電站鍋爐爐膛出口煙溫算法改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)

1、電站鍋爐爐膛出口煙溫算法改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)               電站鍋爐爐膛出口煙溫算法改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)霍志紅1，張志學(xué)2，唐必光1，周曉麗1，唐海昌1（1武漢大學(xué)，武漢430072；2華中科技大學(xué)，武漢430074）    摘要：電站鍋爐爐膛出口煙溫的計(jì)算是熱力計(jì)算中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)有些電站鍋爐的實(shí)際出口煙溫與原設(shè)計(jì)值的偏差很大，直接影響到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。文章結(jié)合實(shí)際的科研課題，對(duì)電站鍋爐爐膛出口煙溫計(jì)算方法進(jìn)行了一些相應(yīng)的算

2、法改進(jìn)。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，改進(jìn)后的方法與實(shí)際的情況更吻合。同時(shí)也為電站鍋爐的技術(shù)改造提供了有力依據(jù)。    關(guān)鍵詞：鍋爐；熱力計(jì)算；煙溫 1引言爐膛出口煙溫的計(jì)算一直是鍋爐熱力計(jì)算中比較敏感的問題，這些年來，鍋爐工作者在這方面也做了很多的研究工作。由于爐膛出口煙溫的偏差使我國許多電站鍋爐的出力達(dá)不到額定值，因而直接影響到整個(gè)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以往的鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的開發(fā)大都采用前蘇聯(lián)1973年的“鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法”（以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)方法”），而未對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，這也是電站鍋爐爐膛出口煙溫偏差較大的一個(gè)重要原因。針對(duì)這種情況，我們分別以國產(chǎn)SG400

3、140型鍋爐和HG1025182YM6型鍋爐為研究對(duì)象，并對(duì)前蘇聯(lián)的“標(biāo)準(zhǔn)方法”進(jìn)行了一些適當(dāng)?shù)乃惴ǜ倪M(jìn)。采用面向?qū)ο笳Z言Visual Basic 60與結(jié)構(gòu)化語言Fortran對(duì)其進(jìn)行了混合編程，開發(fā)了基于Windows 98的鍋爐熱力計(jì)算軟件。并且系統(tǒng)軟件可以根據(jù)需要把原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，便于使用者根據(jù)需要進(jìn)行查詢、對(duì)比分析，并生成熱力計(jì)算書。2對(duì)熱力計(jì)算的改進(jìn)與完善目前，我國200 MW以下鍋爐的設(shè)計(jì)計(jì)算大多數(shù)都是采用前蘇聯(lián)的“標(biāo)準(zhǔn)方法”。根據(jù)研究，標(biāo)準(zhǔn)方法中的爐膛傳熱計(jì)算方法是不完善的，原因在于其中的M（反映爐內(nèi)燃燒條件影響的一個(gè)參量）值、（沾污系數(shù)）值取值方法存在問題；

4、另外，還應(yīng)加入爐膛形狀對(duì)爐膛出口煙溫l影響的修正?！皹?biāo)準(zhǔn)方法”中規(guī)定：M值是反映爐內(nèi)燃燒條件影響的一個(gè)參量，主要取決于燃料種類及燃燒器中心的相對(duì)高度。實(shí)際上，M值還與燃料的著火及燃燒特性、一次風(fēng)氣流的初溫、煤粉細(xì)度、煤粉濃度、過量空氣系數(shù)、鍋爐負(fù)荷及二次風(fēng)的混合遲早等因素有關(guān)?！皹?biāo)準(zhǔn)方法”中的沾污系數(shù)按不同的燃料品種選取是一些常數(shù)。事實(shí)上，值與煤結(jié)焦性以及一些運(yùn)行因素有關(guān)。從國內(nèi)外學(xué)者的研究成果中得知：爐膛形狀（形狀系數(shù)f）對(duì)爐膛出口溫度是有影響的，這些在“標(biāo)準(zhǔn)方法”中并未予以考慮。本軟件在編制過程中，對(duì)上述問題都進(jìn)行了考慮。改進(jìn)后的計(jì)算方法的爐膛出口煙溫算式為2：式中：M爐膛傳熱系數(shù)；

5、60;     爐膛水冷壁沾污系數(shù)；      Ta燃燒時(shí)煙氣的絕對(duì)溫度，K；      保熱系數(shù)；      l爐膛出口煙溫，；      Bp計(jì)算燃料消耗量，kgh；      （VC）cp煙氣平均比熱，kJ（kg·）；      f鍋爐形狀系數(shù)

6、；      am爐膛黑度；      HT爐膛中總的輻射受熱面積，m2。但當(dāng)我們將該公式應(yīng)用到HG1025th大型鍋爐時(shí)，計(jì)算的結(jié)果卻不理想，原因是“標(biāo)準(zhǔn)方法”是以200MW容量以下的鍋爐爐內(nèi)傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出來的。根據(jù)最近的調(diào)查，我國在用的300MW和600MW容量級(jí)的鍋爐，其爐膛出口煙溫普遍在不同程度上偏離設(shè)計(jì)值。大量的現(xiàn)場試驗(yàn)與分析也表明，國內(nèi)大型鍋爐發(fā)生超溫或欠溫，其原因是由于所沿用的前蘇聯(lián)爐膛熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不夠準(zhǔn)確。因此，我們對(duì)爐膛形狀、煤的反應(yīng)特性、一、二、三次風(fēng)混合情況、煤灰沾污特

7、性及燃燒產(chǎn)物的輻射特性等因素的影響進(jìn)行了考慮。所以本文采用文獻(xiàn)3的大容量鍋爐爐膛換熱計(jì)算公式。本公式不僅能很好地反映煤種變化對(duì)爐內(nèi)換熱的影響，而且能符合大容量鍋爐的實(shí)測結(jié)果。 3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)與集成31軟件組成結(jié)構(gòu)為了使開發(fā)出的系統(tǒng)既具有良好的人機(jī)界面（HMI），又能夠不影響熱力計(jì)算所需要的強(qiáng)大的計(jì)算能力，作者采用VB和Microsoft Visual Fortran40混合編程的方式，軟件程序結(jié)構(gòu)框圖見圖1。人機(jī)界面程序采用VB編制，熱力計(jì)算仍采用Fortran實(shí)現(xiàn)，二者之間通過數(shù)據(jù)文件的方式相互傳遞數(shù)據(jù)。對(duì)于在熱力計(jì)算過程中需要由用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、需要做出的選擇等與用戶操作有關(guān)的事情統(tǒng)一由

8、人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于具體的算法實(shí)現(xiàn)，通過Fortran程序在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)，這樣在保證不損失軟件計(jì)算能力的情況下很容易地實(shí)現(xiàn)了用戶界面的美觀、易用。 整個(gè)程序在結(jié)構(gòu)上又可分為三個(gè)子模塊，即：改變煤種子模塊、改變爐膛結(jié)構(gòu)子模塊、改變受熱面面積子模塊。在主界面上，可以通過不同的選項(xiàng)按鈕進(jìn)入不同的分頁面。可以通過改變各種相關(guān)參數(shù)來分析影響鍋爐出力的不同原因，以及影響程度。并且作者通過把工質(zhì)和煙氣在主要受熱面的進(jìn)、出口的溫度都顯示在鍋爐示意圖上，使計(jì)算結(jié)果一目了然。這樣使系統(tǒng)界面更友好、更生動(dòng)。32系統(tǒng)軟件的輔助功能以往的鍋爐熱力計(jì)算軟件，計(jì)算結(jié)果都是以文本文件形式保存，這對(duì)用戶來說查看是很不方便的。并且在

9、計(jì)算次數(shù)較多時(shí)，需要保存的文本文件數(shù)量顯著增加。如果稍有不慎，就會(huì)在這些文件之間造成混亂，影響工作效率。為了克服上述弊端，作者開發(fā)出來的應(yīng)用程序可以根據(jù)需要把計(jì)算結(jié)果以及原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中去。這樣不但可以減少許多額外的工作量，還方便了用戶的查詢，并且使結(jié)果數(shù)據(jù)與源程序的獨(dú)立性較大，起到了事半功倍的效果。并且數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)文件相比具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)小，最小冗余度，較高的數(shù)據(jù)與程序獨(dú)立性、易于擴(kuò)充、易于編制應(yīng)用程序等優(yōu)點(diǎn)，較復(fù)雜的信息系統(tǒng)都是建立在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上的。因此在本軟件中將鍋爐熱力計(jì)算的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果以數(shù)據(jù)庫的形式保存。綜合考慮到實(shí)現(xiàn)的方便和性能的要求，采用了Microsoft Acc

10、ess數(shù)據(jù)庫。利用VB的DataEnvironment和Access數(shù)據(jù)庫相連，根據(jù)需要記錄不同參數(shù)下的計(jì)算結(jié)果和原始數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫中的記錄，系統(tǒng)還提供了刪除、查詢、數(shù)據(jù)報(bào)表生成、刪除等數(shù)據(jù)庫的管理功能。33計(jì)算程序流程1對(duì)于SG400140型鍋爐，計(jì)算程序流程大致分為以下幾個(gè)方面：（1）燃料與燃燒產(chǎn)物計(jì)算和鍋爐熱平衡計(jì)算。    （2）爐膛熱力計(jì)算。    （3）后屏過熱器和高溫過熱器熱力計(jì)算。    （4）高溫再熱器、轉(zhuǎn)向室、低溫再熱器熱力計(jì)算。（5）旁路省煤器、主省煤器和空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算。

11、60;   整個(gè)熱力計(jì)算程序流程圖如圖2所示。    2對(duì)于HG1025182YM6大型鍋爐，計(jì)算程序流程大致分為以下幾個(gè)方面：（1）燃料與燃燒產(chǎn)物計(jì)算和鍋爐熱平衡計(jì)算。    （2）爐膛熱力計(jì)算。    （3）后屏過熱器熱力計(jì)算。（4）屏式再熱器、水冷壁引出管、末級(jí)再熱器熱力計(jì)算。（5）末級(jí)過熱器、過熱器排管、立式低溫過熱器、轉(zhuǎn)向室、水平低溫過熱器的熱力計(jì)算。    （6）省煤器和空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算。    整個(gè)熱力計(jì)算程序

12、流程如圖3所示。4計(jì)算實(shí)例及結(jié)果為了驗(yàn)證改進(jìn)算法以及系統(tǒng)軟件的性能，根據(jù)所研制的程序，對(duì)SG400140型鍋爐和HG1025182YM6型鍋爐及其常用煤種分別進(jìn)行了研究，下面只列出三種典型煤種的計(jì)算結(jié)果。將73年“標(biāo)準(zhǔn)方法”計(jì)算所得的結(jié)果、改進(jìn)后的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際值這三者進(jìn)行了比較，見表1和表2。5結(jié)論可見，改進(jìn)后的算法與實(shí)際值更接近。這也告訴我們，我國鍋爐制造業(yè)一直沿用的原蘇聯(lián)1973年的熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)200MW以下的鍋爐也未必都適用。根據(jù)長期積累了鍋爐設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)：隨著鍋爐容量的增大，根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)方法”計(jì)算出的爐膛出口煙溫與實(shí)際值偏差增大，尤其對(duì)于燃用劣質(zhì)煤、褐煤和無煙煤的鍋爐

13、更是如此，致使一些電站鍋爐過熱器超溫爆管、降低了可用率；此外，也有一些鍋爐過熱氣溫偏低，使鍋爐的出力達(dá)不到額定值，影響了電站運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性。由于本軟件是基于Windows環(huán)境并且采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，使程序具有良好的用戶界面和使用的靈活性。此外，對(duì)于熱力計(jì)算的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，可以使計(jì)算得到的數(shù)據(jù)信息得到充分的利用。本軟件已得到實(shí)際運(yùn)行情況的檢驗(yàn)，系統(tǒng)的開發(fā)為電站鍋爐改造提供了一種新的途徑，在電站鍋爐運(yùn)行中具有實(shí)際工程意義。參考文獻(xiàn)1北京鍋爐廠鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19762李永興，陳元春，等我國現(xiàn)用原蘇聯(lián)鍋爐爐膛傳熱計(jì)算方法的分析J電站系統(tǒng)工程，1992，8（4）3唐必光大容量鍋爐爐膛換熱計(jì)算的一個(gè)新方法J動(dòng)力工程，1992，