大型锅炉屏式过热器热力计算方法分析

屏出口汽温／
４５１ ４５１．６ ４５１
传统方法 来自屏间烟气焓降
表 ２ 煤粉锅炉 Ｑ ｐｈ 的两种处理方法比较
屏出口烟温／
屏总吸热量／ｋＪ／ｋｇ
９９６
１４９１
９９０
１５４０．５
屏出口汽温／
４５１ ４５４
下面以 ４００ｔ／ ｈ 锅炉为例对 的 ３ 种处理方 法作一比较 比较时误差均控制为相同值 同时 对屏间烟气向屏后辐射的热量 Ｑ ｐ ｈ 的两种处理 方法也作一对比 表 １ 为煤粉炉 的三种处理 方法比较 表 ２ 为煤粉炉 Ｑ ｐｈ 的两种处理方法的 比较
ｒ 燃料特性系数
Ｂｊ 计算燃料消耗量
图 ２ 屏区进出口热量平衡示意图
１．２ 问题的提出
从以上的介绍可以看出 实际上在计算炉膛
的热负荷时对炉膛出口的灰污系数已经作了修
正 即引入了 而在计算屏吸收炉内的辐射热
时再次引入 的修正 但对于炉膛经屏辐射到
屏后的热量中
的影响又消失了
即
Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
１－ａ
ϕｐ／
变成了
ｈｐｑｌｐｊＡ
ｆ＇ ｈｐ
１－ａ
ϕｐ
这样由
３
式
所得出的屏区吸收的炉膛辐射热就有所减少 既
然Ｑ
ｆ
＇ｈ＇ｐ来自Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
那么屏所接受的炉膛辐射热就
应该是相同基准下的两项之差 否则由于 的
修正不严格 将会使屏式过热器的计算吸热量比
实际吸热量偏低 对煤粉炉 值一般大于０．９５ 所
以对煤粉锅炉影响不是特别明显 而对于燃油 燃
气炉炉膛出口烟温一般为１３００ １４００ ［ ６，７ ］ 从
图 １ 可知其值为 ０．６５ ０．４ 因此 的处理将会
对燃油 燃气锅炉的屏式过热器产生较大影响
另外对 Ｑ ｐｈ 的处理有两种不同的处理方法 传统 方法中［ １ ］如上文描述 将该项作为炉膛辐射热穿
过屏的一部分 文献［ ５ ］则是把它作为 ϕ Ｉ＇＇ｈｐ－ Ｉ＇＇ｈｐ 的一部分 作者认为这样更合理一些 因为 从该项的意义上看它应该是屏间烟气所释放的
从上面的比较可以看出 对一般煤粉炉而 言 由于 值相对较大 因此对屏的吸热量影响 不是很大 但从物理意义上看 作者提出的不计
的方法更严格 对带屏式过热器的燃油 燃气 锅炉而言 由于 值较小 对屏的吸热量将有 一定影响 至于 Ｑｐｈ 的处理方法 作者认为［ ５ ］的 观点较为严密 并且所得结果对过热器的安全 有利
热量 所以屏区的总吸热量应为
Ｑｐｑ ϕ Ｉ＇ｈｐ－Ｉ＇＇ｈｐ －Ｑｐｈ
Ｑ
ｆ＇ｈｐ－Ｑ
ｆ ＇＇ ｈｐ
６
与 ３ 相比 从形式上看似乎两者没有差别
但前者用传热方程校核的热量为 ϕ Ｉ＇ｈｐ－Ｉ＇＇ｈｐ 而后者所校核的热量是 ϕ Ｉ＇ｈｐ－Ｉ＇＇ｈｐ －Ｑｐｈ 如果 屏式过热器吸热量变化不大 那么两种不同的处
炉膛的反向辐射 对来自炉膛的辐射热引入一改
正系数 ［ １ ４ ］ 然而 的应用以及对各项热量
的处理却带来了计算的不严格 以下先对传统的
计算方法作一简介
１ 屏式过热器的热力计算方法
１．１ 传统的计算方法 屏式过热器 后屏 区一般由几个不同性质
的受热面组成 屏区的上部是低温顶棚过热器
屏区的两侧为水冷壁 屏区由于所处的位置 本
ｆ＇ ｈｐ
７
３ 均计入 法 即在入口处计及 那
么在出口也计入
３
４
５ 式中Ｑｆｈ＇ｐ 按
２
式计算
而
Ｑ
ｆ＇＇ ｈｐ
应按下式计算
Ｑ
ｆ＇＇ ｈｐ
Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
１－ａ
ϕｐ
８
关于屏间烟气向屏后辐射的热量 Ｑ ｐ ｈ 也有
两种处理方法
１ 传统方法 即认为该辐射热来自从炉
膛的辐射热 校核的热量 Ｑｐｑｄ 为下式
Ｑｐｑｄ ϕ Ｉ＇ｈｐ－Ｉ＇＇ｈｐ
９
２ 认为来自屏间烟气焓降 即校核的热
量 Ｑｐｑｄ为下式
Ｑｐｑｄ ϕ Ｉ＇ｈｐ－Ｉ＇＇ｈｐ －Ｑｐｈ
１０
第 １２ 期
樊保国等 大型锅炉屏式过热器热力计算方法分析
３
传统方法 不计 均计入
表 １ 煤粉锅炉 的 ３ 种处理方Leabharlann Baidu比较
屏出口烟温／
屏总吸热量／ｋＪ／ｋｇ
９９６
１４９１
９９６
１５０１
９９６
１４９０
由炉膛的热力计算可得炉膛的出口烟温 炉膛的
平均热负荷
ｑ
ｐｊ １
计及热负荷沿炉膛高度的不均
匀
ｈｐ
可
得出炉
膛
辐射
给
屏的热量
Ｑ
ｆ＇ ｈ
ｐ
Ｑ ｆ＇ｈｐ＝
ｈｐｑ
１ｐｊＡ
ｆ＇ ｈｐ
２
Ａ
ｆ＇ ｈｐ
为屏进口面积
那么进入屏区的热量就由
两部分
Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
Ｉ＇ｈｐ，Ｉ ＇ｈｐ 为屏区的进口烟焓
由于
收稿日期 ２０００－０７－２０
２
锅炉技术
第 ３１ 卷
图 １ 炉膛与屏分界面灰污系数的改正系数 １－固体燃料 ２－液体燃料 ３－气体燃料
屏区的特殊结构 炉膛辐射给屏以及屏间烟气释
放出的热量并没有全部落在屏区受热面上 一部
分要穿过屏区落到屏后的受热面 如图 ２ 所示
图中 Ｉ＇＇ｈｐ 为屏出口烟焓
Ｑ
ｆ ｈｐ
为炉膛辐射给屏而
穿过的部分 Ｑ ｈｐ 为屏间烟气辐射热穿过屏的部
ｉｎ Ｌａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｂｏｌｉｅｒ
樊保国 祁海鹰 陈昌和 徐旭常 清华大学煤的清洁燃烧国家重点实验室 北京 １０００８４
摘 要 对传统的屏式过热器的热力计算方法进行了分析研究 同时提出了一种更为严格的计算方 法 并将两种方法的差异做了对比 分析了这种差异对锅炉屏式过热器的设计和运行产生的影响 结果 发现传统的热力计算方法存在物理意义上的不严密以及计算结果对屏式过热器的安全不利等问题 关键词 锅炉 屏式过热器 热力计算
理方法就会引起屏出口烟焓 Ｉ＇＇ｈｐ的差别 将对以 后的受热面的计算造成影响
１．３ 不同计算方法的比较
综上所述 关于改正系数 有 ３ 种不同处
理方法
１ 即传统方法 按 ３ ４ ５ 式计算
２ 不计 法 即考虑到炉内计算中已经
计及
因此在Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
中不再计入
３
４
５
式中
Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
为
Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
ｈｐｑ
ｌｐｊＡ
ａ
Ａ
ｆ＇ ｈｐ
Ａ
ｆ＇＇ ｐ
Ｂｊ
Ｉ ｈｐ Ｉ ＇＇ｈｐ
ｑ
ｐｊ ｌ
Ｑ
ｆ＇ ｈｐ
Ｑ
ｆ＇ ＇ ｈｐ
Ｑ ｐｈ
Ｑ ｐｑ
Ｑ ｐｑ ｄ Ｔ ｐｊ
ϕ ϕｐ
ｃｈ ｒ
ｈｐ
符号说明 烟气黑度 后屏进口面积 ｍ２ 后屏出口面积 ｍ２ 计算燃料量 ｋｇ／ｓ 后屏进口烟焓 ｋＪ／ｋｇ 后屏进口烟焓 ｋＪ／ｋｇ 炉膛平均热负荷 ｋＪ／ｋｇ．ｍ２ 炉膛辐射到后屏进口的热量 ｋＪ／ｋｇ 穿过后屏的炉膛辐射热 ｋＪ／ｋｇ 屏间烟气向屏后的辐射热 ｋＪ／ｋｇ 屏区的吸热量 ｋＪ／ｋｇ 屏区的对流吸热量 ｋＪ／ｋｇ 屏间烟气的平均温度 考虑屏间烟气反向辐射的改正系数 保热系数 后屏进口对出口的穿透角系数 屏的灰污系数 燃料特性系数 沿炉膛高度的热负荷不均系数
Abstract： Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｌａｔｅｎ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｎｄ ａ ｍｏｒｅ ｓｔｒｉｃｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｔｅｎ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｂｒｏｕｇｈｔ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏｔ ｅｘａｃｔ ｉｎ ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ ｎｏｔ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ． Key words: Boiler Platen superheater Thermal Calculation
０ 前言
众所周知 锅炉的热力计算是锅炉设计和校
核的主要内容 现今我国通用的计算方法基本是
依据原苏联热工研究院制定的 锅炉热力计算标
准
１９７３ 年标准
该标准的引入对我国锅炉
工业的发展起了重要的作用 由于屏式过热器处
在高温烟气区 它吸收的热量一部分来自炉膛的
辐射热 一部分来自流过自身的烟气所释放的热
量 在传统的计算方法中 考虑到屏区的烟气对
身的结构等因素使得屏区传热过程为锅炉受热
面中最复杂的一个
在炉膛的热力计算中将炉膛的几何空间视
为由不同物理性质的表面形成的一包敷空间 大
多数情况下屏式过热器烟气进口平面作为炉膛
的出口 因此对屏的灰污系数 ｃｈ要引入改正系 数 以修正由于屏间烟气对炉膛的反向辐射
造成的影响
ｃｈ
１
与燃料性质及炉膛出口烟温有关 见图１［５ ］
分 按传统方法屏区吸收的热量为
Ｑｐｑ ϕ Ｉ＇ｈｐ－Ｉ＇＇ｈｐ
Ｑ ｆｈ＇ｐ－Ｑ ｆ＇ｈｐ＇
３
Ｑ
ｆ＇＇ ｈｐ
Ｑ ｆｈ＇ｐ
１－ａ
ϕｐ／
＋Ｑｐｈ
４
Ｑ ｐｈ ５．６７ １０－１１ａ Ａ ｐｆ＇＇Ｔ ４ｐｊ ｒ／Ｂｊ
５
式中 ａ 屏间烟气黑度
ϕｐ 屏入口对出口的角系数
Ａ ｆｐ＇＇ 屏出口面积
Ｔ
４ ｐｊ
屏间平均烟温
参考文献
［ １ ］ 锅炉机组热力计算标准． 机械工业出版社 １９７６． ［ ２ ］ 赵翔 任有中．锅 炉课程设计 水利电力出版社 １９９１． ［ ３ ］ 陈学俊 陈听宽．锅 炉原理 机械工业出版社 １９８１． ［ ４ ］ 田子平．大 型锅炉装置及原理 上海交通大学出版社 １９９７． ［ ５ ］ 冯俊凯 沈幼庭．锅 炉原理及计算 科学出版社 １９９２． ［ ６ ］ 天然气锅炉． 科学技术出版社重庆分社 １９７７． ［ ７ ］ 燃油锅炉燃烧设备及运行． 水利电力出版社 １９７６．
第 ３１ 卷第 １２ 期 ２０第００１年２ 期１２ 月
锅炉技术 樊保国等 大Ｂ Ｏ型Ｉ锅Ｌ Ｅ炉Ｒ屏 式Ｔ Ｅ过Ｃ Ｈ热Ｎ器Ｏ Ｌ热Ｏ力Ｇ Ｙ计算方法分析
ＶＯＬ．３１，ＮＯ．１２ Ｄｅｃ．， ２１０００
大型锅炉屏式过热器热力计算方法分析 Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｌａｔｅｎ Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ
２ 结论
从以上的分析计算可以得出以下几点结论 １ 传统方法对 考虑的不严格 物理意
义不够清楚 使得屏的计算吸热量人为减少 这 样对受热面积的设计来说是保守的 但对屏的安 全确是不利的
２ 同样屏间烟气热量传统的处理方法使 得屏的总吸热量偏小 并且改变了屏出口的烟气 温度 对屏后的受热面将产生影响
３ 作者提出的方法不仅物理意义清晰 而且逻辑上严格 这种方法所得结果对过热器的 安全有利