电站锅炉低压省煤器系统热经济性分析的数学模型
|
摘要
在现阶段，由于锅炉的老化及其它的原因，造成了很多锅炉的排烟温度过高，使得这一部分热量得不到利用，从而造成了能源的浪费。随着我国的能源消耗量的逐渐增加，而且能源的资源是有限的，所以，把节能降耗的任务提上了很重要的一个议事日程。而目前我国有众多排烟温度高的锅炉，降低这些锅炉的排烟温度，就成了很好地解决节能问题的一个重要的手段。
降低锅炉的排烟温度的方法有很多，总结起来主要有以下三个方面：
(1)尾部受热面设计结构优化；
(2)提高现有换热器的换热能力；
(3)增加新的受热面，降低锅炉的排烟温度。
这三个方面都可以有效地降低锅炉的排烟温度，达到节能降耗的目的，但是各有优缺点。
在本文中，我们主要是从第三个方面，也就是增加新的受热面方面来降低锅炉的排烟温度，采用的方法是在锅炉的尾部烟道加装低压省煤器。这种方法被证明是一种降低锅炉排烟温度，减少标准煤耗的一种非常有效的方法。在本文中，主要计算的是某一个热力系统各个热力参数对于经济效益的影响。可以通过输入系统的原始参数，计算出来每一水流量下的等效焓降增量及最大的等效焓降增量。单独计算了在不考虑经济效益的时候，单纯以降低锅炉的排烟温度为目的各个参数对于排烟温度降低的影响。在本文中，分别考虑了当加装低压省煤器后，低压加热器的出口参数变化和不变化对于经济性的影响，结果表明，这两种情况下，各个参数的变化对于经济性的影响的趋势是相同的。从而在以后的计算中，如果只是为了考察参数对于经济性的影响，而对于影响的程度的精度要求不高的时候，可以使低压加热器的出口的参数不变化，这样就可以大大的减少计算量。
在本文的计算中，从经济效益方面看，可以得出以下几点结论：
(1)当低压省煤器的水流量变化时，随着低压省煤器的水流量的增加，经济性先增加，后减小，因此存在一个使得经济性达到最大值的一个最优的低压省煤器的水流量。
(2)低压省煤器的引入口在不同的位置时，引入口在低一级低压加热器的出口的比引入口在高一级低压加热器出口时的最大等效焓降增量要大。
(3)低压省煤器的引出口在不同位置的时候，引出口在高一级的低压加热器的引入口的时候，其最大的等效焓降增量要大于低一级低压加热器的入口作为低省引出口的情况。
(4)随着锅炉排烟温度、低压省煤器的传热面积和传热系数的乘积(KF)的升高，最大等效焓降增量也是逐渐增大的。
(5)随着锅炉负荷的增加，最大的等效焓降增量是逐渐缩小的。
仅仅从降低锅炉的排烟温度来看，得出以下结论：
(1)随着锅炉排烟温度的升高，排烟温度的最大降低值也是随着增大的。
(2)随着低压省煤器的入口水温的升高，排烟温度的最大降低值是减小的。
(3)当低压省煤器的传热面积与传热系数之积KF逐渐增大的时候，排烟温度的降低值也是逐渐增大的。
通过比较各个参数对于经济性和排烟温度降低值的影响，对于以后的热力系统加装低压省煤器的设计及运行研究可以产生一定的指导意义。
In nowadays, because of the aging of boilers and other reasons, there are many boilers whose temperature of exhaust gas is very high, we can't use this amount of heat, which cause the waste of energy source. Along with increasing amount used of energy source in our country and energy source is finite, so that's very important to save energy and reduce consumption. In our country, there are so many boilers whose temperature of exhaust gas is very high, so reducing the temperature of exhaust gas is a very important way to solve the problem of saving energy.
There are many ways to reduce the temperature of exhaust gas. To sum up, there are three aspects:
(1).Optimize .design structure of heating surface in tail flue.
(2).Improve the capacity of heat exchange of heat exchanger.
(3).Add new heating surface, reduce the temperature of exhaust gas of boiler.
These aspects above all can reduce the temperature of exhaust gas, achieve the goal of saving energy and reducing consumption, but all of them have their merits and demerits.
In this text, we mainly use the third aspect to reduce the temperature of exhaust gas, the way is to install low pressure economizer in tail flue of boiler. This way has been proved that it's a very effective way to reduce the temperature of exhaust gas and standard coal consumption. In this text, we mainly calculate how these thermal parameters of a thermodynamic system influence economic performance. We can input original parameter, and then calculate the increment of equivalent enthalpy drop of every amount of water and the maximal increment of equivalent enthalpy drop. Calculating how these parameters influence the drop of exhaust gas temperature and without regard to economic performance, only with the goal of reduce exhaust gas temperature. In this text, we separate two cases. One is that outlet parameters of low pressure heater change after being installed low pressure economizer, the other one is that outlet parameters of low pressure heater don't change after that. In these two cases, we calculate economic performance separately. The result indicates that the tendency of economic performance because of the change of any parameter is the same. So if the goal of calculating is to know how parameters influence economic performance without regarding to accuracy, we can calculate outlet parameters of low pressure heater with no change, and reduce the amount of calculation greatly in this way.
In the calculation of this text, we can get conclusions below in the aspect of economic performance:
(1).With the increase of water flow in low pressure economizer, economic performance first increase and then decrease, so there is an optimum water flow which corresponds a optimum economic performance.
(2).Compare economic performances of different entrance of low pressure economizer, if the entrance is at the outlet of low pressure heater ahead, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is higher.
(3).Compare economic performances of different outlet of low pressure economizer, if the outlet is at the inlet of low pressure heater behind, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is higher.
(4).With the increase of exhaust gas temperature of boiler and KF, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is higher and higher.
(5).With the reducing of boiler load, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is lower and lower.
If only regarding to the amount of exhaust gas temperature drop, we can get conclusions below:
(1).With the increase of exhaust gas temperature, the maximal amount of exhaust gas temperature drop becomes higher and higher.
(2).With the increase of low pressure economizer inlet water temperature, the maximal amount of exhaust gas temperature drop becomes lower and lower.
(3).With the increase of KF, the amount of exhaust gas temperature drop becomes higher and higher.
It can guide design and operation of this thermodynamic system which is installed low pressure economizer through comparing the influence of economic performance and exhaust gas temperature drop which is caused by the change of many parameters.
降低锅炉的排烟温度的方法有很多，总结起来主要有以下三个方面：
(1)尾部受热面设计结构优化；
(2)提高现有换热器的换热能力；
(3)增加新的受热面，降低锅炉的排烟温度。
这三个方面都可以有效地降低锅炉的排烟温度，达到节能降耗的目的，但是各有优缺点。
在本文中，我们主要是从第三个方面，也就是增加新的受热面方面来降低锅炉的排烟温度，采用的方法是在锅炉的尾部烟道加装低压省煤器。这种方法被证明是一种降低锅炉排烟温度，减少标准煤耗的一种非常有效的方法。在本文中，主要计算的是某一个热力系统各个热力参数对于经济效益的影响。可以通过输入系统的原始参数，计算出来每一水流量下的等效焓降增量及最大的等效焓降增量。单独计算了在不考虑经济效益的时候，单纯以降低锅炉的排烟温度为目的各个参数对于排烟温度降低的影响。在本文中，分别考虑了当加装低压省煤器后，低压加热器的出口参数变化和不变化对于经济性的影响，结果表明，这两种情况下，各个参数的变化对于经济性的影响的趋势是相同的。从而在以后的计算中，如果只是为了考察参数对于经济性的影响，而对于影响的程度的精度要求不高的时候，可以使低压加热器的出口的参数不变化，这样就可以大大的减少计算量。
在本文的计算中，从经济效益方面看，可以得出以下几点结论：
(1)当低压省煤器的水流量变化时，随着低压省煤器的水流量的增加，经济性先增加，后减小，因此存在一个使得经济性达到最大值的一个最优的低压省煤器的水流量。
(2)低压省煤器的引入口在不同的位置时，引入口在低一级低压加热器的出口的比引入口在高一级低压加热器出口时的最大等效焓降增量要大。
(3)低压省煤器的引出口在不同位置的时候，引出口在高一级的低压加热器的引入口的时候，其最大的等效焓降增量要大于低一级低压加热器的入口作为低省引出口的情况。
(4)随着锅炉排烟温度、低压省煤器的传热面积和传热系数的乘积(KF)的升高，最大等效焓降增量也是逐渐增大的。
(5)随着锅炉负荷的增加，最大的等效焓降增量是逐渐缩小的。
仅仅从降低锅炉的排烟温度来看，得出以下结论：
(1)随着锅炉排烟温度的升高，排烟温度的最大降低值也是随着增大的。
(2)随着低压省煤器的入口水温的升高，排烟温度的最大降低值是减小的。
(3)当低压省煤器的传热面积与传热系数之积KF逐渐增大的时候，排烟温度的降低值也是逐渐增大的。
通过比较各个参数对于经济性和排烟温度降低值的影响，对于以后的热力系统加装低压省煤器的设计及运行研究可以产生一定的指导意义。
In nowadays, because of the aging of boilers and other reasons, there are many boilers whose temperature of exhaust gas is very high, we can't use this amount of heat, which cause the waste of energy source. Along with increasing amount used of energy source in our country and energy source is finite, so that's very important to save energy and reduce consumption. In our country, there are so many boilers whose temperature of exhaust gas is very high, so reducing the temperature of exhaust gas is a very important way to solve the problem of saving energy.
There are many ways to reduce the temperature of exhaust gas. To sum up, there are three aspects:
(1).Optimize .design structure of heating surface in tail flue.
(2).Improve the capacity of heat exchange of heat exchanger.
(3).Add new heating surface, reduce the temperature of exhaust gas of boiler.
These aspects above all can reduce the temperature of exhaust gas, achieve the goal of saving energy and reducing consumption, but all of them have their merits and demerits.
In this text, we mainly use the third aspect to reduce the temperature of exhaust gas, the way is to install low pressure economizer in tail flue of boiler. This way has been proved that it's a very effective way to reduce the temperature of exhaust gas and standard coal consumption. In this text, we mainly calculate how these thermal parameters of a thermodynamic system influence economic performance. We can input original parameter, and then calculate the increment of equivalent enthalpy drop of every amount of water and the maximal increment of equivalent enthalpy drop. Calculating how these parameters influence the drop of exhaust gas temperature and without regard to economic performance, only with the goal of reduce exhaust gas temperature. In this text, we separate two cases. One is that outlet parameters of low pressure heater change after being installed low pressure economizer, the other one is that outlet parameters of low pressure heater don't change after that. In these two cases, we calculate economic performance separately. The result indicates that the tendency of economic performance because of the change of any parameter is the same. So if the goal of calculating is to know how parameters influence economic performance without regarding to accuracy, we can calculate outlet parameters of low pressure heater with no change, and reduce the amount of calculation greatly in this way.
In the calculation of this text, we can get conclusions below in the aspect of economic performance:
(1).With the increase of water flow in low pressure economizer, economic performance first increase and then decrease, so there is an optimum water flow which corresponds a optimum economic performance.
(2).Compare economic performances of different entrance of low pressure economizer, if the entrance is at the outlet of low pressure heater ahead, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is higher.
(3).Compare economic performances of different outlet of low pressure economizer, if the outlet is at the inlet of low pressure heater behind, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is higher.
(4).With the increase of exhaust gas temperature of boiler and KF, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is higher and higher.
(5).With the reducing of boiler load, the maximal increment of equivalent enthalpy drop is lower and lower.
If only regarding to the amount of exhaust gas temperature drop, we can get conclusions below:
(1).With the increase of exhaust gas temperature, the maximal amount of exhaust gas temperature drop becomes higher and higher.
(2).With the increase of low pressure economizer inlet water temperature, the maximal amount of exhaust gas temperature drop becomes lower and lower.
(3).With the increase of KF, the amount of exhaust gas temperature drop becomes higher and higher.
It can guide design and operation of this thermodynamic system which is installed low pressure economizer through comparing the influence of economic performance and exhaust gas temperature drop which is caused by the change of many parameters.
引文
[1] 汤学忠．热能转换与利用(第二版)[M]．北京：冶金工业出版社，2002
[2] 白玉．降低电站锅炉排烟温度的途径[J]．华东电力，1996，24(7)：43-45
[3] 白玉．利用低压省煤器—暖风器系统预热冷空气[J]．华北电力技术，1994，(11)：45-47
[4] 孙海天，马晓琴，史洪起．电站锅炉余热资源利用的研究[J]．吉林电力，2001，(4)：9-12
[5] 林万超．火电厂热系统定量分析[M]．西安：西安交通大学出版社，1985
[6] 荣銮恩，袁镇福，刘志敏，田子平．电站锅炉原理[M]．北京：中国电力出版社，1997
[7] 张永涛．锅炉尾部受热面的优化设计[J]．锅炉技术，1996，(10)：12-15，32
[8] 张永涛．锅炉尾部受热面的最优双级布置[J]．华东电力，1993，(6)：16-19
[9] 庄骏 张红．热管技术及其工程应用[M]．北京：化学工业出版，2000
[10] 季鹏伟，孙石，王旭，张威．低压省煤器在电站锅炉中的应用[J]．东北电力学院学报，2003，23(2)：76-78
[11] 黄新元，平亚明，孙奉仲．火力发电厂低压省煤器系统的最佳水量分配[J]．水动力学研究与进展，2003，18(5)：526-531
[12] 黄新元，王立平．火力发电厂低压省煤器系统最优设计的通用数学模型[J]．电站系统工程，1999，15(5)：20-25
[13] 李旭，黄冬梅．热管式低压省煤器的特点与节能效果[J]．节能，2003，(2)：34
[14] 黄新元．龙口电厂1号炉低压省煤器优化设计[J]．锅炉技术，1998，29(3)：22-25
[15] 张祥平，刘保德．电站锅炉低压省煤器的研制和应用[J]．中国电力，1997，30(12)：66-67
[16] 张磊，曲利艳．SG50413型锅炉低压省煤器改造[J]．山东电力高等专科 学校学报，2004，7(3)：41-42
[17] 罗建军 杨琦．MATLAB教程[M]．北京：电子工业出版社，2005
[18] 郭丙然．最优化技术在电厂热力工程中的应用[M]．北京：水利电力出版社，1986
[19] 李建锋．25MW机组加装低压省煤器及经济性分析[J]．广西节能，1999，9(3)：14-16
[20] 周曦，陈行庚，曹祖庆，周全．低压省煤器的应用与经济性分析[J]．东南大学学报，1994，24(11)：116-117
[21] 张祥平，刘保德．电站锅炉低压省煤器的研制和应用[J]．中国电力，1997，30(12)：66-67
[22] 牛荣．加装低压省煤器的分析与计算[J]．吉林电力技术，1996，(6)：37-40
[23] 于志英，仇性启，段希利．降低锅炉排烟温度新技术[J]．能源工程，2005，2(3)：45-48
[24] 谷巍．威海电厂2号炉低压省煤器的优化设计[J]．节能技术，2003，21(6)：19-21
[25] 孙少华，王成利，石业鹏．循环流化床锅炉省煤器改造方案[J]．中国西部科技，2005，(5A)：32
[26] 武淑平，宋学广，梁志明．电厂锅炉降低排烟损失技术方案构分析与比较[J]．能源研究与利用，1996．(6)：30-33
[27] 闫顺林，李永华，周兰欣．电站锅炉排烟温度升高原因的归类分析[J]．中国电力，2000，33(6)：20-22
[28] 高运荣．锅炉排烟温度的再利用[J]．北京节能，1998，(4)：28
[29] 段江．锅炉排烟温度高的原因分析[J]．西北电力技术，2004，32(1)：40-41，44
[30] M. P. Bonin and M. Queiroz. A parametric evaluation of particle-phase dynamics in an industrial pulverized-coal-fired boiler[J]. Fuel, 1996, 75(2): 195-206
[31] Boiler economizer and control system[J]. Applied Thermal Engineering, 1996, 16(2): Ⅳ
[32] Watcharee Kaewboonsong, Vladimir I. Kouprianov. Minimizing fuel and "external" costs for a variable-load utility boiler firing fuel oil [J]. International Journal of Thermal Sciences, 2003, 42(9): 889-895
[33] 李志才，逯宝顺，朴尚豪，姜朝兴，韩武成，刘红权．国产100MW机组综合节能改造[J]．热力发电，2002，(3)：41-42
[34] 周振起．火电厂锅炉排烟余热利用的一种有效方法[J]．节能，1996，(5)：39-41
[35] 吴天惠．火电厂锅炉省煤器改造[J]．中国电力，1995，28(3)：65-69
[36] 陈鸿伟，徐生荣，李保庆，撒应禄．降低大型电站锅炉排烟温度的措施研究[J]．华北电力学院学报，1994，(2)：75-81
[37] 李中华，王如竹．降低电站锅炉排烟温度的新技术[J]．华东电力，2000，28(7)：24-26
[38] 李中华，刘建军，柳正军．降低电站锅炉排烟温度新技术研究与应用[J]．中国电力，2001，34(1)：13-15
[39] 黄革，李立．降低工业锅炉排烟温度可行性初探[J]．锅炉技术，1998，29(7)：9-11，14
[40] 李振强．降低锅炉排烟温度的措施及方法[J]．热力发电，2003，32(7)：41-42
[41] 裴海灵，周乃军．螺旋肋片管省煤器在降低锅炉排烟温度中的应用[J]．湖南电力，2005，25(2)：54-55，59
[42] 曾小中．热电站锅炉排烟温度过高原因分析及对策[J]．华北电力技术，2004，(3)：44-46
[43] 敖建军，顾胜和，曹鑫杰．热管空气预热器在电站锅炉中的应用[J]．上海节能，1997，(2)：11-14
[44] 赵宝珠，李敬．热管空气预热器在电站锅炉中的应用[J]．节能技术，1995，(6)：34-35，33
[45] 史洪启，张天柱．热管式低压省煤器应用前景讨论[J]．吉林电力技术，1997，(5)：1-4
[46] 胡文森．优化省煤器结构降低锅炉排烟温度[J]．西北电力技术，1997，(5)：60-62
[47] 中国技术成果大全(工业专辑之一)[M]．北京：北京科技文献出版社，1992
[48] 李保国．省煤器采用空气吹灰防止积灰堵塞[J]．黑龙江造纸，2003，31(3)：44
[2] 白玉．降低电站锅炉排烟温度的途径[J]．华东电力，1996，24(7)：43-45
[3] 白玉．利用低压省煤器—暖风器系统预热冷空气[J]．华北电力技术，1994，(11)：45-47
[4] 孙海天，马晓琴，史洪起．电站锅炉余热资源利用的研究[J]．吉林电力，2001，(4)：9-12
[5] 林万超．火电厂热系统定量分析[M]．西安：西安交通大学出版社，1985
[6] 荣銮恩，袁镇福，刘志敏，田子平．电站锅炉原理[M]．北京：中国电力出版社，1997
[7] 张永涛．锅炉尾部受热面的优化设计[J]．锅炉技术，1996，(10)：12-15，32
[8] 张永涛．锅炉尾部受热面的最优双级布置[J]．华东电力，1993，(6)：16-19
[9] 庄骏 张红．热管技术及其工程应用[M]．北京：化学工业出版，2000
[10] 季鹏伟，孙石，王旭，张威．低压省煤器在电站锅炉中的应用[J]．东北电力学院学报，2003，23(2)：76-78
[11] 黄新元，平亚明，孙奉仲．火力发电厂低压省煤器系统的最佳水量分配[J]．水动力学研究与进展，2003，18(5)：526-531
[12] 黄新元，王立平．火力发电厂低压省煤器系统最优设计的通用数学模型[J]．电站系统工程，1999，15(5)：20-25
[13] 李旭，黄冬梅．热管式低压省煤器的特点与节能效果[J]．节能，2003，(2)：34
[14] 黄新元．龙口电厂1号炉低压省煤器优化设计[J]．锅炉技术，1998，29(3)：22-25
[15] 张祥平，刘保德．电站锅炉低压省煤器的研制和应用[J]．中国电力，1997，30(12)：66-67
[16] 张磊，曲利艳．SG50413型锅炉低压省煤器改造[J]．山东电力高等专科 学校学报，2004，7(3)：41-42
[17] 罗建军 杨琦．MATLAB教程[M]．北京：电子工业出版社，2005
[18] 郭丙然．最优化技术在电厂热力工程中的应用[M]．北京：水利电力出版社，1986
[19] 李建锋．25MW机组加装低压省煤器及经济性分析[J]．广西节能，1999，9(3)：14-16
[20] 周曦，陈行庚，曹祖庆，周全．低压省煤器的应用与经济性分析[J]．东南大学学报，1994，24(11)：116-117
[21] 张祥平，刘保德．电站锅炉低压省煤器的研制和应用[J]．中国电力，1997，30(12)：66-67
[22] 牛荣．加装低压省煤器的分析与计算[J]．吉林电力技术，1996，(6)：37-40
[23] 于志英，仇性启，段希利．降低锅炉排烟温度新技术[J]．能源工程，2005，2(3)：45-48
[24] 谷巍．威海电厂2号炉低压省煤器的优化设计[J]．节能技术，2003，21(6)：19-21
[25] 孙少华，王成利，石业鹏．循环流化床锅炉省煤器改造方案[J]．中国西部科技，2005，(5A)：32
[26] 武淑平，宋学广，梁志明．电厂锅炉降低排烟损失技术方案构分析与比较[J]．能源研究与利用，1996．(6)：30-33
[27] 闫顺林，李永华，周兰欣．电站锅炉排烟温度升高原因的归类分析[J]．中国电力，2000，33(6)：20-22
[28] 高运荣．锅炉排烟温度的再利用[J]．北京节能，1998，(4)：28
[29] 段江．锅炉排烟温度高的原因分析[J]．西北电力技术，2004，32(1)：40-41，44
[30] M. P. Bonin and M. Queiroz. A parametric evaluation of particle-phase dynamics in an industrial pulverized-coal-fired boiler[J]. Fuel, 1996, 75(2): 195-206
[31] Boiler economizer and control system[J]. Applied Thermal Engineering, 1996, 16(2): Ⅳ
[32] Watcharee Kaewboonsong, Vladimir I. Kouprianov. Minimizing fuel and "external" costs for a variable-load utility boiler firing fuel oil [J]. International Journal of Thermal Sciences, 2003, 42(9): 889-895
[33] 李志才，逯宝顺，朴尚豪，姜朝兴，韩武成，刘红权．国产100MW机组综合节能改造[J]．热力发电，2002，(3)：41-42
[34] 周振起．火电厂锅炉排烟余热利用的一种有效方法[J]．节能，1996，(5)：39-41
[35] 吴天惠．火电厂锅炉省煤器改造[J]．中国电力，1995，28(3)：65-69
[36] 陈鸿伟，徐生荣，李保庆，撒应禄．降低大型电站锅炉排烟温度的措施研究[J]．华北电力学院学报，1994，(2)：75-81
[37] 李中华，王如竹．降低电站锅炉排烟温度的新技术[J]．华东电力，2000，28(7)：24-26
[38] 李中华，刘建军，柳正军．降低电站锅炉排烟温度新技术研究与应用[J]．中国电力，2001，34(1)：13-15
[39] 黄革，李立．降低工业锅炉排烟温度可行性初探[J]．锅炉技术，1998，29(7)：9-11，14
[40] 李振强．降低锅炉排烟温度的措施及方法[J]．热力发电，2003，32(7)：41-42
[41] 裴海灵，周乃军．螺旋肋片管省煤器在降低锅炉排烟温度中的应用[J]．湖南电力，2005，25(2)：54-55，59
[42] 曾小中．热电站锅炉排烟温度过高原因分析及对策[J]．华北电力技术，2004，(3)：44-46
[43] 敖建军，顾胜和，曹鑫杰．热管空气预热器在电站锅炉中的应用[J]．上海节能，1997，(2)：11-14
[44] 赵宝珠，李敬．热管空气预热器在电站锅炉中的应用[J]．节能技术，1995，(6)：34-35，33
[45] 史洪启，张天柱．热管式低压省煤器应用前景讨论[J]．吉林电力技术，1997，(5)：1-4
[46] 胡文森．优化省煤器结构降低锅炉排烟温度[J]．西北电力技术，1997，(5)：60-62
[47] 中国技术成果大全(工业专辑之一)[M]．北京：北京科技文献出版社，1992
[48] 李保国．省煤器采用空气吹灰防止积灰堵塞[J]．黑龙江造纸，2003，31(3)：44