專(zhuān)利名稱(chēng)：：煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及蒸汽鍋爐技術(shù)，尤其涉及煤和高爐煤氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法。(二)
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的熱力分析方法都是針對(duì)常規(guī)的燃煤鍋爐制定的，包括前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)以及美國(guó)的ASME標(biāo)準(zhǔn)等，這些熱力分析方法是根據(jù)大型電站鍋爐設(shè)計(jì)導(dǎo)則與熱力系統(tǒng)特性得出，是根據(jù)鍋爐全燒煤來(lái)界定的，即根據(jù)進(jìn)口的煙氣溫度和進(jìn)口蒸汽溫度，通過(guò)計(jì)算得到出口蒸汽溫度，其中對(duì)流過(guò)熱器、對(duì)流再熱器受熱面積的計(jì)算公式式中f——對(duì)流受熱面?zhèn)鳠崦娣e，m、Q——對(duì)流受熱面吸熱量，KJ;K——原對(duì)流傳熱系數(shù)，KJ/(m2°c);△t——對(duì)流換熱溫差，°c。但是對(duì)于既燃煤又燃高爐煤氣的鍋爐，特別是鍋爐混燒比例較高的高爐煤氣(BFG)時(shí)，由于現(xiàn)有的方法中未充分考慮混燒氣體燃料對(duì)鍋爐的影響，因此采用現(xiàn)在這些通用的熱力分析方法計(jì)算煤/氣混燒鍋爐的受熱面面積會(huì)發(fā)生較大的偏差，導(dǎo)致鍋爐設(shè)計(jì)或改造設(shè)計(jì)的不盡合理，汽溫特性惡化，使鍋爐在額定工況下運(yùn)行的汽溫不能滿足設(shè)計(jì)值的要求，影響鍋爐運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法，該方法通過(guò)對(duì)現(xiàn)有傳熱系數(shù)的修正，使鍋爐在額定工況下能正常運(yùn)行，提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法，其步驟是-第1步，根據(jù)氣體混燒量的變化，確定n個(gè)典型的試驗(yàn)工況后進(jìn)行試驗(yàn)，獲得各對(duì)流過(guò)熱器、再熱器主要受熱面的進(jìn)口、出口蒸汽溫度和進(jìn)口、出口煙氣溫度等參數(shù)；第2步，在工況m的條件下，針對(duì)某一受熱面，按照熱力分析方法，根據(jù)該受熱面已知的進(jìn)口蒸汽溫度、進(jìn)口煙氣溫度值，計(jì)算得到該受熱面的出口蒸汽溫度計(jì)算值，將該出口蒸汽溫度計(jì)算值與第1步中的試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)比較后，存在一定的誤差，通過(guò)假定合適的修正系數(shù)Km'對(duì)傳熱系數(shù)進(jìn)行修正，直到出口蒸汽溫度計(jì)算值與第1步中試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)后，結(jié)束計(jì)算，獲得在工況m下的傳熱系數(shù)修正系數(shù)Km';第3步，將n個(gè)工況獲得的傳熱修正系數(shù)擬合成關(guān)于氣體燃料燃燒產(chǎn)物容積的函數(shù)，確定各個(gè)對(duì)流過(guò)熱器、再熱器受熱面的傳熱系數(shù)修正系數(shù)計(jì)算公式K'=f(Vq)(2)式中K'——傳熱系數(shù)修正系數(shù)，Vq——?dú)怏w燃料燃燒產(chǎn)物容積，KNm3/h;第4步，確定對(duì)流過(guò)熱器、對(duì)流再熱器受熱面積，其計(jì)算公式式中F——對(duì)流受熱面?zhèn)鳠崦娣e，m2;Q^——對(duì)流受熱面吸熱量，KJ;K——原對(duì)流傳熱系數(shù)，KJ/(m2°C);△t——對(duì)流換熱溫差，°c。本發(fā)明是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有熱力分析方法的改進(jìn)，將傳統(tǒng)的以進(jìn)口煙氣溫度和進(jìn)口蒸汽溫度為基準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，改成以進(jìn)口蒸汽溫度、進(jìn)口煙氣溫度和出口蒸汽溫度為基準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，使出口蒸汽溫度計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)量值的誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，得到傳熱系數(shù)的修正值，再代入熱力計(jì)算公式得出煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積，彌補(bǔ)了現(xiàn)有熱力分析方法沒(méi)有充分考慮摻燒氣體燃料對(duì)傳熱特性造成的影響，使鍋爐熱力分析過(guò)程中受熱面的傳熱特性能夠充分反映高爐煤氣等氣體燃料混燒量變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，確保鍋爐的傳熱系數(shù)與汽溫特性能夠滿足設(shè)計(jì)需要，使鍋爐在額定工況下能正常運(yùn)行，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性?？蛇m用于大型煤/氣混燒鍋爐的熱力特性的分析與診斷，也可以準(zhǔn)確的確定鍋爐的受熱面改造方案。(四)下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為鍋爐爐膛內(nèi)受熱面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為某二級(jí)再熱器的高爐煤氣燃燒產(chǎn)物容積與傳熱系數(shù)修正系數(shù)擬合曲線圖；圖3為某三級(jí)過(guò)熱器的高爐煤氣燃燒產(chǎn)物容積與傳熱系數(shù)修正系數(shù)擬合曲線圖；圖4為煤/氣混燒鍋爐典型對(duì)流受熱面布置示意圖；圖5為某鋼廠煤/氣混燒鍋爐對(duì)流式二級(jí)再熱器、三級(jí)過(guò)熱器的受熱面改造方案實(shí)施示意圖。圖中l(wèi)進(jìn)口蒸汽溫度，2出口蒸汽溫度，3進(jìn)口煙氣溫度，4出口煙氣溫度，5對(duì)流過(guò)熱器、再熱器，6二級(jí)過(guò)熱器，7三級(jí)過(guò)熱器，8二級(jí)再熱器，9三級(jí)再熱器，IO—級(jí)過(guò)熱器，ll蒸發(fā)器，12省煤器，13空氣預(yù)熱器，14原有的三級(jí)過(guò)熱器受熱面積，15增加的三級(jí)過(guò)熱器受熱面積，16原有的二級(jí)再熱器受熱面積，17增加的二級(jí)再熱器受熱面積。具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖l、圖2、圖3，一種煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法，其步驟是第1步，根據(jù)氣體混燒量的變化，確定n個(gè)典型的試驗(yàn)工況后進(jìn)行試驗(yàn)，獲得各對(duì)流過(guò)熱器、再熱器主要受熱面的進(jìn)口、出口蒸汽溫度l、2，進(jìn)口、出口煙氣溫度3、4參數(shù)；第2步，在工況m的條件下，按照熱力分析方法，如圖1所示，根據(jù)已知的進(jìn)口蒸汽溫度1和進(jìn)口煙氣溫度3，通過(guò)假設(shè)校核得到出口煙氣溫度，這里出口煙氣溫度4是下一個(gè)受熱面的進(jìn)口煙氣溫度3;計(jì)算得到出口蒸汽溫度2，將出口蒸汽溫度2計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)比較后，假定合適的修正系數(shù)Kn/對(duì)傳熱系數(shù)進(jìn)行修正，直到計(jì)算的出口蒸汽溫度2與第1步中出口蒸汽溫度測(cè)量值的誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)后，結(jié)束計(jì)算，獲得在工況m下的傳熱系數(shù)修正系數(shù)Km'。例如表1、表2所述，分別得到在高爐煤氣混燒量為400、300、150、0KNmVh工況，即氣體燃料燃燒產(chǎn)物容積為639.3、479.5、239.7、OKNmVh下，三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)再熱器的傳熱系數(shù)的修正系數(shù)。第3步，分別將各個(gè)受熱面中n個(gè)工況獲得的傳熱修正系數(shù)擬合成氣體燃料燃燒產(chǎn)物容積的函數(shù)，圖2、圖3給出了與表1、表2所對(duì)應(yīng)的擬合曲線圖，確定各個(gè)對(duì)流過(guò)熱器、再熱器等受熱面的傳熱系數(shù)修正系數(shù)，計(jì)算公式如式(2)，該式表示傳熱系數(shù)修正系數(shù)是摻燒氣體燃料燃燒產(chǎn)物容積的函數(shù)。表1某二級(jí)再熱器各工況修正系數(shù)確定參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2某三級(jí)過(guò)熱器各工況修正系數(shù)確定參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>第4步，確定對(duì)流過(guò)熱器、對(duì)流再熱器受熱面積，其計(jì)算公式如式(3)。參見(jiàn)圖4，本發(fā)明選取了鍋爐中典型對(duì)流受熱面進(jìn)行了分析，該對(duì)流受熱面包括對(duì)流過(guò)熱器和再熱器5，主要包括了一級(jí)過(guò)熱器10、三級(jí)過(guò)熱器7、二級(jí)再熱器8和三級(jí)再熱器9。具體確定鍋爐受熱面面積時(shí)，對(duì)于一個(gè)新的煤/氣混燒鍋爐，可根據(jù)式(3)確定對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積。對(duì)于一個(gè)老鍋爐的改造，可選取一個(gè)代表鍋爐汽溫特性的過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度與設(shè)計(jì)值具有較大偏差的典型工況為基準(zhǔn)工況，利用式(3)，通過(guò)熱力分析計(jì)算得出過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度滿足設(shè)計(jì)值時(shí)，合理的鍋爐受熱面面積，并與原來(lái)鍋爐的受熱面積相比，需要增加或減少的面積，再根據(jù)鍋爐受熱面的布置空間，分析鍋爐受熱面布置的合理性，選取提出鍋爐受熱面的改造方式，得出優(yōu)化的鍋爐設(shè)計(jì)與技術(shù)改造的方案。實(shí)施例某鋼廠3號(hào)煤/氣混燒電站鍋爐，一般情況下，燃燒器上擺才能維持汽溫，若負(fù)荷較低、混燒高爐煤氣(BFG)或上層磨煤機(jī)故障，以及煤質(zhì)有所變化(如燃燒神府煤)時(shí)，過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度均達(dá)不到額定設(shè)計(jì)值，這不但影響機(jī)組的安全性，也嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)該鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造，使改造后的鍋爐能適應(yīng)煤/氣混燒，其鍋爐受熱面的改造方案是首先，確定傳熱系數(shù)的修正系數(shù)。選取多個(gè)代表鍋爐汽溫特性的過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度與設(shè)計(jì)值具有較大偏差的典型工況為基準(zhǔn)工況，以本發(fā)明的方法，即以各對(duì)流過(guò)熱器或?qū)α髟贌崞鬟M(jìn)口蒸汽溫度、進(jìn)口煙氣溫度和出口蒸汽溫度為基準(zhǔn)值的分析方法，得出了滿足煤/氣混燒鍋爐受熱面?zhèn)鳠崽匦苑治龅男拚禂?shù)，參見(jiàn)表l、表2。然后，分別針對(duì)各個(gè)對(duì)流過(guò)熱器或?qū)α髟贌崞?，將多個(gè)工況獲得的傳熱修正系數(shù)擬合成與氣體燃料燃燒產(chǎn)物容積的函數(shù)，在本實(shí)施例中，三級(jí)對(duì)流過(guò)熱器的傳熱修正系數(shù)擬合函數(shù)為《'=4.9938x10平07^2-6.7775xl0-04^+1.2233;二級(jí)對(duì)流再熱器的傳熱修正系數(shù)擬合函數(shù)為^'=1.5906x10-06r92-4.3618xl(T04r9+1.0488。第二，利用公式(3)，計(jì)算得到過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度滿足設(shè)計(jì)值時(shí)的合理鍋爐受熱面面積。表3所示是一個(gè)與汽溫設(shè)計(jì)值偏差較大的典型工況下的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，過(guò)熱蒸汽溫度為522X:，再熱蒸汽溫度為516.6°C，其三級(jí)過(guò)熱器7和二級(jí)再熱器8的鍋爐受熱面面積計(jì)算值分別為2640m2和2328m2。第三，確定改造方案，為了使實(shí)際運(yùn)行參數(shù)中的過(guò)熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)值54(TC，利用本專(zhuān)利的技術(shù)方案，確定對(duì)于原有的二級(jí)再熱器8，在原有的受熱面積16為1600m2的基礎(chǔ)上增加受熱面積17為728m2，三級(jí)過(guò)熱器7在原有受熱面積14為1940m2的基礎(chǔ)上，增加受熱面積15為700m2，能夠使過(guò)熱蒸汽，再熱蒸汽的出口溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值的要求，其具體參數(shù)參見(jiàn)表3。受熱面改造方案實(shí)施示意圖如圖5所示。表3某鋼廠受熱面改造方案參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有傳熱系數(shù)的修正，彌補(bǔ)了現(xiàn)有熱力分析方法沒(méi)有充分考慮摻燒氣體燃料對(duì)傳熱特性造成的影響，使鍋爐熱力分析過(guò)程中受熱面的傳熱特性能夠充分反映高爐煤氣等氣體燃料混燒量變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，確保鍋爐的傳熱系數(shù)與汽溫特性能夠滿足設(shè)計(jì)需要，使鍋爐在額定工況下能正常運(yùn)行，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。可適用于大型煤/氣混燒鍋爐的熱力特性的分析與診斷，也可以準(zhǔn)確的確定鍋爐的受熱面改造方案。權(quán)利要求1.一種煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法，其步驟是第1步，根據(jù)氣體混燒量的變化，確定n個(gè)典型的試驗(yàn)工況后進(jìn)行試驗(yàn)，獲得各對(duì)流過(guò)熱器、再熱器主要受熱面的進(jìn)口、出口蒸汽溫度和進(jìn)口、出口煙氣溫度等參數(shù)；第2步，在工況m的條件下，針對(duì)某一受熱面，按照熱力分析方法，根據(jù)該受熱面已知的進(jìn)口蒸汽溫度、進(jìn)口煙氣溫度值，計(jì)算得到該受熱面的出口蒸汽溫度計(jì)算值，將該出口蒸汽溫度計(jì)算值與第1步中的試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)比較后，存在一定的誤差，通過(guò)假定合適的修正系數(shù)Km'對(duì)傳熱系數(shù)進(jìn)行修正，直到出口蒸汽溫度計(jì)算值與第1步中試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)后，結(jié)束計(jì)算，獲得在工況m下的傳熱系數(shù)修正系數(shù)Km';第3步，將n個(gè)工況獲得的傳熱修正系數(shù)擬合成關(guān)于氣體燃料燃燒產(chǎn)物容積的函數(shù)，確定各個(gè)對(duì)流過(guò)熱器、再熱器受熱面的傳熱系數(shù)修正系數(shù)計(jì)算公式-K'=f(Vq)(2)式中K'—傳熱系數(shù)修正系數(shù)，Vq——?dú)怏w燃料燃燒產(chǎn)物容積，KNm3/h;第4步，確定對(duì)流過(guò)熱器、對(duì)流再熱器受熱面積，其計(jì)算公式式中F——對(duì)流受熱面?zhèn)鳠崦娣e，m2;Q——對(duì)流受熱面吸熱量，KJ;K——原對(duì)流傳熱系數(shù)，KJ/(m2°C);△t——對(duì)流換熱溫差，°c。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法，其特征是利用公式(3)，計(jì)算得出過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度的鍋爐受熱面面積，與原來(lái)鍋爐的受熱面積相比，得到需要增加或減少的面積。全文摘要本發(fā)明涉及蒸汽鍋爐技術(shù)，尤其涉及煤和高爐煤氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積確定方法。本發(fā)明是以進(jìn)口蒸汽溫度、進(jìn)口煙氣溫度和出口蒸汽溫度為基準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，使出口蒸汽溫度計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)量值的誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，得到傳熱系數(shù)的修正值，再代入熱力計(jì)算公式得出煤/氣混燒鍋爐對(duì)流過(guò)熱器和再熱器受熱面積，使鍋爐熱力分析過(guò)程中受熱面的傳熱特性能夠充分反映高爐煤氣等氣體燃料混燒量變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，確保鍋爐的傳熱系統(tǒng)與汽溫特性能夠滿足設(shè)計(jì)需要，使鍋爐在額定工況下能正常運(yùn)行，提高了鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性?？蛇m用于大型煤/氣混燒鍋爐的熱力特性的分析與診斷，也可以準(zhǔn)確的確定鍋爐的受熱面改造方案。文檔編號(hào)F22G3/00GK101144615SQ200610031048公開(kāi)日2008年3月19日申請(qǐng)日期2006年9月12日優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日發(fā)明者任建興,孫堅(jiān)榮,宗仰煒,潘衛(wèi)國(guó),王文歡,趙林鳳,顧立群申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司;上海電力學(xué)院