CN104566413A - 一种快速选取锅炉吹管参数的方法 - Google Patents

Abstract

一种快速选取锅炉吹管参数的方法，它涉及一种选取锅炉吹管参数的方法，具体涉及一种快速选取锅炉吹管参数的方法。本发明为了解决新建火电机组锅炉蒸汽吹管时吹管参数难以合理选取的问题。本发明所述步骤如下：确定吹管系统的阻力系数；根据流量比曲线查取对应总阻力系数下的流量系数α；选取吹管参数计算吹管蒸汽流量；计算各区段的压力降；根据计算得出的各区段进出口蒸汽参数；据计算得到的吹管系数判断其是否满足吹管系数＞1的要求。本发明用于锅炉领域。

Description

一种快速选取锅炉吹管参数的方法

技术领域

本发明涉及一种选取锅炉吹管参数的方法，具体涉及一种快速选取锅炉吹管参数的方法，属于锅炉领域。

背景技术

轱辘蒸汽吹管是新建锅炉投运前的重要调试措施，其目的是为了清除在制造、运输、保管、安装过程中留在过热器和再热器系统及蒸汽管道中的各种杂物，防止锅炉运行中过热器、再热器保管和汽轮机通流部分损伤，对整个机组的安全经济运行有着重要作用。吹管系数是衡量吹管动量的技术指标，吹管系数的大小决定了吹管质量。中华人民共和国电力工业部1998年3月出版的《火电机组启动蒸汽吹管导则》中规定了吹管系数的计算方法为：吹管系数＝(吹管时蒸汽流量)²×(吹管时蒸汽动量)/(额定负荷蒸汽流量)²×(额定负荷蒸汽动量)，在实际吹管过程中，吹管时蒸汽流量难以测量，因此无法采用上述公式计算吹管系数。《火电机组启动蒸汽吹管导则》中规定吹管过程中，应用各段压差与额定负荷时的各段压差之比校核吹管系数，并对吹管压力进行必要的调整。必须监视过热器及再热器的差压，保证在控制门全开状态下，其差压大于额定工况下的差压值的1.4倍。导则中提出的差压法即利用实际吹管中的各区段差压与额定负荷时的各区段差压之比近似计算得到吹管系数。差压法虽然计算简单，但主要有两个缺点，第一计算准确性不高，对于整个过热器和再热器来说是采用差压法是不适用的，因为差压法的前提是在整个区段内工质的比容是一定的，但实际上整个过热器和再热器的进出口工质的比容变化是很大的，如过热器进出口工质比容的变化超过50％；第二差压法需要在吹管过程中根据过热器、再热器实际差压进行计算，不能在吹管前计算吹管系数，无法在吹管前理论计算出吹管系数以选取合理的吹管参数。

发明内容

本发明为解决新建火电机组锅炉蒸汽吹管时吹管参数难以合理选取的问题，进而提出一种快速选取锅炉吹管参数的方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述方法的具体步骤如下：

步骤一、确定吹管系统的阻力系数：将吹管正式系统和临时系统分为若干小区段，并分别计算其阻力系数

$\mathrm{\λ}\frac{L}{D}={\mathrm{\λ}}_i\frac{L_i}{D_i}+\mathrm{\Σ\ξ}---\left(1\right),$

公式(1)中表示该区段摩擦系数，表示该区段阻力系数，λ表示沿程阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ξ表示局部阻力系数，计算出各区段阻力系数后，相加得到吹管系统总阻力系数

步骤二、根据流量比曲线查取对应总阻力系数下的流量系数α；

步骤三、选取吹管参数计算吹管蒸汽流量：吹管参数的选取即确定吹管时汽包，根据公式(2)即可计算出吹管蒸汽流量，

G＝0.0244αd²P₀(1/T₀)^1/2 (2)，

公式(2)中G表示吹管蒸汽流量；α表示流量系数；P₀表示吹管时汽包压力；T₀表示水在压力P₀下的饱和温度，d表示管道直径；

步骤四、计算各区段的压力降：根据各区段的阻力系数以及进口蒸汽参数，计算出口蒸汽参数，从一级过热器进口依次向后计算，一直计算至二级再热器出口，计算过程中中，一级过热器进口蒸汽参数取用汽包参数，前一区段的出口蒸汽参数做为后一区段的入口蒸汽参数，算各区段的压力降时，先假定出口压力得到平均比容后，再根据阻力系数计算压力降，得到出口压力，经过多次迭代直至误差符合要求为止，压力降和与阻力系数的关系如下式：

$\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\λ}\frac{L}{D}\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}^2}{2}=\mathrm{\λ}\frac{L}{D}\frac{G^2\stackrel{\‾}{v}}{2A^2}---\left(3\right),$

公式(3)中△P表示阻力，λ表示沿程阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ρ表示工质密度，ω表示工质流速，G表示工质流量，A表示工质截面积，表示工质比容；

步骤五、根据计算得出的各区段进出口蒸汽参数：结合设计参数根据吹管系数的定义式即可计算出吹管系数，吹管系数定义式如下：

$k=\frac{G^{2}v}{G_e^2{v}_e}---\left(5\right),$

公式(5)中k表示吹管系数，G表示吹管流量，v表示吹管时蒸汽比容；G_e表示额定负荷蒸汽流量，v_e表示额定负荷蒸汽比容；

步骤六、根据计算得到的吹管系数判断其是否满足吹管系数>1的要求，若不满足则调整吹管参数即汽包压力P₀，重复步骤三至步骤五，计算出吹管系数，以此类推，直至得到合适的吹管系数。

本发明的有益效果是：新建火电机组锅炉在进行蒸汽吹管前可根据本发明的方法计算出不同吹管参数下的吹管系数，从而选取合适的吹管参数，计算结果比文献[1]中规定的压差法具有更好地准确性，因此有利于选取合适的吹管参数以提高吹管质量，并且可以根据吹管参数确定吹管系统中临时系统管道及相关部件的材质要求，对锅炉蒸汽吹管的安全性和经济性具有重要的意。

附图说明

图1是本发明的流程框体，图2是流量比曲线，表征的是流量系数α和总阻力系数之间的关系。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种快速选取锅炉吹管参数的方法是通过如下步骤实现的：

步骤一、确定吹管系统的阻力系数：将吹管正式系统和临时系统分为若干小区段，并分别计算其阻力系数

$\mathrm{\λ}\frac{L}{D}={\mathrm{\λ}}_i\frac{L_i}{D_i}+\mathrm{\Σ\ξ}---\left(1\right),$

公式(1)中表示该区段摩擦系数，表示该区段阻力系数，λ表示沿程阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ξ表示局部阻力系数，计算出各区段阻力系数后，相加得到吹管系统总阻力系数

步骤二、根据流量比曲线查取对应总阻力系数下的流量系数α；

步骤三、选取吹管参数计算吹管蒸汽流量：吹管参数的选取即确定吹管时汽包，根据公式(2)即可计算出吹管蒸汽流量，

G＝0.0244αd²P₀(1/T₀)^1/2 (2)，

公式(2)中G表示吹管蒸汽流量；α表示流量系数；P₀表示吹管时汽包压力；T₀表示水在压力P₀下的饱和温度，d表示管道直径；

步骤四、计算各区段的压力降：根据各区段的阻力系数以及进口蒸汽参数，计算出口蒸汽参数，从一级过热器进口依次向后计算，一直计算至二级再热器出口，计算过程中中，一级过热器进口蒸汽参数取用汽包参数，前一区段的出口蒸汽参数做为后一区段的入口蒸汽参数，算各区段的压力降时，先假定出口压力得到平均比容后，再根据阻力系数计算压力降，得到出口压力，经过多次迭代直至误差符合要求为止，压力降和与阻力系数的关系如下式：

$\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\λ}\frac{L}{D}\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}^2}{2}=\mathrm{\λ}\frac{L}{D}\frac{G^2\stackrel{\‾}{v}}{2A^2}---\left(3\right),$

公式(3)中△P表示阻力，λ表示沿程阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ρ表示工质密度，ω表示工质流速，G表示工质流量，A表示工质截面积，表示工质比容；

步骤五、根据计算得出的各区段进出口蒸汽参数：结合设计参数根据吹管系数的定义式即可计算出吹管系数，吹管系数定义式如下：

$k=\frac{G^{2}v}{G_e^2{v}_e}---\left(5\right),$

公式(5)中k表示吹管系数，G表示吹管流量，v表示吹管时蒸汽比容；G_e表示额定负荷蒸汽流量，v_e表示额定负荷蒸汽比容；

步骤六、根据计算得到的吹管系数判断其是否满足吹管系数>1的要求，若不满足则调整吹管参数即汽包压力P₀，重复步骤三至步骤五，计算出吹管系数，以此类推，直至得到合适的吹管系数。

本实施方式中根据锅炉吹管实际情况，在计算前做如下合理假设：

步骤A、蒸汽的粘性较小，因此可按理想可压缩流体处理；

步骤B、锅炉吹管过程中，蒸汽在管道内流动参数沿法线方向的变化率远比沿轴线方向上的变化率小，因此可假设为一维流动；

步骤C、各级过热器、各级再热器之间的连接管道阻力相对于整个吹管系统阻力较小，可忽略不计；

步骤D、降压吹管的持续时间较短，一般为2-3分钟，整个吹管系统的蒸汽的温度变化较小，因此假设在吹管过程中，吹管系统中各处的蒸汽温度保持不变；

步骤E、吹管过程中，根据以往吹管经验可知，为了满足吹管系统中临时系统管道的热强度要求，以及为了保护过热器和再热器受热面，主蒸汽温度一般控制在400℃左右，再热蒸汽温度一般控制在450℃左右。因此假设过热器出口蒸汽温度为400℃，再热器出口蒸汽温度为450℃；

步骤F、根据以往吹管经验可知，主蒸汽和再热蒸汽的温度均在一级过热器、一级再热器即完成大部分温升。因此在计算时可认为一级过热器出口蒸汽温度即达到400℃，二级过热器蒸汽温度、三级过热器蒸汽温度均为400℃；一级再热器出口蒸汽温度即达到450℃，二级再热器蒸汽温度为450℃。

本实施方式的步骤一中

实施例：

本实施例为最大连续出力为3098t/h的锅炉吹管，吹管系统由汽包(启动分离器)、蒸汽导出管、一级过热器进口集箱、一级过热器、一级过热器出口集箱、二级过热器进口集箱、二级过热器、二级过热器出口集箱、三级过热器进口集箱、三级过热器、三级过热器出口集箱、主蒸汽管道(包括正式管道和临时管道)、临时吹管门、临时吹管旁路门、再热蒸汽冷段管道(包括正式管道和临时管道)、一级再热器进口集箱、一级再热器、一级再热器出口集箱、二级再热器进口集箱、二级再热器、二级再热器出口集箱、再热蒸汽热段管道(包括正式管道和临时管道)、排汽口组成。

将整个吹管系统分为一级过热器1、二级过热器2、三级过热器3、主蒸汽管道4、再热蒸汽冷段管道5、一级再热器6、二级再热器7、再热蒸汽热段管道8。各级过热器、再热器之间的连接管道的阻力系数相对较小，可忽略不计，分别计算各区段的阻力系数，计算结果如下表。

区段	1	2	3	4	5	6	7	8
									阻力系数	68	42	53	35	20	25	10	35

吹管系统总阻力系数为288，根据图2查取对应的流量系数取0.16。吹管压力选取为5.0MPa、5.5MPa、6.0MPa，吹管系数计算结果如下表。

根据计算结果可知在6.0MPa的吹管参数下，各级过热器、再热器平均吹管系数均大于1，因此选取此参数作为吹管系数满足文献[1]中的规定。

根据计算得到的各区段蒸汽参数可以确定吹管系统中临时系统管道及相关部件的材质要求。计算得到主蒸汽管道4和再热蒸汽冷段管道5的蒸汽压力进口为4.08MPa、出口为1.62MPa，蒸汽温度为400℃。因此此区段临时管道材质必须满足蒸汽参数为4.08MPa、400℃的要求。计算得到再热蒸汽热段管道8到排汽口的最大蒸汽压力为1.25MPa，温度为450℃。因此此区段临时管道材质必须满足蒸汽参数为1.25MPa，温度为450℃的要求。

通过本实施例可以看出，本发明可以在锅炉吹管前通过计算选取合理的吹管参数，为吹管提供理论依据，并可以指导吹管系统中临时系统管道及相关部件的材质选择。

Claims (1)

1.一种快速选取锅炉吹管参数的方法，其特征在于：所述一种快速选取锅炉吹管参数的方法是通过如下步骤实现的：

步骤一、确定吹管系统的阻力系数：将吹管正式系统和临时系统分为若干小区段，并分别计算其阻力系数

$\mathrm{\λ}\frac{L}{D}={\mathrm{\λ}}_i\frac{L_i}{D_i}+\mathrm{\Σ\ξ}---\left(1\right),$

公式(1)中表示该区段摩擦系数，表示该区段阻力系数，λ表示沿程阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ξ表示局部阻力系数，计算出各区段阻力系数后，相加得到吹管系统总阻力系数

步骤二、根据流量比曲线查取对应总阻力系数下的流量系数α；

步骤三、选取吹管参数计算吹管蒸汽流量：吹管参数的选取即确定吹管时汽包，根据公式(2)即可计算出吹管蒸汽流量，

G＝0.0244αd²P₀(1/T₀)^1/2 (2)，

公式(2)中G表示吹管蒸汽流量；α表示流量系数；P₀表示吹管时汽包压力；T₀表示水在压力P₀下的饱和温度，d表示管道直径；

步骤四、计算各区段的压力降：根据各区段的阻力系数以及进口蒸汽参数，计算出口蒸汽参数，从一级过热器进口依次向后计算，一直计算至二级再热器出口，计算过程中中，一级过热器进口蒸汽参数取用汽包参数，前一区段的出口蒸汽参数做为后一区段的入口蒸汽参数，算各区段的压力降时，先假定出口压力得到平均比容后，再根据阻力系数计算压力降，得到出口压力，经过多次迭代直至误差符合要求为止，压力降和与阻力系数的关系如下式：

$\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\λ}\frac{L}{D}\frac{\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}^2}{2}=\mathrm{\λ}\frac{L}{D}\frac{G^2\stackrel{\‾}{v}}{2A^2}---\left(3\right),$

公式(3)中△P表示阻力，λ表示沿程阻力系数，L表示管道长度，D表示管道直径，ρ表示工质密度，ω表示工质流速，G表示工质流量，A表示工质截面积，表示工质比容；

步骤五、根据计算得出的各区段进出口蒸汽参数：结合设计参数根据吹管系数的定义式即可计算出吹管系数，吹管系数定义式如下：

$k=\frac{G^{2}v}{G_e^2{v}_e}---\left(5\right),$

公式(5)中k表示吹管系数，G表示吹管流量，v表示吹管时蒸汽比容；G_e表示额定负荷蒸汽流量，v_e表示额定负荷蒸汽比容；

步骤六、根据计算得到的吹管系数判断其是否满足吹管系数>1的要求，若不满足则调整吹管参数即汽包压力P₀，重复步骤三至步骤五，计算出吹管系数，以此类推，直至得到合适的吹管系数。2 -->