鍋爐省煤器改造的簡(jiǎn)化計(jì)算

王天鎖，胡軍

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，大慶 163319）

鍋爐受熱面的積灰是常見(jiàn)現(xiàn)象，影響鍋爐受熱面的傳熱，會(huì)使通道截面積減小，流通阻力增加，使通風(fēng)出力不足，降低運(yùn)行負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞尾部煙道，甚至被迫停爐檢修，由于鍋爐積灰問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的進(jìn)度和秩序。針對(duì)鍋爐的嚴(yán)重積灰問(wèn)題，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索，對(duì)現(xiàn)有的鍋爐尾部省煤器進(jìn)行了改造，采用了一種簡(jiǎn)單的計(jì)算方法代替了常規(guī)的繁瑣計(jì)算，通過(guò)對(duì)鍋爐省煤器改造的簡(jiǎn)單計(jì)算，節(jié)省了大量的時(shí)間，而且計(jì)算后的相關(guān)參數(shù)都能滿足要求，下面介紹一下改造過(guò)程中一些主要參數(shù)的計(jì)算方法。

1 主要參數(shù)的計(jì)算方法

1.1 煙氣流量和速度原來(lái)的計(jì)算方法

實(shí)際煙氣量的計(jì)算a.對(duì)于無(wú)煙煤、煙煤及貧煤：

Qy——實(shí)際煙氣量，m3（標(biāo)）·kg-1

α——過(guò)?？諝庀禂?shù)，

α=α0+Δα

α0——爐膛過(guò)?？諝庀禂?shù)

Δα——煙氣流程上各段受熱面上漏風(fēng)系數(shù)煙氣速度計(jì)算需要如下參數(shù)：

Bcal——計(jì)算燃料消耗量kg·s-1

Vg——煙氣總?cè)莘e（標(biāo)態(tài)）Nm3·kg-1查煙氣特性表

θave——平均煙溫℃（θ′+θ″）/2

Ag——煙氣流通面積m2Ag=ab-Z1，aved（l1+4R）=ab-nd

針對(duì)具體情況，我的計(jì)算方法：

由于鍋爐使用的是平衡式通風(fēng)，負(fù)壓值趨于恒定狀態(tài)，再有就是鍋爐生產(chǎn)用氣基本穩(wěn)定，故可以假設(shè)煙氣流量恒定的情況下，由流體力學(xué)公式：

推導(dǎo)得：

當(dāng)橫截面積減小到原來(lái)的2/3 時(shí)，煙氣速度會(huì)增加為：

得出

對(duì)于省煤器管道內(nèi)部水速度的計(jì)算，參考有壓管流，水流量與壓強(qiáng)差的準(zhǔn)確計(jì)算公式和計(jì)算步驟如下。

1.2 計(jì)算管道的比阻S

原計(jì)算公式：如果是舊鑄鐵管或舊鋼管，可用舍維列夫公式計(jì)算管道比阻：

或用：

計(jì)算（n 為管內(nèi)壁糙率，d 為管內(nèi)徑，m）；

1.3 確定管道兩端的作用水頭差ΔH

ΔP 為管道兩端的壓強(qiáng)差（不是某一斷面的壓強(qiáng)），Pa以為單位

則省煤器內(nèi)的水頭差為：ΔH=ΔP/（1 000×9.8）=ΔP/9 800

1.4 計(jì)算流量Q

計(jì)算方法：假定省煤器是三組給水的時(shí)候，總流量公式是：

當(dāng)省煤器由三組改成兩組后，總流量不變的情況下，公式就變成：

1.5 流速

原計(jì)算公式：

或者先求管道斷面平均流速，再求流量。

管道流速：

式中：V——管道斷面平均流速；

C——謝才系數(shù)；

R——水力半徑；

J——水力坡降，也就是單位長(zhǎng)度的壓力損失，J=ΔP/L；

ΔP——長(zhǎng)為L(zhǎng) 的管道上的壓力損失；

L——管道長(zhǎng)度。

計(jì)算方法：假定省煤器是三組給水的時(shí)候，總速度公式是：

省煤器是兩組給水的時(shí)候，總速度公式變成：

接下來(lái)就是要考慮當(dāng)省煤器內(nèi)部水流速增加，外部煙速增加的同時(shí)，水能否過(guò)早的氣化，省煤器出口水溫，能否增加：

由于煙氣放熱與水吸熱是平衡的，根據(jù)熱力學(xué)公式Q=cm（t1-t0）得：

得到如下公式：

進(jìn)一步推導(dǎo)得：

理論改進(jìn)后，用公式得：

由于t煙0和t水0是恒定的，所以，改進(jìn)后對(duì)省煤器換熱沒(méi)有影響，但是煙氣流速增加了，這就是改進(jìn)的實(shí)質(zhì)性意義。

雖然，通過(guò)粗略簡(jiǎn)單的計(jì)算得到預(yù)計(jì)的結(jié)果，但是還有問(wèn)題，那就是省煤器去掉1/3 后，煙氣與水的換熱面積減少了1/3，是否會(huì)影響換熱效果呢？

根據(jù)熱力學(xué)公式：

由于煙氣速度和水速度同時(shí)同步的增加，使得換熱效果并沒(méi)有改變。

經(jīng)計(jì)算證明，雖然橫截面積減少了1/3，但是通過(guò)同時(shí)增加煙氣和水流速的方法，能夠保證整體理論換熱效果沒(méi)有改變。改進(jìn)前由于積灰的原因，形成積灰絕緣層，影響了換熱效率。改進(jìn)后，積灰問(wèn)題會(huì)得到解決，那么，雖然換熱面積減小了，換熱效率實(shí)際上卻得到提高了。

引風(fēng)機(jī)能否滿足這樣的改進(jìn)方式？首先考慮熱力學(xué)計(jì)算公式：

省煤器改造前，理想氣體狀態(tài)方程PV/T=C（常數(shù)）

P 為壓強(qiáng)V 為體積T 為溫度（溫度單位K）

推導(dǎo)得：

同理，改造后：

改造后常熟C 發(fā)生改變，滿足煙氣體積相等的、時(shí)間相等、溫度相等的，從而得到如下常熟的變化，C′=1.5C

從而得到：P′=1.5P

而用簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)公式依然可以得出：

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)時(shí)引風(fēng)機(jī)效率為（60～65）%左右，估算改進(jìn)后，引風(fēng)機(jī)效率將達(dá)到（90～97.5）%左右，也就是理論上風(fēng)機(jī)能夠滿足省煤器改進(jìn)的需要。

經(jīng)過(guò)半個(gè)月實(shí)際改造，實(shí)際材料費(fèi)用為8 150元，運(yùn)行效果非常明顯，經(jīng)6 個(gè)月運(yùn)行觀察，省煤器片很干凈，積灰的問(wèn)題已經(jīng)得到徹底解決。省煤器煙氣流速由11.9 m·s-1增加到17.85 m·s-1。

2 結(jié)論

由于我國(guó)小型鍋爐大多運(yùn)行人員文化層次較低的情況，只是負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單的重復(fù)性工作，一旦鍋爐出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)焦或積灰的問(wèn)題，就會(huì)束手無(wú)策，而專業(yè)設(shè)計(jì)人員文化層次較高，懂得復(fù)雜的計(jì)算和設(shè)計(jì)，但很少去實(shí)際中操作鍋爐設(shè)備，這就很容易造成理論設(shè)計(jì)與實(shí)際需求相脫節(jié)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，使用部門不得不完全依賴于設(shè)計(jì)部門，設(shè)計(jì)部門收費(fèi)會(huì)很高，使得使用部門很是被動(dòng)，這就使得一些使用部門不得不自己想辦法來(lái)摸索著去解決，而中鍋爐設(shè)計(jì)原理計(jì)算方法與原公式比較非常簡(jiǎn)單，新的計(jì)算方法突破了只有專業(yè)人員才能夠進(jìn)行熱力計(jì)算的難點(diǎn)，為非專業(yè)人員在鍋爐局部改造計(jì)算過(guò)程中提供了一些基礎(chǔ)公式，簡(jiǎn)化了原有公式的計(jì)算復(fù)雜程度。

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