锅炉省煤器改造的简化计算

王天锁，胡军

（黑龙江八一农垦大学工程学院，大庆 163319）

锅炉受热面的积灰是常见现象，影响锅炉受热面的传热，会使通道截面积减小，流通阻力增加，使通风出力不足，降低运行负荷，严重时还会堵塞尾部烟道，甚至被迫停炉检修，由于锅炉积灰问题，严重影响了生产的进度和秩序。针对锅炉的严重积灰问题，经过长时间的摸索，对现有的锅炉尾部省煤器进行了改造，采用了一种简单的计算方法代替了常规的繁琐计算，通过对锅炉省煤器改造的简单计算，节省了大量的时间，而且计算后的相关参数都能满足要求，下面介绍一下改造过程中一些主要参数的计算方法。

1 主要参数的计算方法

1.1 烟气流量和速度原来的计算方法

实际烟气量的计算a.对于无烟煤、烟煤及贫煤：

Qy——实际烟气量，m3（标）·kg-1

α——过剩空气系数，

α=α0+Δα

α0——炉膛过剩空气系数

Δα——烟气流程上各段受热面上漏风系数烟气速度计算需要如下参数：

Bcal——计算燃料消耗量kg·s-1

Vg——烟气总容积（标态）Nm3·kg-1查烟气特性表

θave——平均烟温℃（θ′+θ″）/2

Ag——烟气流通面积m2Ag=ab-Z1，aved（l1+4R）=ab-nd

针对具体情况，我的计算方法：

由于锅炉使用的是平衡式通风，负压值趋于恒定状态，再有就是锅炉生产用气基本稳定，故可以假设烟气流量恒定的情况下，由流体力学公式：

推导得：

当横截面积减小到原来的2/3 时，烟气速度会增加为：

得出

对于省煤器管道内部水速度的计算，参考有压管流，水流量与压强差的准确计算公式和计算步骤如下。

1.2 计算管道的比阻S

原计算公式：如果是旧铸铁管或旧钢管，可用舍维列夫公式计算管道比阻：

或用：

计算（n 为管内壁糙率，d 为管内径，m）；

1.3 确定管道两端的作用水头差ΔH

ΔP 为管道两端的压强差（不是某一断面的压强），Pa以为单位

则省煤器内的水头差为：ΔH=ΔP/（1 000×9.8）=ΔP/9 800

1.4 计算流量Q

计算方法：假定省煤器是三组给水的时候，总流量公式是：

当省煤器由三组改成两组后，总流量不变的情况下，公式就变成：

1.5 流速

原计算公式：

或者先求管道断面平均流速，再求流量。

管道流速：

式中：V——管道断面平均流速；

C——谢才系数；

R——水力半径；

J——水力坡降，也就是单位长度的压力损失，J=ΔP/L；

ΔP——长为L 的管道上的压力损失；

L——管道长度。

计算方法：假定省煤器是三组给水的时候，总速度公式是：

省煤器是两组给水的时候，总速度公式变成：

接下来就是要考虑当省煤器内部水流速增加，外部烟速增加的同时，水能否过早的气化，省煤器出口水温，能否增加：

由于烟气放热与水吸热是平衡的，根据热力学公式Q=cm（t1-t0）得：

得到如下公式：

进一步推导得：

理论改进后，用公式得：

由于t烟0和t水0是恒定的，所以，改进后对省煤器换热没有影响，但是烟气流速增加了，这就是改进的实质性意义。

虽然，通过粗略简单的计算得到预计的结果，但是还有问题，那就是省煤器去掉1/3 后，烟气与水的换热面积减少了1/3，是否会影响换热效果呢？

根据热力学公式：

由于烟气速度和水速度同时同步的增加，使得换热效果并没有改变。

经计算证明，虽然横截面积减少了1/3，但是通过同时增加烟气和水流速的方法，能够保证整体理论换热效果没有改变。改进前由于积灰的原因，形成积灰绝缘层，影响了换热效率。改进后，积灰问题会得到解决，那么，虽然换热面积减小了，换热效率实际上却得到提高了。

引风机能否满足这样的改进方式？首先考虑热力学计算公式：

省煤器改造前，理想气体状态方程PV/T=C（常数）

P 为压强V 为体积T 为温度（温度单位K）

推导得：

同理，改造后：

改造后常熟C 发生改变，满足烟气体积相等的、时间相等、温度相等的，从而得到如下常熟的变化，C′=1.5C

从而得到：P′=1.5P

而用简单的基础公式依然可以得出：

根据实际运行生产时引风机效率为（60～65）%左右，估算改进后，引风机效率将达到（90～97.5）%左右，也就是理论上风机能够满足省煤器改进的需要。

经过半个月实际改造，实际材料费用为8 150元，运行效果非常明显，经6 个月运行观察，省煤器片很干净，积灰的问题已经得到彻底解决。省煤器烟气流速由11.9 m·s-1增加到17.85 m·s-1。

2 结论

由于我国小型锅炉大多运行人员文化层次较低的情况，只是负责简单的重复性工作，一旦锅炉出现了严重的结焦或积灰的问题，就会束手无策，而专业设计人员文化层次较高，懂得复杂的计算和设计，但很少去实际中操作锅炉设备，这就很容易造成理论设计与实际需求相脱节，一旦出现问题，使用部门不得不完全依赖于设计部门，设计部门收费会很高，使得使用部门很是被动，这就使得一些使用部门不得不自己想办法来摸索着去解决，而中锅炉设计原理计算方法与原公式比较非常简单，新的计算方法突破了只有专业人员才能够进行热力计算的难点，为非专业人员在锅炉局部改造计算过程中提供了一些基础公式，简化了原有公式的计算复杂程度。

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