中国电机工程学报用模糊数学方法对电厂锅炉结渣特性的研究张忠孝（上海理工大学动力学院，上海200093）性的研究成果。它是由煤质特性的4个指数、局部过量空气系数、炉膛实际切圆直径、炉内燃烧平均温度， 7个变、ats）组成一个集合，结渣情况按严重、中等、轻微3个等级并组成一个评价集合，在此基础上建立了模糊数学预报模型。对22台200 MW、300 MW机组锅炉结渣程度的预报准确性达到了86 .

　　1引言锅炉辐射受热面结渣是指水冷壁，高温屏式过热器管子上粘敷着大量熔融状态的灰渣，它使锅炉传热不良，燃烧工况恶化，严重时大块焦渣同时落下砸坏冷灰斗被迫停炉甚至可能造成人身伤亡。锅炉辐射受热面结渣因素很多。首先是煤特性，在过去，一般地认为灰熔点t 1 350℃煤种容易结渣。

　　在设计上一般可用液态排渣方式，若用固态排渣，则必须选用较低的炉膛容积热负荷和断面热负荷，炉膛出口温度要低于灰渣初始变形温度50～100℃）来保证灰渣不在过热器上结渣。事实上，靠灰熔点来设计锅炉仍然会发生结渣现象。美国EPRI对130台300 MW以上容量锅炉调研结果表明：灰熔点型和灰成份型的结渣指数预报锅炉结渣性能只有60 的可信度。我们曾用国际上通常使用的结渣指数对24个电厂的50多台锅炉的灰熔点型结渣指数和灰成份型结渣指数与现场的实际情况做对照研究，其结果：灰熔点型结渣指数只有50 ～60 的分辨率，而灰成份型结渣指数只有20 ～40 的分辨率。显然，继续沿用这些结渣指数指导锅炉的设计和运行是十分危险的。由此我们引入了最优分割数学模型对各种结渣指数进行了研究，给出了最优分割结渣指数，使其分辨率达到了65 ～70 西安热工研究院又把锅炉的容积热负荷和断面热负荷同结渣指数联系，用多元回归方程来计算极限容积热负荷和断面热负荷。尽管如此，人们还是无法把锅炉的运行因素考虑到锅炉结渣预报之中。随着现代数学的迅速发展，特别是模糊数学的发展，为本项研究提供了新的方法。本文介绍应用模糊数学方法研究煤质特性、热力参数、运行参数和锅炉结渣的相关性，建立了新的预报模型。

　　2煤粉锅炉结渣模糊数学预报模型煤粉锅炉结渣是一个非常模糊的概念。所谓严重、中等、轻微等级结渣是一个没有严格定义的判断，只是一种经验，是感性认识的结果。本文提出的结渣模糊数学预报模型，主要思路如下：煤粉炉结渣主要受4方面因素影响：煤质特性、锅炉的燃烧温度、流场、局部气氛。其中，煤质特性包括软化温度）、碱酸比（J）、硅铝比（SiO个变量的定义如下：为煤灰熔点，℃为煤灰中二氧化硅和三氧化二铝百分含量比（5）燃烧温度采用炉膛平均温度式中B为煤耗量，t/h Q为煤的低位热值，kcal/kg a ，b为炉膛深和宽，m η为次风层数C为一次风间距，m ζ为卫燃带修正系数。

　　将t除以软化温度t进行无因次化（6）流场的因素，采用实际切园直径（d）与当量直径的比值的锅炉无因次切园直径来确定，其定义为：式中d为实际切园直径D为当量直径（ ab）。

　　（7）局部气氛条件由局部空气过剩系数ats来确定。

　　因此我们确定了与锅炉结渣有关的7个因素集合每个因素数值大小对所预报结渣倾向程度列于表1.

　　项目严重中等轻微软化温度t碱酸比J硅铭比SiO燃烧温度t流场因素D局部空气过剩系数ats结渣情况所分的严重、中等、轻微组成一个评价集合V =严重，中等，轻微由式（8）和式（9）组成一个模糊子集R ：式（10）中7个指标分别按其判别界限，对其属于严重、中等、轻微结渣求出隶属度，隶属度按表2计算。对于7个指标按其置信度进行归一化处理得出各因素的权重A ，按t ats顺序计算。

　　式（10）与式（11）相乘得到模糊综合评判集B集合B中的任一元素b的计算是利用加权平均的办法，按照各因素在总评定过程中所起作用大小均衡，同时考虑了所有因素的影响。

　　式（15）计算出的b是综合了煤质特性、炉内燃烧平均温度、炉膛实际切圆直径、局部过量空气系数4个因素，7个变量（t的新的判别指标。根据b的最大隶属原则，若b最大，则判为轻微， b最大为中等， b最大为严重若3，且均大于b 2，则判为中等若b则判为中偏轻若b 3，则也判为中偏轻同样，若b与b接近且远大于b 1，则可以判为中偏重。

　　3采用电厂锅炉结渣模糊数学预报模型对实际大容量锅炉的计算结果和讨论中国电能以煤电为主。各煤种比例为：无烟煤、贫力用煤从无烟煤到褐煤都有较大的比例。随着机组向大容量高参数发展，锅炉炉膛燃烧温度越来越高，炉内结渣已成为锅炉安全运行的大问题。结渣主要决定于煤灰特性、炉内灰渣所处的环境气氛、温度和空气动力场。一般低灰熔点煤易结渣，在设计中应该选择较低的炉膛断面热负荷和容积热负荷，较高的一次风速和二次风速使气流不刷墙，适当减少卫燃带面积。据不完全统计，当前运行和在建的大机组用煤50 以上属于易结渣煤，而且我国煤炭开采趋势已经转向晋北、神府、东胜、灵武、哈密等煤田，这些煤都具有很低的熔点和很强的结渣性，进一步增加易结渣煤种在电厂上的使用份额，使结渣这一煤粉燃烧中的难题更加突出。继续沿用前人的只从煤灰特性指导锅炉设计和运行显然是不行的。本项研究充分考虑了煤特性、炉内流场、炉内温度水平、局部气氛条件，在充分调研和听取锅炉制造、使用部门专家们的意见基础上确定了各项指标的权值和隶属度见式（13）。

　　权值主要是按7个因素均等的原则，影响大的因素取值高，影响小的因素取值低。最终由程序调整的结果确定。

　　隶属度按归一化处理，任何一项指标都有3种隶属性（1 ，0 .5，0），其隶属度。表2中列出了和J的取值办法，其它参数类推。

　　在国家科技部、国家机械局、国家电力局的大力指标指标范围隶属度支持下，九五清洁燃烧科技攻关课题组对国内大容量机组锅炉进行了调研，按着全年发生结渣的频繁和严重程度来确定结渣等级。22台电厂锅炉采用模糊数学模型理论计算和实际的结渣结果，其中有3台锅炉判别结果与实际不符外， 19台锅炉预报结果和实际相一致。其准确度达到了86 .36 .电厂锅炉的实际结渣程度和等级是按由八五国家科技攻关组对22个电厂实际调查结果判定。而3台锅炉计算和实际不符的主要原因是该电厂燃用煤质太杂，调查组采取的样品代表性不强造成的。

　　4结论（1）电厂锅炉结渣问题是一个十分复杂的模糊问题，采用精确的集合论来解决这种模糊问题是不可行的，模糊数学理论和方法为解决结渣问题提供了有利的数学工具。

　　（2）用模糊数学方法将与结渣有关的4个因素，7个变量（t、ats）组成一个集合，结渣情况分严重、中等、轻微组成一个评价集合。2个集合相乘组成一个模糊子集R ，给出结渣状况的隶属度，以此建立起电厂锅炉结渣性能模糊数学计算模型。

　　（3）利用电厂锅炉结渣性能模糊数学计算模型，对我国22台大容量机组锅炉的结渣状况进行了计算，其预报准确性在86 .36 ，可以用于大容量锅炉的设计和运行。

　　孙亦录，张时力，楚仲研。煤灰结渣特性综合判别模型工程应路丕思，张国军。煤粉锅炉炉膛平均温度研究，哈尔滨电站设备成套设计研究所科研报告[ R] ， 1995.

　　张忠孝。煤特性锅炉设计相关性研究[ R] .哈尔滨电站设备成套设计研究所研究报告。1995，12.

　　张忠孝（1959），男，工学博士，教授，研究方向为煤清洁燃烧技术及应用。

(完)