炉膛出口烟温计算方法的研究

2013-03-05徐芳，李宝

黑龙江电力 2013年2期

徐芳，李宝

(1．东北电力大学，吉林吉林132012;2．吉林石化公司电石厂，吉林吉林132022)

炉膛出口烟气温度作为电站锅炉设计计算和校核计算中一个重要参数，它的计算精确与否对整个热力计算过程起着重要作用。中国300 MW和600 MW的锅炉普遍存在着过热器管壁超温、爆管、结焦等严重问题，炉膛出口烟温计算不准确与炉膛出口烟温实测值同设计值存在较大偏差有关。当炉膛出口烟温比设计值高很多时，就会造成各级过热器吸热量明显增多，出现过热器管壁温度超出设计值，减温水量显著增加，严重时还会造成过热器管壁爆裂的事故和结焦现象［1－2］。目前炉膛出口烟温计算方法均是利用简化的理论模型，并且依据大量试验和运行数据进行补充修正，但是存在一定的局限性［3］。因此，本文对几种炉膛出口烟温计算方法进行系统的分析比较，为锅炉设计和运行的准确计算提供可靠依据。

1 炉膛出口烟温计算的标准方法

炉膛出口烟气温度为

式中:θl″为炉膛出口烟气温度;Ta为理论燃烧温度;a1为炉膛黑度;ψ为炉膛平均热有效系数;F1为炉墙总面积;Bj为计算燃料消耗量;为烟气平均热容量;φ为保温系数。M为炉膛火焰中心位置系数。

炉膛火焰中心位置系数为

式中:A、B由燃料和燃烧方式决定的参数;Xr为燃烧器的相对高度;Δx为考虑炉内火焰最高温度位置偏离燃烧器布置水平面的修正值。

该炉膛出口烟气温度方法为1973年前苏联热力计算标准方法(下面简称标准方法)，这一方法应用于较小容量锅炉时，其计算的准确性较好，但应用于高参数、大容量锅炉时，炉膛出口烟温的计算值与实测值偏差较大［4］。前苏联学者通过大量实测证实，对容量600 t/h以上的锅炉，实测的炉膛出口烟温比按1973年标准方法计算的数值可高出100～130℃，对锅炉的安全性和经济性造成严重的影响。其原因归于以下几方面:

1)对炉内温度场不均匀性的处理欠合理，只考虑了沿炉膛高度方向的温度不均匀性，而没有计及炉膛截面上的温度不均匀性的影响。

2)火焰和炉壁对辐射都具有选择性，采用“双灰体”模型产生误差较大。

3)没有考虑炉膛几何形状对炉膛出口烟温的影响。

4)该方法中的关系式均以前苏联200 MW容量以下的锅炉炉内传热实验数据总结出来的，与大容量锅炉不相符合。另外，实验过程采用前苏联的煤种，与中国的煤种存在一定差异。

对上述诸多因素同时进行修正，问题过于复杂，也很难进行，所以各种改进计算方法基本上主要考虑部分对其进行修正。

2 炉膛出口烟温标准方法的修正方法

2.1 杜波夫斯基方法(简称杜氏方法)

炉膛出口烟气温度为

式中:T0为炉膛火焰假想温度，根据经验T0=1 470 K;Bo为波尔兹曼常数

2.2 大型电站锅炉炉膛出口烟温计算方法(简称

广泛应用法)

炉膛出口烟气温度为

式中qH为水冷壁壁面热强度

2.3 杜氏改进公式

炉膛出口烟气温度为

3 3种修正方法的分析与比较

3.1 3种方法的共同优点

1)考虑了炉膛横断面上温度场的非等温性对炉内换热的影响。

2)实验过程采用大容量锅炉机组，对大容量锅炉具有适应性。

3.2 3种方法共同存在的问题

1)从推导过程来看，3种方法均借助了1973年标准方法，不可避免的存在标准方法的相同问题。

2)从实验方法来看，在不同燃料条件下，通过大量试验测得的qf/qfj与Thy之间的关系曲线获得关系式时，依然利用前苏联的煤种，中国的煤种与前苏联存在着较大差异，缺乏中国动力煤工业实验基础。

3.3 3种方法的比较

1)杜氏方法在推导过程将θ″lj等同于θ″l，并且作了一些会造成误差的统计简化，出现了个别明显失误，因而计算结果偏低。

2)广泛应用法在杜氏公式基础上推导出来，与杜氏方法存在相同问题。不同之处在于广泛法引入一个新的玻尔兹曼准则数Bo*，并且根据大量计算统计数据得出新的玻尔兹曼准则数与玻尔兹曼准则数存在下列关系式:Bo≈1.227Bo*。由于在杜氏方法的基础上增加了统计数据，所以在准确性方面有所降低。广泛法引入水冷壁壁面热强度qH这一概念，便于比较各种锅炉的设计参数，与运用美国机械工程师学会(ASME)计算方法相比较，具有很强的实用性［4］。

3)杜氏改进公式避免了杜氏公式中出现的误差的简化统计及个别明显的失误，准确性有所提升，能很好的体现煤种变化对炉膛出口烟温变化的影响［5］。