電站鍋爐變氧量運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要:電站鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)備眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其燃燒過程控制對象是一個(gè)各參數(shù)相互影響的多輸入多輸出的多變量相關(guān)被控對象。在運(yùn)行中，由于要適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，鍋爐經(jīng)常在非額定負(fù)荷下變工況運(yùn)行，使各項(xiàng)控制參數(shù)偏離設(shè)計(jì)工況下的最優(yōu)值，造成其運(yùn)行效率下降，其中主要是由于燃燒控制不完善造成的煤粉機(jī)械不完全燃燒熱損失和排煙熱損失。因此對電站鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和各項(xiàng)熱損失進(jìn)行分析計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上及時(shí)合理地調(diào)整其運(yùn)行過程中各項(xiàng)控制參數(shù)的設(shè)定值，對鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，使鍋爐燃燒過程在不同負(fù)荷工況和內(nèi)外擾動(dòng)下處于最優(yōu)狀態(tài)，是提高其燃燒效率，降低煤耗的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞:電站鍋爐氧量運(yùn)行

中圖分類號(hào):TM621.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)08(a)-0136-02

電站鍋爐運(yùn)行過程中，煙氣含氧量O2的變化對供電煤耗率bg以及其它熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有重要影響。對鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中各項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算與分析，并確定鍋爐在不同運(yùn)行工況下燃燒控制系統(tǒng)中最佳煙氣含氧量設(shè)定值，是降低機(jī)組供電煤耗率bg，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的最有效途徑。

1 基于煙氣含氧量的供電煤耗率分析計(jì)算模型

電站鍋爐運(yùn)行過程中煙氣含氧量O2的變化，會(huì)同時(shí)引起灰渣平均含碳量、煙氣中可燃?xì)怏w一氧化碳含量CO、排煙溫度tpy和送、引風(fēng)機(jī)總電耗Wsy等熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的變化，進(jìn)而通過引起鍋爐熱效率ηgl和輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ的變化對機(jī)組供電煤耗率bg產(chǎn)生綜合影響，將供電煤耗率bg表示為各主要熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的函數(shù)，可以得到:

(1)

將函數(shù)關(guān)系式(1)對煙氣含氧量O2求導(dǎo)，可以得到供電煤耗率氣對電站鍋爐運(yùn)行過程中煙氣含氧量O2變化的偏導(dǎo)數(shù)關(guān)系:

(2)

式中，分別表示鍋爐熱效率ηgl和輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ引起的鍋爐供電煤耗率bg的變化率;分別表示各熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)引起的鍋爐熱效率ηgl的率化率;表示送、引風(fēng)機(jī)總電耗Wsy引起的輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ的變化率分別表示運(yùn)行過程中煙氣含氧量O2變化引起的各熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的變化率。式(2)建立的電站鍋爐運(yùn)行過程中基于煙氣含氧量變化的供電煤耗率定量分析計(jì)算模型，用數(shù)學(xué)關(guān)系全面深入地反映了電站鍋爐運(yùn)行過程中煙氣含氧量變化引起各熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)變化，進(jìn)而通過各熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)影響鍋爐熱效率飛:和輔機(jī)設(shè)備耗電份額畜，并最終引起供電煤耗率氣變化的本質(zhì)過程，是通過電站鍋爐運(yùn)行過程中各熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的變化對電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定量分析計(jì)算的基礎(chǔ)。

2 電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性微增量分析

鍋爐供電煤耗率bg、鍋爐熱效率ηgl，和輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ是衡量電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的主要熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，全面反映了電站鍋爐的整體運(yùn)行水平。在基于煙氣含氧量變化的供電煤耗率定量分析計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合各熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算公式建立電站鍋爐運(yùn)行過程中主要熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的微增量方程，便可以對電站鍋爐變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面深入的定量分析計(jì)算，并為電站鍋爐燃料燃燒過程以及變工況運(yùn)行過程中的優(yōu)化調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

2.1 供電煤耗率微增量方程

根據(jù)熱力發(fā)電廠中電站鍋爐經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算方法，電站鍋爐運(yùn)行過程中的供電煤耗率bg可以表示為:

(3)

式中:Ht為汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗，kJ/(kw-h);

ηgl為鍋爐熱效率，%;

ηgd為鍋爐管道的保溫效率，%;

ξ為輔機(jī)設(shè)備耗電量占機(jī)組發(fā)電量的份額，%。

在供電煤耗率bg的計(jì)算公式中，汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗Ht主要與機(jī)組運(yùn)行過程中的負(fù)荷以及汽水參數(shù)有關(guān)，鍋爐管道的保溫效率ηgd可以視為常數(shù)，在鍋爐運(yùn)行過程中煙氣含氧量O2發(fā)生變化時(shí)，主要通過引起鍋爐熱效率ηgl和輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ的變化對供電煤耗率bg產(chǎn)生影響。

根據(jù)式(2)建立的電站鍋爐基于煙氣含氧量變化的供電煤耗率bg定量分析計(jì)算模型，并結(jié)合供電煤耗率計(jì)算公式(3)，可以分別得到鍋爐熱效率ηgl和輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ影響下的供電煤耗率bg微增量方程。

1)鍋爐熱效率ηgl影響下供電煤耗率bg的微增量方程

偏導(dǎo)數(shù)表示鍋爐熱效率ηgl變化影響下供電煤耗率bg的變化率，根據(jù)供電煤耗率bg計(jì)算公式(3)對鍋爐熱效率ηgl，求偏導(dǎo)可得:

(4)

將偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算式(4)寫成微增量形式，可以得到鍋爐熱效率ηgl影響下供電煤耗率bg的微增量方程:

(5)

2)輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ影響下供電煤耗率bg的微增量方程偏導(dǎo)數(shù)表示輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ變化影響下供電煤耗率bg的變化率，根據(jù)供電煤耗率bg計(jì)算公式(3)對輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ求偏導(dǎo)可得:

(6)

將偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算式(6)寫成微增量形式，可以得到輔機(jī)設(shè)備耗電份額ξ影響下供電煤耗率bg的微增量方程:

(7)

2.2 電站鍋爐熱效率微增量方程

根據(jù) GBPTC中的電站燃煤鍋爐熱效率反平衡計(jì)算模型，電站鍋爐熱效率ηgl:可以表示為:

(8)

電站鍋爐熱效率ηgl可以表示為:

(9)

對于大型電站鍋爐，鍋爐熱效率ηgl計(jì)算公式(4)中的最后兩項(xiàng)一般可以按定值處理，系數(shù)b1～b7為常數(shù)，在鍋爐變工況運(yùn)行過程中熱效率ηgl主要受煙氣含氧量O2及其變化引起的灰渣平均含碳量煙氣中可燃?xì)怏w一氧化碳含量CO和排煙溫度tpy等熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)變化的影響。

2.3 偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算公式與微增量方程的應(yīng)用

電站鍋爐運(yùn)行過程中，根據(jù)不同運(yùn)行工況下測量得到的鍋爐各主要熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)(煙氣含氧量O2、灰渣平均含碳量、一氧化碳含量CO、排煙溫度tpy和送引風(fēng)機(jī)電耗Wsy便可以通過各熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算公式定量分析各熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)變化對電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響程度，在此基礎(chǔ)上給定某一鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的微小變化，通過電站鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)微增量方程即可以對運(yùn)行過程中此熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)變化后引起的電站鍋爐各熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的變化進(jìn)行定量計(jì)算和預(yù)測。

因此，應(yīng)用電站鍋爐各熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算公式和微增量方程，可以根據(jù)電站鍋爐運(yùn)行過程中各主要熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的變化對電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析與計(jì)算，并為電站鍋爐變工況運(yùn)行過程中燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)提供依據(jù)。

2.4 電站鍋爐最佳煙氣含氧量偏微分方程

根據(jù)最優(yōu)化控制理論，當(dāng)供電煤耗率bg對電站鍋爐運(yùn)行過程中煙氣含氧量O2變化的偏導(dǎo)數(shù)關(guān)系(2)右邊各項(xiàng)之和等于0時(shí)，可以使供電煤耗率bg達(dá)到最小值，此時(shí)的煙氣含氧量即為最佳煙氣含氧量。因此使電站鍋爐運(yùn)行過程中在不同負(fù)荷和運(yùn)行工況下供電煤耗率bg達(dá)到最小值的最佳煙氣含氧量設(shè)定值應(yīng)滿足以下偏微分方程:

(10)

方程式(10)即為以最小供電煤耗率氣為目標(biāo)的電站鍋爐運(yùn)行過程中最佳煙氣含氧量偏微分方程。通過求解偏微分方程(10)，可以確定電站鍋爐運(yùn)行過程中不同負(fù)荷和運(yùn)行工況下對應(yīng)的最佳煙氣含氧量設(shè)定值。以此值作為鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中煙氣含氧量校正回路的煙氣含氧量設(shè)定值，便可以根據(jù)實(shí)際煙氣含氧量與煙氣含氧量設(shè)定值之間的偏差通過送風(fēng)機(jī)(二次風(fēng)機(jī))調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的二次風(fēng)量，對燃料燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，使實(shí)際煙氣含氧量最終等于最佳煙氣含氧量設(shè)定值。此時(shí)的二次風(fēng)量既可以保證燃料的充分燃燒，又可以使電站鍋爐運(yùn)行過程中不同負(fù)荷和運(yùn)行工況下各項(xiàng)熱損失及送、引風(fēng)機(jī)電耗引起的供電煤耗率增量之和達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)電站鍋爐的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。