工業鍋爐仿真系統節能模塊設計及實現

熊穗平鄒建華姜 浩莫煒先焦 健龔德鴻(.貴州特種設備檢驗檢測院 貴陽 55000）(.貴州大學 貴陽 55005）

工業鍋爐仿真系統節能模塊設計及實現

熊穗平1鄒建華1姜 浩1莫煒先1焦 健1龔德鴻2
(1.貴州特種設備檢驗檢測院 貴陽 550020）
(2.貴州大學 貴陽 550025）

仿真系統已成為工業鍋爐操作人員培訓的重要手段之一，在工業鍋爐仿真系統中加入節能模塊，能有效增強經濟運行指導和提高操作人員節能意識。本文利用仿真開發平臺SimuWorks構建工業鍋爐仿真系統節能模塊，通過鍋爐正反平衡熱效率公式分析及簡化，給出了飛灰含碳量的直接計算方法，結合各模塊計算數據，可以獲得完整的運行經濟指標。

仿真系統 節能模塊 正反平衡 熱效率

工業鍋爐是將燃料通過燃燒轉換為熱能的特種設備，具有數量多、自動化水平低、司爐工節能意識淡薄、燃燒效率不高等特點，提高工業鍋爐運行效率已成為實現十二五節能減排目標的主要途徑之一。

在工業鍋爐操作人員培訓過程中，引入仿真系統，通過計算機模擬工業鍋爐啟動、運行調整、停運及事故處理等過程，既可以解決由于操作人員文化水平參差不齊而導致的理論培訓效果不佳的問題，又可以通過全范圍、實時、高逼真度的仿真系統進行實際操作培訓，有效提高操作人員運行水平和事故處理的應變能力。

國內工業鍋爐仿真系統研究雖然起步較晚，發展卻較為迅速，在計算機純軟數字仿真、實物模型與計算機軟硬結合的混合仿真等方面均有研究，對工業鍋爐各系統、各工況的過程仿真均取得了較明顯成果，但在節能運行指導和節能意識培養方面卻體現不多，本文在國家質檢總局科技項目支持下，開發節能型工業鍋爐仿真培訓系統，在仿真系統中加入節能模型，將節能運行指導和節能意識培養貫穿到工業鍋爐操作培訓中，能有效提高培訓效果。

1 節能運行技術指標

鍋爐熱效率是反映鍋爐運行經濟性的綜合指標，正平衡效率反映了在一定輸入熱量的基礎上實際有效利用了多少熱量，反平衡效率則反映鍋爐輸入熱量在哪些環節發生了損失，損失有多大，將綜合經濟指標分解為具體的小指標能有效指導鍋爐實現經濟運行調整。

按照GB/T 17954-2007《工業鍋爐經濟運行》規定，工業鍋爐運行技術指標為鍋爐熱效率、排煙溫度、灰渣含碳量和排煙處過量空氣系數，并對每項技術指標數值根據燃燒方式、煤質和容量進行了明確規定。本文在上述四項指標的基礎上，將各項熱損失也作為經濟運行指標進行計算和監測。

2 節能模塊構成

節能模塊構成如圖1所示，節能模塊由輸入、計算、輸出三部分組成，其中輸入包括鍋爐系統設計參數和仿真系統中空氣模塊、煙氣模塊、鍋爐本體及燃燒模塊和汽水模塊等其他模塊的運行數據；計算由鍋爐熱效率計算模塊、排煙熱損失計算模塊、化學不完全燃燒熱損失計算模塊、機械不完全燃燒熱損失計算模塊、散熱損失計算模塊和其他熱損失計算模塊組成；輸出包括各經濟運行指標。

圖1 節能模塊內部結構框圖

2.1 計算方法

工業鍋爐經濟運行指標依據GB/T 10180-2003《工業鍋爐熱工性能試驗規程》和TSG/G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》中的鍋爐正反平衡效率公式進行計算。其中：

鍋爐正平衡效率：

式中：η——正平衡效率，%；

Dgs——給水流量，t/h；

hbq——飽和蒸汽焓，kJ/kg；hgs——給水焓，kJ/kg；γ——汽化潛熱，kJ/kg；ω——蒸汽濕度，%；

B——燃料消耗量，kg/h；

Qar，net——收到基低位發熱量，kJ/kg鍋爐反平衡效率：式中：η——反平衡效率，%；

q2——排煙熱損失，%；

q3——化學不完全燃燒熱損失，%；

q4——機械不完全燃燒熱損失，%；

q5——散熱損失，%；

q6——灰渣物理熱損失，%。

2.2 已知參數

為便于計算，將節能模塊中的數據分為已知參數、運行參數和輸出參數。已知參數為鍋爐設計參數、煤質參數、各類選取值等，見表1。

表1 節能模塊計算中的已知參數表

2.3 運行參數

運行參數取自工業鍋爐仿真系統運行情況下各模塊、各模型內部參數值和輸出參數值，本系統主要由空氣模塊、煙氣模塊、鍋爐本體及燃燒模塊、汽水模塊、節能模塊和控制模塊組成，各模塊間數據相互調用，節能模塊調節的運行參數見表2。

表2 節能模塊計算中的運行參數表

2.4 輸出參數

輸出參數包括鍋爐熱效率η、飛灰含碳量Cfh、排煙溫度θpy、過量空氣系數αpy、排煙熱損失q2、化學不完全燃燒熱損失q3、機械不完全燃燒熱損失q4、散熱損失q5和灰渣物理熱損失q6。

3 關鍵參數計算

在工業鍋爐仿真系統中，經濟運行指標排煙溫度和過量空氣系數通過空氣預熱器模型的輸出參數容易獲得，鍋爐熱效率通過已知參數、運行參數用正平衡法也能計算，但飛灰含碳量是需要取樣分析測試，在許多文獻中常采用飛灰含碳量預測值代替實測值用于能效計算，但由于影響飛灰含碳量的因素較多且相互耦合，飛灰含碳量預測值計算公式較為復雜，很難求解。

依據TSG/G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》的計算方法，與飛灰含碳量相關的參數有排煙熱損失q2、機械不完全燃燒熱損失q4和灰渣物理熱損失q6，飛灰含碳量未知，即與之相關的參數無法計算。在鍋爐實際運行中，考慮到運行參數的測量誤差，鍋爐正、反平衡熱效率計算值并不相等，而在仿真系統中，運行參數由系統模塊計算而得，如較難測準的燃料消耗量和鍋爐主蒸汽流量只是模塊中的一個計算數據，因此可認為鍋爐的正、反平衡熱效率是相等，基于上述的簡化，可以使計算的方程數與未知數相等，飛灰含碳量可以解方程計算獲得。方程組如下所示。

求解排煙熱損失q2和機械不完全燃燒熱損失q4后，代入機械不完全燃燒熱損失q4計算公式，即可求解出飛灰含碳量。

4 結論

1）仿真系統用于工業鍋爐運行人員實操培訓有助于提高培訓效果，完善現有培訓體系；

2）在仿真系統中加入節能模塊，通過清楚的經濟運行指標顯示，指導運行人員及時進行調整，可以有效提高運行人員操作水平，增強運行人員節能意識。

3）利用鍋爐正反平衡熱效率計算公式，利用仿真系統內部計算數據，通過列方程求解，可以直接獲得較難預測的經濟運行指標飛灰含碳量

1 GB/T 17954-2007 工業鍋爐經濟運行[s].

2 GB/T 10180-2003 工業鍋爐熱工性能試驗規程[s].

3 TSG/G0003-2010 工業鍋爐能效測試與評價規則[s].

4 李勇,等.工業鍋爐能效測試中超聲波流量計的誤差分析[J].中國特種設備安全,2013,29(1):62～64.

5 陳虎,等.工業換熱設備的能效評價意義及方法[J].中國特種設備安全,2013,29(11):26～28.

Design and Implementation of Energy Saving Module in Industrial Boiler Training Simulation System

Xiong Suiping1Zou Jianhua1Jiang Hao1Mo Weixian1Jiao Jian1Gong Dehong2
(1.Guizhou Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute Guiyang 550020）
(2.Guizhou University Guiyang 550025)

Training simulation system has been applied to operators of industrial boiler, adding industrial boiler training simulation system included energy saving will contribute to enhancing operation guidance and energy saving awareness. In the paper, energy saving module of industrial boiler training simulation system is designed, carbon content in fl y ash can be calculated by analyzing heat effi ciency calculation formulae of boiler, complete economic indexes are get based on calculation data of other modules in training simulation system.

Simulation system Energy saving module Positive and negative balance Thermal effi ciency

X933

A

1673－257X(2014)10－19－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.005

熊穗平(1971～),男,本科，副院長,從事鍋爐壓力容器檢驗工作。

2014－05－04）