燃煤鍋爐的熱效率熱效率計(jì)算

1、燃煤鍋爐的熱效率熱效率計(jì)算根據(jù)關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定（計(jì)基礎(chǔ)20001268號(hào)）文件，熱效率=（供熱量+供電量M600千焦/千瓦時(shí)）/（燃料總消耗量燃料單位低位熱值）X100%,供熱量就是熱力產(chǎn)品（熱水、蒸汽）根據(jù)供熱流量、壓力、溫度的參數(shù)進(jìn)行始值計(jì)算后得出的焦耳熱值當(dāng)量年度產(chǎn)量，加上年發(fā)電量換算成焦耳熱值當(dāng)量（kWh乘以3600）,二者的和就是熱電廠年產(chǎn)品總量（電+熱）。分母是熱電廠的燃料消耗，如果是燃煤電廠，就用所耗煤種的低位熱值（可以查到）*年耗煤噸量；如果是燃?xì)怆姀S，就用天然氣的熱值*年耗氣量。電廠出口的總產(chǎn)品熱值比上輸入的各種一次能源消耗熱值，就是熱效率。如何求解熱效率當(dāng)前，能源日逐

2、緊張。如何節(jié)能，如何提高能源的利用效率已是擺在人們面前的一個(gè)突出而現(xiàn)實(shí)的問題。熱效率的計(jì)算也成為中考熱點(diǎn)問題。如何求解熱效率，下面通過一些典例進(jìn)行分析歸納。一、燃具的效率例1、小明學(xué)習(xí)了熱學(xué)的有關(guān)知識(shí)后，他想估算一下自己家煤爐的效率是多少。于是小明仔細(xì)記錄了他家每天燒水、煮飯、炒菜需要的時(shí)間，并把它折算成了燒水的時(shí)間，相當(dāng)于每天將30Kg20c的水燒開。小明家實(shí)際平均每天需要燒4塊蜂窩煤，按每塊蜂窩煤含煤0.5Kg算，他家每天實(shí)際用煤2Kg.普通煤的熱值為3XI07J/Kg,則他家煤爐的效率是多少？分析與解:煤爐燒水，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，水吸收的熱量是有用能量，完全燃燒煤所放出的熱量是總的能量。

3、煤爐的效率可用刀=Q有用/Q總XI00%=cmAt/m'qX00%計(jì)算。Q有用=cmAt=4.2X103X30X（100）J=1.008107JQ總=mq=2X3X107J=6X107JQ有用/Q總XI00%=1.008X07J/6X107J=16.8%二熱機(jī)的效率例2、小兵同學(xué)想知道一輛小汽車的實(shí)際效率是多少。他從駕駛員那了解到：該汽車行駛100Km的耗油量約7Kg0從書上查得汽油的熱值q=4.6M07J/Kg。他又測出在平直公路上，用644N的水平拉力可使汽車勻速前進(jìn)。若空氣阻力不計(jì)，試求該小汽車的效率是多少？分析與解:小汽車行駛，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后又轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，對(duì)汽車做功是有用

4、的能量，完全燃燒汽油放出的能量是總能量。小汽車的效率可用”=Q有用/Q總XI00%=FS/mqX100%計(jì)算。Q有用=FS=644X105J=6.44M07JQ總=mq=7X4.6X07J=3.22X08J4=Q有用/Q總XI00%=6.44M07J/3.22M08J=20%三、電熱器的效率例3、某品牌電熱水壺的銘牌上標(biāo)著如下表所示的數(shù)據(jù)：當(dāng)電熱水壺裝滿水后，在額定電壓下工作，水溫從20c加熱到100c用了16min。則該電熱水壺的熱效率是多少？分析與解:電熱水壺?zé)娔苻D(zhuǎn)化為內(nèi)能，燒水時(shí)水吸收的熱量是有用的能量，消耗的電能為總的能量。電熱水壺的效率可用”=Q有用/Q總XI00%=cmAt/

5、Ptxi00%計(jì)算。Q有用=cmAt=cpvM4.2M03X103X4X10-3>80J=1.344M06JQ總=Pt=1500X16X60J=1.44M06JQ有用/Q總XI00%=1.344X06J/1.44M06J=93.3%四、太陽能熱水器的效率例4、某同學(xué)自制了一臺(tái)家用太陽能熱水器。他從太陽能手冊(cè)中查到：在地球表面，晴天時(shí)垂直于陽光表面接受到的輻射熱為1.26M03J/m2.s。如果曬水箱內(nèi)的水大約有40Kg,曬水箱接受陽光垂直照射的面積始終約為1.5m2,測得要使水溫上升30c需89min,則這臺(tái)太陽能熱水器的效率是多少？分析與解:太陽能熱水器加熱水時(shí)，太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，水吸

6、收的熱量是有用能量，接收的太陽能為總的能量。若太陽輻射熱為a,陽光照射熱水器的面積為s,照射時(shí)間為t,則太陽能熱水器的效率可用“=Q有用/Q總XI00%=cmAt/astM00%計(jì)算。Q有用=cmAt=4.2M03X40X30J=5.04M06JQ總=ast=1.26M03X1.5>89X60J=1.009X107JQ有用/Q總XI00%=5.04M06J/1.009M07J=50%五、火力發(fā)電廠的效率例5、垃圾處理成為城市建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要問題?，F(xiàn)在人們已經(jīng)可以變廢為寶了，利用垃圾中的可燃物質(zhì)燃燒發(fā)電。某垃圾焚燒電廠，年處理垃圾2.16M05t。研究表明，生活垃圾的平均熱值為6

7、.27M06J/Kg.如果利用垃圾作為燃料建立發(fā)電廠，每燃燒1t生活垃圾，可以發(fā)電240kw.h,那么，生活垃圾燃燒發(fā)電的效率是多少？分析與解:垃圾焚燒發(fā)電，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后又轉(zhuǎn)化為電能，所發(fā)的電能為有用能量，垃圾焚燒所放出的能量為總能量。此電廠的發(fā)電效率可用I=Q有用/Q總XI00%=W/mcp<100%計(jì)算。Q有用=W=240kw.h=240X3.6X06J=8.64M08JQ總=mq=1000X6.27M06J=6.27M09JQ有用/Q總XI00%=8.64M08J/6.27M09J=13.8%基于遺傳算法的燃煤鍋爐熱效率優(yōu)化摘要：在對(duì)絲飛灰含碳量進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的基礎(chǔ)上

8、，確定了各種運(yùn)行參數(shù)和煤種對(duì)鍋爐飛灰含碳量的影響關(guān)系。由于鍋爐煤種的多變性，針對(duì)某個(gè)煤種進(jìn)行實(shí)爐調(diào)整所獲得的最佳工況往往與目前燃用煤種所需的最佳工況偏離。文中結(jié)合遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)某臺(tái)300MW四角切圓燃煤電廠鍋爐熱效率的優(yōu)化進(jìn)行了研究，為大型電廠鍋爐通過燃燒調(diào)整提高鍋爐效率提供有效手段。1引言鍋爐的熱效率受到多種熱損失的影響，但比較而言，以機(jī)械不完全燃燒損失q4受鍋爐燃燒狀況影響最為復(fù)雜，飛灰含碳量受鍋爐煤種和運(yùn)行參數(shù)影響很大，相互關(guān)系很難以常規(guī)的計(jì)算公式表達(dá)，因此采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)鍋爐的飛灰含碳量特性進(jìn)行了建模，并利用實(shí)爐測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了校驗(yàn)，結(jié)果表明，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能

9、很好反映大型電廠鍋爐各運(yùn)行參數(shù)與飛灰含碳量特性之間的關(guān)系。采用鍋爐負(fù)荷、省煤器出口氧量、各二次風(fēng)擋板開度、燃盡風(fēng)擋板開度、燃料風(fēng)擋板開度、煤種特性，各磨煤機(jī)給煤量、爐膛與風(fēng)箱差壓、一次風(fēng)總風(fēng)壓、燃燒器擺角作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入矢量，飛灰含碳量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，利用3層BP網(wǎng)絡(luò)建模是比較合適的。目前鍋爐運(yùn)行往往根據(jù)試驗(yàn)調(diào)試人員針對(duì)鍋爐的常用煤種進(jìn)行燃燒調(diào)整，以獲得最佳的各種鍋爐運(yùn)行參數(shù)供運(yùn)行人員參考，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的最大熱效率。但這種方法會(huì)帶來如下問題：由于鍋爐燃煤的多變性，針對(duì)某一煤種進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)獲得的最佳操作工況可能與目前燃用煤種的所需的最佳工況偏離；由于調(diào)試試驗(yàn)進(jìn)行的工況有限，試驗(yàn)獲得的最佳工

10、況可能并非全局最優(yōu)值，即可能存在比試驗(yàn)最佳值更好的運(yùn)行工況。本文在對(duì)某300MW四角切圓燃燒鍋爐進(jìn)行實(shí)爐工況測試并利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛灰含碳量與煤種和運(yùn)行參數(shù)關(guān)系的建模工作基礎(chǔ)上，結(jié)合遺傳算法這一全局尋優(yōu)技術(shù)，對(duì)鍋爐熱效率最優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)進(jìn)行了研究，并在現(xiàn)場得到應(yīng)用。2遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的鍋爐熱效率尋優(yōu)算法利用一個(gè)21個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，1個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，24個(gè)隱節(jié)點(diǎn)的BP網(wǎng)絡(luò)來模擬鍋爐飛灰含碳量與鍋爐運(yùn)行參數(shù)和燃用煤種之間的關(guān)系，獲得了良好的效果，并證明了采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)鍋爐這種黑箱對(duì)象建模的有效性1。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入采用鍋爐負(fù)荷、省煤器出口氧量、作者：周昊朱洪波曾庭華廖宏楷岑可法&

11、各二次風(fēng)擋板開度、燃盡風(fēng)擋板開度、燃料風(fēng)擋板開度、各磨煤機(jī)給煤量、爐膛與風(fēng)箱差壓、一次風(fēng)總風(fēng)壓、燃燒器擺角和煤種特性，除煤種特性這一不可調(diào)節(jié)因素外，基本上包括了運(yùn)行人員可以通過DCS進(jìn)行調(diào)整的所有影響鍋爐燃燒的所有參數(shù)。遺傳算法是受生物進(jìn)化學(xué)說和遺傳學(xué)說啟發(fā)而發(fā)展起來的基于適者生存思想的一種較通用的問題求解方法2,3,作為一種隨機(jī)優(yōu)化技術(shù)在解優(yōu)化難題中顯示了優(yōu)于傳統(tǒng)優(yōu)化算法的性能。遺傳算法目前在優(yōu)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，顯示了其在優(yōu)化方面的巨大能力3。遺傳算法的一個(gè)顯著優(yōu)勢是不需要目標(biāo)函數(shù)明確的數(shù)學(xué)方程和導(dǎo)數(shù)表達(dá)式，同時(shí)又是一種全局尋優(yōu)算法，不會(huì)象某些傳統(tǒng)算法易于陷入局部最優(yōu)解。遺傳算法尋優(yōu)的

12、效率較高，搜索速度快。根據(jù)鍋爐的反平衡計(jì)算公式，鍋爐熱效率刀可由下式求得：y=10O(q2+q3+q4+q5+q6)(%)(1)式中q2為排煙熱損失，q3為可燃?xì)怏w不完全燃燒熱損失，q4為固體不完全燃燒損失，q5為鍋爐散熱損失，q6為其他熱損失。根據(jù)遺傳算法的要求，確定鍋爐熱效率刀為遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，用式(1)計(jì)算。對(duì)t%300MW鍋爐，利用DCS與廠內(nèi)MIS網(wǎng)的接口按每6s下載各運(yùn)行參數(shù)，包括排煙氧量、排煙溫度、鍋爐負(fù)荷、各二次風(fēng)擋板開度、燃盡風(fēng)擋板開度、燃料風(fēng)擋板開度、各磨煤機(jī)給煤量、爐膛與風(fēng)箱差壓、一次風(fēng)總風(fēng)壓、燃燒器擺角等。鍋爐飛灰含碳量可由飛灰含碳量監(jiān)測儀在線監(jiān)測或人工取樣分析，燃

13、用煤種由人工輸入。這樣鍋爐的各項(xiàng)損失即可在線獲得，并進(jìn)而計(jì)算出各運(yùn)行工況下的鍋爐實(shí)時(shí)熱效率。將排煙氧量和煤種特性等影響鍋爐排煙熱損失q2的參數(shù)按熱效率計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)化為計(jì)算公式代入式(1),而影響q4的各參數(shù)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型代入式(1),其中爐渣含碳量對(duì)熱效率影響由人工測試后輸入。具體計(jì)算公式可參見鍋爐熱效率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。由以上步驟建立了鍋爐熱效率和鍋爐各運(yùn)行參數(shù)及煤種的函數(shù)關(guān)系，即鍋爐熱效率作為因變量，而鍋爐的各操作參數(shù)和煤質(zhì)特性作為自變量，這樣就可以利用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，獲得最佳的鍋爐運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)鍋爐熱效率的最大化?；痣姀S鍋爐運(yùn)行中，為考慮到習(xí)慣運(yùn)行方式和各種安全因素的影響，對(duì)各種可調(diào)因

14、素的選擇區(qū)域都有一定的范圍限制，尋優(yōu)范圍必須控制在這些范圍以內(nèi)，這些限制構(gòu)成了自變量的定義域。至此，完成了鍋爐熱效率最優(yōu)化燃燒的結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遺傳算法優(yōu)化過程，具體程序流程見圖1。W始/粗出怖學(xué)習(xí)出入忤小JJIt北川嶗卡用加法的HP。力力法小林網(wǎng)陸I一除一映|；,；I玻一運(yùn)售他國同期仲h網(wǎng)爆事Vit出處幅IIJI欣血加小圖1建模和優(yōu)化過程Fig.ThrIntiniK叩HmJ卻HemproetTWloriippIkalE瞰3燃煤鍋爐熱效率的優(yōu)化效果在電廠鍋爐運(yùn)行中，運(yùn)行人員調(diào)節(jié)最為頻繁的參數(shù)主要是各種配風(fēng)方式，包括各二次風(fēng)、燃盡風(fēng)、由送引風(fēng)機(jī)配合所確定的氧量等，其余影響鍋爐燃燒的因素，如負(fù)荷和煤

15、種，對(duì)于運(yùn)行人員而言在某一工況下是不可調(diào)節(jié)因素，燃燒器的擺角出于汽溫調(diào)節(jié)的需要，往往也不會(huì)對(duì)其調(diào)整以實(shí)現(xiàn)低的飛灰含碳量。作為示例，我們對(duì)影響燃燒的部分參數(shù)的尋優(yōu)過程進(jìn)行了模擬和驗(yàn)證。某個(gè)實(shí)際運(yùn)行工況如表1所示，除煤種特性為事先取樣分析人工輸入外，其余參數(shù)均由集散控制系統(tǒng)（DCS）下載。考慮對(duì)鍋爐的排煙氧量和各二次風(fēng)門開度及燃盡風(fēng)門開度進(jìn)行尋優(yōu)，其余參數(shù)維持該工況，利用軟件尋優(yōu)，遺傳算法選擇的參數(shù)種群規(guī)模為50,交換概率為0.8,突變概率為0.15,迭代次數(shù)500次，可調(diào)參數(shù)7個(gè)，計(jì)算獲得優(yōu)化后的各風(fēng)門開度、氧量及鍋爐效率和飛灰含碳量值，優(yōu)化后的各值如表2所示。圖2示出了不同迭代次數(shù)下的遺傳算法

16、計(jì)算得到的飛灰含碳量值和鍋爐熱效率，圖中曲線1表示鍋爐效率，曲線2表示省煤器后氧量，曲線3表示飛灰含碳量，可見遺傳算法的收斂速度很快。Tab.lft1某實(shí)際運(yùn)行工說ApradkMlaperatiancondilion*Q珞地亞鷹m。HC次KflJI泡U事CDDELbA17SifkcaEW41.7*網(wǎng)mion100lOtf36.5p士6527M«iog打mk悶融期d作r5Kinrs'iK.V/kPji何特?cái)Q性%，%小I?*jKiae陸rgiltt庾工ISIS13醵“082527，MHI川MiJI>15g.57mT謂口«2遺傳詰裝網(wǎng)的恒化我果Th*曜tlmkuHM

17、iKrullsbyud方81hegtnfiirjtunriihniI*ft"般AH,',肌CDf/用度5口FUFFf/iff?f審人后“QkC±J；"用七產(chǎn)5爐歿事FJJ工上網(wǎng)工i%fii代生他附驚牝站）m-|睥T0Z7期41電|(H1Tfl-IWw崎2總gj閭汨.65L231.0«J314：對(duì)圖2的尋優(yōu)過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)飛灰含碳量曲線具有震蕩，這是因?yàn)檠趿客瑫r(shí)影響到排煙熱損失和飛灰含碳量，優(yōu)化過程初期氧量較高，飛灰含碳量相應(yīng)可以搜索到較低值，但由于排煙熱損失比機(jī)械不完全燃燒損失數(shù)值更大，迫使優(yōu)化過程向氧量較低的方向?qū)?yōu)，而氧量較低又導(dǎo)致飛灰含碳

18、量有所增加，這種相互反作用的機(jī)理使飛灰含碳量曲線呈現(xiàn)震蕩性，這種震蕩性也是由遺傳算法的尋優(yōu)本質(zhì)所決定的。曲線2'廣工十一.“*。一-比五*“耳*VJ2-期域Jl>-»-J,1JHXI500JW5W迭代武大圉2遺傳算法的等優(yōu)過程FiR.2ThroptimlzionprtttvMoftheGA41圖3遇傳算法不同計(jì)算爨數(shù)比較F沽3Tht日心的:kintheresullswithvar沁ii、；AParmnHen*由于遺傳算法可以對(duì)多個(gè)自變量同時(shí)進(jìn)行尋優(yōu)，如果有需要，可以對(duì)任何需要的參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，甚至對(duì)所有影響因素進(jìn)行尋優(yōu)，在軟件編程上實(shí)現(xiàn)也很方便，這為遺傳算法在鍋爐優(yōu)化運(yùn)行

19、中的應(yīng)用提供了便利。對(duì)鍋爐在中等負(fù)荷下的熱效率優(yōu)化過程也進(jìn)行了試驗(yàn)，表3示出了某種中等負(fù)荷條件下鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況。表4為中等負(fù)荷下遺傳計(jì)算獲得的優(yōu)化結(jié)果。現(xiàn)場驗(yàn)證表明，按優(yōu)化結(jié)果推薦的配風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，工況調(diào)節(jié)后由DCS下載數(shù)據(jù)計(jì)算得到的鍋爐效率與優(yōu)化算法預(yù)測的鍋爐效率基本相當(dāng)。多個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明高負(fù)荷下的飛灰含碳量的預(yù)測和實(shí)測基本相當(dāng)，而中等負(fù)荷下的飛灰含碳量預(yù)測略有偏低，這可能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模時(shí)中等負(fù)荷下的樣本數(shù)量偏少有一定關(guān)系。但由于本文研究的鍋爐燃燒狀況較好，燃料的灰分低而且揮發(fā)分和熱值均較高，所以飛灰含碳量都較低，機(jī)械不完全燃燒損失也較小，對(duì)鍋爐熱效率的影響也較小。因此各工況下預(yù)報(bào)的鍋爐熱效率值與實(shí)測誤差很小，一般在0.2%以內(nèi)。身3某中驊負(fù)荷下的實(shí)際運(yùn)行工猊TmK3Aprirllc*dlnpeeliancondllionundvrmrdlvmInad次岐門"咫“呼ABHCCDDE£FP&機(jī)聯(lián)ATM州岫1ABCDE工俎7*TOTOTO707©W191,8190nvio燃"X場寫【4中rijijs