空气集热器

2024-06-01

空气集热器（共8篇）

空气集热器篇1

引言

随着人们对暖空气的需求, 特别是北方市场对暖空气的需求增加, 空气集热器由平板型向真空管型衍生。长江以南地区应用的平板型空气集热器在北方冬季并不适用, 然而北方地区应用价值更高, 冬季采暖、干燥等领域都有很大需求。

国内外对全玻璃真空管太阳空气集热器的研究及应用并不多。1969年, R.N.Morse研制了真空管空气集热器太阳蒸汽系统;1980年美国哥伦布市在楼顶安装了太阳能空气集热器系统;1998年中科院孙宏伟[1]首次研究空气集热器;王志峰[2]对全玻璃真空管太阳能空气集热器管内流动与换热的数值模拟进行了研究;王佩明[3]研究了不同插管结构对阻力和热性能的影响, 建立了集流系统的流量分配模型并测试了集热器的时间常数和瞬时效率。

以上研究多数都围绕内插管型竖单排排列的空气集热器展开, 对内插管型真空管横向排列的空气集热器的设计方案及空气集热器选型的相关研究文献很少。

本文对真空管横向排列的空气集热器的基本结构设计方案以及集热器的热性能进行研究, 经过理论分析和实验研究证明该类集热器的热性能优异, 在太阳能采暖、干燥领域具有一定优势。

1 真空管横向排列空气集热器的基本结构设计方案

集热器基本结构研究的关键问题是改善吸热体与流体间的传热效果, 同时减小空气流动时的阻力, 设计结构合理的空气集热器, 合理配置真空管和联箱内的流量分配, 使集热器流动阻力最小和热效率最大。

1.1 真空管横向排列空气集热器的结构

真空管只有一端开口, 以水作为传热介质时, 由于水的密度大、比热容大、流速小、热虹吸作用明显, 因而只需将真空管插入联箱内, 即可实现热量传递。以空气作为传热介质时, 空气密度小, 比热容小, 流速快, 容易形成热量“短路”。为将真空管内的热量及时有效地传递出来, 结合已有研究经验, 采用真空管内插导流管的结构形式, 即在真空管内插入一根同心管, 冷空气从同心管进入, 从真空管底部喷出, 沿同心管和真空管内管之间的环形通道流出, 热空气进入联箱, 经管道送至用热或换热端。

1.2 真空管排列形式的确定

对于使用中全年不跟踪太阳的集热器, 集热管南北向放置时, 接收的太阳辐照随季节变化大, 早晚由于太阳入射角大, 太阳光线斜射到集热器上, 集热管采光面积小, 获得的能量少;而集热管东西向放置时, 接收的太阳辐照随季节变化小, 集热管采光面积随太阳入射角的变化小, 获得的能量多。因此, 出于全年的能量收益/从减少空气流动阻力、便于工程安装、节约成本、方便维护等方面的考虑, 均应采用真空管横向放置的排列形式。

1.3 真空管尺寸的确定

目前, 常见的真空管尺寸主要是外径为ф47mm和ф58mm, 借鉴太阳能热水系统的设计经验, ф58mm的真空管吸热体面积大, 同样采光面积下, 采用的真空管支数少, 使用ф58mm的太阳能热水系统的得热量和温升都有明显优势, 热损更小, 表现出良好的热性能。此外, ф58mm的真空管视觉上更美观, 有利于与建筑物结合。因此, 文中设计的空气集热器采用ф58mm的真空管。真空管长度一般有1600mm、1800mm、2100mm。借鉴热水型太阳能集热器的设计经验和相关工装模具, 管长选用1800mm。

横单排空气集热器需采用两端开口的直通管型真空管, 目前常用的尺寸为ф58mm×1800mm。

1.4 联箱的结构和尺寸的确定

当集热器设计成横排结构时, 如何使空气均匀分布, 如何使冷热空气分离, 如何使空气流动更顺畅, 如何使冷热空气沿固定流道流通成为设计的关键因素, 其中联箱的结构设计和尺寸是重中之重。

集热器为横双排结构时, 利用合理的联箱结构设计实现冷热空气分离, 提高瞬时效率。根据横双排空气集热器的结构特点, 联箱必须分为2个箱体, 即热风腔和冷风腔, 并且2个箱体同轴, 冷风箱体在内, 热风箱体在外;风机驱动冷空气进入联箱后, 沿冷风腔流道进入真空管加热;加热后的空气沿热风腔流道回到集热器出口, 避免冷热空气在联箱中混合, 降低集热器的效率。

空气集热器联箱的设计需考虑并联流道各真空管内空气流量的分配, 进而影响集热器的流动及热性能。根据王佩明的研究成果, 联箱的面积对支管流量分配的影响较大, 所以确定联箱的面积, 从而确定真空管的支数是非常重要的。

根据GB/T26976-2011[4]太阳能空气集热器技术条件, 集热器内的空气流量取0.025kg/ (s·m2) , 为了方便安装, 集热器面积取3.0m2, 则流量为270kg/h, 根据《实用供热空调设计手册》, 风速取4~7m/s, 通过计算得到联箱冷风腔的面积可取为0.015625~0.009m2, 考虑到工艺的可实现性, 联箱设计为正方形腔体, 尺寸为95~125mm。冷风箱体尺寸确定后, 根据真空管外径尺寸以及管支数确定热风箱体尺寸。

横双排真空管型空气集热器示意图如图1所示。

1.5 真空管内的内插管尺寸的确定

为避免冷热空气在真空管内混合, 冷空气进入联箱中的冷风腔后, 必须沿固定流道进入真空管, 且不能和热空气混合, 所以在真空管内增加一个内插管, 并与联箱中的冷风腔连接, 空气从内插管进入集热管底部, 从集热管和内插管之间的环形间隙出来经联箱至出口, 成功实现了冷热空气在真空管内的分离, 但是内插管的材质和尺寸对换热效果的影响不容忽视, 目前内插管多为金属管和铝塑管, 金属管存在锈蚀的问题, 铝塑管不耐高温, 最终经过考查选择玻璃管作为内插管, 解决了锈蚀和高温带来的问题, 并且有效降低了集热器的重量, 便于集热器的运输及安装。

内插管尺寸的确定:由于真空管内径固定, ф47mm的真空管长度为33mm, 由于插管直径的变化将直接影响到插管内阻力和环形流道阻力, 当插管直径增大时, 插管阻力减小, 环形流道阻力增大, 当插管直径减小时, 插管阻力增大, 环形流道阻力减小, 因而存在有一最佳直径使得集热器单根真空管内阻力最小。根据王佩明的数学模型计算得到当直径为ф25mm时阻力最小, 考虑到热量“短路”的情况, 选择内插管长度为1700mm。

2 横双排空气集热器性能测试

根据设计要求, 制作了横双排空气集热器样机, 搭建了空气集热器热性能测试系统, 按照GB/T26977-2011[5]太阳能空气集热器热性能试验方法, 对2台空气集热器进行瞬时效率测试。

横双排空气集热器的参数为:真空管管径ф58mm, 管长1800mm, 管支数30支, 横双排集热器, 真空管内插玻璃管, 尺寸为ф25mm×1700mm, 采光面积2.97m2。横双排空气集热器实物如图2所示。

测试时, 每个工况为4个温度点, 时间间隔为5min, 现给出每个工况4个温度点的平均值数据 (见表1) 。

用最小二乘法对试验数据进行拟合, 得到集热器的效率方程。以进口温度、集热器的采光面积计算, 得到集热器的效率方程为:

式中:ηa—集热器瞬时效率;

η0, a—集热器瞬时效率截距;

Ua—集热器总热损系数, W/ (m2·℃) ;

Ti—基于工质进口温度的归一化温差, (m2·℃) /W。

从拟合方程看, 集热器瞬时效率截距为0.790, 总热损系数为1.603W/ (m2·℃) , 均高于GB/T26979-2011《太阳能空气集热器技术条件》瞬时效率截距不低于0.45, 总热损系数不大于3.0W/ (m2·℃) 的要求。

从拟合曲线看 (见图3) , 4个点均匀分布在拟合曲线上且拟合效果很好, 能够真实地反映出空气集热器的瞬时效率。

当太阳辐照度为1000W/m2, 环境温度为20℃, 集热器平均温度达到80℃时, 归一化温差为0.06 (m2·℃) /W, 集热器的瞬时效率可达到0.70。可见, 集热器在高温段时仍具有优异的热性能, 同以水为介质的真空管集热器的瞬时效率差别很小, 证明真空管空气集热器具有很高的实际应用价值。

3结语

1) 通过测试得出横双排集热器的热性能优异, 在太阳能采暖、干燥领域有一定优势。

2) 随着空气集热器的不断推广完善及人们对不同环境的需求, 不同类型的空气集热器会出现, 其设计理念会不近相同, 会满足不同类型的需求, 以上的设计方案还需要共同探讨。

参考文献

[1]孙宏伟.全玻璃真空管空气集热器流动与传热的实验研究及数值模拟[J].太阳能学报, 1998, (6) :13-16.

[2]王志峰, 孙宏伟.全玻璃真空管空气集热器管内流动与换热的数值模拟[J].太阳能学报, 2001, 22 (1) :35-39.

[3]王佩明.内插管式全玻璃真空管空气集热器性能研究[D].太原:太原理工大学, 2004.

[4]GB/T26976-2011, 太阳能空气集热器技术条件[S].

[5]GB/T26977-2011, 太阳能空气集热器热性能试验方法[S].

空气集热器篇2

摘要：本文介绍了华电龙口公司如何利用QC工具降低#6锅炉空气预热器漏风率。通过QC工具达到了降低空预器漏风率的目的，实现了公司节能减排、低碳环保的目标，降低了生产成本，创造了效益。

关键词：空气预热器；漏风率；QC

目前我国正在大力倡导创建节约型社会，推行低炭经济。华电龙口发电股份有限公司现装有四台4×220MW中间再热自然循环汽包炉。位于美丽的渤海之滨龙口；为保持美丽城市的蓝天碧水，公司要求空气预热器漏风系数必须达到设计值（或以下），确保锅炉效率，减少能量损耗和排放，争创节能减排的示范工程。

1 现状调查

我们对公司#6锅炉空气预热器产生漏风的症结进行了全面的分析，确认漏风是由以下三个环节产生的：①转子由空气侧转动到烟气侧，必然会将扇形仓中的空气带入烟气中，而形成携带漏风。②由于静止部件密封扇形板和旋转部件密封片之间必然存在间隙，烟气侧为负压，而空气侧为正压，因此在压差的作用下，会使空气漏向烟气侧形成直接漏风。③由于安装不当产生的一些漏风：比如密封元件安装误差偏大，密封间隙值偏差过大没有达到设计要求等。

2 空气预热器结构简介

龙口公司#6锅炉配置2台三分仓受热面回转式空气预热器，其主要由动、静两部分组成；动部分包括：支承轴承、转子、导向轴承等；静部分包括：冷端连接板、外壳、热端连接板等；因动、静部件间存在间隙和空气和烟气间存在压差，所以就必然存在介质的流动，于是就产生了漏风。

3 目标确定

根据公司要求，我们将空气预热器的漏风系数控制目标值设定不大于6%。

4 制定对策

我们针对上述两条主因分别制定对策，如表1所示：

5 实施对策

实施一：正确安装密封元件。

5.1 校正尺法控制径向密封片安装本方法是以校正尺为基准，控制密封片安装位置，以达到减少位置误差值之目的，具体实施步骤如下：①将冷端径向扇形板和热端径向扇形板位置误差控制在小于0.5mm范围。②保证径向密封校正尺其纵横水平度均小于0.1mm。③保证各条热端径向密封片成一条直线，密封片间相互高低差小于0.5mm；为适应转子热态膨胀，冷端径向密封片安装时安装成曲线形。

5.2 校正尺法控制轴向密封片安装 ①保证轴向密封校正尺垂直，垂直度误差小于0.5mm。②安装时让轴向密封片靠在校正尺上，不要加外力；尽量做到均匀一致，以减少安装造成的径向误差，将轴向密封片的直径误差控制在0.5mm的范围内。

实施二：保证密封间隙值。

5.3 旋转法复查校正冷态密封间隙热端校正时先找出最高的一条密封片，以其为准复查三块热端径向扇形板的位置，确保不致发生因间隙过小而使热端径向密封片磨损，影响空气预热器稳定运行；同时也避免了因间隙过大使漏风量增加而导致机组效率降低等现象的发生。

冷端则是以最低的一条径向密封片为准对冷端径向密封片和冷端扇形板间的相互位置进行校正。校正时旋转转子将基准片转到扇形板一侧校正间隙，若不符微调扇形板的位置来确保密封间隙值；然后转到另一侧进行校正；重复进行校正其他扇形板。通过上述实施，随即对密封间隙进行测量，最大误差为0.5mm。

5.4 热态微摩擦法校验密封间隙转子在热态时会发生蘑菇型变形，因此冷态调整好的间隙值，在热态时不一定是最佳值，为确保热态密封效果，我们在空气预热器热态变形达到最大值时检查空气预热器电流波动情况，经验证电流未发生大的波动。

6 效果检查

6.1 目标值检查

#6机组于2014年12月进行漏风率检测如下：

#6炉负荷194.00MW

甲侧入口氧量：4.87%，甲侧出口氧量：5.74%，漏风率5.11%；

乙侧入口氧量：4.60%，乙侧出口氧量：5.56%，漏风率5.62%；

平均值为5.365% 。

6.2 经济效益和社会效益空气预热器的漏风系数减小，排烟量相应减少，引风机电耗降低，尾部烟道、引风机等磨损减缓；同时机组效率也获得保证，消耗的煤炭资源减少，排污量减少；全年节煤结算金额19.43万元。

6.3 发电量统计（亿千瓦时）

#6炉发电量（2月底-12月）：

220000*24*30*10*85%=13.464亿千瓦时。

6.4 测算依据

空气预热器漏风率每降低1%，煤耗降低0.166g/KW·h。综合厂用电率为9.2%。

效益计算过程：13.464×（6.91-5.365）×（1-9.2%）×108×0.166×10-6×620=19.43万元。

6.5 无形效果通过本次活动，增强了小组成员的凝聚力和完成任务的信心，提高了职工解决问题的能力，增强了团结协作精神。

7 巩固措施

为了巩固本次QC活动的成果，我们将上述活动中的2条有效措施编入《空气预热器检修指导书》中，为以后的空气预热器检修提供依据。

8 总结和今后打算

这次QC小组活动，完成了预定的任务，将空气预热器漏风系数控制在6%以下，达到了预期目标，也为以后的工作积累了经验。

空气集热器篇3

1 热管式空气预热器存在的问题

中海沥青股份有限公司在生产中使用的热管空气预热器在使用中遇到了不少问题, 主要有:

(1) 热管空气预热器使用寿命不超过3年, 其原因除了热管的质量外, 主要是操作弹性小。加热炉正常操作时, 烟气出对流室进空气预热器的温度为2 8 0~3 5 0℃, 而在异常情况下, 烟气温度可能高出设计值1 0 0~1 5 0℃, 此时产生大量不凝气体, 削弱了热管元件内的循环, 导致部分热管失效。

(2) 热管式空气预热器较难适应燃料的变化。当燃料硫含量增加, 烟气的露点温度提高, 热管式空气预热器低温段管壁温度可能低于露点温度, 导致露点腐蚀, 所以采用热管式空气预热器时为了防止露点腐蚀, 排烟温度不能定得太低, 一般为180~2 0 0℃, 因此加热炉热效率低于8 8%。

(3) 热管式空气预热器的原理是空气与烟气换热, 两种气体换热需要庞大的烟道, 不但投资高, 而且占地面积大。

(4) 实际运行中常、减压炉对流室出口烟气温度高达4 3 0℃, 板式空气预热器换热效果很差, 热管空气预热器容易失效, 排烟温度偏高 (超过3 0 0℃) , 导致加热炉效率偏低。

2 扰流子空气预热器和水热媒空气预热器组合应用的优点

经过调研, 采用扰流子空气预热器和水热媒空气预热器组合应用时, 可以解决装置目前存在的问题。采用组合式空气预热器具有以下优点:

(1) 水热媒空气预热器将烟气和空气分开, 热量通过热媒水管道 (D N 8 0) 来传递, 布置灵活方便, 特别适合于改造项目的实施。

(2) 由于水热媒装置可灵活调节烟气换热器的壁温, 因而可以适应燃料的变化。即使燃料的含硫量较高, 也可以通过旁路调节系统, 将烟气换热器的最低管壁温度控制在露点温度以上, 防止低温腐蚀。

(3) 可以适应加热炉负荷变化和短时间温度异常情况。水热媒系统的水温是可调的, 因此排烟温度和热风温度可以灵活地加以控制, 再加上管系中设置了安全阀, 可以完全避免因加热炉操作异常而发生低温腐蚀或类似热管高温爆管、失效现象。

(4) 使用寿命长。水热媒空气预热器采用高压锅炉管为换热元件, 全部对接焊缝100%拍片, 可以保证6年以上的使用寿命而无需更换换热元件。

(5) 清灰容易。改造后的扰流子空预器和烟气换热器由于设计中消除了露点腐蚀, 灰垢粘性低, 成“干”态, 为清除积灰创造了有利条件, 停炉清灰可采取水冲洗。

3 扰流子空气预热器和水热媒空气预热器组合应用方案

根据调研结果, 以及原烟道和风道实际布置情况, 决定采用扰流子空气预热器 (高温段) 和水热媒空气预热器 (低温段) 组合式空预器替代原空气预热器。

3.1 扰流子空气预热器

扰流子空气预热器是在普通管式空气预热器的基础上加以改进发展的新型空气预热器。主要是在换热管内增设了扰流片, 增加管内流动扰动, 提高管内换热系数。本次设计的扰流子空气预热器, 换热管水平布置, 管内走空气, 管内布置扰流子, 可以提高空气侧换热系数。壳侧走烟气, 便于清灰。

3.2 水热媒空气预热器

水热媒空气预热器主要由烟气换热器、空气换热器、二台热水循环泵 (一开一备) 及相应的循环水管道等组成, 利用带压除氧水 (1.8~2.2M P a) 作为热媒——中间热载体, 建立一个闭式循环系统, 吸收高温烟气中的余热, 加热入炉空气。

1.8~2.2MPa左右的热媒水经热水循环泵加压后进入烟气换热器, 吸收烟气的高温余热, 升温至1 9 5℃左右后进入空气换热器, 加热入炉空气, 经换热后的热媒水返回热水循环泵入口, 如此循环, 源源不断地将烟气中的热量传递给加热炉的入炉空气。为了防止烟气换热器发生低温酸露点腐蚀, 在空气换热器热媒水进、出口之间设置了一套旁通截止阀, 用于控制空气换热器换热量, 保证进烟气换热器热媒水温度高于露点温度, 即烟气换热器的最低壁温高于酸露点 (本次设计点为1 3 0℃, 可根据燃料变化进行调整) 。水热煤空气预热器流程示意图见图1。

3.3 结构设计

扰流子空气预热器采用φ3 2×2光管为换热元件, 烟气走壳侧, 便于清灰, 空气走管内, 内放扰流子, 以强化管内换热。为了消除热应力, 在空气进口管板与构架之间设置了膨胀节。扰流子空气预热器除烟气进口处设计少量衬里内保温外, 主要采取外保温。

烟气换热器和空气换热器均采用蛇形翅片管为换热元件, 顺列布置。为了保证设备质量, 便于现场安装, 烟气换热器和空气换热器均设计为一整体箱式结构, 所有承压元件焊接、固定、组装均在制造厂内完成, 对接焊缝100%射线探伤。承压部件的所有焊缝均安排在夹层内, 检查、维修时只需打开由外护板组成的检修门即可, 十分方便。

3.4 首台试用的空气预热器性能参数

扰流子空气预热器 (高温段) 和水热媒空气预热器 (低温段) 组合式空气预热器在装置上应用的情况见表1~表4。

4 节能减排效果及经济效益分析

4.1 节能减排效果分析

(1) 节能效果分析

项目实施后, 预热后的空气温度提高了1 2 0℃, 加热炉排烟温度从原来的近3 0 0℃下降至1 7 0~1 8 0℃, 烟气余热得以充分利用, 加热炉热效率提高了3%以上, 加热炉的燃料油消耗量由加工每吨原油消耗1 1.7 k g下降到1 1.0 k g。

统计期年加工原油1 0 0万t, 燃料油折标系数按1.4286计算。则

(2) 减排效果分析

按物料衡算法计算减少的二氧化硫排放量:

式中:G s o2——燃油S O2年排放量

W——年减少燃油消耗量,

S——燃料中硫含量%, 经分析, 燃料中硫含量为0.5%

P——燃料中硫转化为S O2的转化率%, 燃油P=1 0 0%

h——治理设施脱硫效率, 无脱硫设施h值为0

4.2 经济效益分析

(1) 节约燃料油费用:对加热炉进行扰流子空气预热器和水热媒空气预热器组合应用改造后, 年可减少消耗700t, 若燃料油价格按3 5 0 0元/t计算, 可节约2 4 5万元。

(2) 每年可节约检修费1 0万元左右。

综上, 合计节约费用2 5 5万元/年。

5 结论

空气集热器篇4

水泥是建材工业的耗能大户,提高水泥工业的节能水平是降低其生产能耗的关键因素之一［1］。利用废烟气预热空气,然后利用预热后的空气助燃可大为降低水泥烧制的能耗,是一项有力的节能措施［2］。

烟气- 空气型套管式换热器的传热主要以热传导、热对流及热辐射的方式进行,传热属于复合换热,换热器的结构变化( 如肋片的个数及尺寸) 对传热效果、空气温升具有较大的影响。但传统的经验计算不足以描述以上变化,而有限元方法可以充分解决上述问题。

文中研究对象为套管式换热器,此换热器在生产中空气升温不理想,为了强化烟气- 空气型套管式换热器的传热,得到更高的空气温升,以有限元为方法,以ANSYS软件为工具,研究了强化措施对该换热器空气升温的影响,以期强化节能效果, 为该烟气- 空气型套管式换热器的传热及结构设计提供了理论依据及具体措施。

1套管式换热器的传热理论分析

烟气- 空气型套管式换热器结构如图1所示。其中内套管走空气,外套管走烟气,其中空气和烟气的走行为逆行。烟气管道外壁面同外界存在辐射换热和自然对流换热。烟气管道内壁面同空气管道外壁面存在着辐射换热。烟气管道内壁面和烟气存在着强制对流换热,空气外壁面和烟气也存在着强制对流换热。空气管道内壁面同走行空气存在着强制对流换热。因此,根据以上传热分析需计算如下参数: 1) 烟气管道外壁面的复合换热系数; 2) 烟气管道内壁面、空气管道外壁面同烟气的对流换热系数; 3) 空气管道内壁面同空气的强制对流换热系数; 4) 烟气管道内壁面与空气管道外壁面之间的辐射换热。

1. 1气管道外壁面的复合换热系数

烟气管道外壁面同外界存在辐射及自然对流复合换热。其复合换热系数ht计算如下:

式中: ht—复合换热系数,W/( m2·K) ;

hc—自然对流换热系数,W/( m2·K) ;

hr—辐射换热系数,W/(m2·K)。

其中自然对流换热系数hc的具体算法可参考文献[4]。辐射换热系数hr的计算如下:

式中: ε3—实际物体的发射率; δ—斯波尔兹曼常量,W/( m2·K4) ; T1—物体自身温度,℃; T2—实际气流温度,℃。

1. 2管道内的介质同管壁的对流换热

烟气管道内壁面、空气管道外壁面同烟气的对流换热系数,空气管道内壁面同空气的强制对流换热系数由式( 3) 计算。

式中: h—强制对流换热系数,W/( m2·K) ;

λ—烟气导热系数,W / ( m·K) ;

d—管道当量直径,m;

Nu—努塞尔数。

文中所涉及的流体的雷诺数Re和普朗特数Pr的范围分别在2300 ~ 106和0. 6 ~ 105之间,因此其表达式如下［4］:

式中: l—管长,m;

f—管内湍流流动的Darcy阻力系数,f=(1.82lgRe-1.64)-2;

其中,式(3)和式(4)的物性参数查取时的定性温度按对数平均温度考虑。

1.3烟气管道内壁面与空气管道外壁面的辐射换热

烟气管道内壁面与空气管道外壁面之间存在着辐射换热,以往的换热其设计时往往把此种辐射换热折算到对流换热上,来考虑此类换热,而文中采用ANSYS软件的特有功能,通过建立面对面辐射矩阵来考虑这部分辐射换热。

2现有结构的空气温升计算

根据某厂所提供的换热器尺寸在SOLID-WORKS内建模,将所建模型导入ANSYS软件中,输入相应的材料参数,具体的材料参数值来源于相关手册和论文[4,5],为了减小计算量,把SOLID-WORKS模型经简化为平面截面模型,单元采用Plane55,利用ANSYS软件智能网格器进行网格划分,网格划分后在空气管道外壁面及烟气管道内壁面上覆盖一层Link32单元,建立空气管道外壁面及烟气管道内壁面两个表面之间的辐射矩阵,通过辐射矩阵构建面对面辐射面。其有限元模型如图2所示。

经计算,得到截面的温度分布,如图3所示。由图3可知,空气管内壁面的温度约在518~525℃,烟气管整体温度为544~550℃,空气管外肋片温度为557~576℃。

经计算,得到截面的热流通量分布,如图4所示。由图4可知,空气管内壁面的热流通量约在24960~30559W/m2,烟气管整体热流通量为8162~13761W/m2,空气管外肋片根部的热流通量为47357~52956W/m2。

在图4计算的基础上,计算空气内壁面的热流通量的平均值,乘以实际空气内壁面的面积(实际空气管的直径为0.4m、长度为2m),得到空气所吸收的平均热流量Q为29258W。

该模拟采用稳态分析,所加边界条件为上诉理论计算所得的数值,经软件分析计算,得出空气所吸收的热流量为29258W,再根据如式(5)计算温升值Δt:

式中:Q—平均热流量值,W;

c—比热容,J/(kg·K);

M—质量流,kg/s[13]。

经计算,空气升温8℃。

3改进结构的空气温升计算

将改进模型导入ANSYS软件中,采用以上分析方法,为探讨结构改进对空气温升的影响,对模型进行调整: 缩小空气管道内直径; 增加空气管外壁面上肋片数及空气管外壁面上肋片表面积,经计算所得结果如下:

1) 当空气管外壁面上肋片数为20片,空气管外壁面上肋片高度为60mm,空气管道内径由0. 4m减小至0. 38m时,空气温升为8℃ ;

2) 当空气管外壁面上肋片高度为60mm,空气管道内径为0. 4m时,空气管外壁面上肋片数由20片增加到28片,空气温升为8. 1℃;

3) 当空气管外壁面上肋片数为20片,空气管道内径为0. 4m时,空气管外壁面上肋片高度由60mm增加到80mm,空气温升为8℃ 。

由此可见,缩小空气管道内直径; 增加空气管外壁面上肋片数; 增加空气管外壁面上肋片表面积的做法对空气升温的影响不显著。

为了有效地提高套管式换热器的空气升温,尝试在其空气管道内部添加肋片,改进后的空气管道模型如图5所示。

改变空气管道内部肋片数量及内部肋片高度, 按前述步骤模拟分析,可得空气管内部肋片数与温升关系,以及空气管内部肋片高度与温升关系,具体如图6、图7所示。

由图6和图7可知:

1) 当空气管道内部肋片高度为30mm,空气管道内部肋片数由12片增加到24片时,空气温升在14. 3 ~ 20℃ 变化;

2) 当空气管道内部肋片数为12片时,空气管道内部肋高度由30mm增加到70mm时,空气温升在14. 3 ~19. 5℃变化。

由此可见,空气管内部增设肋片,空气温升效果显著。

4结论

1) 充分考虑套管式换热器的复合换热,采用辐射矩阵来描述烟气管内壁面和空气管外壁面的辐射换热,建立了整体式的换热器的传热模型,探讨了肋片变化对空气温升的影响,为此换热器的结构设计提供了理论参考。

2) 在套管式换热器的空气管道的外壁面添加肋片,空气温升效果不明显。空气温升处在8 ~ 8. 3℃ 变化。

简述空气预热器的腐蚀原因篇5

空气预热器在广义上分析是利用烟气中的预热来提升锅炉燃烧过程中需要的空气温度的一种交换热能的设备。空气预热器的安装位置在锅炉的垂直对流烟道的位置。空气预热器的受热面在全部的锅炉机组中受热温度最低的, 同时锅炉的烟气流程中的最后一道受热面还是空气预热器。在现代锅炉机组的组成中, 空气预热器是一个非常重要的组成部分。空气预热器的工作原理为:受热面通过两侧进行热交换, 第一侧是通过烟气;第二侧是通过空气, 这两种气体通过空气预热器进行热交换动作, 这样就会使得空气被加热, 有效的提升了空气的温度, 同时烟气的温度就会有所下降。上述的过程就是空气预热器的工作原理。

二、空气预热器的作用

关于空气预热器作用的阐述, 本文从三个方面进行介绍。第一个方面是空气预热器能够有效的改善及提升燃烧的质量。第二个方面是空气预热器能够强化传热作用。第三个方面是空气预热器可以在很多程度上提升加热锅炉的热效率。下面进行详细的分析和阐述。

(1) 作用一:空气预热器能够有效的改善及提升燃烧的质量。空气预热器能够使进入其中的空气变热, 热空气在锅炉内可以有效的促进锅炉内的燃料进行相关的反应, 第一个反应是燃料的干燥;第二个方面是燃料的着火;第三个方面是燃料的燃烧, 通过这一过程, 可以有效的保障锅炉内的燃料稳定燃烧, 很大程度上改善了锅炉中燃料的燃烧质量和效率。

(2) 作用二:空气预热器能够强化传热作用。基于锅炉内的燃料的充分的燃烧, 就使得进入锅炉中的热空气温度又很大程度上的提升, 这样就使得锅炉内的温度有所提升, 通过锅炉辐射出去的温度也就随之升高, 这样就会有效的提升锅炉中的传热效果。

(3) 作用三:空气预热器可以在很多程度上提升加热锅炉的热效率。由于锅炉中的燃料的充分燃烧, 这样会出现两种效果:第一种效果是可以有效的降低化学燃料的不完全燃烧;第二种是可以有效的利用锅炉中的预热来降低锅炉中烟气的热量排放。有效的提升加热锅炉的热效率。

三、空气预热器出现的腐蚀现象

根据有关部门针对我国东北地区的锅炉机组的调查研究, 发现这些区域的空气预热器中都存在或多或少的积灰现象或者是腐蚀现象。当空气预热器中出现积灰的时候, 就会让锅炉中的出口温度变高, 这样就会让锅炉的供热达不到相应的效果, 出现轻负荷的运行, 一旦锅炉的排烟口处温度过高, 就会导致空气预热器的工作效率下降, 这样就会让空气预热器出现低温腐蚀的现象, 这种情况一旦发现就是非常严重的问题, 腐蚀问题就会让锅炉系统中的集灰斗流出酸水, 这种酸水会随着时间的延长出现不断的腐蚀现象, 在很大的程度上影响了燃烧器的有效正常的燃烧。主要有四个负面影响。第一个是燃料不能充分的燃烧;第二个是锅炉出现黑烟现象;第三个是加热器的工作效率会出现下降;第四个是锅炉机组的能源消耗增多。

四、空气预热器出现腐蚀现象的原因。

关于空气预热器出现腐蚀现原因的阐述, 本文从三个方面进行分析。第一个方面是加热炉中的烟气露点形成的腐蚀现象。第二个方面是低温形成的结渣导致腐蚀现象。第三个方面是空气预热器中的元部件布置较为紧密导致的腐蚀现象。下面进行详细的分析和阐述。

(1) 原因一:加热炉中的烟气露点形成的腐蚀现象。造成露点腐蚀的直接原因是含硫燃料在燃烧时生成了含SO2、SO3的烟气, 烟气经过换热温度下降, 当下降到其露点温度时, 烟气中的可凝结组分冷凝下来形成露滴—即“结露”。

(2) 原因二:低温形成的结渣导致腐蚀现象。由于燃料中含有灰份, 排烟时固体颗粒易沉积在管束部位形成积灰, 同时, 凝结在低温受热面上的硫酸液体, 还会粘附烟气中的灰尘形成不易清除的粘灰, 使烟气通道不畅甚至堵塞管束。

(3) 原因三:空气预热器中的元部件布置较为紧密导致的腐蚀现象。由于空气预热器的传热元件布置较紧密, 烟气中的飞灰易沉淀在受热面上, 使气体流动阻力增加, 影响空气预热器的正常工作。

五、空气预热器中防腐的具体措施。

关于空气预热器中防腐的具体措施的阐述。本文从五个方面进行分析。第一个方面是提升空气预热器入口的空气温度。第二个方面是在排烟的过程中, 要严格的控制排烟的具体温度。第三个方面是要降低烟气中的水分的含量。第四个方面是要将空气预热器进行有效的保温。第五个方面是要定期的为空气预热器进行吹灰和管束清洗工作。下面进行详细的分析和阐述。

(1) 措施一:提升空气预热器入口的空气温度。由于现在的空气预热器出现的是低温腐蚀现象, 因此我们要提升空气预热器的入口处的温度, 让设备的壁温升高, 有效的防止结露腐蚀问题。最常用的方式就是采用空气循环的方式来处理。

(2) 措施二:在排烟的过程中, 要严格的控制排烟的具体温度。我国东北地区的室外温度存在着冬季和夏季的温差大, 这种温差就会让空气预热器的壁温受到一定的影响, 要想让烟气的温度大部分的转化为空气温度, 就要有效的控制排烟的烟气温度。

(3) 措施三:要降低烟气中的水分的含量。这种操作方法主要是因为水分的含量越高就会出现风压过大的现象, 导致露点温度下降, 形成腐蚀现象。

(4) 措施四:要将空气预热器进行有效的保温。保温不好, 不仅仅降低热效率, 更主要的是烟气遇到低温发生露点腐蚀。所以作好保温尤为重要。

(5) 措施五:要定期的为空气预热器进行吹灰和管束清洗工作。2003年以后, 每次全面检验后企业都对预热器管束进行吹灰及清洗工作, 吹灰尽可能在锅炉运行处于高负荷下进行, 并且紧接在锅炉其他部件吹灰之后。

参考文献

[1]王铁民, 王涛, 陈素君.锅炉空气预热器低温腐蚀原因分析与处理[J].煤气与热力, 2010 (03) .

空气预热器主传动系统的设计篇6

空气预热器主传动变频控制系统是应用变频器对空预器的主传动进行软启动的控制系统。该系统采用ABB变频器作为控制核心, 不仅结构简单、启动力矩大, 而且在可靠性上也有很大的提高。变频器作为成熟产品在工业生产中已经得到广泛的应用, 尤其是在大惯性负载环境中的应用。由于变频器具有动态功率因数调整功能, 所以使整个系统平均节能10%以上。空预器主传动系统属大惯性负载, 在这种场合应用变频器, 在节能和提高整个系统寿命方面都优于其它系统。

2 工作原理

该系统针对电厂的实际情况即主辅电机需提供双路动力电源和一路UPS控制电源, 系统配置两台变频器分别驱动主、辅电机, 可使主、辅电机分别具有高速 (1 000rmp) 、低速 (350rmp) 两档驱动电机的功能。系统启动时可先启动主电机也可以先启动辅助电机 (一般先启动主电机) , 主电机可按主控盘面板上所设定的速度软启运行、当所启动的电机出现故障时, 系统可以自动启动另一台电机, 起到互为备用的作用。但是由于主辅电机在机械结构和控制电路上的差异, 所以正常情况下应先启动主电机。

在本系统中包含电机变频控制和转子停转报警两部分。变频器作为控制核心集成了双位置继电器、变频启动、热保护、运行指示输出、报警输出等功能于一身, 具有元件集成化程度高、事故几率小等特点。其中变频器故障输出及保护内容包括:过电流、对地短路、过电压、欠电压、电源缺相等。以上保护功能已基本包括了所有事故出现的工况, 是一般控制系统所无法比拟的。

正常工况下, 系统应先启动主电机, 主电机分为正常 (高速) 与低速两档, 其中正常 (高速) 档 (50Hz、1 000rmp) 为正常工作档, 低速档 (17Hz、350rmp) 为清洗空预器等需要空预器慢速转动时使用的。启动系统之前应先确定高、低速档 (通过速度切换开关) , 当按下启动按钮后, 电机将以缓慢速度启动, 逐渐提速, 大约20秒钟, 系统达到设定频率, 电机达到额定转速。当主电机发生故障时, 主变频器发出故障信号并停止输出, 同时驱动辅变频器自动启动, 由于现在转子正在转动, 所以在松开辅变频器抱闸后, 变频器在20秒钟内上升到设定频率。主变频器故障信号同时发往中控室, 以便中控室DCS系统作出相应的处理, 主变频器修复并启动后, 辅变频器转为备用。

3 转子停转测量

转子停转报警功能的工作原理是借助在空气预热器底部支撑轴周围每隔120°固定安装3个测量装置 (作为固定部分) , 并在支撑轴上焊接检测块 (可焊接到随轴转动的防水罩上作为检测组件的转动部分) 来实现。在转子转动时, 每当检测块通过测量装置时, 测量装置将采集到一次脉冲信号, 系统把采集的脉冲信号上传到控制器CPU中, 再通过采用3取2的原则的数学逻辑运算, 判定转子是否停转, 并将判定结果送到DCS中。在发生停转或接近开关测量失败时发出声光报警信号。

1) 主要技术参数

(1) 额定交流电压:380Vac 3P+N;

(2) 额定交流容量:5kW~11kW (视配套电机容量而定) ;

(3) 模拟量输出:4 mA~20mA (或按用户要求) ;

(4) 正常启动时间:约20s;

(5) 正常运行频率:50Hz;

(6) 低速运行频率:17Hz。

2) 实验步骤

(1) 在主控盘端子排1-4接上动力电源A、B、C、N, 再短接1和5、2和6、3和7, 即接通两路动力电源;

(2) 在主控盘端子排9-10接上控制电源, 合上第一个动力电源开关BK1, 再合上第二个动力电源开关BK2;

(3) 合上两个动力电源开关后, 再合上控制电源开关BK3, 对应动力电源、直流24V电源指示灯点亮, 变频器、PLC及顶部风扇工作;

(4) 所有元件开始工作, 指示灯正常指示后。将变频器设定各项参数, 然后可以逐项进行试验。

在电机运行期间, 主电机 (或者辅电机) 运行灯点亮, 对应的电流表指示工作电流。

主控盘盘面元件布置及说明见图。

4 使用与维护

系统设置就地/远方选择开关SW1, 选择开关在远方位置时DCS系统控制, 选择开关在就地位置时可以手动及连锁自动操作。

当选择开关在就地位置时, 将切除/连锁开关扳到连锁位置时, 在主变频器发生故障后, 自动启动辅变频器, 当主变频器修复后, 辅变频器故障时则自动切换到主变频器运行。

当选择开关在就地位置、切除/连锁开关在切除位置时, 可依次按下各手动按钮和开关, 执行手动操作。

1#变频柜设置指示灯五个, 分别指示动力电源、直流24V电源、主电机故障、辅电机故障、空预器停转。转换开关三个, 分别是就地/远方、低速/检测/正常、切除/连锁切换开关。带灯按钮四个, 分别是启动主电机按钮、停止主电机按钮、启动辅电机按钮、停止辅电机按钮, 主辅电机启动和停止时按纽上的指示灯发出相应的指示。

2#变频柜设置指示灯五个, 分别指示动力电源、直流24V电源、主电机故障、辅电机故障。转换开关三个, 分别是就地/远方、低速/检测/正常、切除/连锁切换开关。带灯按钮四个, 分别是启动主电机按钮、停止主电机按钮、启动辅电机按钮、停止辅电机按钮, 主辅电机启动和停止时按纽上的指示灯发出相应的指示。

参考文献

[1]陶然, 熊为群主编.继电保护、自动装置及二次回路[M].中国电力出版社, 2006.

空气集热器篇7

我国以煤炭为主的能源结构短期内难以根本改变。火力发电是我国煤炭消费大户,因此,火电能源消耗基数较大,即使有百分之零点几的改进,都可以为节能减排作出重大贡献。空气预热器是锅炉尾部烟道中重要的受热面,用于提高锅炉的热交换性能,降低能量消耗。它是整个锅炉沿烟气流程的最后一个热交换设备,其排烟温度的高低反映了整个锅炉的热效率的高低,而空气预热器的出口风量、风温直接影响炉膛的燃烧和制粉系统的运行,所以空气预热器在整个锅炉设备中的作用是十分重要的。截至1996年年底已投产的大容量锅炉机组,无论是进口还是国产设备,几乎全部采用回转式空气预热器。作者根据ASME PTC 4.3-1968标准对空预器的性能进行计算,并编写了空气预热器热力性能计算程序。

1 实验模型

本文以某电厂的300MW机组为研究对象,分析计算了空气预热器的热力学运行性能并编制了计算程序。电站锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG1025/540型亚临界、一次中间再热自然循环汽包炉,单炉膛∏型,燃烧器布置于炉膛四角,切园燃烧,尾部双烟道结构,采用挡板调节再热汽温,固态排渣,全钢架悬吊结构,平衡通风,半露天岛式布置。锅炉主要额定参数如下:主蒸汽流量:1025t/h;过热蒸汽出口温度:540℃;过热蒸汽出口压力:17.35MPa;机组额定发电功率:300MW;给水温度:280℃。

电站锅炉燃煤的煤质将直接影响锅炉空预器中烟气的组成成分,从而影响空预器的换热以及空预器出口热空气的温度,并且最终会影响机组的运行性能。本文选用的煤种为义马烟煤,关于义马烟煤的相关运行参数可以从一些设计手册中查出。

2 空气预热器漏风性能计算

2.1 漏风率的定义

由于回转式空气预热器自身的特点,空气预热器的烟气侧与空气侧并不是绝对隔离的,二者之间存在缝隙,由于这个缝隙的存在,难免就会造成空气预热器中空气侧的空气漏入压力较低的烟气侧。为了分析空预器的这个特点,我们定义了一个空气漏风率的概念。空气漏风率是指在空气预热器中由空气侧漏入烟气侧的空气质量占空气预热器入口烟气质量百分比。即:

式中:AL———空气预热器的漏风率,%;Mr Fg En———进入空气预热器的烟气量,kg/h;Mr Fg Lv———离开空气预热器的烟气量,kg/h。

2.2 漏风率修正

空气预热器的漏风最主要的原因是一次风、二次风侧的烟气压力远大于烟气侧压力所致的直接漏风。这些参数对于空气预热器漏风的影响非常大,且远大于对锅炉的影响。由于存在这么大的影响,如果空气预热器运行的条件发生严重改变,对空气预热器漏风率的修正就显得十分重要。

修正的计算公式可按相对量与绝对量分为两类,两类计算公式分别从漏风的绝对量和相对量的角度修正了一二次风等对漏风量大的影响,具体公式可以参看锅炉设计手册。

3 空气预热器热力计算

3.1 主要计算参数

对于空气预热器来说有很多的参数可以反映空气预热器的运行性能,这些指标往往可以从不同的方面反映空气预热器的运行效果和设计的合理性。首先就是空气预热器的烟气侧的传热效率,烟气侧传热效率可以反映烟气侧热量的利用程度,它可以很好的反映空气预热器烟气侧设计的合理性。然后就是无漏风下空气预热器出口烟气温度,显然出口烟气的温度越低,说明空气预热器的效果越好,锅炉的热利用率比较高,合理的设计空气预热器降低排烟温度可以从一定程度上实现锅炉排烟的余热利用。最后需要考虑的就是通过空气预热器的空气热容量与通过空气预热器的烟气热容量的比值,这个参数可以直接体现空气预热器烟气侧与空气侧换热的换热效果。

3.2 计算结果修正

基于实际工况下空气预热器的性能试验,至少考虑漏风、入口空气温度、入口烟气流量、入口烟温等参数改变造成的影响。所以本文考虑到对以上计算结果进行如下几方面的修正:1)入口空气温度的修正;2)空气预热器入口烟气温度为设计值,且存在漏风的情况下,需要考虑漏风影响进行修正。

4 阻力特性修正

烟气与空气在流过空气预热器的过程中都会存在压降,这部分压降是由于空气预热器中流过烟气和空气时存在阻力造成的,而以前的文献在分析过程中未考虑这不分压力和换热过程中的阻力,这会对计算结果的准确性造成一定的影响,本文通过一定的计算方案对烟气侧以及空气侧的阻力进行了修正。

5 空预器热力计算软件设计

根据上述理论分析及计算准则,采用面向对象语言BCB(Borland C++Builder 6.0)以窗体为分隔对象,编写合适的空气预热器性能计算程序来实现。

C++Builder是由Borland公司推出的一款可视化集成开发工具。该软件具有快速的可视化开发环境,只要简单地把控件(Component)拖到窗体(Form)上,定义一下它的属性,设置一下它的外观,就可以快速地建立应用程序界面,与我们用的比较多的编程软件Visual Basi有很大的相似点,正是由于该软件的易用性,该软件在工程领域得到了很多的应用;C++Builder内置了100多个完全封装了Windows公用特性且具有完全可扩展性(包括全面支持Active X控件)的可重用控件;C++Builder具有一个专业C++开发环境所能提供的全部功能:快速、高效、灵活的编译器优化,逐步连接,CPU透视,命令行工具等。它实现了可视化的编程环境和功能强大的编程语言(C++)的完美结合。

本文就是在该软件的基础上实现的空预器热力计算软件的设计的,利用软件的可视化功能建立了空气预热器热力计算的整个过程,通过该软件只要输入一些工程中已知的参数变量就可以得到空气预热器一些热力学参数,如烟气侧传热效率、排烟温度以及烟气侧与空气侧热容量的比值等,将一些复杂的计算交给计算机来完成的缩短了空气预热器热力计算周期,减少了热力计算的工作量,具有很大的应用价值。本文利用该软件对某锅炉的一个空气预热器进行了理论计算研究,并且与实际锅炉空气预热器的一些参数进行了对比,计算值与实际值相差极小,具有一定的计算精度,验证该软件对空气预热器的热力计算是正确的,可以应用于其他空气预热器的热力计算。

6结论

本文基于ASME PTC 4.3—1968中的算法,建立了三分仓回转式空气预热器运行性能计算模型,提出了关于空气预热器运行中的一些主要的计算参数,并且从主要影响因素角度对这些计算参数的计算结果进行了修正,使其达到实际应用的需求。根据所确立的空气预热器的热力计算方法,基于可视化编程语言Borland C++Builder 6.0编写空气预热器热力性能计算软件。现将本文的主要成果和结论总结如下:

1)本文编制的空气预热器热力性能计算软件可以实现以下功能:

(1)根据电厂提供的相关数据,对空气预热器的漏风率、热力性能、阻力特性进行了计算及修正,尤其是对于空气预热器的漏风程度、排烟温度的异常可以进行实时判断;

(2)对空气预热器的漏风率进行监测,及时发现是否存在漏风严重的现象;

(3)实现空气预热器的变工况热力计算分析和多变量综合计算分析,定量分析各个运行参数(包括煤质分析、系统漏风率、烟气侧空气侧阻力、排烟温度等)对空气预热器性能的影响。

2)根据本软件的计算结果和预测结果与电厂所提供数据基本符合,表明本计算程序是正确的。可以达到实际应用中应有的精度。

摘要：本文以三分仓回转式空气预热器为研究对象,以ASME PTC 4.3-1968为基础,首先介绍空气预热器性能试验的各种算法,然后通过Borland C++Builder 6.0编写成易操作型软件。程序中包括以下计算模块:漏风率计算、热力性能计算以及阻力性能计算。该程序可以根据空气预热器的现场运行数据对该空气预热器进行性能评价,还可以用于分析某个参数的变化对空气预热器的影响,预测空气预热器不正常运行状态的出现以及分析其原因。

关键词：回转式空气预热器,漏风率,热力性能,阻力性能

参考文献

[1]钱家麟,等.管式加热炉[M].中国石化工出版社,1987.

[2]郑体宽,杨晨.热力发电厂[M].中国电力出版社,2008.

空气集热器篇8

随着电站锅炉向着大容量、高参数方向发展, 空气预热器的结构及性能虽有所改善, 但其缺点也很明显。以漏风率为例, 大部分空气预热器漏风率为5%～10%, 有的甚至达到20%。当然, 根据电厂不同运行环境, 烟气侧效率、X比、烟气压损、烟气温度和空气温度等性能参数大部分存在不同程度偏离设计值现象, 不能有效降低排烟温度。因此, 利用当前快速发展的计算机及软件技术, 开展空气预热器性能试验, 检验其实际运行的整体工作性能, 提高其安全经济性, 仍是目前需要解决的问题[1]。

下面利用IMP板卡、EIC数采系统、LabVIEW[2,3,4]8.2.1软件开发了电站锅炉空气预热器性能监测分析系统, 该系统包含了空气预热器重要参数漏风率计算模块, 以及烟气侧效率、X比、烟气压损计算模块。设计中, 在严格执行国标GB10184-1988的同时, 参考了ASME PTC4.3《空气预热器性能试验法规》。与传统EXCEL表格离线计算手段相比, 空气预热器监测分析系统具有时实性、精确性。

1 LabVIEW软件简介

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 实验室虚拟仪器工程平台) 是美国NI公司推出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具, 主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域, 并适用于Windows CE、Windows95/98/2000/xp/2003、Macintosh、UNIX、Linux、Sun等多种不同的操作系统平台。LabVIEW采用G语言编程, 面向测试工程师而非专业程序员, 编程方便, 人机交互界面直观友好, 具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。

将LabVIEW应用于电站空气预热器监测分析系统的设计有以下优点[5]:

a.LabVIEW具有的强大数据采集能力和IVI仪器驱动, 搭建外围采集硬件过程较快。

b.LabVIEW自身集成了丰富而功能强大的数学工具以及数字信号处理子VIs, 给空气预热器状态数据相关计算和分析带来了方便。

c.LabVIEW具有运行控制技术和多线程技术, 能让系统程序各模块数据传输无错化, 同时能让该系统整体实现高速稳定运行。

d.LabVIEW具有强大的外部接口能力, 可以实现LabVIEW与外部应用软件 (如Word、Excel等) 、C语言、C++语言、Windows API、MATLAB以及HiQ等编程语言通信。特别是可以利用MATLAB Script来搭建模糊专家系统和神经网络模型。

e.LabVIEW具有强大的网络通信功能, 支持TCP/IP协议、UDP协议, 具有Data Socket技术、Remote Panels技术, 简化了该设计系统的网络化, 使用户很容易在互联网上实现高速实时数据交换及远程监测与诊断。

2 空气预热器性能监测系统结构

2.1 性能监测系统硬件组成

为了监测测点安装的需要, 下面以回转式空气预热器为例进行说明, 它采用三分仓结构, 随空气预热器转子转动, 工质 (烟气、二次风及一次风) 分别流经蓄热元件时, 完成热交换, 使一次风、二次风达到设计值, 同时将排烟温度降低到一个合理的范围之内;为了满足性能参数计算分析的需要, 空气预热器需要监测的参数包括:烟道进、出口烟气中O2、CO2含量;进、出口空气温度;进出口烟气温度;进、出口空气和烟气静压;进、出口烟气量;环境温度及大气压。为满足测量精度的要求, 进出口处O2与CO2含量、温度、静压均利用网格法来测量。其中, 温度利用T型热电偶, O2与CO2含量利用M&C O2和M&C CO2表, 微压计来测量静压与流量。数据采集系统由工业控制计算机、IMP数据采集板、EIC数据采集卡、双绞屏蔽电缆组成。工业控制计算机内嵌LabVIEW环境下设计开发的空气预热器性能计算系统。对应的系统整体硬件结构如图1所示。

IMP数据采集板、EIC采集卡和工控机完成实时数据的采集、保存、显示。工控机的数据库用来存储原始数据, 可通过网卡与企业内部网络 (Internet) 进行连接, 以实现资源共享。在工控机内嵌的基于LabVIEW空气预热器性能计算系统, 能够完成采集数据的分析处理及性能参数的计算, 同时生成对应结果报表。

2.2 系统软件结构及功能

系统的开发软件以LabVIEW为主, 利用模块化设计思想, 主要包括多线程控制模块、数据采集模块、人机交互界面模块、数据库管理模块、计算模块五部分。

各模块功能及实现方法如下:

a.多线程中央协调模块, 能够完成硬件与软件、软件模块与模块之间的协调运行。利用LabVIEW本身的多线程技术可以实现其功能。

b.数据采集模块, 其功能就是将回热系统状态的信号采集出来, 供其它模块利用;采集硬件利用分布式体系机构, 物理测量位置相近的用同一采集板接口采集, 经处理后发往数据采集板卡, 用工控机发送到数据库中。计算模块、人机交互模块也可以利用多线程来实时利用这些数据。

c.数据库管理模块能够实时采集数据、操作者设置参数的导出、报表生成, 为其它模块提供历史数据调用等。

d.计算模块可根据实时监测数据, 结合系统的人工输入, 进行系统参数性能计算。

e.人机交互界面, 提供该软件系统整体的管理工作。具体功能包括:数据采集通道设置、实时数据的显示窗口、数据处理显示窗口、人工参数的输入窗口、各子系统控制按钮 (点击可以进入对应的子系统界面) 等功能。

3 计算原理及LabVIEW实现

3.1 设计过程

空气预热器漏风试验主要依据有:GB/T10184-1988《电站锅炉性能实验规程》附录K和美国ASME PTC4.3《空气预热器性能试验法规》。由于引进的新设备在部分电厂使用, 因此, 在漏风率计算开发时, 分别对上述标准进行了修正, 可以通过人机交互界面灵活选择。

3.1.1 监测系统中实时监测数据的读取

研究的性能参数与在线监测的实时参数之间有一定的函数关系, 在设计过程中如何建立与监测系统之间的数据共享是分析系统计算的关键。

LabVIEW中支持多种数据格式的文件, 为数据的存储与回放提供了极大的方便。在该设计中, 可以通过三种方式来实现数据的读取:a.数据采集卡硬件的共享;b.数据的多线程发布;c.数据文件的共享读取。该设计不强调监测与分析的严格同步, 因此选择最简单的“文件数据读取”。具体实现如图2所示。其中, Read From Spreadsheet File.vi为数据读取函数, 完成数据从表格中读取功能, 后续模块能完成各通道算术平均值的运算, 得到的各通道参数平均值可以进一步参与运算。

3.1.2 漏风率计算的设计

ASME PTC4.3与GB/T10184-1988对空气预热器均对漏风率进行了定义, 而且定义是一致的, 只是国标中没有给出严格的计算质量的公式, 只是给出 (推荐) 同时测定相应烟道入口、出口烟气的三原子气体 (RO2) 体积含量百分率, 按经验公式 (1) [6]进行计算漏风率或测定烟气成分后, 利用漏风系数来计算漏风率的经验公式 (2) [6]。

式中, AL为漏风率;RO′2、RO″2为相应烟道进、出口烟气三原子气体 (RO2) 体积含量百分率, %。

式中, α′, α″为烟道入口、出口处烟气过量空气系数;O2, CH4, CO, H2为干烟气中氧、甲烷、一氧化碳和氢的容积含量百分率, %。

ASME PTC4.3也给出了相应的空气质量和烟气质量的计算公式[7]。在质量计算公式中, 包含了入炉煤的元素分析、飞灰可燃物、炉渣可燃物和环境参数等数据。与上述设计过程所不同的是, 在ASME PTC4.3中有具体的质量计算公式, 也有简单的经验公式。

为了使规程中的计算方法得到不同应用及与监测子流的协调, 在软件设计中, 引入了对应算法的子Ⅵ, 还引入了case结构、事件结构、for循环及while循环。具体的设计过程如图3。

其中, 子Ⅵ包括:漏风率计算子Ⅵ、烟气侧效率子Ⅵ、X比计算子Ⅵ和阻力计算子Ⅵ, 这些子Ⅵ共同完成运算功能;case结构来完成选择不同算法;事件结构来完成不同操作下软件的执行;for循环是完成计算中的循环功能;while循环来控制软件的连续执行工作, 直到结束事件触发才停止。

LabVIEW在完成上述内容时, 与常规编程软件所不同的是, 常规编程软件以语句来实现, 而LabVIEW以图标为主, 同时编运算及执行是在数据流的基础上完成的。

3.2 设计系统运行结果

该系统的计算模块是在搭建完整硬件后实现基本参数监测的基础上完成的, 兼顾了IMP、EIC监测硬件和LabVIEW软件开发的优越性。与其它编程软件相比, LabVIEW软件包含了丰富的基本计算VI函数, 整体计算用模块构成, 形象方便;人机界面设计容易, 减小了开发周期;对应上述的计算过程, 这里以LabVIEW前面板的设计结果给出, 具体如图4所示。

监测系统利用传感器与IMP、MIC系列硬件的协调, 通过串口通信读取实时数据到工控机中;在上述运行界面中, 可以灵活设置通道数目和对应板卡;同时, 实时数据的显示方式可以选择不同方式。在各通道采集数据的基础上, 可以进行一定的简单运算处理, 如简单算术处理、平均化等, 见图5。

性能分析系统数据来源包括监测数据自动共享模块、手动导入模块和人工输入模块, 这样分析系统与监测系统组成一个整体, 可以完成性能参数的在线和离线分析。由于电厂试验期间的燃料元素分析、燃料工业分析及灰渣分析是不可能在线传输数据, 因此, 人工输入窗口是必要的, 分析结果以EXCEL报表的形式给出。

4 性能试验实例分析

为了进一步说明该系统的可行性, 对被测试空气预热器性能有一个更详细的了解, 下面以某发电公司二期扩建工程 (2×600 MW) 4号机组32 VNT 2200型回转式空气预热器性能试验数据为例, 进行分析。

空气预热器的基本参数:预热器入口一次风温度26 ℃, 预热器入口二次风温度23 ℃, 入口烟气温度361 ℃, 出口烟气温度 (修正前) 120 ℃, 出口烟气温度 (修正后) 115 ℃;入厂空气预热器漏风率保证值 (A:5.6%;B:6.5%) ;入口烟气流量2 226 509 kg/h, 出口空气流量2 365 418 kg/h。

空气预热器出、入口烟气温度及空气出、入口温度都采用网格法测量, 在各测点装置T型热电偶;出、入口静压用网格法和微压计测量;烟气成分用网格法寻找代表点后, 测取代表点数据获得.处理后的4号机组A空气预热器试验数据如表1所示。

经过设计监测分析系统计算后, 得到的结果如下:

a.工况660 MW时, 漏风率8.713%;烟气侧效率62.984%;X比0.676;空气侧阻力0.24 kPa, 烟气侧阻力1.14 kPa;与保证值相比, A空气预热器漏风率偏高, 建议调整相关密封装置来减小漏风率。烟气侧效率和X比偏低。

b.600 MW平行工况1时, 漏风率8.814%, 烟气侧效率64.746%, X比0.699 7, 空气侧阻力0.340 kPa, 烟气侧阻力1.032 kPa。

c.600 MW平行工况2时, 漏风率8.563%, 烟气侧效率65.117%, X比0.704 2, 空气侧阻力0.350 kPa, 烟气侧阻力1.004 kPa。

d.变配风时, 漏风率9.073%, 烟气侧效率62.633%, X比0.678, 空气侧阻力0.350 kPa, 烟气侧阻力0.850 kPa。

e.变氧量时, 漏风率9.068%, 烟气侧效率62.347%, X比0.666, 空气侧阻力0.340kPa, 烟气侧阻力0.944kPa。

与保证值相比, 在上述计算结果中, A空气预热器漏风率偏高, 建议调整相关密封装置来减小漏风率;烟气侧效率和X比偏低;烟气侧阻力和空气侧阻力均在保证值范围之内。

5结论

通过电厂空气预热器的实际试验分析可知, 空气预热器监测分析系统的设计能够增加试验数据精度, 试验手段方便, 在电厂空气预预器性能试验中有其利用价值, 节省了资金。就该系统本身而言, 与其它同类功能软件的开发相比, 开发周期短, 开发的系统软件包功能强大, 可移植性强, 使用方便。

摘要：以EIC数采系统及LabVIEW软件为基础, 设计开发了空气预热器监测分析系统, 并将该系统应用于600MW机组回转式空气预热器性能试验。试验结果表明, 空气预热器监测分析系统具有应用价值, 对试验结果有指导意义。

关键词：空气预热器,性能试验,性能参数,虚拟仪器,监测分析系统