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        鍋爐省煤器改造的簡化計算

        2013-11-24 04:00:10王天鎖胡軍
        關(guān)鍵詞:積灰省煤器計算公式

        王天鎖,胡軍

        (黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院,大慶 163319)

        鍋爐受熱面的積灰是常見現(xiàn)象,影響鍋爐受熱面的傳熱,會使通道截面積減小,流通阻力增加,使通風(fēng)出力不足,降低運行負(fù)荷,嚴(yán)重時還會堵塞尾部煙道,甚至被迫停爐檢修,由于鍋爐積灰問題,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的進度和秩序。針對鍋爐的嚴(yán)重積灰問題,經(jīng)過長時間的摸索,對現(xiàn)有的鍋爐尾部省煤器進行了改造,采用了一種簡單的計算方法代替了常規(guī)的繁瑣計算,通過對鍋爐省煤器改造的簡單計算,節(jié)省了大量的時間,而且計算后的相關(guān)參數(shù)都能滿足要求,下面介紹一下改造過程中一些主要參數(shù)的計算方法。

        1 主要參數(shù)的計算方法

        1.1 煙氣流量和速度原來的計算方法

        實際煙氣量的計算a.對于無煙煤、煙煤及貧煤:

        Qy——實際煙氣量,m3(標(biāo))·kg-1

        α——過剩空氣系數(shù),

        α=α0+Δα

        α0——爐膛過??諝庀禂?shù)

        Δα——煙氣流程上各段受熱面上漏風(fēng)系數(shù)煙氣速度計算需要如下參數(shù):

        Bcal——計算燃料消耗量kg·s-1

        Vg——煙氣總?cè)莘e(標(biāo)態(tài))Nm3·kg-1查煙氣特性表

        θave——平均煙溫℃(θ′+θ″)/2

        Ag——煙氣流通面積m2Ag=ab-Z1,aved(l1+4R)=ab-nd

        針對具體情況,我的計算方法:

        由于鍋爐使用的是平衡式通風(fēng),負(fù)壓值趨于恒定狀態(tài),再有就是鍋爐生產(chǎn)用氣基本穩(wěn)定,故可以假設(shè)煙氣流量恒定的情況下,由流體力學(xué)公式:

        推導(dǎo)得:

        當(dāng)橫截面積減小到原來的2/3 時,煙氣速度會增加為:

        得出

        對于省煤器管道內(nèi)部水速度的計算,參考有壓管流,水流量與壓強差的準(zhǔn)確計算公式和計算步驟如下。

        1.2 計算管道的比阻S

        原計算公式:如果是舊鑄鐵管或舊鋼管,可用舍維列夫公式計算管道比阻:

        或用:

        計算(n 為管內(nèi)壁糙率,d 為管內(nèi)徑,m);

        1.3 確定管道兩端的作用水頭差ΔH

        ΔP 為管道兩端的壓強差(不是某一斷面的壓強),Pa以為單位

        則省煤器內(nèi)的水頭差為:ΔH=ΔP/(1 000×9.8)=ΔP/9 800

        1.4 計算流量Q

        計算方法:假定省煤器是三組給水的時候,總流量公式是:

        當(dāng)省煤器由三組改成兩組后,總流量不變的情況下,公式就變成:

        1.5 流速

        原計算公式:

        或者先求管道斷面平均流速,再求流量。

        管道流速:

        式中:V——管道斷面平均流速;

        C——謝才系數(shù);

        R——水力半徑;

        J——水力坡降,也就是單位長度的壓力損失,J=ΔP/L;

        ΔP——長為L 的管道上的壓力損失;

        L——管道長度。

        計算方法:假定省煤器是三組給水的時候,總速度公式是:

        省煤器是兩組給水的時候,總速度公式變成:

        接下來就是要考慮當(dāng)省煤器內(nèi)部水流速增加,外部煙速增加的同時,水能否過早的氣化,省煤器出口水溫,能否增加:

        由于煙氣放熱與水吸熱是平衡的,根據(jù)熱力學(xué)公式Q=cm(t1-t0)得:

        得到如下公式:

        進一步推導(dǎo)得:

        理論改進后,用公式得:

        由于t煙0和t水0是恒定的,所以,改進后對省煤器換熱沒有影響,但是煙氣流速增加了,這就是改進的實質(zhì)性意義。

        雖然,通過粗略簡單的計算得到預(yù)計的結(jié)果,但是還有問題,那就是省煤器去掉1/3 后,煙氣與水的換熱面積減少了1/3,是否會影響換熱效果呢?

        根據(jù)熱力學(xué)公式:

        由于煙氣速度和水速度同時同步的增加,使得換熱效果并沒有改變。

        經(jīng)計算證明,雖然橫截面積減少了1/3,但是通過同時增加煙氣和水流速的方法,能夠保證整體理論換熱效果沒有改變。改進前由于積灰的原因,形成積灰絕緣層,影響了換熱效率。改進后,積灰問題會得到解決,那么,雖然換熱面積減小了,換熱效率實際上卻得到提高了。

        引風(fēng)機能否滿足這樣的改進方式?首先考慮熱力學(xué)計算公式:

        省煤器改造前,理想氣體狀態(tài)方程PV/T=C(常數(shù))

        P 為壓強V 為體積T 為溫度(溫度單位K)

        推導(dǎo)得:

        同理,改造后:

        改造后常熟C 發(fā)生改變,滿足煙氣體積相等的、時間相等、溫度相等的,從而得到如下常熟的變化,C′=1.5C

        從而得到:P′=1.5P

        而用簡單的基礎(chǔ)公式依然可以得出:

        根據(jù)實際運行生產(chǎn)時引風(fēng)機效率為(60~65)%左右,估算改進后,引風(fēng)機效率將達到(90~97.5)%左右,也就是理論上風(fēng)機能夠滿足省煤器改進的需要。

        經(jīng)過半個月實際改造,實際材料費用為8 150元,運行效果非常明顯,經(jīng)6 個月運行觀察,省煤器片很干凈,積灰的問題已經(jīng)得到徹底解決。省煤器煙氣流速由11.9 m·s-1增加到17.85 m·s-1。

        2 結(jié)論

        由于我國小型鍋爐大多運行人員文化層次較低的情況,只是負(fù)責(zé)簡單的重復(fù)性工作,一旦鍋爐出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)焦或積灰的問題,就會束手無策,而專業(yè)設(shè)計人員文化層次較高,懂得復(fù)雜的計算和設(shè)計,但很少去實際中操作鍋爐設(shè)備,這就很容易造成理論設(shè)計與實際需求相脫節(jié),一旦出現(xiàn)問題,使用部門不得不完全依賴于設(shè)計部門,設(shè)計部門收費會很高,使得使用部門很是被動,這就使得一些使用部門不得不自己想辦法來摸索著去解決,而中鍋爐設(shè)計原理計算方法與原公式比較非常簡單,新的計算方法突破了只有專業(yè)人員才能夠進行熱力計算的難點,為非專業(yè)人員在鍋爐局部改造計算過程中提供了一些基礎(chǔ)公式,簡化了原有公式的計算復(fù)雜程度。

        [1] 北京鍋爐廠設(shè)計科.鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,1976.

        [2] 宋漢武. 鰭片和膜片管束的傳熱計算[J]. 鍋爐技術(shù),1988(3):25-27.

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        [4] 雷聲. 油田熱電廠200MW 機組調(diào)峰運行安全經(jīng)濟性分析[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報,2012,24(1):17-20.

        [5] 張修冰,賈金嶺,王仲煥.利用Excel 進行鍋爐熱力計算[J].工業(yè)鍋爐,2001(5):22-25.

        [6] 馮俊凱,沈幼庭. 鍋爐原理及計算[M].北京:科學(xué)出版社,1995.

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