[发明专利]一种考虑锅炉碳燃尽程度的过量空气系数计算方法

说明书

本发明是一种考虑锅炉碳燃尽程度的过量空气系数计算方法,其特点是，包括锅炉不完全燃烧方程的确定环节和锅炉过量空气系数确定环节。在锅炉不完全燃烧方程的确定环节中通过燃料中碳的燃烧化学反应，推导得出考虑碳不完全燃烧程度的烟气成分不完全燃烧方程，在锅炉过量空气系数确定环节中依据过量空气系数的定义获得过量空气系数的计算方法，结合不完全燃烧方程进一步推导得到考虑碳不完全燃烧程度的过量空气系数计算方法。本发明既可用于过量空气系数的准确计算，可为锅炉内燃烧工况的在线监测提供了可能。解决了目前锅炉准确计算过量空气系数的技术难题。

技术领域

本发明涉及热力设备性能状态监测与诊断领域，是一种考虑锅炉碳燃尽程度的过量空气系数计算方法。

背景技术

电站锅炉运行过程中，燃料与空气在燃烧设备中很难混合得非常均匀，因此为使燃料燃尽，实际供给的空气量总要大于理论空气量。过量空气系数指1kg煤燃烧所需的实际空气量V_k和理论空气量V⁰之比，作为反映锅炉运行中送风量和燃料量配合情况的重要参数，对锅炉的燃烧状况和经济运行有很大影响。因此过量空气系数受到电厂运行人员的高度关注，通过烟气分析准确快速确定出过量空气系数，是保证锅炉安全经济运行控制的基础。目前，锅炉主要采用在尾部安装磁性氧量计或氧化锆氧量计来测量烟气中的含氧量。但现有的锅炉过量空气系数的确定方法并没有考虑未燃尽碳的影响，使得由传统过量空气系数计算方法确定的过量空气系数的数值偏大。不利于锅炉的精准燃烧调控。

因此，为有效提高电厂锅炉燃烧的控制水平，明确实际送入锅炉内的空气量。故有必要对传统的过量空气系数计算方法进行修正，对于电厂锅炉燃烧的精准控制和高效运行管理具有一定的工程实际意义。

发明内容：

针对目前电厂过量空气系数难以准确计算的问题，本发明基于煤质质量守恒和燃烧化学反应原理，并结合碳燃尽系数的概念，提出一种考虑锅炉碳燃尽程度的过量空气系数计算方法。

本发明采用的技术方案是：一种考虑锅炉碳燃尽程度的过量空气系数计算方法，其特征在于，它包括:

(a)锅炉不完全燃烧方程的确定环节

当锅炉燃料不完全燃烧时，烟气的成分除了CO₂、SO₂、O₂、N₂、NO_x和H₂O外，还有不完全燃烧产物CO、H₂和C_mH_n等。其中H₂和C_mH_n数量较少，一般在工程计算中忽略不计。因此，当燃料不完全燃烧时，可以认为烟气中的不完全燃烧气体仅有CO。此时不完全燃烧的干烟气的容积可表示为

式中：V_gy为单位质量燃料燃烧产生的干烟气体积，m³/kg；为单位质量燃料产生的二氧化碳的体积，m³/kg；为单位质量燃料产生的二氧化硫的体积，m³/kg；V_CO为单位质量燃料产生的一氧化碳的体积，m³/kg；V_NO为单位质量燃料产生的一氧化氮的体积，m³/kg；

为单位质量燃料产生的氮气的体积，m³/kg；为单位质量燃料产生的氧气的体积，m³/kg。

方程(1)可进一步表示为

其中，

烟气中的氮气主要来源于2部分：1)燃料中的氮元素形成的氮气容积；2)随送入锅炉的实际空气量中所含的氮气容积。此外，应考虑氮气在锅炉中形成NO_x所消耗掉的氮气，即在锅炉内发生如下的化学反应。