对干熄焦余热锅炉热力计算中传热系数的探讨

积聚 ,然后在管壁上形成一层灰层 。干熄焦余热锅
炉与一般锅炉相比 ,因粒径较大且烟尘粒的沉积及 粘结性较差 ,因此在各受热面处均不易产生积灰现 象 ,这一现象已经在实际运行中得到了验证 [ 5 ] 。
3 热力计算结果分析
通过上述烟气成分与积灰程度的分析 ,结合各 受热面的结构特点 ,确定了相应的传热系数 K的计 算公式及特性参数的不同取值 。本文对已投入运行
实际情况 ,严重时 ,甚至会发生炉膛结渣 、金属超温 以及排烟热损失过大等不良现象 。因此 ,对于三大 特性参数的正确选取至关重要 。
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在热力计算中引入污染系数 、利用系数和热有
效系数的目的是为了修正由于烟气中的飞灰颗粒沉
积在对流受热面的管子上而造成的影响因素 。 污染系数 ε是用来修正管壁外表面积灰对传热
30μm 以下 ,这可以理解为在含灰气流冲刷管束的 过程中 ,小于 30 μm 的灰粒在受热面上沉积 ,而大 于 30μm 的灰粒则起到冲灰的作用 。从表 3 可知 , 此台余热锅炉中的烟气灰粒平均直径在 300 μm 左 右 ,远大于易积灰的 30 μm ,所以其积灰现象甚少 。 其次 ,在锅炉实际运行中只有当一部分灰粒的粘度 足以使其附着在壁面上时才有可能在受热面上产生
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+α2
(6)
α
K
=
1
1
+εα1
(7)
K = ζcn
1 xyα1
+
1 xkα2
(8)
由表 1中公式可以看出 ,传热系数 K的计算与
特性参数的选取密切相关 。实际上在锅炉设计计算
中特性参数的细微变化能非常明显地影响整个锅炉
的计算 。锅炉各种热力计算标准方法总会有一定的
误差 ,但能反映精确程度的并不是计算方法程序的 繁简和理论概念 ,而主要是对提出的污染系数 ε、热 有效系数 ψ、利用系数 ζ的准确理解和设计人员的 经验及掌握程度 。当污染系数 ε、热有效系数 ψ和 利用系数 ζ选用不当时 ,均会导致炉膛出口烟温 、对 流各段烟温以及各受热面吸热量和蒸汽温度等偏离
的影响 。定义为在同样的传热温压 、传热面积及结
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工 业 锅 炉 2009年第 2期 (总第 114期 )
构参数条件下 ,污染管壁的传热热阻 1 /α′与清洁管 壁的热阻 1 /α差值 [ 3 ] ,即 :
ε
=α1′-
1 α
(9)
热有效系数 ψ是通过修正清洁管的传热系数
摘 要 :在锅炉的热力计算中 ,应对污染系数 ε、热有效系数 ψ和利用系数 ζ等系数有准确
理解 。结合干熄焦余热锅炉实际烟气成分和运行实践 ,采用热有效系数 ψ和污染系数 ε分别对 各受热部件进行计算 ,通过对其参数的调整 ,反映出这些因素对传热系数的影响 ,提高热力计算 的计算精度 。同时 ,分析总结了特性参数调整的原因和规律 ,对同类余热锅炉的设计具有一定 的指导意义 。
干熄焦余热锅炉各受热面的布置及其烟气的工 艺流程 [ 1 ]如图 1所示 。其惰性循环气体在干熄炉中
·研究与开发 ·
对干熄焦余热锅炉热力计算中传热系数的探讨
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冷却红焦后 ,吸收了红焦显热的高温气体经一次除 尘器除去粗颗粒粉焦后从锅炉入口进入 ,流过转向 室垂直往下先后与二次过热器 、一次过热器 、光管蒸 发器 、鳍片管蒸发器 、鳍片管省煤器进行热交换后从 锅炉底部引出 。被冷却的惰性气体经二次除尘器除 去细颗粒粉焦 ,再由循环风机鼓入干熄炉继续循环 冷却红焦 。
图 1 干熄焦余热锅炉系统图 12干熄炉 22一次除尘器 32二次过热器 42一次过热器 52光管蒸发器 62鳍片管蒸发器 72省煤器 82锅炉本体
92二次除尘器 102循环风机 112给水预热器
2 余热锅炉的热力计算
目前 ,我国锅炉热力计算通常采用前苏联的两 个国家标准 (即 1957年和 1973年热力计算方法 ) , 或者以上述两个标准为蓝本的我国编制的相关锅炉 计算方法对各类锅炉进行热力计算 。而这些标准和 方法中的经验公式及其相关参数图表是有一定适用 范围的 ,并且主要针对电站锅炉 ,国内并没有针对余 热锅炉的专用热力计算标准 。如前所述 ,干熄焦余 热锅炉的结构型式 、运行方式与电站锅炉有很大的 差别 ,所以若直接采用现有标准或方法对 CDQ 余热 锅炉进行热力计算容易产生较大误差 。
污染的影响 。 表 1列出了传热系数 K的计算公式 [ 2 ] 。
表 1 传热系数 K计算公式
受热面 燃料 、布置型式
计算公式
固体燃料
错列布置管束
对流
固体燃料
过热器 顺列布置管束
气体燃料 、重油
错列和顺列管束
省煤器 /直流
锅炉过 渡区 / 蒸发受 热面 / 超临界 压力过 热器
固体燃料 错列布置管束
干熄焦余热锅炉的烟气为惰性气体 ,根据表 2
可知其烟气成分基本以氮气为主 ,与一般燃煤 、燃 油 、燃气锅炉烟气成分的比较分析可知 ,此类余热锅 炉烟气成分与燃气锅炉非常接近 ,但仍有所不同 ,其 含有一定量的焦炭颗粒 。
2. 2. 2 烟气积灰程度分析 此余热锅炉的循环烟气中的灰尘主要是海绵焦
Key words: CD Q wa ste2hea t bo iler; therma l ca lcula tion; hea t tran sfer coeff ic ien t; hea t effective coeff ic ien t; con tam ina tion coeff ic ien t
收稿日期 : 2008211224 基金项目 : 国 家 863 高 科 技 研 究 发 展 计 划 资 助 项 目 (No.
2006AA05Z219) ; 上海市科学技术委员会重点攻 关项目 (No. 071605127) ; 江苏省科技成果转化专 项资金项目 (BA2007056)
解决的课题之一 。 干熄焦余热锅炉与常规锅炉相比 ,在结构和
as contam ination coefficientε, heat effective coefficientψ and usage coefficientζ. Combining w ith the actual flue gas com2 position and operation of CDQ waste - heat boiler, we use heat effective coefficientψ and contam ination coefficientε to car2 ry out the thermal calculation in CDQ boiler. It can imp rove the accuracy of thermal calculation by adjusting parameters which reflect the influence of heat transfer coefficient. M eanwhile, we analyze and summarize the reasons why the charac2 teristic parameters have been changed, which has a certain realistic meaning to the design of the sim ilar waste2heat boiler.
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工 业 锅 炉 2009年第 2期 (总第 114期 )
文章编号 : 100428774 (2009) 02214204
对干熄焦余热锅炉热力计算中 传热系数的探讨
郁鸿凌 ,杜艳艳 ,葛卫东 ,黄海苏 ,李瑞阳
(上海理工大学 ,上海 200093)
固体燃料 顺列布置管束 气体燃料 、重油 错列和顺列
管束
α
K=
1
1 + (ε +α1 )α1
(1)
2
ψα
K
=
1
1
+α1 /α2
(2)
α
K
=
1
1
+εα1
(3)
K =ψα1
(4)
屏式 过热器
管式 ,立式布置
空气 管式 ,卧式布置 预热器
回转式
K=
1
1 ζα
+ CQ (ε +α1
)
(5)
1
2
αα
K
=ζα 1
胫的组分和焦屑 。焦尘颗粒的尺寸范围很广 ,表 3
为实际循环烟气的灰尘平均筛分组成 。
表 3 实际循环烟气灰尘平均筛分组分含量表 %
>6 0. 76
筛 级 /mm
3～6 1. 5～3 0. 5～1. 5 0. 25～0. 5
3～15 7. 24
8. 3
44. 1
< 0. 25 36. 45
通常在受热面 上 沉积 下 来 的 灰 粒 尺 寸 大 多 为
热力工况上都有所不同 ,所以在热力计算中也和 常规锅炉有所区别 。本文对这些差异分别进行研 究分析 。
1 干熄焦余热锅炉简介
干熄焦余热锅炉与常规锅炉相比 ,没有燃烧系 统及伴随燃烧系统的辅助设备 ,锅炉系统相对简单 , 但有其自身的特殊性 。干熄焦余热锅炉由“锅 ”与 “炉 ”合二为一 。锅炉本体由锅筒 、过热器 、蒸发器 、 省煤器 、水冷壁 、下降管 、引出管和集箱等部件以及 炉墙和钢架等部分组成 。
来考虑管壁外表面积灰对传热的影响 。定义为污染
管传热系数 α′与清洁管传热系数 α之比 [ 3 ] ,即 :
ψ =α′/α
( 10 )
利用系数 ζ是综合考虑了受热面由于烟气对其
冲刷不均匀 ,部分烟气越过受热面绕流过去以及存
在滞流区 、管壁污染 、管板泄漏等影响的系数 [ 3 ] 。
2. 2 特性参数的选取
众所周知 ,锅炉热力计算是锅炉设计 、运行的基 本依据 ,对锅炉性能有着直接的影响 ,而传热系数 K 是热力计算过程中的关键系数 。因此在 CDQ 余热 锅炉的热力计算中对传热系数 K值有较大影响的 几个特性参数的选用要非常慎重 。 2. 1 传热系数与特性参数
在热力计算过程中 ,传热系数 K的计算涉及到 灰层的导热热阻 、管壁金属的导热热阻及水垢层的 导热热阻 。从实际传热过程中的热阻状况分析 ,管 壁金属的热阻很小 ,可忽略不计 。现代锅炉从安全 性考虑 ,给水化学处理要求很严格 ,不允许在受热面 上结水垢 ,则水垢的热阻也可不计 。灰层的热阻相 当复杂 ,影响因素甚多 (如燃料种类 ,灰粒尺寸 ,烟 气流速 ,管子直径及其布置方式等 ) ,热力计算中用 污染系数 ε、热有效系数 ψ或利用系数 ζ来表示灰
YU Hong2ling, D u Yan2yan, GE W ei2dong, HUAN G Hai2su, L I Rui2yang
( Shanghai University of Science and Technology, Shanghai 200093, China)
Abstract: In the thermal calculation of the boilers, peop le should understand some kinds of coefficients exactly such
关键词 : 干熄焦余热锅炉 ; 热力计算 ; 传热系数 ; 热有效系数 ; 污染系数 中图分类号 : TK212 文献标识码 : A
第一作者: 郁鸿凌 , (1953 - ) ,上海理工 大学 ,高级工程师 。
D iscussion on the Hea t Tran sfer Coeff ic ien t in Therma l Ca lcula tion of CD Q Wa ste2hea t Bo iler
2. 2. 1 烟气成分分析
干熄焦余热锅炉的循环烟气成分 、热量等对锅
炉传热 有很 大的 影响 , 表 2 为 XXX140 /80—4. 5 /
450中压干熄焦余热锅炉的实际烟气特性参数 [ 4 ] 。
表 2 实际烟气成分
%
H2
N2
O2
CO
H2 O
CO2
0
74. 36 0. 50 0. 53 14. 00 10. 61
0 前言
目 前 ,我国有大中型焦炉 160余座 ,年产焦炭 5 000余万吨 ,年产焦量达 2 亿吨 ,可回收的余热蒸 汽约 2 500万吨 ,年可发电 65 亿 kW ·h,可创造效 益 23. 5亿元 。可见 ,干熄焦技术在国内现有焦化厂 的改造中将有很大的市场潜力 ,干熄焦余热锅炉作 为干熄焦系统的重要组成部分 ,是回收熄焦余热 、节 能减排的关键设备 ,其技术的研发与国产化是亟待