中圖分類號：TK229.6
文獻標識碼：A
文章編號：1001－2060（2000）03－0294-04
Optimization Study of Steam Accumulator Volume
Cao Jiacong Zhong Wei
（China National Textile University, Shanghai, China, Post Code 200051）
An algorithm model was set up for minimizing the essential heat storage of a steam accumulator with a computer program being applied to a specific example to illustrate this approach. The results of computation indicate that with the help of the above-mentioned program one can determine a minimal heat storage capacity required, which is considerably less than that obtainable by a manual calculation. This makes it possible to attain a minimized heat storage capacity required of an accumulator, creating the necessary conditions for the optimization of a steam accumulator design. Key words: industrial boiler, steam accumulator, heat storage capacity, volume, optimization, computer program
1 前言
工業鍋爐耗用煤炭佔全國煤產量的三分之一強，其熱能效率的高低對我國能源利用率或單位能耗的高低起著舉足輕重的影響，而且對環境的污染也有相當大的影響。就全國而言，我國工業鍋爐的實際運行平均熱效率長期徘徊在60%左右的水平，普遍比鍋爐產品鑒定效率低10%左右，全國工業鍋爐每年因此多耗煤七千萬噸以上［1，2］。多年來，鍋爐製造行業及使用單位為此從鍋爐房主輔機的角度作了許多改進和革新，提高了鍋爐的熱平衡試驗效率。然而這些技術進步，並未從根本上改善工業鍋爐實際運行時的平均熱效率。可見工業鍋爐的運行情況是造成實際運行效率遠低於熱平衡效率的根本原因。
大多數工業鍋爐實際運行時負荷的波動很大。在我國99%以上燃煤工業鍋爐是層燃爐，其動態特性有很大的時滯，當負荷擾動時，現有的熱工調節系統仍難免一段時間內燃燒工況的惡化，各受熱面的傳熱工況也會受到干擾。當負荷擾動較頻繁，幅度較大時，鍋爐熱效率會出現較大的下降。圖1為一燃氣鍋爐的負荷擾動(零到運行負荷之間)頻率和負荷水平對其熱效率的影響［3］。可見頻率越高效率就越低。只有當負荷擾動周期長達2～4小時時，在高負荷區的熱效率與穩定負荷下的熱效率(熱平衡試驗效率)接近。負荷擾動幅度對鍋爐熱效率的影響可從圖2看出。可見幅度越大，熱效率越低［4］。鍋爐容量越大以上現象越嚴重。
圖1 鍋爐負荷波動與熱效率的關係
適當設計的蒸汽蓄熱器系統能濾掉供熱系統負荷的波動，使鍋爐的蒸汽出力和壓力保持不變，從而保證了鍋爐外部理想的運行條件，使其熱效率趨近熱平衡試驗效率，為大大提高我國工業鍋爐實際運行熱效率提供了可能。因此，蒸汽蓄熱器在1983年10月的第三次全國節能技術情報交流會上被列為值得推廣的十項節能技術之一；1987年國家經委計委進一步將該項目列為推廣的通用節能技術。然而十多年後，此項技術並未得到令人滿意的推廣。事實表明，相對大的初投資以及要求較大的場地是影響蒸汽蓄熱器順利推廣的主要的客觀原因之一。由於蒸汽蓄熱器工程的初投資直接取決於蓄熱器本體的價格，若能夠在保證蓄熱器的技術與熱工性能要求的條件下，令其容積最小化，就能儘可能減少投資，促進蒸汽蓄熱器的順利推廣。
圖2 鍋爐負荷擾動幅度對熱效率的影響
2 蓄熱器容積的優化
2.1 確定蓄熱器容積的基本方法
設在所考慮的鍋爐房熱負荷周期內，熱負荷為q(t)，平均負荷為Qav。則平均負荷相對於熱負荷的盈虧為ΔQ=Qav－q(t)，於是積分曲線
就代表了從規定的起始時刻起到時刻t為止累計的蓄熱器應當蓄存或放出的蓄熱量。Q(t)在整個負荷周期內的最大值與最小值之差即為所求的必需蓄熱量。由此可很容易算得蓄熱器的理論容積和實際容積。
眾所周知，當適當地將熱負荷周期加以分段後分別應用式(1)，在整個熱負荷周期內可將必需蓄熱量顯著降低，從而可大大減少相應的必需容積［4］。問題是在保證鍋爐房熱效率基本上為最高的前提下，這個必需蓄熱量應是最小的。
2.2 蓄熱器必需蓄熱量優化的計算機程序
考慮工業鍋爐房的日負荷曲線，其周期長度為24小時。將負荷曲線等時間
