中國電機工程學報用模糊數學方法對電廠鍋爐結渣特性的研究張忠孝（上海理工大學動力學院，上海200093）性的研究成果。它是由煤質特性的4個指數、局部過量空氣系數、爐膛實際切圓直徑、爐內燃燒平均溫度， 7個變、ats）組成一個集合，結渣情況按嚴重、中等、輕微3個等級并組成一個評價集合，在此基礎上建立了模糊數學預報模型。對22臺200 MW、300 MW機組鍋爐結渣程度的預報準確性達到了86 .

　　1引言鍋爐輻射受熱面結渣是指水冷壁，高溫屏式過熱器管子上粘敷著大量熔融狀態(tài)的灰渣，它使鍋爐傳熱不良，燃燒工況惡化，嚴重時大塊焦渣同時落下砸壞冷灰斗被迫停爐甚至可能造成人身傷亡。鍋爐輻射受熱面結渣因素很多。首先是煤特性，在過去，一般地認為灰熔點t 1 350℃煤種容易結渣。

　　在設計上一般可用液態(tài)排渣方式，若用固態(tài)排渣，則必須選用較低的爐膛容積熱負荷和斷面熱負荷，爐膛出口溫度要低于灰渣初始變形溫度50～100℃）來保證灰渣不在過熱器上結渣。事實上，靠灰熔點來設計鍋爐仍然會發(fā)生結渣現象。美國EPRI對130臺300 MW以上容量鍋爐調研結果表明：灰熔點型和灰成份型的結渣指數預報鍋爐結渣性能只有60 的可信度。我們曾用國際上通常使用的結渣指數對24個電廠的50多臺鍋爐的灰熔點型結渣指數和灰成份型結渣指數與現場的實際情況做對照研究，其結果：灰熔點型結渣指數只有50 ～60 的分辨率，而灰成份型結渣指數只有20 ～40 的分辨率。顯然，繼續(xù)沿用這些結渣指數指導鍋爐的設計和運行是十分危險的。由此我們引入了最優(yōu)分割數學模型對各種結渣指數進行了研究，給出了最優(yōu)分割結渣指數，使其分辨率達到了65 ～70 西安熱工研究院又把鍋爐的容積熱負荷和斷面熱負荷同結渣指數聯系，用多元回歸方程來計算極限容積熱負荷和斷面熱負荷。盡管如此，人們還是無法把鍋爐的運行因素考慮到鍋爐結渣預報之中。隨著現代數學的迅速發(fā)展，特別是模糊數學的發(fā)展，為本項研究提供了新的方法。本文介紹應用模糊數學方法研究煤質特性、熱力參數、運行參數和鍋爐結渣的相關性，建立了新的預報模型。

　　2煤粉鍋爐結渣模糊數學預報模型煤粉鍋爐結渣是一個非常模糊的概念。所謂嚴重、中等、輕微等級結渣是一個沒有嚴格定義的判斷，只是一種經驗，是感性認識的結果。本文提出的結渣模糊數學預報模型，主要思路如下：煤粉爐結渣主要受4方面因素影響：煤質特性、鍋爐的燃燒溫度、流場、局部氣氛。其中，煤質特性包括軟化溫度）、堿酸比（J）、硅鋁比（SiO個變量的定義如下：為煤灰熔點，℃為煤灰中二氧化硅和三氧化二鋁百分含量比（5）燃燒溫度采用爐膛平均溫度式中B為煤耗量，t/h Q為煤的低位熱值，kcal/kg a ，b為爐膛深和寬，m η為次風層數C為一次風間距，m ζ為衛(wèi)燃帶修正系數。

　　將t除以軟化溫度t進行無因次化（6）流場的因素，采用實際切園直徑（d）與當量直徑的比值的鍋爐無因次切園直徑來確定，其定義為：式中d為實際切園直徑D為當量直徑（ ab）。

　　（7）局部氣氛條件由局部空氣過剩系數ats來確定。

　　因此我們確定了與鍋爐結渣有關的7個因素集合每個因素數值大小對所預報結渣傾向程度列于表1.

　　項目嚴重中等輕微軟化溫度t堿酸比J硅銘比SiO燃燒溫度t流場因素D局部空氣過剩系數ats結渣情況所分的嚴重、中等、輕微組成一個評價集合V =嚴重，中等，輕微由式（8）和式（9）組成一個模糊子集R ：式（10）中7個指標分別按其判別界限，對其屬于嚴重、中等、輕微結渣求出隸屬度，隸屬度按表2計算。對于7個指標按其置信度進行歸一化處理得出各因素的權重A ，按t ats順序計算。

　　式（10）與式（11）相乘得到模糊綜合評判集B集合B中的任一元素b的計算是利用加權平均的辦法，按照各因素在總評定過程中所起作用大小均衡，同時考慮了所有因素的影響。

　　式（15）計算出的b是綜合了煤質特性、爐內燃燒平均溫度、爐膛實際切圓直徑、局部過量空氣系數4個因素，7個變量（t的新的判別指標。根據b的最大隸屬原則，若b最大，則判為輕微， b最大為中等， b最大為嚴重若3，且均大于b 2，則判為中等若b則判為中偏輕若b 3，則也判為中偏輕同樣，若b與b接近且遠大于b 1，則可以判為中偏重。

　　3采用電廠鍋爐結渣模糊數學預報模型對實際大容量鍋爐的計算結果和討論中國電能以煤電為主。各煤種比例為：無煙煤、貧力用煤從無煙煤到褐煤都有較大的比例。隨著機組向大容量高參數發(fā)展，鍋爐爐膛燃燒溫度越來越高，爐內結渣已成為鍋爐安全運行的大問題。結渣主要決定于煤灰特性、爐內灰渣所處的環(huán)境氣氛、溫度和空氣動力場。一般低灰熔點煤易結渣，在設計中應該選擇較低的爐膛斷面熱負荷和容積熱負荷，較高的一次風速和二次風速使氣流不刷墻，適當減少衛(wèi)燃帶面積。據不完全統(tǒng)計，當前運行和在建的大機組用煤50 以上屬于易結渣煤，而且我國煤炭開采趨勢已經轉向晉北、神府、東勝、靈武、哈密等煤田，這些煤都具有很低的熔點和很強的結渣性，進一步增加易結渣煤種在電廠上的使用份額，使結渣這一煤粉燃燒中的難題更加突出。繼續(xù)沿用前人的只從煤灰特性指導鍋爐設計和運行顯然是不行的。本項研究充分考慮了煤特性、爐內流場、爐內溫度水平、局部氣氛條件，在充分調研和聽取鍋爐制造、使用部門專家們的意見基礎上確定了各項指標的權值和隸屬度見式（13）。

　　權值主要是按7個因素均等的原則，影響大的因素取值高，影響小的因素取值低。最終由程序調整的結果確定。

　　隸屬度按歸一化處理，任何一項指標都有3種隸屬性（1 ，0 .5，0），其隸屬度。表2中列出了和J的取值辦法，其它參數類推。

　　在國家科技部、國家機械局、國家電力局的大力指標指標范圍隸屬度支持下，九五清潔燃燒科技攻關課題組對國內大容量機組鍋爐進行了調研，按著全年發(fā)生結渣的頻繁和嚴重程度來確定結渣等級。22臺電廠鍋爐采用模糊數學模型理論計算和實際的結渣結果，其中有3臺鍋爐判別結果與實際不符外， 19臺鍋爐預報結果和實際相一致。其準確度達到了86 .36 .電廠鍋爐的實際結渣程度和等級是按由八五國家科技攻關組對22個電廠實際調查結果判定。而3臺鍋爐計算和實際不符的主要原因是該電廠燃用煤質太雜，調查組采取的樣品代表性不強造成的。

　　4結論（1）電廠鍋爐結渣問題是一個十分復雜的模糊問題，采用精確的集合論來解決這種模糊問題是不可行的，模糊數學理論和方法為解決結渣問題提供了有利的數學工具。

　　（2）用模糊數學方法將與結渣有關的4個因素，7個變量（t、ats）組成一個集合，結渣情況分嚴重、中等、輕微組成一個評價集合。2個集合相乘組成一個模糊子集R ，給出結渣狀況的隸屬度，以此建立起電廠鍋爐結渣性能模糊數學計算模型。

　　（3）利用電廠鍋爐結渣性能模糊數學計算模型，對我國22臺大容量機組鍋爐的結渣狀況進行了計算，其預報準確性在86 .36 ，可以用于大容量鍋爐的設計和運行。

　　孫亦錄，張時力，楚仲研。煤灰結渣特性綜合判別模型工程應路丕思，張國軍。煤粉鍋爐爐膛平均溫度研究，哈爾濱電站設備成套設計研究所科研報告[ R] ， 1995.

　　張忠孝。煤特性鍋爐設計相關性研究[ R] .哈爾濱電站設備成套設計研究所研究報告。1995，12.

　　張忠孝（1959），男，工學博士，教授，研究方向為煤清潔燃燒技術及應用。

(完)