热力分析及优化设计解读由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“热力过程的分析方法”。
锅炉余热利用装置低压省煤器的题
目
热力分析及优化设计
学生姓名
学
号
院(系)专
业 指导教师 报告日期
能源工程学院
热能与动力工程
摘要
锅炉排烟热损失一直都是锅炉热损失中最主要的一项。排烟温度偏高一直是国内各个电站普遍存在的问题，尤其是运行了一段时期的电站，因为运行参数偏了设计参数，或煤种变化等原因，常常造成排烟温度过高。这不仅影响电厂的热济性，而且为空气预热器的安全运行也埋下隐患。因此，为了提高电站运行的安可靠性且做到节能降耗，必须想办法降低排烟温度。低压省煤器安装在锅炉烟道部，是一种利用烟气余热的设备。它在降低锅炉机组排烟温度的同时降低了煤耗，收的热量重新引入热力系统从而提高了锅炉的运行经济性，因此被广泛应用于电余热回收。本文介绍了降低排烟温度和排烟损失的各种途径，并重点介绍了低压器系统在降低排烟温度上的实际应用情况。本文研究了低压省煤器系统的工作原理，分析了影响经济性的各个参数，给出了优化设计模型。并以某电站加装低压省煤器为例，在给定排烟温度的条件下依据优化设计模型，计算得到了低压省煤器最优受热面布置方式及所用鳍片管的构参数。然后依据局部经济性计算的方法对加装低压省煤器后的热力系统进行了分数对换热数的影响。此外，以广泛应用于低压省煤器的换热元件型鳍片管为例，通过数值模 拟对其传热过程进行了分析，获得了型鳍片管翅片侧的温度场和速度场的分布，得到了表面传热系数和流动阻力随烟气流速和鳍片节距的变化规律，为鳍片管化设计和低压省煤器的优化选型提供参考。
目录 绪论.......................................................................................................0 1.1研究背景及意义............................................................................0 1.2 烟气余热利用.............................................................................2 1.3 低压省煤器...................................................................................2 2 低压省煤器热力系统分析..................................................................4 2.1 低压省煤器...................................................................................4 2.2 低压省煤器热力系统分析.........................................................5 2.2.1 引进外热源是的热力系统分析................................................5 2.2.2 串联系统分析..........................................................................5 2.2.3 并联系统分析..........................................................................5 2.3
本章小结...................................................................................6 3 低压省煤器的优化设计........................................................................6 3.1 设计参数.......................................................................................6 3.1.1 热工参量....................................................................................6 3.1.2 系统布置方案............................................................................7 3.2 设计思路.................................................................................8 3.3 本章小结............................................错误！未定义书签。4 结论.........................................................................................................9 参考文献...................................................................................................11 绪论
1.1研究背景及意义
人类社会的发展历程就是认识自然，适应自然，改造自然的过程。人类从起源之初，便开始了直接或间接的能源利用。能源产业为经济的发展提供了最重要的原材料和动力，所以一直倍受重视。社会发展至今，能源结构有了巨大的变化，不在是单一的化石能源，风能、太阳能、潮汝能、地热能等新能源的研究和应用也得到有利的发展。从新中国建立至今，随着国家社会新月异的变化，我国的能源生产也同时得以紧步发展壮大。作为经济发展血液的重要基础产业，能源生产一直得高度重视，年的建国史同时也是能源生产能力不断发展壮大的历史。年至年，能源工业累计完成投资亿元，年平均增长。年，我国 能源生产总量达到亿吨标准煤，比年增长倍，年均增长。原煤 产量由年的亿吨扩大到年的亿吨，增长倍。年，发电装机容量万千瓦，年末达到亿多千瓦，发电量由年的亿千瓦小时增加到年的亿千瓦小时，增长倍。其中火电万千瓦，电力方面，万千瓦、百万千瓦大容量高参数火电发电机组得到广泛应用。但我国在能源的使用上，很长一段时间里，由于主观的意识和客观的设备的原因造成了很多浪费。近几年来，我国对能源产业的认识也逐步发展中，对以往粗放式发展所造成的能源浪费，在主客观上有了越来越多的反思和改进，“节能减排”这一与时俱进的主题被提上议程，成为未来很长一段时间内，能源产业发展和变革的目标，越来越多的资金投入和政策性关怀也体现 0
出我国政府对此的重视。
1.2 烟气余热利用
目前国内外烟气余热回收利用装置有辉接板管式换热器，回转式换热器，热媒式换热器，热管式换热器，此外，还有加装低压省煤器和有效吹灰或加装程控吹灰装置等。热媒式换热器对系统的要求十分苛刻，且其运转设备多，设备维护和运转费用也高，所以在国内应用比较少；热管一种新型且高效的换热元件，是依靠其内部的工质的循环流动来实现热量传递，与金属材料相比，它的当量热导率要高出数倍；以热管为传热元件的热管换热器在回收废热、利用热能、节约原料、降低成本等方面较其他换热器优点独特，特别是应用于中低温烟气的余热回收上，因此被广泛应用于锅炉的余热回收“，实际经验也表明其节能效果显著；可通过空气预热器回收烟气余热，将回收热量用于加热炉膛燃烧所用的空气提高进入锅炉的空气温度，从而提高炉膛温度使煤粉能够充分燃烧，同时降低了排烟温度，减少了排烟热损失，提高了锅炉的燃烧效率；另外也可以采用低压省煤器，利用烟气余热来加热锅炉给水，提高给水温度，减少加热器的抽汽，从而将抽汽排挤回汽轮机继续做功，华北屯力人学硕士学位论文提高机组的效率。1.3 低压省煤器
低压省煤器在国内的研究起步较早，锅炉尾部受热面改造中已广泛应用低压省煤器和扩展表面强化换热技术。随着节能减排政策的深入实施，为了相应政策号召，许多电厂都将回收烟气余热作为主要突破口，因此低压省煤器被越來越多的应用于电厂的节能技术改造，此外，在研究方面也己经到达了最优化设计的阶段。西安交通大学的林万超教授在国内的学者中最早对低压省煤器系统进行了研究。他利用等效烩降法对低压省煤器系统的热经济性进行了深入分析，比较了两种连接方式并总结了不同的连接方式的优缺点，最后给出了各自的计算公式。此外，提出了余热利用的多级利用和梯度开发的概念。山东大学的黄新元教授等从优化设计和优化运行两方面对低压省煤器作了深入的研究，总结出了低压省煤器系统的最优水流量分配数学模型和低压省煤器系统最优设计通用数学模型，其中重点包括变量分析、目标函数及计算、约束函数、数学模型解法等诸方面。同济大学的安恩科教授等对加装低压省煤器后汽轮机的内效率变化情况进行了研究，通过热力系统分析和数学建模的方法，分别用等熵过程和等温的过程计算确定了汽轮机抽汽点蒸汽参数的变工况值。华北电力大学的阎维平等对館片管省煤器的欺骗尺寸优化进行了研究，通过鶴片管换热机理模型的分析，建立了其传热控制方程，然后对方程进行无量纲化推导，3
得到了优化尺寸选取函数。长春工程学院的季鹏伟等对于加装了低压省煤器的系统提出了几点说明，分别从螺旋肋片管的积灰、烟道省煤器磨损问题、烟道省煤器的低温腐蚀、烟道省煤器的管内腐烛、低压省煤器的荷重等方面进行了说明，并对某电厂的锅炉加装省煤器后进行了经济效益分析和计算。年以来，国内的河南省开封火电厂、长春第二热电有限责任公司、山东龙口电厂等依次投入使用了低压省煤器系统。运行结果表明，这些电厂加装低压省煤器之后，排烟温度均降低了，节约标准煤耗，节能效果显著。
2低压省煤器热力系统分析
2.1 低压省煤器系统
锅炉低压省煤器系统，主要包括省煤器管屏、换热管束、进口集箱、出口集箱等，其特征在于进口集箱通过管道与回热系统中的低压加热器连接在一起。低压省煤器安装在锅炉空气预热器出口的尾部烟道上，由管束、进口联箱、出口联箱等组成。水侧引入的是低压回热加热系统中的凝结水，并且可以进行高温和低温间的切换，出水最远可引至除氧器。低压省煤器能够降低锅炉排烟温度，提高发电厂循环 热效率，并且具有抗磨损、抗腐烛的能力，在锅炉工况发生较大变动时，仍然具有较高的可靠性和经济性。低压省煤器的热力系统简图如图所示。由图可看出低压省煤器布置在锅炉烟道尾部，其水侧连接于
回热加热系统，通过各类管道进行内外冷热流体的热量传递。
2.2 低压省煤器热力系统分析 2.2.1 引进外热源时的热力系统分析
对于低压省煤器热力系统而言，计算它的热经济性时，把其在锅炉尾部回收的烟气热量当做余热利用来处理，这样热力分析将会很方便。主要体现在：一，排烟热损失由空气预热器出口烟温也就是低压省煤器入口烟温决定，而与其后的低压省煤器无关，所以锅炉效率不受影响保持不变；二，外部纯热量进入热力系统，只记它的做功收入而不记循环加入热量的增加，用等效絵降法便可极为方便的分析其经济性。按照此种方法处理时的具体分析如下。
2.2.2 串联系统分析
根据低￡省煤器水侧在热力系统中的接入方式的不同，可将其分为串联式接入和并联式接入两种。对于水侧而言，串联时低压省煤器的引入水从抽汽回热系统中的某一级加热器的出口接入，在低压省煤器中通过换热管排吸收烟气热量，升温后的给水，被引回到该级加热器的出水管道上从而返到热力系统中，继续进入下一级的加热器吸热，被引入到低压省煤器的水为全部的凝结给水。低压省煤器的串联系统如图所示，从第低压加热器出口引出全部凝结水￡送入到低压省煤器，凝结水在低压省煤器升温后，又被全部送回到第低压加热器的入口，回热管路与低压省煤器系统串联在一起。串联时通过低压省煤器吸热，的外部热量被引入热力系统，所以千克新蒸汽获得的热量为
2.2.3 并联系统分析
并联时低压省煤器的引入水从抽汽回热系统中的某一级加热器的出
口接入，在低压省煤器中通过换热管排吸收烟气热量，升温后的给水，被引回到该级加热器的上一级或上一级之前的某一级的出水管道上从而返到热力系统中，继续进入下一级的加热器吸热，也就是说跨过 了一些加热器。被引入到低压省煤器的水只是凝结给水的一部分，关于并联系统，引入一个新的参数，叫做分水系数，表示流经低压省煤器的凝结水量与产生的新蒸汽的量之比，用表示。当流过低压省煤器水量为新蒸汽流量为时，对应新蒸汽的凝结水份额为凡。
2.3
本章小结
本章介绍了低压省煤器的简况，重点讲解了用于低压省煤器经济性计算的等效捨降法。从基本理念出发，运用热平衡关系式进行推导归纳，得到等效恰降的概念，针对回热抽汽式机组得到抽汽等效洽降及抽汽效率的概念。分析了引入外部热源时热力系统经济性的变化，排挤抽汽产生的等效热降的计算以及煤耗热耗的变化量的计算方法。最后针对低压省煤器的两种连接方式串联和并联，推导出等效洽降的计 算公式。低压省煤器的优化设计
3.1 设计参数 3.1.1 热工参量
关于低压省煤器设计时的热工参数，分别从冷热源两方面考虑。烟气侧，主要给定设计煤种及烟气成分，确定烟气进口洽，然后结合烟气酸露点和设备材料性能确定烟气温降范围，进而确定烟气的出口洽。水侧，进水温度主要考虑管壁金属的低温腐烛的影响，结合各个 6
加热器的出水温度，确定低压省煤器在回热系统中的引入及引出点，从而确定进水温度和出水温度的范围，进而得到进口和出口水的洽值。
热工参量的确定主要用于低压省煤器的热平衡计算。
3.1.2 系统布置方案
关于布置位置，低压省煤器在锅炉尾部烟道中的安装位置，目前常的 有二种情况：一是安装在除尘器之前空气预热器之后；这样布置的优点是此处的烟温高，同等情况下可利用的能量大，此外烟气被冷却后其流量和比电阻将降低，这样除尘器和引风机的电耗量将会降低，节省了厂用电；缺点是此处的烟气流速高且粉尘浓度大导致低压省煤器磨损严重，此外因为烟气酸露点的原因，低压省煤器的运行温度难以控制，容易导致电除尘设备及引风机的腐蚀。二是安装在引风机之前除尘器之后；这样布置的优点是低压省煤器的磨损、积灰及堵灰等现象相对减轻，烟温被降低，其比体积增大，由引风机引出的烟气量减少，引风机电耗量降低；缺点同样是低压省煤器的运行温度难以控制，容易导引风
机的腐蚀，此外装置在此处时其位置在高位烟道上，不利于检修及护，若出现水侧泄漏则后果严重。三是安装在引风机的出口，这是目最多的安位置，此处烟道中心位置较低，低压省煤器布置在地面上，运维护及检修便。关于连接方式°，低压省煤器在回热系统中的连接方式分为两类，分别为串联连接和并联连接：串联式，凝结水全部通过低 7
压省煤器，水侧的流动阻力较大，传热温压也大，平北电力火学硕士学位论文但是对水录等动力设备的要求也变高。并联式，凝结水分流进入低省煤器，水侧的流动阻力较低，传热温压也相对较小，所以在换热面积一定的情况下，换热量要比串联式接入的低压省煤器小。关于烟气与水的流动方式，分为逆流和顺流两种，在相同的进、出口温度条件下，逆流的平均温差大，顺流的平均温差小，所以为了强化传热效果，一般选择逆流布置，但要注意，逆流时冷热流体的最高温度集中在同端，对于最高点处应防止该处的壁温过高。
3.2 设计思路
优化设计英文名是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。
针对安装型鳍片管省煤器的热力系统，结合型轄片管的结构，设计时需要考虑以下这些结构变量：管束横向间距管束纵向间距七，鳍片宽度，鳍片高度，开缝宽度，片节距，嬉片厚度，基管厚度？，基管外径。管子的外径和厚度（主要影响的是磨损寿命，所以从这个角度出发来确定其值。影响换热性能的主要是管束的横向间距■和纵向间距，鳍片的宽度、鳍片的高度、鳍片的节距和鳝片的厚度。对于并联系统，分水系数是影响节能效果的重要因素。以上这些参量构成了决策变量。这些参量的范围，横向间距。和纵向间距确定时要考虑管道的布置空余距离和烟道的宽高比尺寸；鳍片管的结构参数则要考虑鳍
片管的加工工艺；分水系数的选择要以低压加热器的安全运行为参考前提。
3.3 本章小结
本章建立了低压省煤器优化设计的数学模型。从热工参量、系统布置方案、管型参数方面考虑，给出了数学模型、设计流程及优化参量。此外，通过数值模拟对广泛应用于低压省煤器的换热元件型鳍片管的传热过程进行了分析，获得了型鳍片管表面传热系数和流动阻力随烟气流速和鳍片节距的变化规律，为鳍片管的优化设计和低压省煤器的优化选型提供参考结论
各电厂的热力设备不尽相同，又加上其所处的地理位置不同，所采用的煤质也不尽相同。所以对其进行烟气余热回收即降低排烟温度的方法也不可能固定，必须进行方案的论证。本文根据国电双辽发电有限公司的实际情况，参考电站对工程改造效果的要求，采用型鳍片管省煤器来降低锅炉的排烟温度，并对低压省煤器进行了布置和设计的优化，给出了技术改造方案。主要工作内容总结：
一、介绍了低压省煤器的简况，重点讲解了用于低压省煤器经济性计算的等效焓降法。从基本理念出发，运用热平衡关系式进行推导归纳，得到等效焓降的概念，针对回热抽汽式机组得到抽汽等效焓降及抽汽效率的概念。分析了引入外部热源时热力系统经济性的变化，排挤抽汽产生的等效热降的计算以及煤耗热耗的变化 量。
二、通过数值模拟对广泛应用于低压省煤器的换热元件型鳍片管的传热过程进行了分析，获得了型鳍片管翅片侧表面传热系数和流动阻力随烟气流速和鳍片节距的变化规律，为鳍片管的优化设计和低压省煤器的优化选型提供参考。结果表明：随着烟气流速的增大，鳍片侧的换热系数逐渐增大，流动阻力也随之增大；随着鳍片节距的增大，换热系数先升高后又有所降低，流动阻力随节距的增大而降 低。
三、建立了低压省煤器优化设计的数学模型。从热工参量、系统布置方案、管型参数方面考虑，给出了数学模型，设计流程及优化参量。并以国电双辽发电有限公司工程扩建拟安装的凝汽式机组为例，对其安装烟气余热利用装置，即低压省煤器。工程计算的结果表明，加装低压省煤器后，全厂热效率相对提高，煤耗率降低，热耗率降低，节 能效果显著。存在的不足：
利用等效焓降法计算低压省煤器热力系统时，将吸收热量作为外热源引进，认为新蒸汽参数、再热参数、各级抽汽参数以及终参数均为已知且保持不变，即汽轮机膨胀过程线的变化不予考虑。但实际上，汽轮机加装低压省煤器后，汽轮机抽汽量发生了变化，这必然引起抽汽
点压力、温度等参数的变化，抽汽点参数变化了，汽轮机蒸汽膨胀过程线和汽轮机的热平衡也会发生相应的变化。
参考文献
[1] 闰顺林李永华电站锅炉排烟温度升高原因的归类分析中国电力，2000，6,33(6)：20-22．
[2] 孔凡续燃煤火力电厂锅炉节能改造现状研究装备制造技术，2008：90-91． [3] 容銮恩袁镇福刘志敏田子平电站锅炉原理中国电力出版社，1997 [4] 曾小中热电站锅炉排烟温度过高原因分析及对策华北电力技术2004． [5] 张方炜烟气余热利用研究发电设计，2010． [6] 刘媛锅炉尾部烟气余热利用工程技术，2010．
读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿
17、学习永远不晚。——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向
19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根
