关于电站锅炉几种热力计算标准的研究

0. 82 [ a + ( 1- % )
( 1- a ) ∃% ] ( 1- ∃% ) ( 1- a )
( 4)
% —— 水冷壁的敷设度
对于室燃炉, ∃= 0, 则:
am= a +
0. 82a ( 1- a )
%
( 5)
火炬有效黑度的计算式为:
a= 1- e- kps
1 0
现 代 电 力
2001 年
( 1) CE 标准热力计算采用高位发热量和每小时全部燃烧产物 ( 重量) , 而苏联标准采用 低位发热量和每公斤燃料燃烧产生的燃烧产物 ( 容积) 进行计算。
( 2) CE 标准计算精确度较高, 对 100% 负荷除排烟温度可以有±2 的计算偏差外, 各级 受热面的工质与烟气温度必须严格衔接; 而苏联标准采用假设后复校的办法, 排烟和热风温 度可以有±10℃的误差, 各级对流受热面吸热量的计算值与假设值间的误差为±2% , 两级布 置省煤器和管式空气预热器的工质中间温度可以有±10℃的误差, 燃料带入炉膛内的总热量 与各级受热面吸热量总和间的误差不大于 0. 5% 。
有差异。下面, 首先对对流放热系数加以分析。
1957 年标准规定:
烟气横向流过顺列管束时, 对流放热系数按下式计算:
(k =
0. 177Cz
∗ d
wd +
0. 64
烟气横向流过错列管束时, 对流放热系数按下式计算:
kcal / ( m 2h℃) ( 17)
当
s1 d
-
s2 d
-
1 1
≤0.
7
时,
k= 1+
(1
( 1+
Q Q
)
( )+
1 (2
)
(1
(1 =
−
( (k
,d 2s2x
+
()
kcal / ( m 2h℃) ( 24) kcal / ( m 2h℃) ( 25)
1 2
现 代 电 力
2001 年
2 美国 CE 标准与苏联标准的区别
作者在研究分析了美国 CE 标准与苏联 1957 年标准及 1973 年标准的区别后, 总结出以 下几点:
1962 年联合通报对 1957 年标准修正后:
炉膛黑度的计算式为 am= 1-
a+ ( 1- %
( 1- a ) ∃% ) ( 1- ∃% ) ( 1- a )
对于室燃炉 ∃= 0, 则: 1973 年标准规定:
am= a +
a ( 1- a )
%
炉膛黑度的计算式为:
a = 1-
a + ( 1- a∋) ∃ ( 1- a ) ( 1- % cp ) ( 1- ∃)
"m =
M
Ta
4.
9!cpF c
aT
Baidu Nhomakorabea
T
3 a
108 B pV Ccp
0. 6
+
1
273 ℃
( 3)
式中: !cp ——平均热有效系数; M ——系数, 其值决定于沿炉膛高度火焰最高温度所处相对位置 x ∀。 当室燃高反应的燃料及层燃所有的燃料时, M = 0. 59- 0. 5x ∀ 当室燃低反应的固体燃料 ( 无烟煤屑及贫煤) 以及高灰分的烟煤时,
式中, d &——当量直径
(k=
0.
02 3
∗ d&
wd& +
0. 8
P r0. 4 Ct C1
kcal / ( m 2h℃) ( 20)
1973 年标准规定: 顺列管束及按全部受热面计算的屏被烟气横向冲刷时的对流放热系数按下式计算:
(k=
0. 2Cz·CS
∗ d
wd +
0. 65
Pr 0. 33
烟气横向冲刷错列管束时的对流放热系数按下式计算:
式中:
K = K ∀rn + K n &= 0. 8+ 1. 6r H2O Pn ·s
1-
0.
38
T "m 10 00
3
+ 7. 0&
1
d
2 n
T
"2 m
( 6)
&—— 炉子出口处烟气中灰分的浓度,
&=
10A p ayH Vy
g
/
m
3
ayH—— 燃料灰分被烟气带走的份额, 对固态排渣煤粉炉, 取为 0. 9;
( 12)
1. 2 对流受热面传热计算
1957 年标准和 1973 年标准对流受热面热力计算的基本方程相同, 但传热系数的计算有
所不同。
1957 年标准可按下式计算:
对于过热器 K = a1/ [ 1+ ( )+ 1/ (2) (1] 对于省煤器及蒸发受热面 k= (1/ ( 1+ )(1) 1973 年标准可按下式计算:
1957 年标准和 1973 年标准辐射放热系数的计算公式相同, 但是, 烟气黑度和受热面的沾
污壁温的计算是不相同的。
1. 3 屏式受热面计算 1957 年标准规定, 屏式受热面与顺列对流过热器传热系数的计算方法相同, 而 1973 年标
准屏式受热面传热系数的计算公式为:
式中: 其中 −——利用系数
第 18 卷第 1 期 2001 年 2 月
现 代 电 力
M ODER N EL ECT R IC PO WER
文章编号: 1007-2322( 2001) 01-0008-07
Vo l. 18 N o. 1 Feb. 2001
关于电站锅炉几种热力计算标准的研究
李 伟 王雅勤
( 华北电力大学( 北京) 动能工程系, 北京 102206)
( 3) 因 CE 锅炉和预热器的密封性能较好, CE 标准的漏风值较小, 而苏联标准的漏风较大。 ( 4) 对于炉内传热计算, CE 标准将炉膛分为上下两部分进行计算, 上炉膛包括炉膛上部的 分割屏, 屏区水冷壁, 壁式再热器及顶棚等。计算时沿高度分层, 并将出口截面分为若干网格, 用积分法计算, 即可求出上炉膛各部分的吸热量和出口烟温。苏联标准计算只能给出炉膛理论燃 烧温度、炉膛出口截面的平均烟气温度以及全炉膛的平均辐射热负荷, 如求上炉膛区域前屏, 顶 棚及水冷壁的吸热量时, 只简单的乘以沿高度方向的热负荷不均匀系数, 误差较大。 ( 5) 对于对流受热面计算, CE 标准规定, 烟气辐射只考虑管间或屏间的三原子气体辐射, 不考虑灰粒辐射和管束前的烟室辐射, 而苏联标准计算烟气辐射时综合考虑了三者的影响。另 外, CE 标准规定总的传热系数即为对流放热系数和三原子气体的辐射放热系数简单相加, 不 存在沾污系数, 沾污壁温的概念, 也不考虑工质侧传热系数的影响。而苏联标准计算传热系 数时综合考虑了这几项的影响。从这一点看, CE 标准还不够全面。以上几点由哈锅资料的分 析中也得到了证实。
摘 要: 简要分析了原苏联 1957 年热力计算标准、1973 年热力计算标准和美国 CE 锅炉性能设计标准的区别, 依据三种标准编制了计算程序, 对 HG-410/ 100-9 型、HG-670/ 140-9 型和 DG-1025/ 177-2 型锅炉分别进行计算, 通过对计算结果的 比较, 初步总结了三种标准对锅炉不同容量的适用性, 该项研究对锅炉工程技术 人员有一定的参考价值。
K n = kr rn =
0. 78 + 1. 6r H2O - 0. 1 pn S
1-
0.
37
T" 10 00
rn
( 10)
灰粒子的辐射减弱系数按下式计算:
k& =
43 00∃!&3
3
1/ ( m
kgf / cm 2)
( 11)
T "2 d2
式中:
& —— 烟气中灰分的无因次浓度:
&
=
A p ·aYH 100·G r
当燃用无烟煤及贫煤时, 取为 0. 4;
∑ H ——辐射受热面, m 2, 可按下式计算: H =
Fcm·x ;
其中: F cm ——装有水冷壁的炉墙面积, m 2;
x —— 水冷壁的角系数;
am—— 炉膛黑度;
B p——计算燃料消耗量, kg/ h;
V Ccp ——平均热容量, kcal / ( kg·℃) , V Ccp = ( Qm- I "m) / ( a- "m) ——保热系数, = 1- q5/ 100;
M = 0. 56- 0. 5x ∀ 不论 x ∀ 值如何, M 的最大值不超过 0. 5 ( 室烧炉) , x ∀= hr / H ∀ hr , H ∀—— 燃烧器轴线的位置高度和炉子总高度;
——保热系数:
( 2) 炉膛黑度 1957 年标准规定:
=
1-
q5 #k ·a+
q5
炉膛黑度的计算式为:
am = 1-
1962 年联合通报对 1957 年标准修正后:
"m =
M
Ta
4. 9
H
am T
3 a
10 8
B pV Ccp
0. 6
+
1
273 ℃
( 2)
式中: M ——根据 1962 年联合通报, 对煤粉炉, M = 0. 59- 0. 5x
其中: x —— 炉内最高温度中心的相对分布位置
1973 年标准规定:
第1期
李 伟等: 关于电站锅炉几种热力计算标准的研究
1 1
对于省煤器, 蒸发受热面以及超临界压力的过热器: k= !(1
kcal / ( m 2h℃) ( 16)
上述说明: 1973 年标准在计算传热系数时, 将管束错列布置和顺列布置分别考虑, 规定
较细致。另外, 1957 年和 1973 年标准在对流放热系数、辐射放热系数和污染系数的规定上都
关键词: 锅炉; 热力计算; 计算标准; 比较; 适用性
分类号: T K223. 21
文献标识码: A
锅炉热力计算是锅炉整体计算的核心。锅炉水动力计算、受压元件强度计算、通风阻力 计算、炉墙热力计算、管壁温度计算、制粉系统热力计算、空气动力计算都要在锅炉热力计 算的基础上才能进行。在锅炉设计、运行、技术改造的各个阶段, 也都要用到热力计算的数 据。然而, 我国目前尚没有自己的电站锅炉行业的热力计算标准, 锅炉的设计和校核计算大 多采用原苏联的标准, 其中包括 1957 年标准和 1973 年标准。近年来, 引进了一些国外的标 准, 如哈尔滨锅炉厂引进 CE 技术、北京锅炉厂引进巴威公司的技术等。
( 7)
式中: !cp ——水冷壁平均热有效系数; 对燃煤室燃炉, ∃= 0, 故有:
a= a+
a ( 1- a ) % cp
( 8)
火炬的黑度按下式计算:
a = 1- e- kps
( 9)
火炬黑度取决于三原子气体、悬浮于烟气中的炭黑、焦碳及灰的固体粒子的辐射特性。
三原子气体辐射减弱系数按下式计算:
1 前苏联 1957 年与 1973 年标准的区别
1. 1 炉内传热计算 ( 1) 炉膛出口烟温
收稿日期: 2000-12-20 作 者简介: 李伟, 1977 年生, 女, 硕士, 主要从事世界各国电站锅炉热力计算方法的研究; 王雅勤, 1938 年生, 女, 教授, 主要从事锅炉整体 CA D 系统的开发与应用。
Gr = 1- A p / 100+ 1. 306(V 0 kg/ kg
焦碳粒子的有效辐射减弱系数按下式计算: k∀= k#∃#%·x 1 ·x 2
因此, 燃用固体燃料时, 炉内介质的辐射减弱系数为以上三项之和。即:
k = kr r n + k & + k#∃#% x 1 x 2 1/ ( m kgf / cm2)
kcal / ( m 2h℃) ( 21)
(k=
C s · Cz ·
∗ d
wd +
0. 6
Pr 0. 33
kcal / ( m 2h℃) ( 22)
! 单相湍流介质对受热面进行纵向冲刷时, 其放热系数按下式计算:
(,=
0.
023
∗ d&
w ·d +
0. 8
P r0. 4 Ct ·Cd ·Cl
kcal / ( m 2h℃) ( 23)
由于时间及技术背景的差异, 这些标准的热力计算方法不尽相同, 尤其是美国 CE 标准和 苏联标准的差别较大。作者根据苏联 1957 年标准、1973 年标准及美国 CE 标准编制了计算程 序, 对 H G-410/ 100-9 型、HG-670/ 140-9 型、DG-1025/ 177-2 型锅炉分别进行计算, 通过对 计算结果的比较, 初步总结了这三种标准对不同的锅炉容量的适用性, 这对于锅炉工程技术 人员选用标准有一定的参考价值。
kcal / ( m 2h℃) ( 13) kcal / ( m 2h℃) ( 14)
燃用固体燃料时, 错列布置管束的传热系数与 1957 年标准相同。
燃用固体燃料时, 顺列布置管束的传热系数计算公式为:
对于过热器:
K = !(1/ ( 1+ (1/ (2 )
kcal / ( m 2h℃) ( 15)
第1期
李 伟等: 关于电站锅炉几种热力计算标准的研究
9
1957 年标准规定:
"m=
Ta
1. 27
H
am T
3 a
108· ·BpV Ccp
0. 6 - 273℃ +1
( 1)
式中: T a ——理论燃烧温度, K ;
——辐射受热面的假想污染系数, 对煤粉炉, 当燃用烟煤、褐煤及泥煤时, 取为 0. 45,
(k = 0. 270Cz
∗ d
wd +
0. 6
kcal / ( m 2h℃) ( 18)
当
s1 d
-
1
>
0.
7
时,
s2 d
-
1
(k = 0. 295Cz
∗ d
wd +
0. 6
s1 d
-
1
0. 25
s2 d
-
1
kcal / ( m 2h℃)
( 19)
! 在湍流状况下, 烟气纵向流过受热面时的对流放热系数按下式计算: