北电力大学保定071003魏铁铮王平川华北电力科学研究院北京100045王建军文摘锅炉炉膛出口烟气温度是研究锅炉工况及锅炉热力计算的重要参数它是炉膛内辐射传热和对流烟道内烟气对流传热的分界。同时炉膛出口烟气温度是很难测量的。在已知燃料元素分析成分的条件下利用一般锅炉数据采集系统提供的工质侧测量数据从测量准确的排烟温度开始沿着烟气流动相反的方向主要利用热平衡关系反向推出各受热面处的烟气温度直到炉膛出口烟气温度给其它锅炉研究例如锅炉运行中的管子金属壁温计算、寿命计算、管子污染情况的监测以及有针对性的吹灰提供了方便和计算基础。关键词炉膛出口烟气温度热平衡附加受热面锅炉炉膛出口烟气温度是锅炉设计和运行中的一个重要参数。首先这一烟气温度是区分锅炉烟气侧的炉膛内辐射传热和对流烟道内对流传热的界限。在工质侧基本上是区分炉膛水冷壁内蒸发吸热和过热器内蒸汽的过热吸热的界限同时这一烟气温度影响炉膛出口处的对流受热面的结渣问题。如果这一温度过高将成为锅炉过热蒸汽超温的主要原因之一因而也可能是造成过热器、再热器爆管的重要原因之一。相反如果炉膛出口烟气温度过低则造成过热蒸汽和再热蒸汽低于设计值降低机组的经济性。锅炉炉膛出口烟气温度的测量是一个很困难的工作。把热电偶送入适当的位置一般锅炉上没有十分合适的测孔现代电站锅炉的炉膛很宽要把热电偶送到合适的测量位置很不容易高温烟气测量由于有辐射传热的影响有相当大的测量误差。正是由于炉膛出口烟气温度的测量很困难所以电站锅炉上没有这一温度的常规运行测点。现代电站锅炉一般都装有较完备的数据采集系统各段受热面进出口工质参数例如工质温度、工质压力和工质流量一般都有
比较准确的测量值。作者依据这些工质侧的参数在已知当时燃用煤种元素分析成分的情况下从测量较为准确的锅炉排烟温度开始沿着与烟气流动相反的方向主要应用热平衡的方法逐步计算出各受热面间的烟气温度最终推算出炉膛出口烟气温度。1计算对象简介以唐山陡河电厂200MW锅炉作为计算对象。陡河电厂的4台200MW锅炉的型号为HG67014029是80年代中期哈尔滨锅炉厂生产的。这种锅炉是超高压参数的燃用开滦洗中煤的固态排渣煤粉炉。锅炉烟气侧从前向后依次布置有：炉膛上方的前屏过热器、炉膛出口处的后屏过热器、折焰角上面的高温对流过热器这段过热器分两段即烟道两侧的冷段和烟道中间的热段、前凝渣管、水平烟道中的高温再热器、后凝渣管、转向室、下行烟道的低温再热器、两级布置的省煤器和空气预热器。这种锅炉的附加受热面包括顶棚和包墙管过热器包墙管布置在水平烟道侧墙和直到低温再热器的包墙。计算对象的蒸汽系统如图1所示。从汽包出来的饱和蒸汽经过顶棚过热器和包墙管过热器进入前屏经过一级喷水减温器减温后再进入后屏从后屏出来的全部蒸汽进入汽—汽热交换器去加热再热蒸汽出来后进入高温过热器冷段经过二级喷水减温器减温后再进入高温过热器热段从高温过热器出来的蒸汽进入锅炉主蒸汽管道送往汽轮机。汽轮机高压缸的排汽先进入低温再热器出来后一部分再热蒸汽进入汽—汽热交换器加热另一部分再热蒸汽不经过汽—汽热交换器两部分蒸汽混合后进入高温再热器此后送往汽轮机。2推算前的准备工作在进行烟气侧烟气温度反向推算前要做好三方面准备工作:1现场实测数据的整理其中包括根据汽包压力求饱和蒸汽温度进而推出锅炉顶棚及包墙管中的蒸汽平均温度由于锅炉实测41华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER No.91999图1HG67014029型
锅炉的蒸汽系统及参数数据有左右两侧之分因而对于蒸汽温度和排烟温度计算其算术平均值对于喷水量则把两侧数据相加。2进行锅炉实测时的热平衡计算计算出当时的计算燃料量、保热系数以备推算时使用。3与输煤车间联系给锅炉上同一煤矿的煤使得采集数据时的煤种不会有过大的变化。3锅炉炉膛出口烟气温度的推算方法按受热面组成和位置的不同反推进口烟气温度的方法可以分为4种。311无附加受热面的尾部受热面这里指的无附加受热面的锅炉尾部受热面是省煤器和空气预热器。如果计算其他型式的锅炉只要这段受热面只有主受热面而没有其他的附加受热面都可以按照这里叙述的方法进行反推计算。对于空气预热器应当用如下的公式进行计算:QdxΒ〃??a2Ik°〃-Ik°′1Qdf5I′-I〃??aIl°2式中Β〃——空气预热器出口处空气量与理论空气量之比Β〃a1〃-??a1-??azf其中a1〃为炉膛出口的过量空气系数??a1和??azf分别为炉膛和制粉系统的漏风系数:Qdf——烟气的放热量kJkgQdx——工质的吸热量kJkg??a——空气预热器的漏风系数I°k、Ik°〃——空气预热器进、出口处理论空气焓kJkg5——保热系数I′、I〃——受热面前、后的烟气焓kJkgI1°——a1时漏入的空气焓在此处为按空气预热器进出口的平均空气温度计算的空气焓kJkg。在计算时因为知道煤的元素分析成分就可以计算出Qdx根据热平衡关系对流吸热等于对流放热因此就求出Qdf。在应用2式时I〃是按排烟温度和当地的过量空气系数而求得的I1°按冷风温度和热风温度的平均值求得这样就可以求进口处的烟气焓I′进而求进口的烟气温度。应当说明的是锅炉大修后一般都做漏风试验计算时要应用最新的实试数据。对于省煤器应用如下关系式计算。QdxDsmi〃-i′Bj3Qdf5I′-I〃??aI1°4式中Dsm——省煤器中水的流量kgsi′、i〃——省煤器进、出口处水焓kJkgBj——计算燃料量kgsI1°——冷空气焓kJkg。其余符号意义同前。在计算中根据给水温度和省煤器出口水温度
即可算出i′和i〃进而算出Qdx也就是Qdf此处I〃与前面计算出的空气预热器的进口烟气焓相等。这样应用4式就可以求出进口烟气焓I′再求出进口烟气温度。应当指出本文计算实例的尾部受热面是两级布置没有上下级省煤器和上下级空气预热器之间水温和热风温度测量值所以作者当作单级布置来推算。根据热平衡原理这样不会带来额外的误差。312有附加受热面但不接受炉膛辐射的受热面对于本计算实例有附加受热面但不接受炉膛辐射的受热面指的是高温再热器和低温再热器。由于有附加受热面而其上不可能安装工质温度测点因而不能从工质侧直接得到附加受热面51No.91999华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER吸热量因此要求附加受热面吸热。作者根据文献1中叙述的方法来计算附加受热面吸热。这种受热面的计算公式如下计算框图示于图2中。已知出口处烟温、烟焓求工质吸热求传热系数求附加受热面吸热求总吸热求进口烟焓、烟温误差设进口烟温图2有附加受热面但不接受炉膛辐射受热面计算框图QdxDi〃-i′Bj5Qdf5I′-I〃??aI1°6公式5和公式3很类似所不同的是公式5中进出口焓i′和i〃以及流量D是针对蒸汽的。公式6和公式4相同。因此这类受热面的算法和前一类基本相同所不同的是还要引入一个公式7。QdcKt??HBj7式中Qdc——对流传热量kJkgK——传热系数kWm??℃??t——传热温差℃H——受热面积m2。先应用公式5计算出Qdx认为QdcQdx用公式7针对主受热面算出其传热系数K根据文献1中规定：附加受热面传热系数等于主受热面传热系数针对附加受热面应用公式7算出附加受热面吸热求出主受热面和附加受热面的总吸热作为公式6中的Qdf求出其进口烟气焓进而求进口烟气温度。应当指出由于主
受热面吸热采用了实测数据这就相当于采用了实际的污染系数。313无主受热面的特殊受热面这类受热面对于本计算对象是指转向室、前、后凝渣管其计算框图如图3所示。这时的计算就是一个相反方向的热力计算已知出口烟气温度求进口烟气温度。作者依据文献1提供的方法进行计算。314布置在炉膛出口以外的接受炉膛辐射的受热面这类受热面对于本计算对象是指炉膛上方的后屏过热器和折焰角上面的高温对流过热器。这些受热面都有附加受热面一般还不止一种附加受热面其计算框图类似图2的有附加受热面的受热面的计算框图。所不同的是在计算前先假设一个吸收炉膛辐射热等到算出炉膛出口烟气温度后根据文献1中的方法计算出一个吸收炉膛辐射热再计算假设值和计算值的误差。如果误差过大则把计算值作为下次计算的假设值重新进行这些受热面的计算反复循环直到误差满足要求为止。由于受热面吸收炉膛辐射要把公式5换成如下形式公式6依然使用。QdxDi〃-i′Bj-Qf8式中Qf为吸收炉膛辐射热。作者应用上述方法在计算机上编程完成了计算。在计算过程中96的热量是主受热面的吸热按热平衡反推计算受实测数据测量误差的影响4的热量是附加受热面和特殊受热面吸热按文献1方法反推计算具有计算方法的误差。4对计算实例的计算作者计算的是唐山陡河电厂6号锅炉时间是1997年12月23日09时54分05秒。当时烧的是吕家坨煤其元素分析如下:Cy49147Hy2196Oy5121汽车预热器
Ny0145Sy0153Ay32148Wy819当时测得的工质侧数据标在图1中需要补充的数据
如下：已知出口处烟温、烟焓求传热系数传热温差求工质吸热求烟气放热求进口烟温、烟焓误差设进口烟温图3特殊受热面的计算框图下转第50页61
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电压相似常数CU5064频率相似常数Cf215×10-3电场强度相似常数CE1681816电流
相似常数CI3791863。载重汽车感应电流的模拟试验时在变电站厂区车道中每3m布置一个测量点以“黄河”8t载重汽车为依据当车身的前部位于测量点时测量车身在交变电场中引起的位移电流所测量的感应电流相当于赤足的人体接触汽车时流过人体的工频稳态电流。沙岭子电厂500kV超高压变电站的主接线采用1个半开关方式主要电气设备布置在同一高度上根据整个设备布置的对称性选用沙岭子电厂500kV超高压变电站的一半作为模拟范围模拟模型平面示意图见图3载重汽车感应电流的计算值和模拟试验测量值的分布曲线比较见图4载重汽车感应电流的计算值和模拟试验测量值分布曲线比较图4。从图中可看出计算值和模拟试验测量值基本一致A-A剖面的汽车感应电流的最大值为2164mAB-B剖面汽车感应电流的最大值为2186mA。对于沙岭子电厂500kV超高压变电站载重汽车感应电流的计算和模拟试验表明进入变电站厂区载重汽车感应电流较大因此当变电站运行时进入变电站厂区的载重汽车的车身应有良好的接地否则当人体触摸车身时汽车的感应电流将通过人体流入地面造成人身事故这一点应该引起高度重视。参考文献1杨宪章、代义钧.高压变电站电场强度的数值分析.武汉水利电力学院学报1987142罗九儒等.超高压变电系统静电感应水平的数值分析及计算.中国电力1994113
T.M.MCCauleyetal.EHVandUHVElectrostaticEffects:SimplifiedDesignCalculationsandP reventiveMeas
ures.IEEETransactionsonPowerApparatusandSystemsVol.PAS294No.6No vemberDecember1975:205720654
StrattonJA.Electro-magnetictheory.NewYork:McGraw-Hill1941:38592072155刘会金、杨宪章.超高压变电站内人体感应电流的计算.武汉水利电力学院学报1992136
刘会金、罗九儒、杨宪章.沙岭子电厂500kV变电站工频电场分布模拟试验。湖北电力1998收稿日期:1999207201上接第16页排烟温度tpy133℃热风温度
trf342℃环境温度tlk0℃。作者反推出的炉膛出口烟气温度为1022℃。作者还在计算机上按照文献1进行了这个条件下的热力计算有三点说明2:1用杜卜斯基—卜劳赫炉膛出口烟气温度公式代替古尔维奇公式2按当时燃烧器使用情况计算燃烧器中心高3按锅炉负荷考虑对火焰中心的修正。这样计算得到的炉膛出口烟气温度为1014℃。从两种计算结果来看计算是可信的。参考文献1北京锅炉厂译.锅炉机组热力计算标准方法.北京：机械工业出版社19962秦裕琨.炉内传热第2版.北京：机械工业出版社1992.13魏铁铮等.陡河发电厂200MW锅炉机组热力计算研究.华北电力技术1999.2收稿日期:199920622905华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER No.91999
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