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