工业锅炉热力计算2011.8.22

工业锅炉热力计算软件介绍西安交通大学车得福教授课题组提纲11、锅炉热力计算简介2、热力计算模型介绍3、软件的功能及特点4、软件的使用锅炉热力计算简介热力计算在锅炉设计、改造及经济性预测方面有着极为重要的作用，是锅炉设计中最重要、也是最复杂的技术环节。热力计算一般需要完成每个受热面部分的迭代循环和锅炉整体的迭代循环。受热面循环是为了达到应有的精度而进行的迭代计算，锅炉整体循环是当假设的排烟温度与实际计算温度相差较大时，在假设排烟温度调整后重新进行计算。传统手工运算方式对设计人员经验要求很高，如果计算时对一些参数假设不合理，为达到计算要求就必须进行多次反复运算，造成运算量过大。目前，锅炉热力计算通常都通过编制锅炉热力计算软件进行。2锅炉热力计算简介锅炉热力计算具有通用性差，计算模型复杂，计算过程复杂等特点，现阶段各研究机构和锅炉厂家自行开发的热力计算软件都有一定的局限性：缺乏高度抽象和统一的热力计算模型；开发技术比较落后，扩展性不强；软件操作界面不够人性化；工业锅炉具有炉型更加多样化，受热面布置形式更加灵活等特点，开发一款具有一定通用性的工业锅炉热力计算软件就具有十分显著的社会效益和经济效益。3锅炉热力计算简介热力计算简介热力计算分为设计计算和校核计算设计计算设计计算是设计新锅炉时常用的计算方法计算任务：在给定的给水温度和燃料特性的前提下确定保证达到额定蒸发量、选定的经济指标及给定的蒸汽参数所必需的锅炉各个受热面的结构尺寸，并为选择辅助设备和进行锅炉其他计算提供原始资料。4锅炉热力计算简介热力计算简介校核计算校核计算是估计已有锅炉在非设计工况条件下的运行指标或者改造后锅炉热力性能计算计算任务：根据已有的锅炉各受热面结构参数及传热面积和热力系统形式在锅炉参数，燃料种类或局部受热面面积发生变化时，通过传热性能计算确定各个受热面交界处的水温、汽温、烟温及空气温度的值，确定锅炉的热效率和燃料消耗量等。5锅炉热力计算简介设计计算和校核计算设计计算和校核计算依据相同的传热原理，区别仅在于计算任务和所求数据不同。遵循的传热原理为：热平衡方程传热方程60h,bl,aQIIIh,tcal/QKHtB锅炉热力计算简介单个部件设计计算步骤：7吸热量温压传热系数传热面积假定烟气温度指定受热工质温度锅炉热力计算简介单个部件校核计算步骤8判断二者之差绝对值是否在合理范围否是假定烟气的终温工质的终温温压传热系数受热面面积+吸热量Qh,b吸热量Qh,t计算结束温度和吸热量以热平衡方程为准锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定炉膛几何结构参数，然后迭代求出炉膛的出口烟气温度；主要计算方程9440furrravwalcalaHQTTB346furinafo4100100qqqQQQQq锅炉热力计算简介10层燃炉炉膛热力计算furfuradiTTfur0fur1pkBma1avadifurnnTTT抛煤机炉取n=0.6，其它层燃炉取n=0.7锅炉热力计算简介燃尽室热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定燃尽室几何结构参数，然后求出燃尽室出口烟气温度；主要计算方程110b,cr44ravwalcalaHQTTB0b,cb,cb,cl,ab,cQIIIavb,cb,cTTT锅炉热力计算简介燃油燃气锅炉炉胆热力计算方法：采用校核计算方法；主要计算方程1244avwalrrcal100100TTCHQBavadil0.9TTT锅炉热力计算简介对流受热面热力计算锅炉中的对流受热面主要有锅炉管束、对流过热器、省煤器、空预器等，在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热。由于烟气中含有三原子气体及飞灰，烟气还具有一定的辐射放热能力，因此除了对流放热外，还考虑烟气的辐射放热。对布置在炉膛出口处的对流受热面，还考虑炉膛的辐射热量。13锅炉热力计算简介对流受热面热力计算方法：一般采用校核计算方法，对于两级过热器，先计算的一级采用校核计算，后计算的一级采用设计计算；主要计算方程14h,tcalKHtQB0h,bl,aQIII——诸多锅炉厂根据长期设计生产经验确定的修正系数锅炉热力计算简介对流受热面热力计算1512111K1conr受热面名称备注过热器0.60～0.70积灰少、冲刷好的受热面取上限锅炉管束及钢管省煤器0.55～0.65流化床锅炉的各对流受热面取上限空气预热器0.75～0.80有管板的空气预热器取下限烟气管内纵向冲刷0.85～0.90其中，为烟气对管壁的放热系数，1管壁对管内工质放热系数2锅炉热力计算简介对流受热面计算16假定，根据焓温表查出，按热平衡方程计算TIh,bQ计算烟气侧放热系数和工质侧放热系数计算传热系数K计算温压按传热方程计算检验受热面出口烟气温度假定的是否合理th,tQ热力计算模型简介工业锅炉特点炉膛形式更多层燃、室燃、沸腾燃烧、燃油燃气炉胆内燃烧等；参数更低一般提供低参数过热蒸汽，或者饱和蒸汽，或者供暖用热水；主要的部件炉膛，炉胆，凝渣管，燃尽室，对流过热器，对流管束，省煤器，管式空预器，烟管；一般没有屏式过热器，省煤器空预器布置比较简单；17热力计算模型简介热力系统分析锅炉中的炉膛（炉胆）、燃尽室、凝渣管、过热器、对流管束、烟管、省煤器、空气预热器等换热部件称为传热单元。锅炉流程中一定位置上的烟气、蒸汽、水、空气或其他流体状态称为流体节点。锅炉系统由若干个传热单元组成，传热单元之间通过烟气、蒸汽、水和空气等流体实现连接，因此锅炉系统可以理解为由“传热单元”和“流体节点”两类对象组成的流体节点变换系统。传热单元的功能可抽象为对进出其的流体节点进行变换。18热力计算模型简介热力系统模型的建立锅炉部件的逻辑模型19传热单元FIinFIoutFIIoutFIIin热力计算模型简介热力系统模型的建立把锅炉视为若干个传热部件单元的集合，处于高温侧的为烟气，低温侧的则是被烟气加热的水蒸气、水或者空气，计算时按照烟气的流程方向依次对各传热单元进行换热计算。锅炉就分成了若干个独立的传热计算单元模块，对不同的布置形式，只要改变模块之间的连接形式就能方便的进行计算。在工业锅炉热力系统中，一般仅有一路烟气与一路工质（蒸汽、水和空气）进入换热的部件，如过热器、省煤器、空气预热器等。20热力计算模型简介热力系统模型的建立软件的两条主线烟气用户按照烟气流程布置受热面，生成烟气侧连接关系水、水蒸气、空气根据用户输入的每个受热面入口节点和出口节点判断21热力计算模型简介22热力计算流程图热力计算模型的建立热力计算模型简介热力计算模型的建立系统热力参数初值的设定各受热面出口烟气温度一般出口烟气温度由程序内部设定，由进口烟温减去固定初值各受热面入口工质温度各受热面流量工业锅炉一般仅有一路工质，受热面流量一般取蒸发量23热力计算模型简介炉膛的计算热力计算模型的建立24热力计算模型简介25对流受热面计算流程热力计算模型的建立开始数据初始化假定烟气出口温度t1，按热平衡方程计算烟气放热量QP根据烟气和工质的进出口温度及相对流向，确定两种介质平均温压、平均温度、平均流速确定烟气侧的对流放热系数和辐射放热系数及工质侧的对流放热系数，确定该部件的传热系数K计算部件传热量Qc，通过Qc计算得到出口烟温t2热平衡放热量QP和计算放热量Qc是否在允许误差范围内修正最初假设的烟气出口温度t1=(t1+t2)/2No结束Yes热力计算模型简介26工业锅炉热力计算软件模块基本参数控制模块（锅炉类型等参数）热平衡控制模块燃料性质模块部件类模块（锅炉各个部件参数设置）流程控制模块（部件关系）计算控制模块物性计算模块（水和水蒸气调用UE水蒸气性质计算模块）数据库操作模块主函数模块（主程序和部件遍历）工业锅炉热力计算软件软件功能及特点由西安交通大学车得福教授课题组研发的工业锅炉热力计算软件采用VisualBasic2005开发，与MicrosoftAccess，Excel相结合，适合进行层燃、室燃、燃油燃气火管锅炉的热力计算。软件的设计考虑了软件的延续性和可扩充性，今后出现的新炉型不需要对软件进行大规模改动。模型具有一定的通用性软件适用范围广可靠性强、准确度高软件使用方便程序的可扩展性强27软件功能及特点模型具有一定的通用性通过对燃料进行抽象，解决了热力计算对燃料的适应性；通过对热力系统进行抽象和分析，建立了有一定通用性的热力计算模型。该模型很好的解决了锅炉受热面布置的任意性和灵活性问题。28软件功能及特点软件适用范围广软件针对工业锅炉，能够完成多种炉型（层燃炉、室燃炉和燃油燃气锅壳式锅炉）的多种出口工质状态（过热蒸汽、饱和蒸汽、热水），多种燃料形式（煤、石油、天然气）、多种受热面（光管、膜式管、鳍片管、方形肋片管、圆形肋片管、螺旋肋片管、内插螺旋麻花带和内插螺旋弹簧丝，钢管式省煤器、铸铁肋片式省煤器等）和多种受热面冲刷形式（横向冲刷和纵向冲刷、立式管式空预器和卧式管式空预器）等锅炉的热力计算和设计。29软件功能及特点软件使用方便软件界面友好，操作方便；输入数据以Access文件保存，计算结果以Excel文件输出，保存方便；软件配有详细的帮助文件，指导和演示软件操作。30软件功能及特点可靠性强、准确性高以先进的热力计算标准方法为计算依据：参考由国家经贸委GEF中国高效工业锅炉项目办公室负责组织编写的2002年出版的《工业锅炉设计计算方法》及西安交通大学2000年出版的《燃油燃气锅炉》；软件的计算结果将给出所有受热面详细的热力计算数据；根据计算方法提供的算例对软件进行了校验，取得了满意的结果。31软件的使用32准备工作收集锅炉原始数据资料锅炉设计参数燃料特性各受热面结构特性各受热面漏风系数和空气过剩系数软件的使用软件欢迎界面33软件的使用注册版和试用版注册版：用户可以无限制使用软件，进行所需炉型的热力计算；试用版：试用版提供用户一定天数和一定次数的使用权限，无论使用天数还是使用次数到期限，软件均不能启动，无法完成计算。34软件的使用用户注册页面35软件的使用36软件的使用主界面37软件的使用帮助文件界面38软件的使用算例演示39SHL10-1.25/350软件的使用4010t层燃炉模型算例演示软件的使用算例演示41软件的使用算例演示42软件的使用算例演示43软件的使用算例演示44软件的使用算例演示45软件的使用软件计算结果同算例结果比较46比较项目算例结果软件计算结果炉膛出口烟温975972.7炉膛吸热量10609.8310544.12凝渣管出口烟温929928.9凝渣管吸热量751.26714.9过热器出口烟温750751.1过热器吸热量2556.672537.95过热器出口温度345.40344.2锅炉管束出口烟温345338.7锅炉管束吸热量6058.146177.92省煤器出口烟温267257.3省煤器吸热量1014.891072.96空预器出口烟温180175空预器吸热量1320.841245.20热效率73.0473.3软件的使用典型三回程燃油燃气锅壳式锅炉计算结果比较47比较项目算例结果软件计算结果炉胆出口烟温968975.8炉膛吸热量21439.221404.940第一烟管出口烟温289.5287.6第一烟管吸热量1343413542.623烟气流速19.6620传热系数0.0670.064第二烟管出口烟温228.7224.6第二烟管吸热量1099.81126.833烟气流速15.5516.0传热系数0.034590.036计算燃料消耗量635.3653.3