火电厂锅炉运行优化目标值计算方法的研究

　　摘要：
　　
　　火电厂锅炉运行的经济性与锅炉的设计、负荷、煤瓜环境、运行管理和操作水平等诸多因素有关。正确确定热力参数的目标值，才能有效进行设备的耗差分析从而为优化运行提供理论指导。目前锅炉运行优化目标值的确定主要依据制造厂的设计值、优化运行试验值、运行参数的历史统计值或变工况热力计算而定。锅炉实际运行时的煤质与环境条件往往偏离设计工况，优化运行试验仅可在某种特定条件下进行，不适用于锅炉的全工况分析。虽然根据运行参数的历史统计值和变工况热力计算确定的目标值能适应锅炉运行优化耗差分析的需求，但是由于锅炉运行参数间的藕合性导致各运行优化目标值之间也存在相关性，使得耗差分析计算中各相关因素引起的耗差不吻合。为此，本文提出锅炉运行优化目标值的相关性确定方法，以使锅炉的耗差分析计算科学实用。
　　
　　一、影响运行优化目标值的因素
　　
　　影响锅炉设备运行的热力参数很多，但是从理论上来说，当锅炉的热负荷、煤质和环境一定后锅炉的性能是确定的，即锅炉的热力参数具有负荷特性、环境特性和煤质特性。
　　
　　（1）实际运行中锅炉的热负荷是不断变化的，在不同的热负荷条件下，锅炉的性能和热力参数变化较大，因而，锅炉运行参数的目标值是不相同的。（2）制造厂设计锅炉时依据设计煤种确定锅炉的本体结构，而实际运行时由于来煤的多样性，实际燃烧的煤种与设计煤种不同，导致锅炉的燃烧性能和经济性与设计状况不同，即锅炉运行参数的目标值随燃烧煤种而变化。（3）当外界环境温度变化时进入锅炉边界的热力参数发生变化，从而锅炉运行与输出边界上的热力参数也跟随变化，即锅炉运行参数的目标值随环境温度的变化而变化。
　　
　　总之，对于给定的锅炉，影响运行目标值的因素为负荷、煤质和环境温度，即:
　　
　　T=f（D,M,t）（1）
　　
　　式中:T为运行参数目标值;D为负荷;M为煤质;t为环境温度。
　　
　　二、运行目标值的计算方法
　　
　　在机组的耗差分析计算中，锅炉方面影响供电煤耗率的直接运行参数主要有排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量;间接性能参数有排烟损失、机械未*燃烧损失、锅炉效率等。由于直接运行参数影响间接性能参数，需要考虑两类参数间的稠合关系，而直接运行参数与间接性能参数目标值的确定方法不同。
　　
　　排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量等直接运行参数的目标值可采用变工况热力计算确定。当锅炉的本体结构一定时，对不同负荷、煤质、环境条件在设计工况基础上进行变工况的热力校核计算，可以得到排烟温度等运行参数的离散三维曲面簇，将它们作为直接运行参数的目标曲线簇，则应用两次插值法即可求出不同负荷、煤质、环境温度时排烟温度等的目标值。
　　
　　依据文献，排烟损失、机械末*燃烧损失是燃料发热量、排烟温度、送风温度、排烟氧量、飞灰含碳量和煤种的函数，其中呢、如的计算公式见式（2）、式（3）。　　
　　由于耗差分析计算是基于相同的环境温度与相同的煤质条件进行的，因此，以实际环境温度和实际燃烧煤质以及在其基础上确定的排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量的目标值代入排烟损失、机械未*燃烧损失的计算公式（式（2）、式（3）），以求得排烟损失、机械末*燃烧损失在实际状态下的目标值，即　　
　　同理，以实际状态下的排烟损失、机械未*燃烧损失的目标值代入锅炉效率的计算公式即可求得锅炉效率在实际状态下的目标值:
　　
　　ηT=f（q2,T，q4.T，q5，q3，q6）（6）
　　
　　式中:q3为可燃气体未*燃烧损失;q5为散热损失;q6为灰渣物理热损失。
　　
　　三、实际应用和分析
　　
　　在平圩电厂运行优化系统中采用了本文研究的评算方法。该厂1号锅炉是HG-l025/18.2-M型川临界压力一次中间再热自然循环汽包炉，煤质设计参数如表1，设计环境温度20℃，给水温度270℃，主蒸汽流量1025t/h，排烟温度（未修正）136℃。　　
　　改变负荷、环境温度、煤种对该锅炉进行变工况热力计算，可以得到排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量自目标曲线簇。图1、图2是排烟温度在不同煤质条仁时的目标曲线簇。　　
　　以式（4）~式（6）确定相应负荷点的排烟损失，械未*燃烧损失、锅炉效率目标值及耗差计算列口表2。由表2的计算结果可见，在4种不同运行工况下，排烟损失和机械未*燃烧损失引起的耗差之和与锅炉效率偏差引起的耗差基本相等，间接性能参数引起的耗差与锅炉效率引起的耗差的相对误差基本为零，能够很好地吻合。直接运行参数偏差引起的耗差之和与锅炉效率偏差引起的耗差相差很小，zui大相对误差为2.55%，能满足工程精度要求。从物理意义上分析，造成该偏差的原因是由于锅炉耗差计算方法。。等的相互影响引起的煤耗偏差忽略未计;而从数学意义上分析，它是由于级数项数的选取造成的，将级数项数取为3时可以消除该偏差，实际应用中选取的级数项数应视工程精度要求而定。　　
　　四、结论
　　
　　（1）锅炉运行优化的目标值分为直接运行参数和间接性能参数。其目标值的计算方法不同，直接运行参数可采用锅炉变工况校核热力计算确定，它是负荷、环境温度、煤质的函数;间接性能参数可采用本文提出的基于参数目标值的计算方法，其目标值与直接运行参数目标值有函数关系。
　　
　　（2）虽然直接运行参数和间接性能参数目标值的计算方法不同，但采用本文提出的计算方法可使其对煤耗的影响量吻合一致，zui大误差小于3%，*工程实际应用要求。
　　
　　（3）本文提出的锅炉直接运行参数和间接性能参数耗差计算方法可以应用于电站锅炉性能监测和诊断，对指导锅炉的优化运行具有实际意义。