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第七届“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛赛 B题：锅炉的优化运行问题 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。在现代电站中，反映锅炉运行状况好坏的主要性能指标是锅炉效率。按照中华人民共和国国家标准的电站性能试验规程（GB PTC），电厂锅炉采用反平衡计算锅炉效率，即： ，％ （1） 式中 分别表示有效利用热 、排烟热损失 、化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失 、机械（或固体）不完全燃烧热损失 、散热损失 和灰渣物理热损失 。 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，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。目前，在国内常常利用在线监测数据进行偏差（或耗差）分析，来提高锅炉运行的经济性。但由于无法进行煤质和灰渣含碳量的在线分析，现在还做不到锅炉效率的在线监测，这给锅炉的运行优化带来很大困难。 在锅炉的实际运行中，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 与理论空气量 之比。过量空气系数直接影响排烟热损失 、化学不（或可燃气体未）完全燃烧热损失 、机械（或固体）不完全燃烧热损失 （如图1）。可见，当炉膛出口过量空气系数 增加时， 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锅炉为例进行分析（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 与过量空气系数的关系。 图1 过量空气系数与热损失的关系曲线 请对以下问题进行研究： 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。 附录1：锅炉运行主要参数 数值名称 符号 单位 计算公式及数据 结果 碳含量 % 62.61% 氢含量 % 3.62% 硫含量 % 1.08% 氧含量 % 7.21% 氮含量 % 0.68% 无机物水分 % 10.10% 灰分 % 14.70% 应用基高位发热量 KJ/kg 25020 机组负荷 MW 298 245.3 215.8 192.3 烟气含氧量 % 实测数据平均值 5.21 5.08 5.88 6.84 主汽流量 D t/h 实测数据平均值 845.2 681.6 599.3 547.8 排烟温度 ℃ 实测数据平均值 137.76 134.08 126.21 123.15 过热蒸汽压力 MPa 16.9 过热蒸汽温度 ℃ 541 给水温度 ℃ 279 试验期间平均耗量 Kg/h 实测数据平均值 129357 过热蒸汽量 Kg/h 实测数据平均值 1074705 过热蒸汽压力（绝对压力） Mpa 实测数据平均值 16.3 过热蒸汽温度 ℃ 实测数据平均值 539.3 再热蒸汽入口压力（绝对压力） Mpa 实测数据平均值 3.9 再热蒸汽入口温度 ℃ 实测数据平均值 338.5 再热蒸汽入口流量 Kg/h 实测数据平均值 891191 再热蒸汽出口压力（绝对压力） Mpa 实测数据平均值 3.7 再热蒸汽出口温度 ℃ 实测数据平均值 538.7 再热蒸汽出口流量 Kg/h 实测数据平均值 928475 再热蒸汽减温水压力（绝对压力） Mpa 实测数据平均值 7.7 再热蒸汽减温水温度 ℃ 实测数据平均值 169.4 再热蒸汽减温水流量 Kg/h =928475-891191 37284 锅炉给水压力（绝对压力） Mpa 实测数据平均值 18.4 锅炉给水温度 ℃ 实测数据平均值 276.4 给水流量 Kg/h 实测数据平均值 1074785 炉底灰渣可燃物 % 取样分析值 2 炉底排渣率 生产长和验收单位商定 0.1 空气预热器出口烟气中二氧化碳含量 % 烟气分析数据平均值 13.05 环境温度 ℃ 实测数据平均值 20 附录2：实验得到炉膛出口飞灰含碳量 与过量空气系数数据 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 /% 5.90 5.10 4.75 4.6 4.55 4.50 4.45 4.43 4.50 - 1 - _1234567905.unknown _1234567921.unknown _1234567929.unknown _1234567933.unknown _1234567937.unknown _1234567939.unknown _1234567940.unknown _1234567941.unknown _1234567938.unknown _1234567935.unknown _1234567936.unknown _1234567934.unknown _1234567931.unknown _1234567932.unknown _1234567930.unknown _1234567925.unknown _1234567927.unknown _1234567928.unknown _1234567926.unknown _1234567923.unknown _1234567924.unknown _1234567922.unknown _1234567913.unknown _1234567917.unknown _1234567919.unknown _1234567920.unknown _1234567918.unknown _1234567915.unknown _1234567916.unknown _1234567914.unknown _1234567909.unknown _1234567911.unknown _1234567912.unknown _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567897.unknown _1234567901.unknown _1234567903.unknown _1234567904.unknown _1234567902.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown