爐膛出口煙溫計算方法的研究

徐 芳，李 寶

(1．東北電力大學，吉林吉林132012;2．吉林石化公司電石廠，吉林吉林132022)

爐膛出口煙氣溫度作為電站鍋爐設計計算和校核計算中一個重要參數，它的計算精確與否對整個熱力計算過程起著重要作用。中國300 MW和600 MW的鍋爐普遍存在著過熱器管壁超溫、爆管、結焦等嚴重問題，爐膛出口煙溫計算不準確與爐膛出口煙溫實測值同設計值存在較大偏差有關。當爐膛出口煙溫比設計值高很多時，就會造成各級過熱器吸熱量明顯增多，出現過熱器管壁溫度超出設計值，減溫水量顯著增加，嚴重時還會造成過熱器管壁爆裂的事故和結焦現象［1－2］。目前爐膛出口煙溫計算方法均是利用簡化的理論模型，并且依據大量試驗和運行數據進行補充修正，但是存在一定的局限性［3］。因此，本文對幾種爐膛出口煙溫計算方法進行系統的分析比較，為鍋爐設計和運行的準確計算提供可靠依據。

1 爐膛出口煙溫計算的標準方法

爐膛出口煙氣溫度為

式中:θl″為爐膛出口煙氣溫度;Ta為理論燃燒溫度;a1為爐膛黑度;ψ為爐膛平均熱有效系數;F1為爐墻總面積;Bj為計算燃料消耗量;為煙氣平均熱容量;φ為保溫系數。M為爐膛火焰中心位置系數。

爐膛火焰中心位置系數為

式中:A、B由燃料和燃燒方式決定的參數;Xr為燃燒器的相對高度;Δx為考慮爐內火焰最高溫度位置偏離燃燒器布置水平面的修正值。

該爐膛出口煙氣溫度方法為1973年前蘇聯熱力計算標準方法(下面簡稱標準方法)，這一方法應用于較小容量鍋爐時，其計算的準確性較好，但應用于高參數、大容量鍋爐時，爐膛出口煙溫的計算值與實測值偏差較大［4］。前蘇聯學者通過大量實測證實，對容量600 t/h以上的鍋爐，實測的爐膛出口煙溫比按1973年標準方法計算的數值可高出100～130℃，對鍋爐的安全性和經濟性造成嚴重的影響。其原因歸于以下幾方面:

1)對爐內溫度場不均勻性的處理欠合理，只考慮了沿爐膛高度方向的溫度不均勻性，而沒有計及爐膛截面上的溫度不均勻性的影響。

2)火焰和爐壁對輻射都具有選擇性，采用“雙灰體”模型產生誤差較大。

3)沒有考慮爐膛幾何形狀對爐膛出口煙溫的影響。

4)該方法中的關系式均以前蘇聯200 MW容量以下的鍋爐爐內傳熱實驗數據總結出來的，與大容量鍋爐不相符合。另外，實驗過程采用前蘇聯的煤種，與中國的煤種存在一定差異。

對上述諸多因素同時進行修正，問題過于復雜，也很難進行，所以各種改進計算方法基本上主要考慮部分對其進行修正。

2 爐膛出口煙溫標準方法的修正方法

2.1 杜波夫斯基方法(簡稱杜氏方法)

爐膛出口煙氣溫度為

式中:T0為爐膛火焰假想溫度，根據經驗T0=1 470 K;Bo為波爾茲曼常數

2.2 大型電站鍋爐爐膛出口煙溫計算方法(簡稱

廣泛應用法)

爐膛出口煙氣溫度為

式中qH為水冷壁壁面熱強度

2.3 杜氏改進公式

爐膛出口煙氣溫度為

3 3種修正方法的分析與比較

3.1 3種方法的共同優點

1)考慮了爐膛橫斷面上溫度場的非等溫性對爐內換熱的影響。

2)實驗過程采用大容量鍋爐機組，對大容量鍋爐具有適應性。

3.2 3種方法共同存在的問題

1)從推導過程來看，3種方法均借助了1973年標準方法，不可避免的存在標準方法的相同問題。

2)從實驗方法來看，在不同燃料條件下，通過大量試驗測得的qf/qfj與Thy之間的關系曲線獲得關系式時，依然利用前蘇聯的煤種，中國的煤種與前蘇聯存在著較大差異，缺乏中國動力煤工業實驗基礎。

3.3 3種方法的比較

1)杜氏方法在推導過程將θ″lj等同于θ″l，并且作了一些會造成誤差的統計簡化，出現了個別明顯失誤，因而計算結果偏低。

2)廣泛應用法在杜氏公式基礎上推導出來，與杜氏方法存在相同問題。不同之處在于廣泛法引入一個新的玻爾茲曼準則數Bo*，并且根據大量計算統計數據得出新的玻爾茲曼準則數與玻爾茲曼準則數存在下列關系式:Bo≈1.227Bo*。由于在杜氏方法的基礎上增加了統計數據，所以在準確性方面有所降低。廣泛法引入水冷壁壁面熱強度qH這一概念，便于比較各種鍋爐的設計參數，與運用美國機械工程師學會(ASME)計算方法相比較，具有很強的實用性［4］。

3)杜氏改進公式避免了杜氏公式中出現的誤差的簡化統計及個別明顯的失誤，準確性有所提升，能很好的體現煤種變化對爐膛出口煙溫變化的影響［5］。

4 結論

1)爐膛出口煙溫計算方法在試驗過程中采用了大容量機組并考慮了爐膛橫斷面上溫度場的非等溫性對爐內換熱的影響。

2)爐膛出口煙溫的修正方法均借助了1973年前蘇聯標準方法，不可避免的存在標準方法的相同問題。

3)要根本解決爐膛出口煙溫計算不準的問題，就要用中國鍋爐機組、煤種，采用大量的試驗，結合適當的簡化模型及經驗公式，才能得到適合中國實際情況的爐膛出口煙溫計算公式。

［1］ 楊曉芳．關于某電廠過熱器保護的探討［J］．鍋爐制造，2009(3)．

［2］ 祝華東，紀濤．爐膛受熱面結焦故障的處理［J］．石油化工自動化，2002(2)．

［3］ 周克毅，趙震，曹漢鼎．爐膛出口煙溫計算方法的分析與比較［J］．動力工程，1999(5)．

［4］ 樊泉桂，巍鐵錚．大功率鍋爐爐膛換熱計算校準方法的研究與應用［J］．華北電力學院學報，1990(4)．

［5］ 唐必光．大容量鍋爐爐膛換熱計算的一個新方法［J］．動力工程，1992(6)．