电站锅炉的火用传递分析

　　1　火用传递模型及评价

　　在稳定运行工况下锅炉的火用传递可以认为是稳态火用传递。本文以100 MW机组锅炉为例进行分析,建立锅炉的火用传递模型[1](图1),同时引入输火用元、火用源、火用穴等概念。

　　由壁面一侧的流体通过壁面传递到另一侧流体中去的过程称为传火用过程,由于换热面两侧的温度近乎相同,可以将该过程简化为从火用源烟气到火用穴工质的直接传递一个输火用元的过程。引入火用源侧和火用穴侧的火用流密度、火用阻等概念建立输火用元的评价指标。

　　1.1　输火用元评价指标

　　(1)火用源输出火用流密度为单位时间、单位面积由火用源输出给对应火用穴的火用量,计算式为:

　　式中:qxs为火用源的热流密度,W/m2;-为烟气的平均温度,K;hm、h0分别为烟气进出口参数平均值和环境状态下的焓,kJ/kg;sm、s0分别为烟气进出口参数平均值和环境状态下的熵,kJ/(kg·K)。

　　(2)火用穴输入火用流密度为单位时间、单位面积火用穴由对应火用源输入的火用量,计算式为:

　　式中:qxc为火用穴侧工质的热流密度,W/m2;-T为工质在受热面进出口的平均温度,K;hm、h0分别为工质进出口参数平均值和环境状态下的焓,kJ/kg;sm、s0分别为工质进出口参数平均值和环境状态下的熵,kJ/(kg·K)。

　　(3)火用流密度下降率计算式为:

　　式中exs为火用源侧的火用流密度,exc为火用穴侧的火用流密度,kJ/(h·m2)。

　　(4)火用传递系数计算式为:

　　式中:Δtmax为换热器的最大换热温压;Δtmin为换热器的最小换热温压。

　　1.2　输火用元、火用阻计算

　　(1)屏式过热器(半辐射式屏式过热器)的受热面火用阻(图2):

　　(2)对流式过热器和高、低温再热器的受热面火用阻:

　　(3)省煤器的受热面火用阻:

　　(4)回转式空气预热器的受热面火用阻:

　　式中:Qf为屏式过热器的辐射吸热量,Qd为屏式过热器的对流吸热量,kJ/kg煤;η为火用传递系数;α1、α2分别为烟气侧不含灰气流对干净管壁冲刷的放热系数和工质对管内壁金属表面的放热系数,W/(m2·℃),其中α1=ξ(αd+αf);ξ为考虑烟气对受热面的冲刷均匀程度而引入的修正系数;ε为灰污系数,m2·℃/W;Ψ为热有效系数,被污染管与清洁管的传热系数的比值;Π为回转式空气预热器修正系数;χd,y、χd,k分别为烟气、空气冲刷管子的份额。

　　1.3　系统合理性评价准则[1]

　　(1)热(冷)源火用流密度随温降(升)递减率ρex,h,计算式为:

　　式中:Δt是与Δe相对应的温降,若热(冷)源火用流密度-温度曲线是连续可导函数,式(5)则为微分形式;若为非连续可导函数,Δt则视换热链全程温降取适当值。该参数用以评价热(冷)火用源释放火用过程的合理性。