1000th电站燃煤锅炉过热器设计

1000th电站燃煤锅炉过热器设计 辽宁工程技术大学毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 前言 随着国民经济的发展，电力产业是物质文明发达的当今社会必不可少的产业，电力水平直接影响到一个国家的发展程度，因为发电站是每个国家很重要的基础工业。电力工业是世界各国经济发展战略中的优先发展重点，因为它是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用。与社会经济和社会发展有着十分密切的关系，它不仅是关系国家经济安全的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。当今世界上主要有火力发电、水利发电和核能发电三大类型的发电形式，而由于我国的能源构成的特点，现在乃至未来的几十年里仍然要以火力发电为主。为满足现代社会对电力需求的日益增长以及对电站热经济性要求的不断提高，发展大容量、高参数火电机组己成为电站行业的必然趋势。 过热器是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面，其目的是提高蒸汽的焓值，以提高电厂热力循环效率，过热器是锅炉设备的重要部件， [1]其性能好坏直接影响锅炉运行的安全性和经济性。 锅炉蒸汽参数的提高，使得过热器系统成为大容量锅炉本体设计中必不可少的受热面。这部分受热面内工质的压力和温度都相当高，且大多布置在烟温较高的区域，因而其工作条件在锅炉所有受热面中最为恶劣，受热面温度接近管材的极限允许温度。而锅炉容量的日益增大，使其过热器系统的设计和布置更趋复杂。 随着我国电力工业建设的迅猛发展，各种类型的大容量火力发电机组不断涌现,锅炉结构及运行更加趋于复杂,不可避免地导致并联各管内的流量与吸热量发生差异。当工作在恶劣条件下的承压受热部件的工作条件与设计工况偏离时,就容易造成锅炉爆管。调研结果表明，对于大容量电站锅炉，过热器结构设计及受热面布置不合理，是导致一、二次汽温偏离设计值或受热面超温爆管的主要原因之一。 电站锅炉的大量运行实践表明，过热器系统的超温爆管是一个十分复杂的问题，同时受到结构设计与运行两方面的影响。系统布置与结构设计不合理会引起工质流量与吸热量的不均匀而造成超温爆管，现代大容量电站锅炉的过热器系统的同片管屏通常是由若干管圈并联的多套管组成属锅炉工作的可靠性在很大程度上决定于这些受热面的金属壁温是否超过所采用钢材在所受应力水平下的容许温度，文献表明，管壁金属超温而引起爆管， 1 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 会使设备可用率降低，发电成本增高，如一台200MW机组若一年爆管一次，每次按五天修复计算，则将少发电2400万kw.h，每kw. h按0.056元计，合人民币120万元。一台200MW机组冷态启动一次大约耗油60t/h，油价按1000元/t计算，启动一次油费为6万 [2]元，加上修复所用的材料及人工费等，其经济损失是相当大的。 电站锅炉过热器的设计是一项十分复杂的工作。由于须兼顾影响过热器设计质量的诸多要求，而这些要求又往往彼此冲突，因而即使是同型锅炉，各制造厂的过热器系统的结构与布置也互不相同，与锅炉机组的整体设计一样，至今过热器的设计也还没有完全实现优化设计。我国大容量、高参数的电站锅炉过热器均采用辐射式、半辐射式、对流式过热器的组合系统，过热器、再热器分为多级，级与级之间多次交叉和混合，减温方式多采用烟气侧调温和喷水减温相结合，过热器、再热器设计最高壁温接近金属工作温度极限，安全裕度小，这些都使过热器系统的优化设计面临更大的难度。本文主要对1000t/h的电站燃煤锅炉过热器进行设计，结合诸多因素来进行探讨和研究一套过热器的设计和布置的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，以达到即提高了锅炉的效率又加强了过热器运行的稳定性，而且更加经济合理为设计的最终目的。因此，这不但有着较大的工程使用价值，而且也具有很高的理论意义。 2 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1 过热器形式及设计方法 本章介绍了对过热器的结构形式进行的分析，研究过热器不同类型及分类。然后说明了过热器的设计要求，并重点分析了过热器的主要设计思路与方法，对过热器设计中涉及到的问题进行了简明的介绍。 1.1 过热器的结构形式 按照传热方式,过热器可分为对流、辐射(墙式)和半辐射(屏式)三种型式: 1)对流式过热器 布置在对流烟道中的过热器可分为垂直式和水平式两种。垂直式结构简单,吊挂方便,积灰较少,得到广泛应用,但停炉后管内积水较难排除。 水平式主要用于塔型和箱型锅炉,也可布置在倒U型锅炉的尾部烟道中,其易于疏水,但支吊较为不便,常采用管子吊挂。但为了达到所要求的蒸汽流速,过热器蛇形管可以布置成单管圈或多管圈。 2)屏式过热器 屏式过热器处在高烟温区,又受到炉膛的热辐射,因此工作条件较差,特别是外圈管子,设计不当,容易超温烧坏。可采用外圈两根管子截短;外圈一根管子短路;外圈一根管子短路,且内外管屏交叉的措施;或对外圈管子采用更好材料。我们在设计中现已将后屏外围两圈过热器管子的材质由原来的12CrMoV改用为12Cr2MoVB(钢研102)的材质,以提高其工作可靠性。 3)辐射式过热器 在炉膛壁面上布置墙式过热器,能改善汽温调节特性和节省金属。但由于炉壁热负荷很高,管子的工作条件较差,其外壁温度与工质温度之差可达100?,因此对安全性应特别 [3]注意。 1.2 过热器设计的要求 过热器的设计是比较复杂的，要考虑很多问题和条件，有时要求之间还存在一定的矛盾，必须全面地考虑问题，密切结合实际条件(如合金钢的供应等问题)，才能作出正确的设计总之，在设计过热器时要考虑以卜要求: 1)有良好的温度特性，即在负荷变化(或其他运行条件变动)时，汽温能保持正常或变化较小。 2)对汽温调节反应较快、易于调节。因此，在最后一级过热器前调节(减温)时，最 3 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 后一级的过热器的焓增应该较小，不超过170kJ/kg。 3)节省钢材，尤其是合金钢。把过热器放在烟气温度较高的地方(或采用辐射式过热器)，可得到较大的温差和较高的传热强度，但是要耗用较多的合金钢材。故在大容量锅炉中，过热器分屏式过热器和对流式过热器，对流式过热器又往往采用分级布置。过热器分级温度可在锅炉整体布置时确定，亦可在进行过热器热力计算前确定。 确定过热器分级温度的原则是:一方面限制每级中的蒸汽焓增不超过250,420kJ/kg,以减小热偏差的绝对值;另一方面是在保证最高金属温度的管段安全工作的条件下尽量节省投资，即少用或不用合金钢和多采用逆流传热的方式。当然，为安全起见，屏式过热器和高温对流过热器一般多采用顺流和平行混合流布置。 4)过热器设计要特别注意安全，既要采取措施减小过热器的热偏差，又要视不同参数的锅炉采取不同措施来减小热偏差。因为它会使管壁超温，危及过热器的安全运行。因此，对于估计有危险可能的管段必要时作管壁金属温度的计算。对于中压锅炉则可把过热器分为低温级和高温级。低温级安置在较低烟温处，采用逆流传热方式;高温级布置在较高烟温处，还可分为两段，第一段布置在烟道两侧作逆流传热，第二段布在烟道中部为顺流传热。这种同一烟道处并列两段过热器的型式.可减小热偏差。同时在低温级与高温级之间可使蒸汽充分混合，以消除低温级过热器中的热偏差。对于高压和超高压锅炉可采取过热器分级，级与级之间采用交叉和混合布置，在管壁金属温度可能最高的屏式过热器和末级过热器之前均装置喷水减温设备，蒸汽在末级对流过热器中采用顺流传热，这样可以避免过热器出口段金属温度过高。 5)较小的流阻，蒸汽从汽包到过热器出口压降不能过大。在自然循环锅炉中，蒸汽一般在过热器中的压降，当汽包压力<14MPa时，应不超过汽包压力的10%,当汽包压力>14MPa时，应不超过汽包压力的15%，以免汽包承受过高的压力，给水泵消耗过多的能量。 [4]6)运行安全可靠，制造安装及 检修 外浮顶储罐检修方案皮带检修培训教材1变电设备检修规程sf6断路器检修维护检修规程柴油发电机 方便。 1.3 过热器的设计方法 1.3.1 管径和管壁厚度 过热器所用管子的外径约为28,50 mm。当锅炉设计要求减轻重量和结构紧凑时，可用较小的管径。但是，管子管径越小支吊越困难，蒸气的降也增大。当蒸汽压力很高时，用较小的管径可使管壁减薄。反过来，采用大管径则可少用几根管子，并可以增大管子中 4 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) [5]心距，因而可避免堵灰。 国产锅炉多采用φ38mm,φ42mm的管子制造过热器。 管壁厚度因承受的压力、温度不同，随选用的钢材不同而变化，应由强度计算来决定，一般为2.5~6mm。在设计中叮很据实际情况或参考现有同参数的锅炉的数据选取，国产锅炉过热器管壁厚度为2.5、3.0、3.5、1.0、 1.5、 5.0mm。 1.3.2 管距及管子弯曲半径 在高压尤其是超高压汽包锅炉中，大量采用了半辐射屏式过热器。已布置在炉膛上部的出口处，由紧密排列的管子组成，纵向节距S/d = 1.1~1.25屏;由屏之间的横向节距2 S应不小于500mm。一般在550~1500mm,烟温较高和锅炉容量较大时，选取较大值。由1 于屏间距离很大.屏式过热器上不易结渣，即使结渣也不至堵塞烟气通路。对流过热器一般都制成垂直悬吊式。为了悬挂方便，避免堵灰，不论垂直或水平过热器都采用顺列布置。横向相对节距S/d-般取2.5左右。纵向相对节距S/d，对垂直悬吊的过热器在管子弯曲12 半径允许的条件下，应取尽量小的数值，以便结构紧凑。但管子的曲率半径R是有限制的，通常R应不小于1.5~2.5d(图1-1)。 S 2 d R 图1-1蛇型管弯头 Fig.1-1 Serpent diabetes canal elbows 在炉膛出口附近的过热器，进口烟温可达1000~1100?，甚至更高为防以结渣，常将对流过热器的前几排七管距加大，形成错列布置的管簇(图1-2)，使S/d?4.5和S/d?3.5。12考虑到检修方便，对流过热器与前后相邻受热面之间应留有间隙为800-1000mm，受热面 [6]管簇厚度不宜超过1m。 5 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 图1-2对流过热器前四排管距加大，形成错列的方式 Fig.1-2 Convection superheater tubes from the first four rows increased, the formation of staggered manner 辐射过热器中最常见的是顶棚过热器。一般顶棚过热器采用较小的管距，S/d?1.25。 S值过大时炉顶耐热层的温度会过高，炉顶部分的耐热层浇铸也较难。顶棚过热器一般总 要穿过对流过热器的水平烟道，为了使对流过热器的管子容易穿过顶棚，可采取顶棚过热 器的管距S为使对流过热器管距S之半，这样只要把顶棚过热器管在对流过热器的引出 1 处重叠起来，就可以留出对流过热器穿过顶棚的空档来，如图1-3所示。 图1-3顶棚过热器为对流过热器穿过顶棚留出空档的方式 Fig.1-3 Ceiling for the convection superheater superheater through the roof the way to stay out of slots 6 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1.3.3 蒸汽流速 设计过热器时另一个重要的问题是管中蒸汽的流速问题。管中蒸汽流速是根据冷却管子金属的要求来选取的。在过热器中蒸汽的流速如果选得太低，则传热能力将会降低，受热面增加;蒸汽流速太低还会因蒸汽侧放热系数降低而导致管壁温度的升高，影响受热面正常工作。如果蒸汽流速过大，则蒸汽流动阻力增大。对于屏式过热器及辐射式过热器，由于它们处于更高的烟温区域，所以受热面管子工作条件很差。为保证在运行过程中受 热面管子不致烧坏，应选取更高的蒸汽流速，并采取其他一些措施。实际影响传热的不只是蒸汽流速，蒸汽密度也有关系。因此，常用工质质量流速ρw作为一种设计指标。现代 [7]锅炉推荐的工质质量流速如表1-1所示。 表1-1 工质质量流速推荐表 Tab.1-1 Table of refrigerant mass flow rate recommendation form 2受热面名称 ρw[kg/(ms)] 对流省煤器: 非沸腾式 400,500 沸腾式 600 高压辐射式省煤器 1000,1200 对流再热器 250,400 高压蒸汽过热器: 对流式 500,1000 屏式 800,1000 辐射式 1000,1500 蒸汽的质量流速ρw可按下式计算: D2 ρw = kg/(m?s) (1-1) A 式中 D——蒸汽流量，kg/s; 2 A——蒸汽的通流截面积，m。 因此，当选定蒸汽质量流速ρw后，就很容易由式(1-l)确定管子的总流通截面积以及管子数目。然后根据横向节距S的大小可确定过热器横向管徘数。 1 过热器中蒸汽流速也可通过改变过热器蛇形管的圈数来调整，即蛇形管可制成单圈或双圈的。容量较大的锅炉，烟道宽度(每1t/h蒸发量的宽度)相对减小，为不使蒸汽流速过大，可采用双圈或三圈的形式。蛇形管圈型式如图1-4所示。 7 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 (a) (b) (c) 图1-4不同的管圈型式 (a)单管圈;(b)双管圈;(c)三管圈 Fig.1-4 Different types of pipe ring ((b) Dual Tube Coils;(c) 3 laps; a) Single-tube ring; 1.3.4 烟气流速 对屏式过热器来说，烟气流速的选择上要考虑避免积灰而引起结渣，在额定负菏时取烟气流速为6m/s左右。对流过热器烟速的下限受积灰条件的限制，上限又受飞灰磨损条件的限制。当烟速低于3m/s时，烟气中的飞灰容易粘附到管子上，因而造成堵灰，故一般设计应使额定负荷下的烟速不低6m/s这样，低负菏时的烟速可不低于3m/s。当烟温接近900?时，灰粒粘性不大又不很堵，这时可适当提高烟速。Π型锅炉水平烟道内的过热器就属于这种情况，这里的管子为顺列布置，常选用10/s以上的烟速。当烟温降到700?左右时，灰粒已变硬，为减轻受热面的磨损，烟速一般不应大于9m/s。 根据我国有关单位的研究，对于固态排渣煤粉炉，提出最佳的过热器受热面的烟速为10~14m/s。选取烟气流速以后，就可以结合受热面的结构设计确定过热器烟道尺寸。如果按结构设计计算得出的过热器受热面积A与按结构布置要求最终确定的过热器受热面积A之问的误差??2%时，可认为结构设1t计算是符合要求的。此情况也适用各对流受热面 [8]的结构设计计算。 1.3.5 过热器热力计算的特点 1)屏式过热器是半辐射受热面，热力汁算必须考虑从炉膛直接吸收的辐肘热量。屏式过热器通常采用校核计算方法。由于屏式过热器多属于整个过热器系统中的中间级过热器，其进、出口工质的温度在炉膛计算完成后仍是未知量，需要预先假定对流吸热量，再根据分级定温的要求假定进口汽温或出口汽温，然后计算出出口汽温或进口汽温。热力计算符合要求后，对预先假定的进口或出口的上质温度或焓，应该在其他有关各级过热器 计算后再进行校核。 8 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 当屏式过热器按蒸汽流程布置为第一级过热器时，其计算顺序与对流过热器相同。 2)对流式过热器沿烟气流程布置在水平烟道或下行烟道中(对Π形锅炉而言)，其热力计算在炉膛和凝渣管、或屏式过热器计算之后进行。在大容量锅炉中，对流式过热往往都采用分级布置，此时计算也宜采用分级计算方法。 计界高温级过热器时，应号虑炉内直接福射的热量,其值为穿过凝渣管或屏式过热器漏过来的辐射热量，但计算受热面积不包括吸收炉膛辐射的受热面积。如果布置有汽-汽热交换器作为二次汽的调温，则还应考虑在换热中传给二次蒸汽的热量。对流式过热器一般亦采用校核热力计算。 2)现代锅炉多采用喷水调节过热汽温，在进行过热器热力汁算中涉及到喷水量对过热蒸汽流量和吸热量影响时，是采取先假定喷水量后校核的方法进行的。通常，过热汽温t?500?的自然循环锅炉，喷水量约为铭牌负荷的3%左右。 1、一般没有明显的宏观前兆。难于事先准确确定发生的时间、地点和强度。 2、发生过程短暂。如放炮一样，有巨大的声响和强烈的震动，可使电机车等重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里至几十公里。地面有震动感觉。 3、破坏性很大。有时顶板瞬间明显下沉;地板突然开裂鼓起，甚至冒顶;大量煤炭 [9]被挤出或抛出，把巷道和工作面堵塞，支架被摧跨，造成冒顶伤人事故。 2 过热器设计计算 本章根据原始资料来对过热器进行具体的设计计算，先对煤进行元素分析和煤种判别，然后计算燃烧产物和锅炉热平衡计算。对前、后屏以及对流过热器作出几本选型，并绘制出结构尺寸图后，对炉膛及对各个过热器进行热力计算及校核。 2.1 原始资料 1.锅妒蒸发量D 1000t/h 1 2.再热蒸汽流量D 822t/h 2 3.给水温度t 279? gs 4.给水压力p 18MPa(表压) gs 5.过热蒸汽温度t540? 1 6.过热蒸汽压力p 18.3MPa(表压) 1 '7.再热蒸汽进入锅炉机组时温度t319? 2 2 ''8.再热蒸汽离开锅炉机组时温度t 541? 2 9 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 '9.再热蒸汽进入锅炉机组时压力p 3.81MPa〔表压) 2 ''10.再热蒸汽离开锅炉机组时压力p 3.64MPa(表压) 2 11.周围环境温度 20? 12.燃料特性 1淮北洗中煤 )燃料名称: yyyyy2)煤的应用基成分(%):C=47.9;O=5.15;S=0. 45; H= 3. 04; N= 0. 86; yy W= 7. 86;A= 34.74 y 3)煤的可燃基挥发分:V=24.8% y4)煤的低位发热量:Q=18289kJ/kg dw 5)灰熔点:t、t、t>1500? 1 23 13.制粉系统中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机 14.汽包工作压力17.5MPa(表压) [10],提示数据排烟温度假定值 pr=140?;热空气温度假定值t=330? rk2.2 煤的元素分析数据校核和煤种判别 2.2.1 煤的元素各成分之和为100%的校核 yyyyyyyC+0+S+H+N+W+A=47.9+5.15+0.45+3.04+0,86+7.86+34.74 =100% 2.2.2 元素分析数据较核 1)可燃基元素成分的计算 可燃基素成分与应用基元素成分之间的换算因子为 100Kr= yy100,W,A 100= 100,7.86,34.74 =1.742 则可燃基元素成分应为(%) y y C=KC=1.742×47.9=83.45 r r r H= KH=1.742×3.04=5.03 r r r O=KO=1.742×5.15=8.97 r r r N= KN=1.742×0.86=1.50 r 10 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) rr S=KS=1.742×0.45=0.78 r 2)干燥基灰分的计算 100gy A=Ay100,W 100=×34.74% 100,7.68 =37.7% 3)可燃基低位发热量(试验值)的计算 100yry Q=( Q+25W) dwdw,y100,W,A 100 =(18289+25×78.6) 100,7.86,34.74 =32205(kJ/kg) )可燃基低位发热量(门德雷也夫公式计算值)的计算 4 'yrrrrQ=339C+1030 H-109(O-S) dw =339×83.45+1030×5.3-109(8.97-0.78) =32856(kJ/kg) 'rrQ- Q=32586-32205 dwdw =651(kJ/kg) r因为651 kJ/kg<800 kJ/kg(A>25%)，所以元素成分是正确的。 2.2.3 煤种判别 煤种判别 rr由燃料特性得知V=24.8%>20%，但是Q18289 kJ/kg<18840 kJ/kg，所以属于劣质烟dw 煤。 折算成分的计算 y4187AyA=(%) zsyQdw 4187，34.74=(%) 18289 =7.96% y4187WyW=(%) zsyQdw 11 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 4187，7.86=(%) 18289 =1.8% y4187SyS=(%) zsyQdw 4187，0.45=(%) 18289 =0.10% [11]y因此A>4%，属于高灰煤。 zs 2.3 锅炉整体布置的确定 2.3.1 锅炉整体的外型—选?形布置 选择n形布置的理由如下: 1)锅炉排烟口在下方.送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低.烟囱也可以建筑在地面上; 2)在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰.具有自身除灰的能力; 3)各受热面易于布置成逆流方式、以加强对流换热; 4)机炉之间连接管道不长。 2.3.2 受热面的布置 在炉膛内壁面.全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。 本锅炉为亚临界压力参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热相应较大。为使炉膛出口烟温降低到要求的数值。保护水平烟道内的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的后屏过热器。为使前屏、后屏过热器中的传热温差不致过大.在炉顶及水平烟道的两侧墙.竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。 为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式.其中高温再热器肾于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热汽温的调节.使负荷在100%,75%之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边(竖井烟道的前部)设置旁路省煤器、前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。根据锅炉的参数.省煤器出口工质状态选用非沸腾式的 12 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 热风温度要求较高(t= 320?) .理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已rk 布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修也方便.因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。 在主省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗。由于转弯处离心力的作用.颗粒较人的灰粒 [12]减轻除尘设备的负担。 顺落灰斗下降，有利于防止回转式空气预热器的堵灰. 2.4 燃烧产物和锅炉热平衡计算 2.4.1燃烧产物计算 1)理论空气量及理论烟气容积 CSHO13,arararar理论空气量V=(1.8660.75.560.7)=4.907Nm/kg; ，，,0.21100100100100 NN22.43,,,arar理论氮气容积V=0.79 V+=0.79 V+0.8=3.838 Nm/kg; ，N228100100 0.375C，S 3arar三原子气体RO的容积V=V+V=1.886=0.897 Nm/kg; 2COSORO222100 理论水蒸汽容积 3,;V=0.111H+0.0124M+0.0161V+1.24G=0.514 Nm/kg; ararwhHO2 理论烟气容积 0.375C，SN,,;arararV=1.886+0.79V+0.8+0.111H+0.0124M+0.0161V+1.24Garwh ary100100 3[13]=5.294Nm/kg。 2)空气平衡表及烟气特性表 '',根据该锅炉的燃料属劣质烟煤，可查表选取炉膛出口过量空气系数=1.2,选取各受l热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表2-1。 ,根据上述计算出的数据，又查表选取炉渣份额后计算得飞灰份额价=0.9，计算表fh [14]3-2列出的各项、此表为烟气特性表。 13 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 表2-1 空气平衡表 Tab.2-1Table of air balance 受热面名称 低温再热器、 炉膛后屏过热对流过热器 高温再热器 旁路省煤器 主省煤器 空气预热器 过量空气系数 器 (dlgr) (gzr) (dzr、psm) (sm) (ky) (l、hp) 1.20 1.25 1.28 1.31 1.34 ',进口 =0.05Δa0.05 0.03 0.03 0.03 0.2 1 ,,漏风 Δa=0 hp 1.20 1.25 1.28 1.31 1.34 1.54 '',出口 3)烟气培温表 计算表2-3列出的各项，此表为烟气烩温表: 14 向项目名称 符号 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 表2-2 烟气特性表 烟道进口过量空气系数 α‘ Tab.2-1 Table of gas properties 烟道出口过量空气系数 单位 l，kp dlgr gzr dzr.psm sm ky 烟道平均过量空气系数 1.2 1.2 1.25 1.28 1.31 1.34 过剩空气量 1.2 1.25 1.28 1.31 1.34 1.54 水蒸气容积 1.2 1.225 1.265 1.295 1.325 1.44 烟气总容积 0.9814 1.1041 1.3004 1.4476 1.5948 2.1591 RO0.5298 0.5318 0.5349 0.5373 0.5397 0.5488 6.2912 6.4159 6.6153 6.7649 6.9145 7.4879 0.1426 0.1398 0.1356 0.1326 0.1297 0.1198 /kg /kg /kg 333 kg/kg 0.0842 0.0829 0.0809 0.0794 0.0781 0.073 Nm NmNm pjyyhkg/kg nH2O0.2268 0.2227 0.2165 0.2120 0.2078 0.1931 H2O,,,RO2α RrΔV VrμG8.3428 8.503 8.7594 8.9516 9.1439 9.8808 V 0.0375 0.0368 0.0357 0.0349 0.0342 0.0316 气体占烟气容积份额 2 水蒸气占烟气容积份额 表2-3 烟气焓温表 Tab.2-3 Table of gas enthalpy temperature 三原子气体和水蒸气占烟气容积份额 15 烟气质量 飞灰无因次浓度 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 y1112 1138 =1.54 2250 )l (1162 kyΔH3412 y 1045 )1070 2115 ΔH=1.44 1461 kr (3576 空器预热段a y =1.34 sm1985 主省煤器1032 ΔH a3017 1060 y 4077 1086 5163 (kJ/kg) y1116 低温再热器， 空预器冷段6279 2975 旁路省煤器 1041 ay agzr=1.28 3998 ΔH4064 5062 ΔHgzr=1.25 1095 高温再热器 6157 1121 a y 7278 3918 1044 =1.25 4962 dlgr 1072 对流过热器 ΔH6034 a1100 ， ly7134 =1. 1120 炉膛hp烟气的焓/H ΔH 2 8254 器a 1051 理论 空气 后屏 1078 理论 的焓fk过热 4861 烟气 1098 飞灰/H(kJ/ 的焓 烟气5912 的焓kg) 1116 /Hk顺 或空 /H25 6990 (kJ/ 序 气温 1041 kg) 648 53 8088 度/? y 5709 1061 (kJ/1305 83 9204 6750 kg) 1 100 735 1082 1978 113 7811 2 200 1488 1084 2660 143 8893 3 300 2261 1120 3356 175 9977 16 4 400 3060 1122 4073 207 11095 500 3879 240 4799 7 12216 600 4719 5540 274 9 7 700 5583 6288 308 8 800 6463 7048 343 9 900 7362 7827 377 10 1000 8260 8602 425 11 1100 9189 9392 491 12 1200 10121200 1018550 2 13 1300 11071203 7 1098572 0 14 1400 12027 1179646 1 15 1500 12982 1259683 1 16 1600 13956 1340746 2 17 1700 14926 1418785 5 18 1800 15901 1504825 4 19 1900 16885 1586863 8 20 2000 17879 16696 21 2100 18874 4 22 2200 19866 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 2.5 热平衡及燃料消耗量计算 锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如2-4表所示。 表2-4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算 Tab.2-4 Thermal balance and fuel consumed 序号 名 称 符 号 单 位 计算公式或数据来源 数值 1 燃料带入热量 Qr kJ/kg 18289 y?Q dw2 排烟温度 δ ? 假定 135 py 3 排烟焓 H kJ/kg 查焓温表2-3 1507.6 py 4 冷空气温度 t ? 假定 20 lk 5 理论空气焓 H kJ/kg 查焓温表2-3 130 lk 6 机械不完全燃烧热q % 取用 2 4 损失 7 化学不完全燃烧热q % 取用 0 3 损失 7.0 q:4HH(,),(1,),8 排烟热损失 q % 2py,ylk100，100Q/Q=- 2rQr9 散热损失 q % 查资料 0.4 5 0 yQdwy10 灰渣物理热损失 q % ？?A<忽略 6419 0.996 q511 保热系数 ψ % 1- 10012 锅炉总热损失 ?q % q2+q3+q4+q5+q6 9.4 13 锅炉热效率 η % 100-?q 90.6 gl 14 过热蒸汽焓 kJ/kg 查蒸汽特性表，p=13.823MPa，t=540? 3434 ,, hgr 15 给水焓 h kJ/kg 查水特性表，p=15.68MPa，t=235? 1016.4 gt316 过热蒸汽流量 D kJ/h 已知 420×10 gr 17 再热蒸汽出口焓 kJ/kg 查蒸汽特性表，p=2.45MPa，t=540? 3551.4 ,h zr 18 再热蒸汽进口焓 kJ/kg 查蒸汽特性表，p=2.6MPa，t=330? 3078.3 ,hzr 319 再热蒸汽流量 D kJ/h 已知 350×10 zr 20 再热蒸汽焓增量 Δh kJ/kg 473.1 zr,,,h,h zrzr 421 锅炉有效利用热 Q kJ/h 1.1813×10gl,,,,hhgrrs,hD(-h)+D (-) grgszrzr 17 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 322 实际燃料消耗量 B kJ/h Q/(ηQ) 71.29×10 glglr 3 69.9×10 q[15]423 计算燃料消耗量 β kJ/h B(1-) j100 2.6 炉膛及前屏过热器设计 2.6.1 炉膛结构设计(带前屏过热器) 表 2-5 炉膛结构设计(带前屏过热器)列表 Tab.2-5 Table of furnace Design (with engin) 序号 名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 (一)炉膛尺寸的确定 331 炉膛容积热强度 q W/ m 查炉膛容积热强度推荐值选取 159×10 V3 2 炉膛容积 V m 2278 lyBQ/(3.6q) vdw 2-63 炉膛截面热强度 q W/ m 查q推荐值选取 4.468×10 FF24 炉膛截面积 A m 81.06 lyBQ/(3.6 q) Fdw 5 炉膛截面宽深比 a/b 按a/b=1~1.2选取 1.09 6 炉膛宽度 a m 选取a值使a/b=1~1.2 9.4 7 炉膛深度 b m A /a 8.62 l 8 冷灰斗倾角 θ 按θ?50? 50 9 冷灰斗出口尺寸 m 按0.5~1.4选取 1.2 310 冷灰斗容积 V m 按部分结构尺寸计算 149.13 kd 111 折焰角长度 l m 2.5 z按?b选取 3 12 折焰角上倾角 θ 按θ=20?~45?选取 45 上上 13 折焰角下倾角 θ 按θ=20?~30?选取 30 下下 14 前屏管径及壁厚 d×δ mm 取用 38×4.5 215 前屏管内溶质质量流速 ρw kg/(m?s) 按资料表2-21 1000 216 前屏管子总流通面积 A m 0.1243 ,DD1jw(假定减温水量D=11jw3600,w 3×10kg/h) 2-5,17 前屏每根管子面积 A m 66.02×1012d(d为内径) nn4 18 前屏总管子数 n 根 A/A 188 1 19 前屏横向管距 s mm 按s=550~1500选取 1250 11 20 前屏片数 z 片 按a/ s-1=6.5选取 6 11 18 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 21 前屏单片管子数 n 根 31 1 1按n=31.1选取 6 22 前屏纵向截距 s mm 按s/d=1.1~1.25选取 42 22 23 前屏最小弯曲半径 R mm 按R=(1.5~2.5)d选取 75 24 前屏深度 b mm s(n-1)×2+2R 2418 )qp21 25 前屏与前墙之间距离 mm 选取 1260 26 前后屏之间距离 mm 选取 800 27 炉膛出口烟气流速 w m/s 选取 6 y 28 炉膛出口烟气温度 ? 按资料表2-20选取 1100 ,,, ll 229 烟气出口流通面积 A m 102.4 chBV,,273,，1yl ,3600w273y 30 炉膛出口高度 h m A/a 10.9 ckch 31 前屏高度 h m 按h选定 10 qpck 32 水平烟道烟气流速 w m/s 选取 10 sy 33 水平烟道高度 h m syBV,,273,，1yl按=6.5选取 ,6.5 3600wa273y 34 折焰角高度 h m 按h-h-l=1.0选取 0.8 zyqpsyz335 炉顶容积 V m 按锅炉部分尺寸计算 578.2 ld ,,VVVdhd11(A部分高度) 36 炉膛主题高度 h20.054 m 3ltA1 (二)水冷壁 1 前后墙水冷壁回路个数 z 个 9.4/2.5=3.76(按每个回路加热宽度4 1 ?2.5m选取) 2 左右侧墙水冷壁回路个数 z 个 8.62/2.5=3.44(按每个回路加热宽度3 2 ?2.5m选取) 3 管径及壁厚 d×δ mm 按水冷壁常用外径 65×6 4 管子截距 s mm 按s/d=1.3~1.35选取 84.5 5 前后墙管子根数 n 根 a112 1按+1=112.2选取 s b6 左右侧墙管子根数 n 根 103 2按+1=103选取 s 2.6.2 炉膛和前屏过热器结构尺寸计算 根据前屏过热器的结构尺寸(图1-4),计算炉膛和前屏过热器结构尺寸数据，列于表和表中 19 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 42 150 1237 1237 1250 1350 1250 1250 10000 2624 锅 炉 中 心 线 (a) (b) 图2-1前屏过热器结构尺寸 (a)主视图 (b)侧视图 d=38×4.5 s=1250 s=42 12 R=75 n=31根 z=6片 11 Fig.2-1The front screens overheater?s structure and dimension (a) Front view (b) Overhead view d=38×4.5 s=1250 s=42 12 R=75 n=31 roots z=6 tablets 11 表2-5 前屏过热器结构尺寸计算 Tab.2-5 The structure size of superheater previous screen calculation 序号 名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 1 管径及壁厚 d×δ mm 由结构设计知 38×4.5 2 单片管子根数 n 根 由结构设计知 31 1 3 前屏片数 z 片 由结构设计知 6 124 蒸汽流通截面积 A m 0.125 20.785dzn(d为管子内径) 11nn 25 蒸汽质量流速 ρw kg/(sms) D,Djw1248 3600A 36 前屏蒸汽平均比容 ν m/kg 查蒸汽特性表 0.016 pj 7 蒸汽流速 w m/s ρwυ 15.68 pj28 前屏辐射受热面积 A m 2z×2.424×10x 295.6 qp1qp 20 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 2.6.3 炉膛及前屏过热器热力计算 炉膛及前屏过热器热力计算结果列于表2-6中 表2-6 炉膛及前屏过热器热力计算 Tab.2-6 Furnace and the former screen Thermodynamic Calculation 序名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 号 1 热空气温度 t ? 给定 320 rk 2 理论热空气焓 kJ/kg 查焓温表2-3 2114 :H rk 3 炉膛漏风系数 Δa 由空气平衡表2-1知 0.05 l 4 制粉系统漏风Δa 选用 0.06 zf 系数 5 冷空气温度 t ? 给定 20 lk 6 理论冷空气焓 kJ/kg 查焓温表2-3 129.6 :H lk 7 空预器出口过 1.09 ,,,, ,a-(Δa+Δaf) 1zky1量空气系数 8 空气带入炉内Q kJ/kg 2318.5 k,,, ,H:，(,a1，,azf)Hkyrk1k热量 9 1kg燃料带入炉Q kJ/kg 20607.5 1100,q,q,q346Q+Q 内的热量 rK100,q410 理论燃烧温度 θ ? 根据Q1查焓温表2-3 1911 a 11 炉膛出口烟温 1110 ? 假定 ,,, 1 12 炉膛出口烟焓 kj/kg 查焓温表2-3 11209 ,,H 1 13 烟气的平均热VC kj/(kg??) 11.7 pj,,,,H,(Q1-)/(θa-) 11容量 14 水蒸汽容积份r 查烟气特性表2-2 0.0842 H2O 额 15 三原子气体容r 查烟气特性表2-2 0.2268 m 积份额 16 三原子气体分p MPa pr(p为炉膛压力，等于0.098MPa)0.022 nn 压力 17 与S的乘积 ps m?MPa ps 0.148 nn18 三原子气体辐 0.78，1.6r,,THO120.37)(1-) 10(,0.1射减弱系数 k 1/(m?MPa) 3.2 y100010p,Sn 21 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 19 灰粒子辐射减 55900 弱系数 k 1/(m?MPa) 82 h223,,Tdh120 焦炭粒子辐射k 1/(m?MPa) 取用 10 j 减弱系数 21 无因次量 x 按参考文献[1]选取 0.5 1 22 无因次量 x 按参考文献[1]选取 0.1 2 23 半发光辐射减k 1/(m?MPa) Kr+Kμ+Kxx 4.3 ynhhj12 弱系数 24 乘积 ks kps 2.8 p 25 炉膛火焰有效a 0.94 hy,kps1- e黑度 26 乘积 ps m?MPa ps 0.144 mzynzy27 自由容积内三 r0.78，1.6,,THO21,0.1)(1-0.37) 10(原子气体辐射k 1/(m?MPa) 3.23 y1000pS10nzy减弱系数 28 乘积 ks (Kr+Kμ+Kxx)pSzy 2.73 pzyynhhj1229 自由容积的火a 0.9 zykpszy1-e 焰有效黑度 30 乘积 ps m?MPa pS 0.0322 mpqnpq31 屏间容积内三 r0.78，1.6,,THO21,0.1)(1-0.37) 10(原子气体辐射k 1/(m?MPa) 7.38 y1000ps10npq减弱系数 32 乘积 ks (Kr+Kμ+Kxx)?ps 0.746 ppqynhhj12pq33 屏间容积的火a 0.53 pr,ksppq1-e 焰有效黑度 34 屏宽A与比值 A/S A/S 0.37 pqzy35 屏宽A与屏截ω A/s 1.791 1 距之比 36 屏的修正系数 c 锅炉热力计算用线算图 0.95 p 37 屏的修正系数 c 锅炉热力计算用线算图 0.86 pq 38 系数 τ 锅炉热力计算用线算图 0.90 m 39 屏的辐射系数 ψ 锅炉热力计算用线算图 0.16 p 40 屏区的辐射系ψ 锅炉热力计算用线算图 0.08 pq 数 41 屏的黑度 a a+ψca 0.7 pprppzy42 屏区的黑度 a a+ψca 0.59 pqprpqpqzy43 屏的暴光不均z a/a 0.78 ppzy 匀系数 44 屏区水冷壁的z a/a 0.66 pqpqzy 暴光不均匀系 数 22 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 2z A45 计及暴光不均 226.2 mxqpp,A qp匀的屏的面积 2Az 46 计及暴光不均 47.21 mxpqpq,A pq匀的屏区面积 247 炉墙总面积 A m 1387 lq,,A，AA+ zyqppq48 前后墙水冷壁ζ 查锅炉计算用表 0.45 的沾污系数 49 屏的沾污系数 ζ 查锅炉计算用表 0.35 p 50 炉顶包覆管沾ζ 查锅炉计算用表 0.45 ld 污系数 51 炉膛出口屏的ζ ζβ 0.441 ch 沾污系数 52 前后墙水冷壁ψ ζx 0.45 的热有效系数 53 炉顶包覆管的ψ ζx 0.44 ldldld 热有效系数 54 屏的热有效系ψ ζx 0.35 ppqp 数 55 炉膛出口处的ψ ζx 0.441 chchch 屏的热有效系 数 11 +A+2(A-A-A，c)]+ ψ{ψ[Aqhcrpqld 2256 平均热有效系ψ 0.45 pj,A(A-A)ψ+ψAz+ψA，，，ldpqldppqcpqldpqqp数 z}/A ldpqlq ahy 57 炉膛黑度 a 0.972 ja，(1,ahy),pjhy58 与炉内最高温M B-Cx，B,C查锅炉计算用表V=0.56，C=0.5 0.44 1B 度位置有关的 系数 1109.5 ,，273,,, a1-273 59 炉膛出口烟温 ? 30.6M[3.6,,AaT/(,BVCpj)]，1pjlqaj0160 炉膛出口烟焓 kJ/kg 查焓温表2-3 11203.6 ,,H 1 61 炉膛吸热量 kJ/kg 9366 f,,H-) ψ(QQ 111 2362 炉膛容积热强q W/m 162.2×10vyBQ/(3.6V) tdw度 2663 炉膛截面热强q W/m 4.27×10FyBQ/(3.6A) tdw度 23 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 2364 炉内平均辐射 W/m131.1×10fpjBQ/(3600A) q jlql1热强度 65 炉顶辐射吸热n 查锅炉计算用表0.65 ld 分布系数 266 炉顶辐射热强q W/m 85.22 ldpjηq ld1度 267 炉顶辐射受热 m34.12 ,,A(A-A)x+xz A ，ldpqldldpqpq，ldld面积 368 炉顶吸热量 Q W 2908×10ld,Aq 1dld kJ?kg 150 ,A3.6q/B ldjld69 前屏辐射吸热n 查锅炉计算用表 0.84 qp 分布系数 2370 前屏辐射热强q W/m 110×10qppjηpq ql度 371 前屏吸热量 Q W 24882×10qp,Aq qpqp kJ/kg 1281.5 ,A3.6q/B qpjqp72 后屏辐射吸热η 查锅炉计算用表 0.82 hp 分布系数 373 后屏辐射热强q 105×10hppjβηh pql度 374 后屏吸热量 Q W qA(A=A) 11991×10 hphphphpch kJ/kg 3.6qA/B 617 hphpj75 附加过热器总ΣQ kJ/kg 先假定后校核 753.7 fj 吸热量 376 一级减温水量 D kJ/h 先假定后校核 6×10 jw1 377 二级减温水量 D kJj/h 先假定后校核 5×10 jw2 78 附加过热器焓ΣΔh kJ/kg ΣQB/(D-D-D) 128.8 fjfjjjw1jw2 增量 79 饱和蒸汽焓 h kJ/kg 查蒸汽特性表p=15.3MPa，t=345? 2597.3 bq 80 包覆出口蒸汽+ΣΔh 2726 kJ/kg hbqfj,,h bf焓 81 包覆出口蒸汽? 查蒸汽特性表，p= 14.7MPa 352 ,,t bf温度 82 前屏焓增量 Δhqp kJ/kg QB/(D-D-D) 219 qpffw1fw283 前屏出口蒸汽kJ/kg 2953 ,,,,hh +Δh qpqpbf焓 84 前屏出口蒸汽? 查蒸汽特性表，p=14.41MPa 390 ,,t qp温度 24 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 85 炉膛出口烟温 ,,Δ ,1校核 ? 0.5-100 ,,,,| ,(假定值),,(计算值)11 2.7 炉膛和后屏过热器结构尺寸计算 2.7.1 后屏过热器结构尺寸计算 [16]根据后屏过热器结构尺寸图2-2，计算后屏过热器结构尺寸数据，列于表2-7中。 42 ,, A 1203 430 430 , A150 2456 710 630 630 10000 630 9600 锅 炉 中 心 线 920 (a) (b) 图2-2后屏过热器结构尺寸 (a)主观图 (b)侧视图 pj2 d=38×5 s1=630 s=54.6 R=75 n1=14根 z1=16片 Fig.2-2 Size of posterior screens overheater 25 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 (a) Front view (b) Overhead view pj2d=38×5 s1=630 s=54.6 R=75 n1=14 roots z1=16 tablets 表2-7 后屏过热器结构尺寸计算 Tab.2-7 Size of posterior screens overheater 序号 名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 1 管径及壁厚 d×δ mm 选用 38×5 2 屏片数 z 片 16 1 3 单片管子根数 n 根 14 1 4 屏的深度 c M 2.34 5 屏的平均高度 h M 据图2-2 10.1 pj 6 横向截距 s mm 630 1 7 比值 s/d s/d 16.58 11 8 纵向平均节距 mm 据图2-2 54.6 pjs 2 9 比值 1.09 pjpjs/d/d s 22 10 屏的角系数 x 查锅炉计算用表 0.86 hp211 屏区接受炉膛热辐射面积 m116.8 ffA A=A chpqpq 212 屏的对流受热面积 A m 据图2-2 623 p213 屏的计算对流受热面积 Ax 528 mpgpjz Ap 214 屏区炉顶受热面积 A m 据图2-2 22.3 ld215 屏区两侧水冷壁受热面积 A m 据图2-2 46 cq216 屏区附加受热面积 A m A+A 68.3 pfjldcq jsfAA pfp2 A17 屏接受炉膛热辐射面积 m 104.62 pqjsA，Appfj jsfldAA pfpfj2 A18 炉顶附加受热面辐射面积 m 5.21 pqjsA，Appfj19 fslbAA f1dpfj2 A水冷壁附加受热面辐射面积 m 9.56 pqjsA，Appfj A,A cqpf2 Am20 烟气进屏流通截面积 110 pqjsA，Appfj 221 烟气出屏流通截面积 75.8 m,,A p 26 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 222 烟气平均流通截面积 A m 91 pj,,,,,,AA(/A，A)2 pppp 223 蒸汽流通截面积 A m ,0.146 2dnz 11n4224 蒸汽质量流速 ρw kg/ (m?s) (D-D)/(3600A) 1132 jwz 111[17]，，1.8/() 25 烟气辐射层有效厚度 S m 0.943 hscpj1 2.7.2 后屏过热器热力计算 后屏过热器热力计算的结果列于表2-8 中。 表2-8 后屏过热器热力计算 Tab.2-8 The heat analysis ofposterior screens overheater 序名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 号 1 烟气进屏温度 ? 1211.3 ,,,,,,,, pp12 烟气进屏焓 kJ/kg 13226.5 ,,,,HH,H pp13 烟气出屏温度 ? 假定 990 ,,, p 4 烟气出屏焓 kJ/kg 查焓温表2-3 9847 ,,H p 15 烟气平均温度 ? 1123 , ,,,(,，,) pjpp26 屏区附加受热面对kJ/kg 164 dldslbQ 先估后较Q=，Q= pfjpfjpfj流吸热量 7 屏的对流吸热量 kJ/kg 1349 dd,,,H,HQ ψ()-Q ppppfj8 屏入口吸收的炉膛kJ/kg 675 ffQ Q=Q hppp辐射热量 9 三原子气体辐射减K 1/(m?MPa) 12.1 y0.781.6rT，pjHO210(-0.1)(1-0.37) 弱系数 100010pSn 10 乘积 Kr 1/(m?MPa) Kr 2.49 ynyn11 灰粒的辐射减弱系K 1/(m?MPa) 84.6 h223Td55900/ pjh数 12 飞灰浓度 μ kg/kg 查烟气特性表2-2 0.0375 h 13 乘积 Kμ Kμ 3.52 hhhh14 烟气流的辐射减弱K Kr+Kμ 6.87 ynhh 系数 15 乘积 Kps KpS 0.621 27 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 kys16 屏区的烟气黑度 a 0.164 1-e 屏进口对出口的角 cc2mp= ()，1,17 系数 ψp 0.142 ss1118 修正系数 S 按煤种选取 0.5 r219 屏出口面积 等于对流过热器进口面积 76.8 mfA p 20 炉膛及屏间烟气对 f11ff4,f,Q1a5.6710aAATs(,)，Q pppppjrfpQ= ，屏后受热面的辐射kJ/kg 179.2 p,B/3600j量 21 屏区吸收炉膛辐射kJ/kg 463.7 fffQ Q-Q ,,,pqpp热量 22 屏区炉顶附加受热fld fldAQ pfjfpfjQ 面吸收的炉膛辐射kJ/kg 18.74 pqfldfslbfA，A，Apfjpfjp热量 23 屏区水冷壁附加受 fldfslbAQ pfjfpfjQ 热面吸收的炉膛辐kJ/kg 36.1 pgfldfslbfA，A，Apfjpfjp射热量 24 屏所吸收的炉膛辐kJj/kg 405.7 fffslbfslbQ Q-Q-Q ppfjpfjpq射热 25 屏所吸收的总热量 Q kJj/kg 1674 pdfQ ，Qpp ,,(D,D,D)h，Dh,h jw1jw2qpjw1jsp 26 蒸汽进屏焓 kJ/kg 3010 D,Djw227 蒸汽进屏温度 ? 查看蒸汽特性表 384 ,t p ,,Bh 1p, h，Q28 蒸汽出屏焓 kJj/kg 3264 ppD,Djw229 蒸汽出屏温度 ? 查看蒸汽特性表 455 ,,t p 130 屏内蒸汽平均温度 t ? 431 pj,,,h，t() pp2331 屏内蒸汽平均比容 υ m/kg 查看蒸汽特性表 0.01787 pt 32 屏内蒸汽平均流速 w m/s 22 (D-D)υpj/(3600A) jw 233 管壁对蒸汽的放热a W/(m??) 查锅炉计算用表 5016 2 系数 34 屏间烟气平均流速 w m/s 6.86 y,BV(+273)/(273×3600A) jypjpj 235 烟气侧对流放热系a W/(m??) 查锅炉计算用表 45 d 数 236 灰污系数 ε m??/ W 查锅炉计算用表 0.008 28 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1t+(ε+) pj37 管壁灰污层温度 t ? 874 hba2 238 辐射放热系数 a W/(m??) 查锅炉计算用表 151 f 39 利用系数 ξ 查锅炉计算用表 0.89 烟气对管壁的放热 ,d2+a) ξ(adf40 系数 a W/(m??) 188 12sx2hp fQ1p2/[1+(1+)(ε+)a] a41 对流传热系数 k W/(m??) 71 11daQ2p42 较大温差 Δt ? 746.8 D,,,,t pp43 较小温差 Δt ? 547 x,,,,,,t pp ,t1D？, ？,t,(,t，,t)44 平均温差 Δt ? 721 Dx,t2x 45 屏对流传热量 kJ/kg 1314 jscrQ 3.6k ,tA/Bpjp dcsQ,Qpp×100 46 误差 ΔQ % 3 dQp47 屏区两侧水冷壁水t ? 查蒸汽特性表2-2 345 bs 温 48 平均传热温差 Δt ? 736 ,-t bspj49 屏区两侧水冷壁对 120.8 d3.6K,tAQ cqpc 流吸热量 kJ/kg Bj50 误差 ΔQ % -6.9 slbdslb(Q-Q)/Q×100 pfjpfjpc51 屏区炉顶进口汽焓 2701 QB, hldjpld,,h+ kJ/kg bqD,D,Djw1jw252 屏区炉顶进口汽温 ? 查蒸汽特性表2-2 345 ,, tpld 153 屏区炉顶蒸汽焓增Δh kJ/kg 12.3 pld,,,tt，Bj-[] p(ld)p(ld)量 254 屏区炉顶出口汽焓 kJ/kg 2695 ,,,hh，,h pldp(ld)p(ld)55 屏区炉顶出口汽温 ? 查蒸汽特性表2-2 347 ,,t p(ld) 29 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 156 平均传热温差 Δt ? 710 ,,, ,,[t，t]pjp(ld)p(ld)257 屏区炉顶对流吸热Q kJ/kg 3.6kAΔt/B 55.8 ()()pldldj 量 58 误差 ΔQ % -6.29 [18]lddld(Q-Q)/Q×100 pfjpfjp(ld) 2.8 对流过热器设计和热力计算 2.8.1对流过热器结构设计 对流过热器结构设计列于表2-9中。 表 2-9 对流过热器结构设计 Tab.2-9 Structure and design of advection overheater 序号 名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 ,,DDhDh(,)，jw2hpjw2gs,1 蒸汽进口焓 kJ/kg 3415 h D ,2 蒸汽进口温度 ? 查蒸汽特性表2-2 446 t ,,3 蒸汽出口温度 ? 已知 530 t ,,4 蒸汽出口焓 kJ/kg 查蒸汽特性表2-2 3434 h ,,,D(h,h)Q qr 5 工质总吸热量 kJj/kg 1019 Bj6 炉顶过热器附加吸热量 kJ/kg 假定 46 ldQ fj 7 两侧水冷壁附加吸热量 kJ/kg 假定 131.2 slbQ fj 8 对流传热量 kJ/kg 1461.3 dfQ Qgr-Q pgr 9 理论冷空气焓 kJ/kg 查焓温表2-3 129.6 H: lk ,10 烟气进口温度 ? 963 ,,,,,,, hp11 烟气进口焓 kJ/kg 9913 , H,,,H,H hp12 烟气出口焓 kJ/kg 8416 ,, HdldslbQ，Q，Qgrfjfj,,+Δa HH,lk, ,,13 烟气出口温度 ? 查焓温表2-3 856 , ,,,,14 较小温差 Δt ? 283 ,,tx[19],,15 较大温差 Δt ? 570 ,,tD 30 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 402 ,t,,t,tDxD,？,t, ？16 平均温差 Δt ? ,t,tDz2.31g,tx 217 传热系数 k W/(m??) 选取 73 2 m1052 jsdA BQgrjgr18 计算对流热面积 k,t，3.6 219 蒸汽质量流速 ρw kg/ (m?s) 按工质质量流速推荐值 673 D2 20 蒸汽流通截面积 A m 0.198 3600,w 21 管径及壁厚 d×δ mm 选取 38×6 2-4 22 每根管子截面积 A m 5.847×10120.785d n A按= 23 管子总根数 n 根 324 A1 s124 横向节距 s mm 90 按= 1d a 按25 管排数 z 排 113 1s1 n 26 每排管子根数 n 根 4 1s1 jsAgr27 每根管子长度 l m 29.7 zn,d11 28 管子弯曲半径 R mm 按R=(1.5~2.5)d选取 78 29 纵向平均节距 mm 按布置图结构尺寸计算 81.2 pjs 2 30 每根管子平均长度 l m 按布置图结构尺寸计算 30.4 pj231 布置的对流受热面积 m πdlnz 1105 pj11bzA gr 32 误差 ΔA % -1.49 bzjsbz(A-A)/A×100 grgrgr 2.8.2 对流过热器结构尺寸计算 根据对流过热器结构尺寸图，计算对流过热器结构尺寸数据。列于表2-10中。 31 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 900 800 锅 炉375 中 680 820 心600 800 ,,A线 7300 6800 165 90×109=9810 , A 9900 (a) (b) 图 2-3 对流过热器结构尺寸 (a)主视图 (b)俯视图 pj2 d=38×6 s=90 s=75.4 1 R=75，120，165 n=3根 z=110排 11 Fig.2-3The structure and dimension of advection overheater (a) Front view (b) Overhead view pj2d=38×6 s=90 s=75.4 1 R=75，120，165 n=3 roots z=110 rows 11 表 2-10 对流过热器结构尺寸计算 Tab.2-10 The of structure and dimension advection overheater analysis 序号 名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 1 管径及壁厚 d×δ mm 由结构设计知 38×6 2 横向节距 s mm 由结构设计知 90 1 32 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 3 纵向平均节距 mm 由结构设计知 75.4 pjs 2 4 每排管子根数 n 根 由结构设计知 3 1 5 管子排数、布置 z 排 顺流、顺列 110 126 蒸汽流通面积 A m 0.189 20.785dnz 11n 27 烟气进口流通面积 据图计算 50.1 m, A 28 烟气出口流通面积 据图计算 45.6 m,, A 2,,,2AA9 烟气平均流通面积 A m 46.2 pj ,,,A，A10 辐射层有效厚度 S m 0.183 ss4120.9d(-1) 2,d 211 计算对流受热面积 πdlnz 1103 mpj11jsA gr 212 炉顶附加受热面积 据图计算2.078×9.6 20.3 mtdA fz 213 水冷壁附加受热面积 据图计算 60.2 mzlbA fj 2.8.3 对流过热器热力计算 对流过热器的热力计算结果列于表2-11中。 表 2-11 对流过热器热力计算 Tab.2-11 Advection overheater heat analysis 序号 名称 符号 单位 计算公式或数据来源 数值 1 烟气进口温度 ? 990 ,,,,,, , ,hp2 烟气进口焓 kJ/kg 9975 , H,,,H,H hp ,,DDhDh(,)，jw2hpjw2gs,3 蒸汽进口焓 kJ/kg 3248 h D ,4 蒸汽进口温度 ? 查蒸汽特性表2-2 446 t ,,5 蒸汽出口温度 ? 已知 560 t ,,6 蒸汽出口焓 kJ/kg 查蒸汽特性表2-2 3434 h ,,,D(h,h) 7 过热器吸热量 Q kJ/kg 1685 grBj8 炉顶附加受热面吸热量 kJ/kg 假定 46 ldQ fj 9 水冷壁附加受热面吸热量 kJ/kg 假定 140.2 slbQ fj 33 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 10 炉膛及后屏、对流过热器kJ/kg 由后屏热力计算得 180.9 fQ p辐射量 ldfldAQ fjffjQ ,11 炉顶吸收辐射热量 kJ/kg 4.12 pldslbjsA，A，Afjfjgr slbfsldAQ fjffjQ, 12 水冷壁吸收辐射热量 kJ/kg 9.97 pldslbjsA，A，Afjfjgr13 过热器吸收辐射热量 kJ/kg 171.3 jffldfslbQ Q ,Q,Qgrpfjfj14 过热器对流吸热量 kJ/kg 1456 dfQ Qgr-Q grgr15 烟气出口焓 kJ/kg ,, HdldslbQ，Q，Qgrfjfj,8467 ,H+Δa H,lk, ,,16 烟气出口温度 ? 查焓温表2-3 813 , 17 烟气平均温度 ? 1916 , ,,,() ,，,pj218 蒸汽平均温度 t ? 1504 pj,,,() t，t219 烟气流速 w m/s 46 y,BV(+273)/(273×3600A) jypjpj 220 烟气侧对流放热系数 a W/( m??) 查锅炉计算用表 84 d321 蒸汽平均比容 υ m/kg 查蒸汽特性表2-2 0.02216 pj ,D1pj22 蒸汽平均流速 w m/s 15.8 3600A 223 灰污系数 ε m??/ W 查锅炉计算用表 0.0078 224 蒸汽侧放热系数 a W/( m??) 查锅炉计算用表 3042 2 BQ1jgr+(ε+) tpj25 管壁灰污层温度 t ? 712 hbjsa3.6A2gr26 乘积 pS m?Pa prs 0.00447 nn 0.78，1.6rHO2)10(,0.1 10psn27 三原子气体的辐射减弱系K 1/ (m?Pa) 27.3 y 数 Tpj(1-0.37) 100028 乘积 Kr 1/ (m?Pa) K 6.03 ynyrn29 灰粒的辐射减弱系数 K 1/ (m?Pa) 91.4 h223Td55900/ pjn30 乘积 Kμ 1/ (m?Pa) Kμ 3.42 hhhh31 气流辐射减弱系数 K 1/ (m?Pa) K+Kμ 10.2 yrnhh 34 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 32 乘积 KPS kps 0.21 33 烟气黑度 a 0.147 kps1- e 234 烟气侧辐射放热系数 a W/( m??) 查锅炉计算用表 36 f 35 利用系数 ζ 查锅炉计算用表 1.2 236 烟气侧放热系数 a W/( m??) (a+a)ζ 131 1df37 热有效系数 ψ 查锅炉计算用表 0.96 aa122, 38 传热系数 k W/( m??) 69.3 a，a12 ,,,,39 较小温差 Δtx ? 284 ,,t ,,40 较大温差 Δt ? 561 ,,tD ,t,t,,tppx？=>1.7 ,t,？41 平均温差 Δt ? 421 2.31g,t/,t,tpxx 42 对流传热量 kJ/kg 1513 jscrQ 3.6k ,A/Btgrjgr 43 误差 ΔQ % 1.63 dcrd(Q)/Q ,Q，100grgrgr44 两侧水冷壁对流吸热量 t ? 查蒸汽特性表2-2 365 bs 45 平均传热温差 Δt ? 653.1 ,,t pjb246 两侧水冷壁对流吸热量 kJ/kg 121.9 slbdt/B 3.6k,AQ jzlbfj47 误差 ΔQ % 12 dcrd(Q)/Q100 ,Q，grgrgr48 炉顶过热器进口汽焓 kJ/kg 2714 ,,,,hhh = gr(ld)gr(ld)p(ld)49 炉顶过热器进口汽温 ? 352 ,,,,ttt = gr(ld)gr(ld)p(ld)50 炉顶过热器蒸汽焓增量 kJ/kg 8.09 ldhΔ Q(D-D-D) B/jw1jw2gr(ld)fjj51 炉顶过热器出口汽焓 kJ/kg 2741 ,,,hh，, h gr(ld)gr(ld)gr(ld)52 炉顶过热器出口汽温 ? 查蒸汽特性表2-2 351 t gr(ld) 153 平均温差 ? 548 ,,,,,(t，t) pjgr(ld)gr(ld)254 炉顶过热器对流吸热量 kJ/kg 38.2 ldd 3.6k,tA/BQ ldfjj55 误差 ΔQ % 8.2 lddld(Q)/Q ,Q，100fjfjld 35 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 3 经济性分析 3.1 运行费用 3.1.1系统维修费 前屏过热器按市场价每片维修费2千元计算为31×6×2000=372000=37.2万元 后屏过热器按市场价每片3维修费千元计算为14×16×3000=372000?67.2万元 对流过热器按市场价每片维修费4千元计算为3×110×4000=132000?132万元 过热器的寿命按平均6年计算，即每6年把所有的设备更换一次，那么6年换过热器的费用就为236.4万元，折算到每年就是39.4万元。 每年机械维修费用按2万元计算。 系统每年的维修费用为:39.4+2=41.2万元 3.1.2 过热器加热过热水蒸气的收益 发电厂的过热蒸汽流量为1000t/h，按全年工作300天计算，则全年加热过热蒸汽量为 51000×300=3×10 t。 过热蒸汽用来推动汽轮机做功，按每t过热器可收获的效益为20元计算，一年总效益 5为3×10×20=600万元 3.1.3 全年净收益 扣除全年的系统的维修费用，则全年的净收益为:600-41.2=588.8万元 36 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 4 结论 本论文首先对过热器系统设的形式和计方法进行了分析研究，然后利用原始数据和假定的参数做一些基本计算，如煤的元素分析与校核，燃烧产物和锅炉热平衡计算，炉膛方面的计算等，从而利用这些数据来对过热器进行计算与设计。开始假定一些过热器的基本结构参数，然后利用这些参数进行结构尺寸和热力计算，分别确定出前屏过热器、后屏过热器和对流过热器的结构尺寸以及布置方式。由于计算的表格、公式较多，所以有疏漏之处也再所难免，尤其是有些是参考了锅炉设计受册上的一些基本锅炉计算用表，在本文中省略，没有详细列出。 由于时间和能力有限，研究得不够仔细、彻底，还有很多地方可以进行深入研究，也发现了一些不足之处，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。 。 37 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 致谢 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师纪俊红老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，纪老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资 还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了陈老师悉心细致的料的收集方面， 教诲和无私的帮助。纪老师平易近人、和蔼亲切，特别是她广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。另外我还要感谢辽宁工程技术大学热能与动力工程学院对我的培养与帮助，在这里我学到了知识，开阔了思维，感受了快乐。真诚的谢谢所有给予我关心与帮助～感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢～ 38 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 参考文献 [1] 叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].第2版.北京:中国电力出版社,2007. [2] 沈维道,蒋智敏,童钧耕.工程热力学[M].第3版.北京:高等教育出版社,2001. [3] 叶江明,高为柄,程勉.非线性控制系统[M].第2版.北京:科学出版社,2004. [4] 郑体宽.热力发电厂[M].第2版.北京: 中国电力出版社,2008. [5] 余建祖.换热器原理与设计[M].第1版.北京:北京航空航天大学出版设,2005. [6] 屈振生,苏猛,张士庆(等).机械图学[M].第4版.北京:科学出版社,2005. [7] 许贤良，陈庆光，郭仁宁，刘长鸣(等).流体力学[M].第1版.江苏省徐州市:中国矿业大学出版社,2007. [8] 赵翔,任有中.锅炉课程设计[M].第1版.北京:水力电力出版社,1991. [9] 冯俊凯.沈幼庭.锅炉原理及计算[M].北京:科学出版社.1992. [10] 李恩辰.火力发电厂锅炉计算知识[M].北京:水利电力出版社.1990. [11] 吴非文.火力发电厂高温金属监督[M].北京:水利电力出版社.1988. [12] 上海电力建设有限责任公司.锅炉压力容器压力管道安全质量监督管理 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 条文汇编[M].北京:中国电力出版社.2002. [13] D. Dubois and H. Prade. Fuzzy Sets and Systems: Theory and Applications [M].New York: Academic Press, 2002. [14] 黄新元. 电站锅炉过热器系统优化设计的数学模型[J].电站系统工程,1995,11(3). [15] 张耀平. 石门电厂300MW锅炉过热器设计与运行特性探析[J]. 湖南电力,2000,1 (20). [16] DL 470—92中华人民共和国电力行业标准 [17] 张蓉媛.大型电站锅炉过热器系统热偏差计算与壁温特性研究:[D].北京:华北电力大学,2000. [18] Precott-Allen. The Barometer of Sustainability: a method of assessing progress towards sustainable societies [A]. Gland, Switzerland and Victoria, BC: International Union for the Conservation of Nature and Natural Resources and PADATA[C].Switzerland: IUCN, 1999. 39 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 [19] C. Kona，et al: plant Montnring Workstation with (hrtime Determination o# Incremental Heat Rate. IEEE Compurer Applications in Power, 1990,3(4) [20] Engg, M.I.T, Anna University, Chennai; Optimized Fuzzy Modelling Of A Boiler Supperheater [A] . Department of Instrumentation Engg, M.I.T, Anna University, Chennai – 600059. [21] T. Tagaki, M. Sugeno ―Fuzzy Identification of systems and its application to modelling and Control‖, IEEE Trans on Sys, Man and Cybn, Vol. 15, No.1, Jan/Feb, pp. 116-133 (1985). 40 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 附录A 模糊建模对锅炉过热器优化 摘要 系统建模是一项非常有用的，研究不同的输入系统反应的变化和对 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 在一定时间的管理应用和离线仿真设计。本文介绍优化模糊模型的是一个210兆瓦的燃煤电厂燃煤发展锅炉热的锅炉过热器。模糊模型是首先应用到输入输出数据的传递函数模型的序列。该模糊模型能去除各种优化技术手段的复杂性。由此产生最优化，完整，紧凑，并一致的模型(C3)。 已经进行了模糊模型前和优化后模拟研究并找出了各种过热器投入的响应结果。这些结果验证与传递函数模型的结果被认为是一致的。 41 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 引言 系统建模是一个非常重要的概念，是建立一个有效的物理控制系统的模拟过程。模糊逻辑是物理过程发展模式的不同的方法。外部模糊模型还不是很复杂的，把它们理解为非线性的过程很适合。用更少的规则模型更为有利。在这项工作中所选择是锅炉过热器的过程，这是电厂的一个重要组成部分。该模型利用MATLAB 5.3来研究。 由于目标系统的复杂度很大，这种情况下我们对自己的实验有能力作出准确地减弱，直到它达到阈值精度和超越的(或相关性)几乎成为相互排斥的，它的意义基本力学能更好地利用语言而不是数学来代表。因此，模糊模型获很具有它的价值。一个模糊模型易于 模糊模型对企业底线的重要影响减少的MTBF(平均故障间隔时间)，提高平执行和理解。 均修复时间(平均修复时间)，更容易和更稳定的可扩展和改进现有系统。 42 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1 优化需要 高维系统的模糊模型是一个复杂的问题。该取决于对模糊数据每个数目输入和输出设置上的投入和产出的数量。由于形式增加了该模型的可解释性成为专属和增加的执行时间。为了克服这些模型的弊端应优化。该形式的数目可以优化，而不会影响该模型的标准。 2 锅炉过热器 锅炉过热器是一个辅助换热器，它接受来自锅炉汽包增加的一定量的饱和热蒸汽。210 MW的电厂所需的蒸汽过热器出口温度在540oç。 图1显示了锅炉过热器框图 图1锅炉过热器框图研究 3 模糊建模中的过热 在模糊建模的第一阶段是显变量的选择。在这里，在输入和输出变量过热过程中被选定。 输入变量: ?下保温器喷水焓(x1) ?钯鼓压力(x2) ?保温器喷流率w(x3) ?蒸汽流量WD(x4) ?提供的热烟气Qgs(x5) 43 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 输出变量: ?TS输出蒸汽温度(y) (y)所代表所有在Y(输出蒸汽温度)和模糊集的设置等。 模糊集的含义。提到如下例如在定义输入x1(变量)插槽(保温器喷水焓)，包含5个HAVL这时的保温器喷水焓很低。如下: HAL的保温器喷水低焓 温器喷水焓 保温器喷水焓很高 HAVH保温器喷水焓很高 同样模糊集被定义为所有其他输入和输出变量。Pd的鼓压力模糊化，可派代表参加三角形式，如图2所示。在下一阶段的模糊建模的形成是输入和输出之间，即模糊规则的关系。模糊规则的样表本载于表1.A共有125模糊规则都以同样的方式建立。 从表1中的模糊规则可以被解释为[If x1 is HAVL and x2 is PDVL and x3 is WAVL and x4 is WDVL and x5 is QGSVL then y is TSVH] 图2汽包压力的模糊化 我们要发展与语言模糊子集5(= 3125)为5的信息输入输出系统的总规律。在这里，所有的语言变量值即模糊数 [0,1]不是确切的程序的值。确切的数值为给定的输入输出的蒸汽温度值的计算的使用清晰化技术，这是模糊建模的最后阶段。有几种方法可用的。产出的蒸汽温度的精确值计算出重力去模糊技术，这主要是在用模糊逻辑系统的中心。 44 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 表1 蒸汽输出基本模糊性规律 4 优化模糊模型 4.1 极值的规律生成 正如[4]所示，优化模糊规律涵盖极值。这是一个非常有趣的结论，能够使我们减少模糊规律的大大增加我们从数据产生的模糊规则数目。假设给定数据集的总数，如果我们划分成N块整个数据集，数据集的每个补丁数目为P=M/ N可假设P是一个整数。正常情况下，当输出迅速变化的斑块规模应较小，另一方面，该修补程序的大小可以是一个稍大如果输出表面光滑。对于每一个数据的补丁，我们发现有两个数据集的最小和最大输出分别。假设补丁J的两个数据集 Rj1 : If x1 is Aj1 max(x1),……xn 为 Ajn max(xn), 他们是max;Rj2 : 假如 x1 为 Aj1 min(x1),……xn 为 Ajn min(xn), 因此 y 为 yj min; 这样，2P总模糊规律将产生，这将大大超过我们的工艺的规则数M = 3125。 n的值是选择符合第振幅变化，并为12。因此，3125使得12整体上约260。图2形象地说明了这一点。以最大振幅和最小振方式选自每个补集2 × 260 = 520规则。 45 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 图3 生成规律在极值方面的说明 4.2 完备的模糊系统 一个模糊系统被认为是完备的条件: 1、每个输入变量的模糊划分是完整的; 2、模糊规律系统结构完整。 如果上述条件之一有违背，模糊规则体系是不完整的，这意味着提供的模糊系统将在某些情况下没有输出。学习为了避免的隶属函数，必须在参数优化或规律生成过程中采取某些措施。一个切实可行的措施是有限制的，使一个模糊的划分将予以保留完整性，而且不同的模糊集的区别参数可调范围将被保留。新的一个可能性提出了建议以帮助处理与模糊相似性的措施这些问题。 一个模糊的相似性措施表明两个模糊集在任何程度上是相等的。它在结构上采用了模糊系统[5]的方式。模糊相似性措施是用来添加输出变量，以便可以得到正确的输出空间模糊划分新的隶属函数。对于任何两个A和B，模糊集模糊相似度量被定义为S (A, B) = M (A _ B) / M (A _ B) 其中M(A)是所谓的模糊集A的大小，可以计算如下: M(A) = -a _A(x) dx 它是发现了S (A, B) = 1，当且仅当A = B的和S (A, B)=0，当且仅当A和B不重叠。在其他情况下，下(甲，乙)从0变化到1。因此，如果任何两个相邻的模糊集模糊相似性的措施控制得当，划分模糊的不完备，可避免与模糊集的可以被保留。 4.3 模糊系统的一致性 模糊规律被视为不一致有非常相似的前提下部分，但具有相当不同的结果该规则的 46 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 前提(SRP的相似性定义)和辅助相似的后(型钢)再次与模糊相似度量。在规则中考虑两个基本规律: Ri : 如果 x1 为 Ai1 (x1) 以及 x2 为 Ai2 (x2) …….. xn 为 Ain (xn), 因此 BI (y) Rk : 如果 x1 为 Ak1 (x1) 以及 x2 is Ak2 (x2) and ….... and xn is Akn (xn), 因此 BI (y) 然后，SRP和SRC这两个规格钢定义如下: SRP(i,k) = j=1 min n S(Aij, Akj) SRC(i,k) = S(Bi, Bk) 其中n是输入变量和S (A,B)总数是模糊集模糊相似度量A和B在[4]中定义。那么，规律的一致性(一)和R(k)的定义为: 2,,，，SRP(i,k),1.0,,,,SRC(i,k),,，，Cons(R(i),R(k))=exp ,,2，，1,, ,,,,SRP(i,k)，，,, 一致性范围从0-1价值，0.55阈值的选择和规则的一致性低于阈值已是rejected.In这种方法的规则数进一步减少到178。 5 结果与讨论 该模糊模型的有效性和优化模糊模型，通过给定的投入相同的模糊模型，优化模型和传递函数模型验证。从所有的三种模式的产出则载列于表二及绘制在图4。显然，这两个传递函数和模糊模型与3125规则(输出)同一输入匹配的圆满与0.9093的误差平方和微不足道的偏差，从而证明了模糊模型的有效性。该优化模糊模型输出(与178规律)还与传递函数的传递函数模型model.The匹配偏差低于标准与3125规则和误差平方和模糊模型较少被发现是0.5597 ，证明该技术的优化使用的是有效的。为传递函数模型的执行时间为0.33秒，0.1秒的模糊模型和优化模糊模型是0.06秒的MATLAB Simulink库和模糊逻辑工具箱5.3版withthe使用。因此，我们观察到，优化模糊模型需要最少执行时间，使输出相比，传递函数模型和常规的模糊模型。 47 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 表2 模糊模型与传递函数模型验证 48 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 6 结论 在这种优化的锅炉过热器模糊模型解释文件。用锅炉过热器和输入输出数据序列的模糊模型与方法开发的语言传递函数模型。然后，模糊模型，优化利用三种不同的技术，以减少3125规律178规则。优化模型的结果与原模糊模型，以及传递函数model.These优化技术可以很好地应用，以减少对高维物理过程的模糊模型的复杂性，因为它们被发现是非 常有效的。 49 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 参考文献 [1] Earl Cox, ?The Fuzzy System Handbook‘, AP professional, (1990). [2] A.W. Ordys, A.W. Pike, M.A. Johnson, R.M. Katebi and M.J. Grimble, ―Modeling and Simulation of Power Generation Plants‖, Springer-Verlag London (1994). [3] T. Tagaki, M. Sugeno ―Fuzzy Identification of systems and its application to modelling and Control‖, IEEE Trans on Sys, Man and Cybn, Vol. 15, No.1, Jan/Feb, pp. 116-133 (1985). [4]Yaochu Jin, ―Fuzzy modelling of high dimensional systems : Complexity reduction and Interpretability improvement‖, IEEE Trans on Fuzzy sys, Vol. 8, No. 2, April, pp. 212-220 (2000). 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Simulation study has been carried out on the fuzzy model both prior and after optimization to get the response of the superheater for various inputs. These results are validated with the results of the transfer function model and are found to be analogous. 51 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 INTRODUCTION Modelling of systems is a very essential concept to develop an effective control system and for simulation of a physical process. Fuzzy logic is a distinct idea for developing models of physical processes. Fuzzy models are less externally complex; they can be understood easily and very much suitable for non-linear processes. Models with fewer rules are more advantageous. The process chosen in this work is boiler superheater, which is a vital component of a power plant. The model is developed using MATLAB 5.3. As the complexity of the target system increases, our ability to make precise and yet significant statements about its behaviour diminishes until a threshold is reached beyond which precision and significance (or relevance) become almost mutually exclusive characteristics.In such a case, the underlying mechanics are better represented linguistically rather than mathematically. Thus fuzzy models have gained significance. A fuzzy model is easy to execute and understand. Fuzzy models have important implications for the corporate bottom-line reduced MTBF (Mean Time Between Failure), improved MTTR (Mean Time To Repair), the easier and more stable extensibility of existing system and improved understandability. 52 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1 Need for optimization The fuzzy model of high dimensional system is a complex one. The number of rules depends on the number of the inputs and outputs and also on the number of fuzzy data sets on each input and output. As the rules increase the interpretability of the model becomes exclusive and time of execution increases. To overcome these drawbacks the model should be optimized. The number of rules can be optimized without affecting the standard of the model. 2 BOILER SUPERHEATER The boiler superheater is a secondary heat exchanger that accepts saturated steam from boiler drum and adds sensible heat to steam. The desired outlet steam temperature from a superheater is 540o C in a 210 MW power plant. Fig 1 shows the block diagram of boiler superheater 3 FUZZY MODELLING OF SUPERHEATER The first stage of fuzzy modelling is the selection of performance variables. Here the input and output variables of the superheating process are selected. The input variables are ? Ha Attemperator spray water enthalpy (x1) ? Pd Drum Pressure (x2) ? Wa Attemperator spray flow rate (x3) 53 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 ? Wd Steam flow rate (x4) ? Qgs Heat supplied by flue gas (x5) The output variable is ? Ts Output steam temperature (y) The second stage of fuzzy modelling is the determination of variables surface i.e., fuzzy sets (fuzzification). The fuzzy sets or the linguistic variables for the inputs and outputs given above are designed. The variable x1, x2, x3, x4, x5 and y are the universe of discourse.Each universe of discourse contain the same number of fuzzy sets ?r‘, which is chosen as 5. The linguistic variables (hedges) for the above input-output variables are HAVL, HAL, HAN, HAH, HAVH F(x1) PDVL, PDL, PDN, PDH, PDVH F(x2) WAVL, WAL, WAN, WAH, WAVH F(x3) WDVL, WDL, WDN, WDH, WDVH F(x4) QGSVL, QGSL, QGSN, QGSH, QGSVH F(x5) and TSVL, TSL, TSN, TSH, TSVH F(y) where, F(y) stands for the set of all fuzzy sets on y (Output steam temperature) and so on. The fuzzy sets have their linguistic meanings. For instance the linguistic meaning (variable) for input x1 (Attemperator spray water enthalpy) is mentioned as follows. It contains 5 linguistic hedges, which are defined as,HAVL Attemperator spray water enthalpy Very Low HAL Attemperator spray water enthalpy Low HAN Attemperator spray water enthalpy Normal HAH Attemperator spray water enthalpy High HAVH Attemperator spray water enthalpy Very High Similarly fuzzy sets are defined for all other inputs and output variables. The fuzzification of drum pressure Pd can be represented in the triangular form as shown in Fig. 2. The next stage of fuzzy modelling is to form the fuzzy relationship between the inputs and output i.e.,rules. The rules are formed from the available inputs-output data sequences of the superheater process, based on if-then statement. Samples of the fuzzy rule tables are shown in Table 1.A Total of 125 fuzzy rule tables are developed in the same way. From the Table 1 the fuzzy rule can be 54 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) explained as [If x1 is HAVL and x2 is PDVL and x3 is WAVL and x4 is WDVL and x5 is QGSVL then y is TSVH] We have to develop a total of 55 (=3125) rules for a 5 input one output system with 5 linguistic fuzzy subsets. Here, all the values of linguistic variables are fuzzy numbers i.e.,[0,1], not the exact process value. The exact numerical crisp value of the output steam temperature for the given inputs is calculated using the defuzzification techniques, which is the last stage of fuzzy modelling. There are several methods of defuzzification available. The exact value of output steam temperature is calculated from the centre of gravity defuzzification technique, which is mostly used in the fuzzy logic system. 55 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 4 OPTIMIZATION OF FUZZY MODEL 4.1 Rule Generation on Extrema As is shown in [4], optimal fuzzy rules cover extrema. This is a very interesting conclusion that enables us to reduce the number of fuzzy rules greatly when we generate fuzzy rules from data. Suppose the total given data sets is M. If we divide the whole data sets into N patches, the number of data sets in each patch will be P = M/N, assuming that P is an integer. Normally, when the output varies rapidly the patch size should be smaller; on the other hand, the patch size can be a little larger if the output surface is smooth. For each patch of the data, we find the two data sets that have the minimal and maximal outputs respectively. Suppose for patch j, the two data sets are Rj1 : If x1 is Aj1 max(x1),……xn is Ajn max(xn), Then y is yj max; Rj2 : If x1 is Aj1 min(x1),……xn is Ajn min(xn), Then y is yj min; In this way, 2P fuzzy rules will be generated in total, which will be much smaller than N. In our process the number of rules M = 3125. The value of N is chosen according to the variation in rule amplitude, and is set as 12. Thus 3125 rules are divided into patches with 12 rules which makes 260 patches on the whole approximately. Fig 2 explains this pictorially. The rule with maximum amplitude and the rule with minimum amplitude are chosen from each patch. This leads to 2 X 260 rules = 520 rules. 56 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 4.2. Completeness of the Fuzzy Systems A fuzzy system is said to be complete if 1. Fuzzy partitioning of each input variable is complete; 2. Rule structure of the fuzzy system is complete. If one of the above conditions is violated, the fuzzy rule system is incomplete, which implies that the fuzzy system will provide no output in some cases. In order to avoid overfitting of the membership functions, certain measures must be taken in the process of parameter optimization or rule generation. One practical measure is to limit an adjustable range of the parameters so that the completeness of the fuzzy partitioning will be kept and the distinction of different fuzzy sets will be preserved. A new possibility to deal with these problems with the help of fuzzy similarity measures is suggested. A fuzzy similarity measure indicates the degree to which two fuzzy sets are equal. It has been used in structure learning of fuzzy systems [5]. The fuzzy similarity measure is used to add new membership functions for the output variable so that proper fuzzy partitioning of the output space can be obtained. For any two fuzzy sets A and B, the fuzzy similarity measure is defined by: S (A, B) = M (A _ B) / M (A _ B) where M (A) is called the size of fuzzy set A and can be calculated as follows: M(A) = -a _A(x) dx 57 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 It is noticed that S (A, B) = 1, if and only if A=B and S (A, B)=0, if and only if A and B do not overlap. In other cases, S(A,B) varies from 0 to 1. Therefore, if the fuzzy similarity measure of any two neighboring fuzzy sets is controlled properly, the incompleteness of the fuzzy partitioning can be avoided and the distinction of the fuzzy sets can be preserved. 4.3 CONSISTENCY OF THE FUZZY SYSTEMS Fuzzy rules are regarded as inconsistent, if ? They have very similar premise parts, but possess rather different consequent, and ? They conflict with the expert knowledge or heuristics The discussion of consistency is sensible only if the premise parts of the rules are very similar, if not necessarily the same. That is to say, two fuzzy rules may contradict with each other even if they do not have the same premise; on the other hand, it is hard to say that two rules are inconsistent if their premise parts have little similarity. The definition of the similarity of rule premise (SRP) and the similarity of rule consequent (SRC) again with the help of fuzzy similarity measure. Consider two rules in the rule base: Ri : If x1 is Ai1 (x1) and x2 is Ai2 (x2) and …….. and xn is Ain (xn), then y is BI (y) Rk : If x1 is Ak1 (x1) and x2 is Ak2 (x2) and ….... and xn is Akn (xn), then y is BI (y) Then SRP and SRC of these two rules are defined as follows: SRP(i,k) = j=1 min n S(Aij, Akj) SRC(i,k) = S(Bi, Bk) where n is the total number of the input variables and S (A,B) is the fuzzy similarity measure of fuzzy sets A and B as defined in [4]. Then the consistency of rule R (i) and R (k) is defined by : The value of consistency range from 0-1, the threshold value of 0.55 is chosen and the rules that have consistency below the threshold value are rejected.In this method the number of rules are further reduced to 178. 58 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 5 RESULTS AND DISCUSSION The validity of the fuzzy model and optimized fuzzy model are verified by giving the same set of inputs to the fuzzy model, optimized model and the transfer function model. The outputs from all the three models are tabulated in Table 2 and are plotted in Fig 4. It is evident that the outputs of both transfer function and Fuzzy models (with 3125 rules) for the same inputs are matching satisfactorily with negligible deviations with the sum of squares of error 0.9093, thus proving the validity of the fuzzy model. The outputs of the optimized fuzzy model (with 178 rules) are also matching with the transfer function model.The deviation from the transfer function model is lesser than the Standard fuzzy model with 3125 rules and the sum of square of errors is found to be 0.5597, which proves that the techniques used for the optimization are effective. The execution time for Transfer function model is 0.33 sec, fuzzy model is 0.1 sec and that of optimized fuzzy model is 0.06 sec withthe use of MATLAB SIMULINK Library and Fuzzy logic toolbox version 5.3. Hence it is observed that optimized fuzzy model needs the least execution time to give the output when compared to transfer function model and conventional fuzzy model. 59 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 60 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 6 CONCLUSION In this paper the optimized fuzzy model of a boiler superheater is explained. Using the Transfer function model of the boiler superheater and input output data sequence the fuzzy model was developed with the linguistic approach. Then the fuzzy model is optimized using three different techniques so as to reduce 3125 rules to 178 rules. The results of optimized model are compared with that of original fuzzy model as well as transfer function model.These optimization techniques can be well applied to reduce the complexity of the fuzzy models of high dimensional physical processes as they are found to be very effective. 61 关云鹏: 1000t/h燃煤锅炉过热器设计 REFERENCES [1] Earl Cox, ?The Fuzzy System Handbook‘, AP professional, (1990). [2] A.W. Ordys, A.W. Pike, M.A. Johnson, R.M. Katebi and M.J. Grimble, ―Modeling and Simulation of Power Generation Plants‖, Springer-Verlag London (1994). [3] T. Tagaki, M. Sugeno ―Fuzzy Identification of systems and its application to modelling and Control‖, IEEE Trans on Sys, Man and Cybn, Vol. 15, No.1, Jan/Feb, pp. 116-133 (1985). [4]Yaochu Jin, ―Fuzzy modelling of high dimensional systems : Complexity reduction and Interpretability improvement‖, IEEE Trans on Fuzzy sys, Vol. 8, No. 2, April, pp. 212-220 (2000). [5] Yaochu Jin, Werner von Seelen and Bernhard Sendhoff ―On Generating FC3 Fuzzy Rule Systems from Data Using Evolution Strategies.‖ IEEE Trans on Sys, Man and Cybn -B, Vol.29,no.6, Dec, pp. 829-845 (1999). 62