鍋爐運(yùn)行氧量對(duì)鍋爐效率影響的定量分析

　　摘要：鍋爐的運(yùn)行氧量影響著鍋爐的運(yùn)行效率，因此需結(jié)合實(shí)際控制好爐內(nèi)的氧量，盡可能減少排煙熱損失、不完全燃燒損失及散熱損失，以提高鍋爐燃燒效率。本文對(duì)鍋爐運(yùn)行氧量對(duì)其效率影響的定量進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：運(yùn)行氧量;效率;定量分析

　　在火電廠中，運(yùn)行氧量是鍋爐的重點(diǎn)參數(shù)，會(huì)對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生影響，也會(huì)讓輔機(jī)電耗等數(shù)值發(fā)生變化。因此，要在鍋爐運(yùn)行時(shí)，對(duì)運(yùn)行氧量進(jìn)行分析，使用定性分析方法難以全面反映氧量對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生的影響。因此，以定量分析的方式處理此問(wèn)題。

　　機(jī)械工程師論文投稿刊物：《機(jī)械制造與自動(dòng)化》(雙月刊)創(chuàng)刊于1972年，由南京機(jī)械工程學(xué)會(huì)、南京機(jī)電產(chǎn)業(yè)(集團(tuán))有限公司主辦。本刊是傳播機(jī)械與電氣行業(yè)新成果、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新設(shè)備，以及國(guó)內(nèi)外機(jī)電行業(yè)前沿信息和企業(yè)管理、人才培養(yǎng)、教學(xué)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合性機(jī)電技術(shù)期刊，也是江蘇省機(jī)電行業(yè)唯一的集數(shù)控、智能化、機(jī)電一體化和敏捷制等先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)期刊。

　　一、運(yùn)行氧量耗差的定量分析法

　　1、運(yùn)行氧量耗差分析模型。通過(guò)相關(guān)的研究了解到，排煙損失與機(jī)械未完全燃燒損失均會(huì)給鍋爐效率帶來(lái)影響。通過(guò)鍋爐反平衡效率計(jì)算模型便可發(fā)現(xiàn)，排煙損失與機(jī)械未完全燃燒損失主要取決于氧量。從排煙損失的計(jì)算公式便能發(fā)現(xiàn)，氧量不但會(huì)對(duì)排煙損失與機(jī)械為完全燃燒損失產(chǎn)生影響，還會(huì)透過(guò)它們對(duì)排煙損失產(chǎn)生間接影響。在計(jì)算機(jī)械不完全燃燒損失的過(guò)程中，若想依靠飛灰含碳量來(lái)計(jì)算機(jī)械部完全燃燒損失十分困難。所以，單憑鍋爐效率計(jì)算模型中的公式計(jì)算去分析運(yùn)行氧量對(duì)鍋爐效率的影響顯然不夠全面。

　　經(jīng)相關(guān)資料的查詢發(fā)現(xiàn)，在以煤炭特性及其運(yùn)行特點(diǎn)為基礎(chǔ)，建立煤質(zhì)特性與運(yùn)行特性的鍋爐機(jī)械不完全燃燒損失解析評(píng)估模型，使用該模型能較為全面研究運(yùn)行氧量對(duì)歸路效率的影響。因此，本文利用GBPTC反平衡鍋爐效率計(jì)算模型計(jì)算鍋爐各項(xiàng)損失，觀察由參數(shù)導(dǎo)致的鍋爐效率變化規(guī)律。對(duì)鍋爐效率影響因素進(jìn)行深入探討，建立上述兩項(xiàng)損失之和的網(wǎng)絡(luò)模型，定量分析樣量變化對(duì)鍋爐效率的影響。

　　2、一般計(jì)算方法。以往的計(jì)算方法僅對(duì)運(yùn)行氧量給排煙損失的影響進(jìn)行分析，沒(méi)有對(duì)設(shè)備未完全燃燒損失方面的分析;或盡管分析了機(jī)械未完全燃燒的損失，沒(méi)有對(duì)運(yùn)行氧量對(duì)飛灰含碳量帶來(lái)的影響加以考慮。排煙損失的計(jì)算模型一般會(huì)給大型的火電廠鍋爐運(yùn)行機(jī)組的在線熱效率帶來(lái)巨大影響。在對(duì)鍋爐參數(shù)改變引起的耗差進(jìn)行分析時(shí)，以往的分析方法通常將鍋爐的損失進(jìn)行細(xì)劃分，成為幾部分的熱量損失，最后得到影響鍋爐損失的參數(shù)也較為復(fù)雜。所以，一般的計(jì)算方法僅適合定量分析小規(guī)模的火電廠鍋爐機(jī)組的運(yùn)行效率。

　　本文在對(duì)運(yùn)行耗氧量導(dǎo)致的耗差進(jìn)行計(jì)算時(shí)，主要利用GB-PTC反平衡的鍋爐效率計(jì)算模型里的計(jì)算公式，主要包括的參數(shù)為：煙氣內(nèi)含有水蒸氣熱量、煙氣帶走熱量、煤質(zhì)、空氣等。把運(yùn)行氧量的實(shí)際測(cè)量值與基準(zhǔn)值代入計(jì)算公式，可算出氧量變化給鍋爐效率帶來(lái)的影響。

　　二、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量模擬生物神經(jīng)元的人工神經(jīng)元廣泛互聯(lián)而成的網(wǎng)絡(luò)，由于其對(duì)任意非線性函數(shù)的擬合能力和良好的泛化能力，以及對(duì)復(fù)雜問(wèn)題具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，在非線性系統(tǒng)建模方面得到了廣泛的研究和應(yīng)用。由于BP網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性擬合能力，而且學(xué)習(xí)算法簡(jiǎn)單，便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。因此，本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)模型，分析運(yùn)行氧量變化對(duì)鍋爐效率的影響。

　　1、網(wǎng)絡(luò)模型輸入輸出參數(shù)選擇。要獲得最佳的燃燒效率就必須使各項(xiàng)燃燒損失盡可能的降低。影響燃燒損失的因素有：鍋爐的燃燒方式、燃料性質(zhì)、爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)、爐膛結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況等。對(duì)已投運(yùn)的配備中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的鍋爐，爐膛結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，且制粉系統(tǒng)的特性對(duì)燃燒的影響較小，故不將其作為模型的輸入?yún)��?shù);由于煤粉細(xì)度目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，煤粉細(xì)度在一定的范圍內(nèi)，可通過(guò)調(diào)整其他參數(shù)來(lái)調(diào)整燃燒，因此暫不考慮煤粉細(xì)度對(duì)燃燒經(jīng)濟(jì)性的影響。

　　本文主要考慮氧量、燃料性質(zhì)及運(yùn)行工況等對(duì)燃燒經(jīng)濟(jì)性的影響。通過(guò)對(duì)影響排煙熱損失和機(jī)械不完傘燃燒損失因素的分析，綜合考慮了煤質(zhì)特性參數(shù)和鍋爐運(yùn)行工況的影響，得到網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)��?shù)：

　　1)煤質(zhì)特性參數(shù)：可燃基揮發(fā)分、應(yīng)用基水分、應(yīng)用基灰分、低位熱值。

　　2)運(yùn)行特性參數(shù)：機(jī)組負(fù)荷、排煙溫度、鍋爐運(yùn)行氧量、風(fēng)煤配比。

　　3)環(huán)境參數(shù)：環(huán)境溫度。輸出參數(shù)為排煙熱損失和機(jī)械不完全燃燒損失之和。

　　2、分析網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練及結(jié)果。選擇某火電廠300MW機(jī)組(50%～100%負(fù)荷)運(yùn)行參數(shù)為模型的輸入。本次研究抽取了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共100組，分為80組的訓(xùn)練樣本與20組的測(cè)試樣本。上述樣本里含有的5種煤質(zhì)參數(shù)各不相同。構(gòu)建的BP網(wǎng)絡(luò)模型其隱含層為2，第一個(gè)隱含層有4個(gè)神經(jīng)元，第二個(gè)隱含層有3個(gè)神經(jīng)元，分別通過(guò)雙曲正切與對(duì)數(shù)的激活函數(shù);輸出層為線性結(jié)構(gòu)�？紤]到網(wǎng)絡(luò)收斂的需求，BP網(wǎng)絡(luò)隱含層的神經(jīng)元應(yīng)用Sigmoid式變換函數(shù)，函數(shù)的取值范圍：[-1,l]，所以，網(wǎng)絡(luò)輸入值、輸出值皆要進(jìn)行歸一處理，讓其在[0,1]范圍內(nèi)。通過(guò)觀察網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)測(cè)值與輸出值的對(duì)比曲線與模型的相對(duì)誤差曲線了解到：對(duì)訓(xùn)練樣本而言，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)測(cè)值與輸出值大體接近，很多誤差的絕對(duì)值在1線內(nèi)，且輸出的相對(duì)誤差最大不超過(guò)1.2。對(duì)測(cè)試樣本而言，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)預(yù)測(cè)誤差最大值<200。且誤差符合工程誤差標(biāo)準(zhǔn)，這表明了網(wǎng)絡(luò)有著良好的泛化性。可通過(guò)該模型對(duì)氧量變化給鍋爐效率帶來(lái)的影響作出定量分析。

　　3、運(yùn)行氧量變化對(duì)鍋爐效率影響的定量分析。在鍋爐運(yùn)行調(diào)整工作中，主要根據(jù)運(yùn)行氧量大小，對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。運(yùn)行氧量不宜過(guò)大或過(guò)小，否則會(huì)導(dǎo)致排煙熱損失增加或機(jī)械燃燒不充分。所以，定量分析運(yùn)行氧量對(duì)鍋爐效率的影響，能為鍋爐運(yùn)行中氧量的調(diào)整提供可靠依據(jù)。

　　本項(xiàng)研究結(jié)合兩項(xiàng)損失之和與網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)鍋爐運(yùn)行氧量對(duì)鍋爐效率的影響進(jìn)行定量分析。在確保其他參數(shù)不便的情況下，僅改變運(yùn)行氧量參數(shù)值，最終即可發(fā)現(xiàn)鍋爐效率的變化規(guī)律。例如：負(fù)荷為220MW與320MW的鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)定量分析運(yùn)行量對(duì)鍋爐用效率的影響。通過(guò)計(jì)算，可獲得在該工況下，運(yùn)行氧量變化產(chǎn)生的排煙熱損失與機(jī)械不完全燃燒損失之和的變化情況。在顯示操作過(guò)程中，僅需將基準(zhǔn)氧量值與實(shí)際氧量值分別放入模型中便可獲得運(yùn)氧量對(duì)鍋爐效率的影響。

　　4、增強(qiáng)鍋爐效率需注意的問(wèn)題。要對(duì)燃料和空氣的混合情況進(jìn)行判定，為鍋爐燃燒創(chuàng)造最佳的條件。在實(shí)際操作中，提升爐膛內(nèi)部壓力，阻止外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)。在一般情況下，熱傳面與煙氣間產(chǎn)生的熱交換是鍋爐實(shí)現(xiàn)熱回收的主要方式。因此，可對(duì)燃燒后高溫氣體停留的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行判定，增加燃燒后高溫氣體的停滯時(shí)間，提升水氣熱交換水平，讓鍋爐的效率達(dá)到較高水平，也要讓燃燒機(jī)在穩(wěn)定的負(fù)載下運(yùn)行。對(duì)工況、垃圾等變化情況進(jìn)行分析，對(duì)鍋爐的燃燒情況進(jìn)行干預(yù)，才能在當(dāng)前的情況下實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的合理調(diào)整。對(duì)垃圾的進(jìn)料量實(shí)施控制，讓爐排速率、給料機(jī)速率等達(dá)到合理水平，才能讓鍋爐效率在實(shí)際操作中達(dá)到較高水平。

　　在一般情況下，鍋爐中的過(guò)�？諝饬刻幱谳^高水平時(shí)，煙氣中的含氧量處于5%到10%，若過(guò)低會(huì)導(dǎo)致燃燒不夠充分，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熱損失。鍋爐生產(chǎn)廠家通常會(huì)將排煙溫度設(shè)定在最為合理的水平，通常為150℃左右。排煙溫度的提升通常與熱面結(jié)垢對(duì)傳熱形成阻礙。有關(guān)燃料質(zhì)量較差，也會(huì)造成排煙溫度過(guò)高。僅從鍋爐效率出發(fā)，排煙溫度處于越低水平則越有利，不過(guò)也要對(duì)溫度過(guò)低時(shí)導(dǎo)致的結(jié)垢、腐蝕等問(wèn)題進(jìn)行分析。在鍋爐運(yùn)行時(shí)間不斷延長(zhǎng)的情況下，排煙溫度自然就會(huì)提升，鍋爐效率也就會(huì)下降。一旦發(fā)生此種情況，要對(duì)燃燒中心實(shí)施調(diào)整，讓火焰中心的溫度處于較低水平，防止水冷壁等部位發(fā)生結(jié)焦的狀況，參考排煙溫度的變化實(shí)施吹灰處理。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，也要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制，對(duì)燃料實(shí)施管控，讓設(shè)備處于最佳的工作狀態(tài)。

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　　作者：高志普

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