 机械不完全燃烧热损失
送入锅炉的燃料并不都参加燃烧，固体碳颗粒等可燃物质在炉内未完全燃烧即随飞 灰和炉渣一同排出炉外，此燃料未能燃烧而损失的热量叫固体不完全燃烧损失 q 4。

4. 散热损失
锅炉运行中，由于保温材料并非完全绝热，锅炉的介质和工质的热量通过炉墙、 烟风 道、架构、汽水管道的外表面散发出来，该部分散失的热量即炉体表面散热损失 q s 。

5. 灰渣物理热损失
灰渣物理热损失q 6指炉渣排出炉外带走的热量损失。

燃料中灰分过大以及固体碳未 完全燃烧都会增加灰渣物理热损失。

灰渣物理热损失是锅炉各项热损失中最小的。

降低 灰渣物理热损失，要尽可能地降低灰渣的出炉温度，减少灰渣排放量。

5.22热损失对锅炉效率的权重分析
锅炉热损失和锅炉效率受各种参数的影响，为了找出各个参数对锅炉各项热损失和 锅炉热效率的影响因子并评价各影响因子的影响程度 ，采用对某一个具体参数数值 -50%的范围内变化而其他参数固定的研究方法 ，来考察各个参数在同时变化相同范 围内对锅炉各项热损失和锅炉热效率的影响程度。

如图8所示燃煤锅炉各项热损失与锅 炉效率的情况（文献［12］）。

80「
f
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
图8燃煤锅炉各项热损失与锅炉效率的情况
从图8燃煤锅炉各项热损失与锅炉热效率的关系来看 ，所有的锅炉热损失都是随着锅炉 热效率的降低而增加，而且递减的趋势大致相同。

当锅炉热效率一定时，排烟热损失q 2
最
68
一
64 ■
大，其次是锅炉机械不完全燃烧q4热损失。

当锅炉热效率达到70%的合格标准时，排烟热损失q2为14.20% ,机械不完全燃烧热损失q4为10.94%。

从图9燃煤锅炉各项热损失占热损失之和的比例与锅炉热效率的关系也反映出，随着锅炉热效率的降低，各项热损失在整个损失量中的比重也都随之增加。

当锅炉热效率一
定时，排烟热损失占整个热损失的比重最大，其次是机械未完全燃烧热损失。

当锅炉热效率在70%时,排烟热损失占整个锅炉热损失的47.33%,其次是机械未完全燃烧热
损失占36.47% ,其余各项热损失所占比重在10%左右。

80「
60 ,--- 1 ------------ 1---- 1 --- 1 --------- J ----- 1 -- -- ---- *—
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50|
图9燃煤锅炉各项热损失占热损失之和的比例与锅炉热效率的关系
从上述分析可以看出，影响燃煤锅炉热效率的主要因素是排烟热损失q2和机械未
完全燃烧热损失q4,两者占整个锅炉热损失的80%以上;余下的各项热损失对锅炉热效率的影响程度从大到小依次为：气体未完全燃烧热损失、灰渣物理热损失和散热损失。

因此我们只要分析过量空气系数与排烟热损失和机械未完全燃烧热损失的关系，就可以
间接的大致反应过量空气系数与锅炉效率的关系。

5.23过量空气系数分别与q2，q4的关系
1. 过量空气系数〉与排烟热损失q2的关系
在问题1中我们已经找出过量空气系数与排烟热损失q2的关系式：
py "amb
q2 =(35 0.5)*』一(17)
100
由关系式可知锅炉热损失中的排烟热损失q2与过量空气系数:有直接的关系。

在某一排烟温度时，系数与排烟热损失成线性关系。

附录3如图10所示
由附录3中图10,我们可以看出，随着排烟温度的增加，q2增加的速率大于排烟温度增加的速率，这一点当排烟温度越高，反映越明显。

因此，在保证燃料完全燃烧的前提下，为了得到较高的燃烧温度，应尽可能地减小系数，以减少q2的损失，提高锅炉的热效率。

2. 过量空气系数〉与机械未完全燃烧热损失q4。

在问题一中推得过量空气系数与机械未完全燃烧的关系式如式10所示；根据表达式我们画出过量空气系数分别与q2,q4的关系图如附录图11。

由附录中图11不难看出当〉增加时，q2增加的速率大于:增加速率，这时q4反而减少。

当〉过大时,在排烟温度，不高的情况下，q2增加速率较小时，q4也会增大。

在锅炉的实际运行中，q4的决定因素之一的灰渣含碳量与系数有着直接的关系，系数过小空气供给量不足，燃料和空气不能充分均匀混合使燃料不能达到完全燃烧，造成燃烧温度降低，使炉渣含碳量急剧增加，因而也使得q4急剧上升。

而系数过大，容易在薄煤层或鼓风不均匀的火床上吹出火口，使得空气短路，造成炉膛温度降低，使炉渣含碳量增加，引起q4增大。

3 •根据［与q2, q4的关系综合观察过量空气系数与锅炉效率的关系
从〉与q2、q3、q4的关系中,可以看出［与反平衡热效率的关系。

由于q?、q3、q4之和占全部热损失的80%以上。

因此可以认为：当为最小时,即是锅炉运行中的最佳空气过剩系数。

也就是说，系数的变动在最佳值附近的某一范围内对或的影响最小。

因为=100- q2 q3 4 75 76 （18）由反平衡公式可以看出影响锅炉效应的因素有q2、q3、q4、绻、％，在室燃炉中，q2对它影响最大，q3、q4次之。

而q5、q6占的权重比较小，那么对它的影响也比较小，这样我们就可以忽略这部分，这样我们可以把公式简化为：
□ "00 —© “3 + q4）（19）将公式15代入式19可得：
「=100 - 13.54：2- 35.05：30.27 （20）化简可得：
--13.54 235.05 69.73 （21）根据式21我们可画出关系图如图12：
图12 :与Q、q4、的关系图
5.24问题二的总结
由以上分析我们可以得出结论：：•过大或过小都使锅炉热损失增大，在锅炉实际运行当中使锅炉热效率降低往往是-过大造成。

为保证锅炉效率，过量空气系数:应保持在
1.2~1.4之间。

5.3问题三
研究运行参数对锅炉效率的影响，我们可以通过研究运行参数与锅炉热损失的关系来间接的反应锅炉效率。

在问题二我们已经知道排烟热损失和机械未完全燃烧热损失在锅炉总损失的80%左右，所以在本问中侧重研究运行参数与q2与q4的关系。

排烟热损失q2和机械不完全燃烧热损失q4是指导和优化锅炉运行的重要参数，由于影响排
烟热损失q2和机械不完全燃烧损失q4的参数很多，而且这些参数之间也往往相互耦合，本题中通过优化的理论和方法，建立了q2、q4的多元优化组合模型，表述了煤质
特性及锅炉运行参数与q2、q4之间的定量关系；通过定性与定量相结合的方法，确定了综合评价模型，对于指导锅炉实际运行具有重要意义。

5.31模型的建立
煤质、运行工况对q2、q4的影响及评价模型的建立：锅炉实际运行的排烟热损失q2及固体未完全燃烧热损失q4主要受煤质特性、锅炉结构及运行况参数的影响；运用统计分析方法分析了燃煤的工业分析（Mad、Aad、Vad、Q net,ar）及运行参数（：•，R90）等单项因素对q4的影响,利用山西某电厂300MW锅炉入炉煤的工业分析及运行参数数据表建立了相应的单因素评价模型。

q2、q4综合评价的研究：通过燃煤的工业分析和锅炉实际运行工况参数对锅炉排烟热损失q2及机械不完全燃烧热损失中的相关因素分析，建立了影响q2、中的评价指标体系及其综合评价模型。

5.32煤的工业分析及锅炉运行参数对q2、q4的影响
1. 空气干燥基挥发分Vad对q4的影响
挥发分含量是判断燃煤燃烧性能的重要指标，挥发分含量越大，贝U：（1）煤中难燃的固定碳的含量越少，因此容易燃尽。

（2）燃烧放出的热量更多，这样易于造成炉内高温，从而有助于固定碳的迅速着火、燃烧与燃尽；（3）挥发分析出时产生的孔隙越多、越大，这样增大了反应表面积，使反应速度加快。

所有这些使得煤粒燃烧越完全，锅炉飞灰可燃物越少。

挥发分含量降低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热也随着增大，着火困难，达到着火所需要的时间也要长些；燃烧时不稳定，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸收的热量减少，而对流受热面的吸热量却增加，这样过热器容易超温爆管。

现场试验数据的散点图如附录图13及建立的数学模型为：
Y =4.8895XT6720（22）统计数据参照（文献［16］）
2. 空气干燥基灰分Aad对q4的影响
灰份含量越大，发热量越低，容易导致着火困难，着火延迟；同时炉膛燃烧温度显著下降，煤的燃尽度变差，从而造成较大的不完全燃烧热损失。

灰份含量增加，碳粒可能为灰层严重包裹，碳粒表面燃烧速率减小，火焰的传播速度减慢，而燃尽时间变长，燃尽率降低，造成燃烧不良。

现场试验的散点图如附录图14和建立的数学模型为：
Y = -0.888368 0.0648X2 （23）
统计数据参照（文献［16］
3. 空气干燥基水分Mad对q4的影响
煤中的空气干燥基水分Mad在一定的含量限度内与挥发分Vad对燃煤的着火特性有相同程度的影响，也就是说少量的水分对煤粉着火有利。

但如果煤中含水量过大，超过一定的限度则可燃物质相对减少，发热量降低。

从燃烧动力学的角度来看，煤粉中含有适当的水分对燃烧过程有某些有利作用。

因为在高温火焰中水蒸汽对燃烧过程是十分有效的催化剂，水蒸汽分子可以加速煤粉焦碳
残骸的气化和燃烧；水蒸汽还可以提高火焰的黑度，加强到燃烧室炉壁的辐射传热；另外，水蒸汽分解时产生的氢分子及其氢氧根又可以提高火焰的热传导率。

现场试验的散点图如附录图15和建立的数学模型为：。