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北极星电力网技术频道 作者:霍志红 张志学 唐必光 周晓丽 唐海昌 2010/12/30 14:04:44
电站锅炉炉膛出口烟温算法改进与实现
摘要电站锅炉炉膛出口烟温的计算是热力计算中的一个重要的环节，目前国内有些电站锅炉的实际出口烟温与原设计值的偏差很大，直接影响到锅炉的安全经济运行。结合实际的科研课题，对电站锅炉炉膛出口烟温计算方法进行了一些相应的算法改进。经过实际运行检验，结果表明，改进后的方法与实际的情况更吻合。同时也为电站锅炉的技术改造提供了有力依据。
1引言
炉膛出口烟温的计算一直是锅炉热力计算中比较敏感的地方，这些年来，锅炉工作者在这方面也做了很多的研究工作。由于炉膛出口烟温的偏差使我国许多电站锅炉的出力达不到额定值，因而直接影响到整个电厂的安全经济运行。以往的锅炉设计计算软件的开发大都采用前苏联的“锅炉机组热力计算标准方法”（以下简称“标准方法”），而未对其进行改进，这也是电站锅炉膛出口烟温偏差较大的一个重要原因。针对这种情况，分别以国产SG-400/140型锅炉和HG-1025/18.2-YM6型锅炉为研究对象，并对前苏联的“标准方法”进行了一些适当的算法改进。采用面向对象语言VisualBasic6.0与结构化语言Fortran对其进行了混合编程，开发了基于Windows98的锅炉热力计算软件。系统软件可以根据需要把原始数据和计算结果存储到数据库中，便于使用者根据需要进行查询、对比分析，并生成热力计算书。
2对热力计算的改进与完善
目前，我国200MW以下锅炉的设计计算大多数都是采用前苏联的“标准方法”。根据研究，标准方法中的炉膛传热计算方法是不完善的，原因在于其中的M（反映炉内燃烧条件影响的一个参量）值、ζ（沾污系数）值取值方法存在问题；另外，还应加入炉膛形状对炉膛出口烟温影响的修正。“标准方法”中规定：M值是反映炉内燃烧条件影响的一个参量，主要取决于燃料种类及燃烧器中心的相对高度。实际上，M值还与燃料的着火及燃烧特性、一次风气流的初温、煤粉细度、煤粉浓度、过量空气系数、锅炉负荷及二次风的混合迟早等因素有关。“标准方法”中的沾污系数ζ按不同的燃料品种选取是一些常数。事实上，ξ值与煤结焦性以及一些运行因素有关。从国内外学者的研究成果中得知：炉膛形状（形状系数f）对炉膛出口温度是有影响的，这些在“标准方法”中并未予以考虑。本软件在编制过程中，对上述问题都进行了考虑。改进后的计算方法的炉膛出口烟温算式为［2］：
其中，M—炉膛传热系数；ξ—炉膛水冷壁沾污系数；Ta—绝对燃烧时烟气的温度，K；ψ—保热系数；θ″L—炉膛出口烟温，℃；BP-计算燃料消耗量，kg/h；(VC)CP—烟气平均比热，kJ/(kg.℃)；f—锅炉形状系数；am—炉膛黑度；HT—炉膛中总的辐射受热面积，m2。
但当将该公式应用到HG1025t/h大型锅炉时，计算的结果却不理想，原因是“标准方法”是以200MW容量以下的锅炉炉内传热实验数据总结出来的。根据最近的调查，我国在役的300MW和600MW容量级的锅炉，其炉膛出口烟温普遍在不同程度上偏离设计值。大量的现场试验与分析也表明，国内大型锅炉发生超温或欠温，其原因是由于所沿用的前苏联炉膛热力计算标准不够准确。因此，我们对炉膛形状、煤的反应特性、一、二、三次风混合情况、煤灰沾污特性及燃烧产物的辐射特性等因素的影响进行了考虑。所以采用文献［3］的大容量锅炉炉膛换热计算公式(1)，不仅能很好地反映煤种变化对炉内换热的影响，而且能符合大容量锅炉的实测结果。
3系统软件结构与集成
3.1软件组成结构
目前，大多数热力计算程序都是采用具有强大计算功能的Fortran语言编制的。虽然Fortran语言具有强大的计算功能，但是如果仅使用Fortran语言开发热力计算程序，开发出来的程序往往不具有良好的人机界面，影响其使用效果。因此不少科研工作人员试图使用可视化的开发工具开发热力计算程序，在目前可视化的开发工具中MicrosoftVisualBasic6.0（以下简称VB）具有可视化的图形工作环境；可以充分利用Windows资源；具有开放的数据库和网络支持功能。
因此为了使开发出的系统既具有良好的人机界面（HMI），又不影响热力计算所需要的强大的计算能力，作者采用VB和MicrosoftVisualFortran4.0混合编程的方式，软件程序结构框图见图1。人机界面程序采用VB编制，热力计算仍采用Fortran实现，二者之间通过数据文件的方式相互传递数据。对于在热力计算过程中需要由用户输入的原始数据、需要做出的选择等与用户操作有关的事情统一由人机界面实现，而对于具体的算法实现，通过Fortran程序在后台实现，这样在保证不损失软件计算能力的情况下很容易地实现了美观、易用的用户界面。
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