第30卷第8期2009年8月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.8
Aug. 2009
确定最佳过量空气系数的新方法
高丽霞1，袁隆基1，周泽妮2，李
聪
1
（1. 中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221008；2. 贵州省煤田地质局113队，贵阳550023）
摘要：通过分析过量空气系数α与排烟热损失、化学不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧
热损失的关系，指出了α对锅炉燃烧效率的的重要性，并推导出锅炉运行时最佳过量空气系数αzj 的计算公式。
关键词：锅炉；过量空气系数；热损失；节能中图分类号：TK22
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2009）08－0031－03
New Way to Ascertain Optimal Excess Air Coefficient
GAO Li -xia 1, YUAN Long -ji 1, ZHOU Ze -ni 2，LI Cong 1
(1. Electromechanical Engineering College, China Mining and Technology University ，Xuzhou 221008，China ；
2Guizhou Bureau of Coal Geology 113，Guiyang 550023，C hina)
Abstract:By the theoretical analysis of the relation between excess air coefficient αand heat loss of exit gas, heat loss of mechanism inadequacy burning, heat loss of the inadequacy burning for chemistry. T hat αhas great influence on boiler combustion efficiency was found out, and concludes a new way to ascertain the optima excess air coefficient during the operation of boiler. Key words:boiler ；excess air coefficient ；heat loss ；energy-saving 0
引言
锅炉是工矿企业大量使用的一种主要动力设备。但是目前大部分在用锅炉的热效率最高也只能达到设计效率的80%左右，影响锅炉热效率的因素很多，有设备本身的问题，也有操作人员素质问题，还有运行过程中工况变化的问题。其中运行过程中的燃烧效率对锅炉的热效率的影响是不可忽视的，
而影响燃烧效率最主要的因素是过量空气系数α。
α的确定主要取决于锅炉燃烧的经济性，α过
大会增加排烟热损失q 2，过小则会增加气体不完全燃烧热损失q 3和固体不完全燃烧热损失q 4。所以需要确定一个最佳α使得q 2+q 3+q 4的和最小。而现在大多电厂锅炉是根据经验确定最佳α，由于锅炉运行工况是不断变化的，因此仅仅靠经验判断准确度写的通用程序可以解决参数函数按给定的公差求解节点，使得连续的逼近线段都有给定的δy ，程序小，计算速度快，通用性强。为复杂曲线的数控编程和CAD 系统提供参考，跨分段点处理方法值得自由曲线的等误差直线逼近参考。
参考文献：
［1］任玉田，焦振学，王宏甫. 机床计算机数控技术［M ］. 北京：北京理
工大学出版社，1996.
［2］吴祖育，秦鹏飞. 数控机床[M].上海：上海科学技术出版社，1999. ［3］李丽，王振领. MAT LAB 工程计算及应用［M ］. 北京：人民邮电
，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，
开始
输入数据，计算拐点优化拐点为分段点
写终点结束
否
循环取分段点有吗？是计算t t 有吗？
否
保存参数
是是
计算t i 有吗？
否
出版社，2003.
［4］黄标. 非圆曲线的等误差圆弧逼近法［J ］. 机械工艺师，1999(3):
图4程序流程框图
13~14.
［5］郭培全，钟康民，滕皓. 基于最少节点的凸轮曲线拟合方法[J].西
北轻工业学院学报，1998（3）：80-83.
［6］乐英，韩庆瑶，王璋奇. NURBS 曲线数控加工中的一种逼近方法
［J ］. 机床与液压，2007（1）：63-64.
作者简介：丁克会（1967-），江苏姜堰人，大学本科，高级实验师，从事CAD/CAM的实验教学与研究，电子信箱：[email protected].
收稿日期：2009－02－16
4结语
光滑函数曲线的最佳直线逼近涉及段内最佳
逼近和分段间过渡最佳逼近，本文着重分析了用曲线的拐点做分段点时，在处理分段过渡最佳逼近时的难度，提出用优化交点替代拐点分段曲线，减少了程序的循环判断嵌套，保证了程序的可靠性。编
Vol. 30No. 8
是比较差的。
确定最佳过量空气系数的新方法———高丽霞，等第30卷第8期
是锅炉运行中的最佳过量空气系数α，它们的关系如图1所示。
1最佳过量空气系数的确定
在锅炉的实际运行中，为了保证进入锅炉的燃
料能够尽可能地完全燃烧，其空气供给量V k 必须比
q %
q 2+q 3+q 4
q 2
q 3
αzj
理论计算空气供给量V 0多一些，称实际空气量V k 与理论空气量的比值为过量空气系数
α＝V k 0
1.1
过量空气系数与热损失的关系（1）α与排烟热损失q 2的关系根据经验公式有
图1
q 4α
α与各热损失关系示意图
实际运行中，α越趋近于αzj ，锅炉的热效率越
（1）
高，所以α是锅炉运行的一个重要经济指标。在现场中，把αzj 作为标准值，以检测烟气中氧的含量来监测α，使之与标准值比较，检查送风量是否合理。而αzj 根据试验和经验值确定，由于α随工况的变化而变，所以αzj 也是处于不断变化的，仅仅靠经验值，误差会很大，对锅炉的热效率的影响也是不容忽视的。所以如果可以根据负荷和煤种的变化及时得出该负荷该煤种下的αzj 来修正经验值，就可以大大降
（2）
低上述误差。由式（1）、式（2）和式（3）得
q 2=(0.5+3.5α)(t py -t k )
式中
——排烟空气温度，℃；t py —
——冷空气温度，℃。t k —
排烟热损失q 2是锅炉热损失中最大的一项。在运行中，要尽可能地在保证完全燃烧的条件下降低
q 2，来提高锅炉的燃烧效率，从式(1)可以看出降低α
就可以降低q 2。
（2）α与化学不完全燃烧损失q 3的关系
q 3＝3.2αCO%
又式中
CO ＝21-(1+β) R O 2-O 2
——燃料特性系数，与燃料种类有关；β—
——烟气中S O 2和C O 2的含量；R O 2—
化学不完全燃烧损失q 3较其他热损失小，但是
q 2+q 3+q 4＝
×｛ α2-1.75(t py -t k )+1.6CO%
0.5α+3.5
｝α+ 12.5(t py -t k )+12.2CO%-300 1.75(t py -t k )+300
所以（q 2+q 3+q 4）′＝1×
4
00 α- 12.5(t py -t k )+12.2CO%-300 3.5(t py -t k )+1.6CO%
当
（q 2+q 3+q 4）′＝0，则
对热效率也是有一定影响的，从式（2）可看出q 3与
α和C O％乘积成线性关系。而在正常运行的情况
下，若燃料不发生变化，C O％的量是很小的，基本认为不变，故而可认为q 3与α也成线性关系。
（3）α和固体不完全燃烧损失q 4的关系根据经验公式
是αzj 。
α＝12.5(t -t )+12.2CO%-300
py k （4）
此时q 2+q 3+q 4达到极小值，那么式（4）所求出的α就
q 4=100-
100q
/(0.5α+3.5)
py
k
在计算过程中，因为α≥1, 把
（3）
1中的α＝1，
一方面可以简化计算，另外一方面使分母最小，这样求出的最小值更具可信度。
锅炉运行中，冷空气温度t k 一般是固定的，所以只需知道排烟温度t py 和烟气中CO 2、SO 2和O 2的含量，就可计算出此时所需的αzj 。
从式(3)可以看出，q 4的大小不仅和α有关，而且还和q 2有关，当α增加时，分母变大，同时q 2也变大，分子减小，q 4减小，这是由于空气供给量充足，燃料能充分燃烧。但当α过大时，q 4会增加，这是因为α过大，容易造成炉膛温度降低，辐射换热量减小，最终排烟温度t py 增加，所以造成q 4的增加。
2结语
合理选用控制过量空气系数对提高燃烧效率，
节能降耗，减低排放污染，保证设备安全具有重要
最佳过量空气系数
从式（1）、式（2）和式（3）中可以看出α与反平衡
意义。根据上述确定αzj 的方法，和锅炉控制系统结合，可以在线求出当前工况的αzj ，以此来修正经验值，指导风量调节，降低由于经验值的不足产生的误差对锅炉热效率的影响。
1.2
热效率η的关系。由于q 2+q 3+q 4之和占全部热损失的80%左右，因此可以认为：当q 2+q 3+q 4最小时，即
第30卷第8期2009年8月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.8
Aug. 2009
基于Pro/E的凸轮参数化设计
黄永玉，张建育（青海大学，西宁810016）
摘要：根据凸轮的运动规律，结合实际廓线参数方程，在Pro/E中设计出相应的各段轮廓曲
线，进而创建出实体，克服了作图法精度不高的弊端，提高了设计效率，并且可将该方法推广到任意运动规律的凸轮设计当中。
关键词：Pro/E；凸轮；参数化；实际廓线中图分类号：T H132.47
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2009）08－0033－03
Parametric Design of Cam Based on Pro/E
HUANG Yong -yu, ZHANG Jian -yu (QinghaiUniversity, Xining 810016，China)
Abstract:The theory of the cam motion is analysed, creates a profile curve for a solid model of cam in Pro/Eaccording to its parameter equation of real outline curve. The method overcomes the disadvantages of low precision of drawing, improves design efficiency, furthermore.The method can be adopted for any movement principal cam design.
Key words:Pro/E；cam ；parametric ；real outline curve 0
前言
Y
Pro/E是美国参数化公司著名的3D CAD/CAM
系统标准软件，广泛用于机械、模具、汽车、家电等行业，其最大的特点是所有设计的尺寸（参数）都存在数据库中，当某一尺寸改变后，相应的三维模型、二维工程图、组建及模具等都随尺寸发生了改变，实现了参数化驱动。本文以平底从动件盘形凸轮为例，介绍了利用解析法结合Pro/E强大的三维造型功能设计凸轮轮廓的方法，该法简便快捷，无需用户编写计算程序，可以高效率地设计出高精度的凸轮轮廓曲线。
图1
直动平底从动件盘形凸轮机构
X
图1为直运平底从动件盘形凸轮机构，基圆半径为r 0，从动件运动规律为s =s （φ），则过点B 的直线族方程为
（2）f (X , Y , φ)=Y sin φ+X cos φ-(r 0+s )=0
坠f (X , Y , φ)=Y cos φ-X sin φ-d s =0则（3）联立式（1）～式（3），可得该凸轮的实际廓线方程为
X ＝（r 0+s )cos φ-sin φ
d φ
（4）
d s Y ＝（r 0+s )sin φ+cos φ2根据运动规律设计凸轮
（1）凸轮实际廓线的设计
" $$$$$#$$$$$%
1平底从动件盘形凸轮的实际廓线参数方程平底从动件的实际轮廓是反转后一系列平底所
构成的直线族的包络线。以凸轮转角φ为参数的直线族包络线方程为
坠f (X , Y , φ)=0点的坐标值。
参考文献：
其中f (X , Y , φ) ＝0是直线族的方程，X 、Y 是包络线上
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
［4］叶江明. 电厂锅炉原理及设备［M ］. 北京：中国电力出版社,2004. ［5］高峰. 锅炉热经济性燃烧调整分析［J ］. 锅炉技术，2007，38(4):
［1］施益昌. 通过控制过量空气系数提高注汽锅炉热效率［J ］. 管道
技术及设备，2004（1）.
［2］韩秀丽. 空气过剩系数对锅炉热效率的影响［J ］. 陕西工学院学
报，2002，18(4).
［3］刘立群. 锅炉分层燃烧装置在链条炉上的应用［J ］. 煤矿机械,
2003(3)：70-71.
&
f (X , Y , φ)=0
（1）
43-46.
作者简介：高丽霞（1983-），女，陕西定边人，中国矿业大学（徐州）机电工程学院2007级在读硕士研究生，研究方向：流体机械及工程，电子信箱：[email protected].
收稿日期：2008－11－04
第30卷第8期2009年8月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.8
Aug. 2009
确定最佳过量空气系数的新方法
高丽霞1，袁隆基1，周泽妮2，李
聪
1
（1. 中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221008；2. 贵州省煤田地质局113队，贵阳550023）
摘要：通过分析过量空气系数α与排烟热损失、化学不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧
热损失的关系，指出了α对锅炉燃烧效率的的重要性，并推导出锅炉运行时最佳过量空气系数αzj 的计算公式。
关键词：锅炉；过量空气系数；热损失；节能中图分类号：TK22
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2009）08－0031－03
New Way to Ascertain Optimal Excess Air Coefficient
GAO Li -xia 1, YUAN Long -ji 1, ZHOU Ze -ni 2，LI Cong 1
(1. Electromechanical Engineering College, China Mining and Technology University ，Xuzhou 221008，China ；
2Guizhou Bureau of Coal Geology 113，Guiyang 550023，C hina)
Abstract:By the theoretical analysis of the relation between excess air coefficient αand heat loss of exit gas, heat loss of mechanism inadequacy burning, heat loss of the inadequacy burning for chemistry. T hat αhas great influence on boiler combustion efficiency was found out, and concludes a new way to ascertain the optima excess air coefficient during the operation of boiler. Key words:boiler ；excess air coefficient ；heat loss ；energy-saving 0
引言
锅炉是工矿企业大量使用的一种主要动力设备。但是目前大部分在用锅炉的热效率最高也只能达到设计效率的80%左右，影响锅炉热效率的因素很多，有设备本身的问题，也有操作人员素质问题，还有运行过程中工况变化的问题。其中运行过程中的燃烧效率对锅炉的热效率的影响是不可忽视的，
而影响燃烧效率最主要的因素是过量空气系数α。
α的确定主要取决于锅炉燃烧的经济性，α过
大会增加排烟热损失q 2，过小则会增加气体不完全燃烧热损失q 3和固体不完全燃烧热损失q 4。所以需要确定一个最佳α使得q 2+q 3+q 4的和最小。而现在大多电厂锅炉是根据经验确定最佳α，由于锅炉运行工况是不断变化的，因此仅仅靠经验判断准确度写的通用程序可以解决参数函数按给定的公差求解节点，使得连续的逼近线段都有给定的δy ，程序小，计算速度快，通用性强。为复杂曲线的数控编程和CAD 系统提供参考，跨分段点处理方法值得自由曲线的等误差直线逼近参考。
参考文献：
［1］任玉田，焦振学，王宏甫. 机床计算机数控技术［M ］. 北京：北京理
工大学出版社，1996.
［2］吴祖育，秦鹏飞. 数控机床[M].上海：上海科学技术出版社，1999. ［3］李丽，王振领. MAT LAB 工程计算及应用［M ］. 北京：人民邮电
，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，
开始
输入数据，计算拐点优化拐点为分段点
写终点结束
否
循环取分段点有吗？是计算t t 有吗？
否
保存参数
是是
计算t i 有吗？
否
出版社，2003.
［4］黄标. 非圆曲线的等误差圆弧逼近法［J ］. 机械工艺师，1999(3):
图4程序流程框图
13~14.
［5］郭培全，钟康民，滕皓. 基于最少节点的凸轮曲线拟合方法[J].西
北轻工业学院学报，1998（3）：80-83.
［6］乐英，韩庆瑶，王璋奇. NURBS 曲线数控加工中的一种逼近方法
［J ］. 机床与液压，2007（1）：63-64.
作者简介：丁克会（1967-），江苏姜堰人，大学本科，高级实验师，从事CAD/CAM的实验教学与研究，电子信箱：[email protected].
收稿日期：2009－02－16
4结语
光滑函数曲线的最佳直线逼近涉及段内最佳
逼近和分段间过渡最佳逼近，本文着重分析了用曲线的拐点做分段点时，在处理分段过渡最佳逼近时的难度，提出用优化交点替代拐点分段曲线，减少了程序的循环判断嵌套，保证了程序的可靠性。编
Vol. 30No. 8
是比较差的。
确定最佳过量空气系数的新方法———高丽霞，等第30卷第8期
是锅炉运行中的最佳过量空气系数α，它们的关系如图1所示。
1最佳过量空气系数的确定
在锅炉的实际运行中，为了保证进入锅炉的燃
料能够尽可能地完全燃烧，其空气供给量V k 必须比
q %
q 2+q 3+q 4
q 2
q 3
αzj
理论计算空气供给量V 0多一些，称实际空气量V k 与理论空气量的比值为过量空气系数
α＝V k 0
1.1
过量空气系数与热损失的关系（1）α与排烟热损失q 2的关系根据经验公式有
图1
q 4α
α与各热损失关系示意图
实际运行中，α越趋近于αzj ，锅炉的热效率越
（1）
高，所以α是锅炉运行的一个重要经济指标。在现场中，把αzj 作为标准值，以检测烟气中氧的含量来监测α，使之与标准值比较，检查送风量是否合理。而αzj 根据试验和经验值确定，由于α随工况的变化而变，所以αzj 也是处于不断变化的，仅仅靠经验值，误差会很大，对锅炉的热效率的影响也是不容忽视的。所以如果可以根据负荷和煤种的变化及时得出该负荷该煤种下的αzj 来修正经验值，就可以大大降
（2）
低上述误差。由式（1）、式（2）和式（3）得
q 2=(0.5+3.5α)(t py -t k )
式中
——排烟空气温度，℃；t py —
——冷空气温度，℃。t k —
排烟热损失q 2是锅炉热损失中最大的一项。在运行中，要尽可能地在保证完全燃烧的条件下降低
q 2，来提高锅炉的燃烧效率，从式(1)可以看出降低α
就可以降低q 2。
（2）α与化学不完全燃烧损失q 3的关系
q 3＝3.2αCO%
又式中
CO ＝21-(1+β) R O 2-O 2
——燃料特性系数，与燃料种类有关；β—
——烟气中S O 2和C O 2的含量；R O 2—
化学不完全燃烧损失q 3较其他热损失小，但是
q 2+q 3+q 4＝
×｛ α2-1.75(t py -t k )+1.6CO%
0.5α+3.5
｝α+ 12.5(t py -t k )+12.2CO%-300 1.75(t py -t k )+300
所以（q 2+q 3+q 4）′＝1×
4
00 α- 12.5(t py -t k )+12.2CO%-300 3.5(t py -t k )+1.6CO%
当
（q 2+q 3+q 4）′＝0，则
对热效率也是有一定影响的，从式（2）可看出q 3与
α和C O％乘积成线性关系。而在正常运行的情况
下，若燃料不发生变化，C O％的量是很小的，基本认为不变，故而可认为q 3与α也成线性关系。
（3）α和固体不完全燃烧损失q 4的关系根据经验公式
是αzj 。
α＝12.5(t -t )+12.2CO%-300
py k （4）
此时q 2+q 3+q 4达到极小值，那么式（4）所求出的α就
q 4=100-
100q
/(0.5α+3.5)
py
k
在计算过程中，因为α≥1, 把
（3）
1中的α＝1，
一方面可以简化计算，另外一方面使分母最小，这样求出的最小值更具可信度。
锅炉运行中，冷空气温度t k 一般是固定的，所以只需知道排烟温度t py 和烟气中CO 2、SO 2和O 2的含量，就可计算出此时所需的αzj 。
从式(3)可以看出，q 4的大小不仅和α有关，而且还和q 2有关，当α增加时，分母变大，同时q 2也变大，分子减小，q 4减小，这是由于空气供给量充足，燃料能充分燃烧。但当α过大时，q 4会增加，这是因为α过大，容易造成炉膛温度降低，辐射换热量减小，最终排烟温度t py 增加，所以造成q 4的增加。
2结语
合理选用控制过量空气系数对提高燃烧效率，
节能降耗，减低排放污染，保证设备安全具有重要
最佳过量空气系数
从式（1）、式（2）和式（3）中可以看出α与反平衡
意义。根据上述确定αzj 的方法，和锅炉控制系统结合，可以在线求出当前工况的αzj ，以此来修正经验值，指导风量调节，降低由于经验值的不足产生的误差对锅炉热效率的影响。
1.2
热效率η的关系。由于q 2+q 3+q 4之和占全部热损失的80%左右，因此可以认为：当q 2+q 3+q 4最小时，即
第30卷第8期2009年8月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.8
Aug. 2009
基于Pro/E的凸轮参数化设计
黄永玉，张建育（青海大学，西宁810016）
摘要：根据凸轮的运动规律，结合实际廓线参数方程，在Pro/E中设计出相应的各段轮廓曲
线，进而创建出实体，克服了作图法精度不高的弊端，提高了设计效率，并且可将该方法推广到任意运动规律的凸轮设计当中。
关键词：Pro/E；凸轮；参数化；实际廓线中图分类号：T H132.47
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2009）08－0033－03
Parametric Design of Cam Based on Pro/E
HUANG Yong -yu, ZHANG Jian -yu (QinghaiUniversity, Xining 810016，China)
Abstract:The theory of the cam motion is analysed, creates a profile curve for a solid model of cam in Pro/Eaccording to its parameter equation of real outline curve. The method overcomes the disadvantages of low precision of drawing, improves design efficiency, furthermore.The method can be adopted for any movement principal cam design.
Key words:Pro/E；cam ；parametric ；real outline curve 0
前言
Y
Pro/E是美国参数化公司著名的3D CAD/CAM
系统标准软件，广泛用于机械、模具、汽车、家电等行业，其最大的特点是所有设计的尺寸（参数）都存在数据库中，当某一尺寸改变后，相应的三维模型、二维工程图、组建及模具等都随尺寸发生了改变，实现了参数化驱动。本文以平底从动件盘形凸轮为例，介绍了利用解析法结合Pro/E强大的三维造型功能设计凸轮轮廓的方法，该法简便快捷，无需用户编写计算程序，可以高效率地设计出高精度的凸轮轮廓曲线。
图1
直动平底从动件盘形凸轮机构
X
图1为直运平底从动件盘形凸轮机构，基圆半径为r 0，从动件运动规律为s =s （φ），则过点B 的直线族方程为
（2）f (X , Y , φ)=Y sin φ+X cos φ-(r 0+s )=0
坠f (X , Y , φ)=Y cos φ-X sin φ-d s =0则（3）联立式（1）～式（3），可得该凸轮的实际廓线方程为
X ＝（r 0+s )cos φ-sin φ
d φ
（4）
d s Y ＝（r 0+s )sin φ+cos φ2根据运动规律设计凸轮
（1）凸轮实际廓线的设计
" $$$$$#$$$$$%
1平底从动件盘形凸轮的实际廓线参数方程平底从动件的实际轮廓是反转后一系列平底所
构成的直线族的包络线。以凸轮转角φ为参数的直线族包络线方程为
坠f (X , Y , φ)=0点的坐标值。
参考文献：
其中f (X , Y , φ) ＝0是直线族的方程，X 、Y 是包络线上
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
［4］叶江明. 电厂锅炉原理及设备［M ］. 北京：中国电力出版社,2004. ［5］高峰. 锅炉热经济性燃烧调整分析［J ］. 锅炉技术，2007，38(4):
［1］施益昌. 通过控制过量空气系数提高注汽锅炉热效率［J ］. 管道
技术及设备，2004（1）.
［2］韩秀丽. 空气过剩系数对锅炉热效率的影响［J ］. 陕西工学院学
报，2002，18(4).
［3］刘立群. 锅炉分层燃烧装置在链条炉上的应用［J ］. 煤矿机械,
2003(3)：70-71.
&
f (X , Y , φ)=0
（1）
43-46.
作者简介：高丽霞（1983-），女，陕西定边人，中国矿业大学（徐州）机电工程学院2007级在读硕士研究生，研究方向：流体机械及工程，电子信箱：[email protected].
收稿日期：2008－11－04