W型汽锅二次供风系统档板开度的计较
陈宝明，李立人，
(上海理工年夜学动力
程智海，文4涓士蜀
学院，上海200093)
摘要：W型火焰汽锅在发电厂有着普遍运用。可是，今朝此种汽锅二次风供风系统的调理是凭经
验进行的，为了使它的调理更迅速、更有用，运用了流体力学管路理论，对此种汽锅二次风供风系统
建立数学模子，进行计较分析，获得在任一给定工况下各档板开度的计较方式和计较公式，并进行
了实例计较，计较成效与现场运行情况基本一致。讲明：这类计较方式在现实工程运用中是可行的。
从此当工况发生改变时，就能够利便地运用本计较方式，指导各档板的调理。图5表4参4
要害词：动力机械工程；W型火焰汽锅；二次风供风系统；流控制；挡板开度
中图分类号：TK223．21文献标识码：A
CalculationofBaffleintheSecondaryWindSystemfor
WBurningBoiler
CHENBao—ruing，L1Li—ren，CHENZhi—hai，LlUJuan—juan
(CollegeofPowerEngineering，ShanghaiUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200093，China)
Abstract：Wburningboileriswidelyusedinpowerplants．Butnowadaystheadjustmentofthesecondary
windsysteminthekindofWburningboilerismadebyexperience．Inordertomaketheadjustmentofit
morerapidlyandmoreefficiently，thepipelinetheoryoffluidmechanicsisused．Amathematicmodelis
madeforthesecondarywindsysteminthekindofboiler，andcalculationandanalysisisdone．Themethod
andformulationofcalculationofbaffle’sopeningdegreeinanygivenworkingconditionsisobtained．and
calculationismadeonaspecificexample．Theseresultsareconsistentprimarilywithrunningconditionson
thesite．Sothemethodofcalculationispracticableinthepracticalengineeringapplicationandconvenient
tousethecalculationmethodtoguidetheadjustmentofbaffleswhentheworkingconditionsischanged．
Figs5，tables4andrefs4．
Keywords：powerandmechanicalengineering；Wburningboiler；secondarywindsystemofcontrol；flux
control；baffle’Sopeningdegree
1概况
W型火焰汽锅分为上下两个炉膛，如图1所
示。下炉膛为燃烧室，前后墙向外扩大形成炉拱，拱
顶安插燃烧器。煤粉气流从燃烧器垂直向下喷人燃
收稿日期：2003—12—22
作者简介：陈宝明(1978一)，男，安徽无为人，硕士研究生。
烧室，着火后火焰向下成长，在脱离燃烧器喷口一定
距离处和分级送人的二次风夹杂后转弯向动，
火焰在整个燃烧室内呈W外形。
DG一1025／18．2一Ⅱ型W火焰汽锅有一个环形
二次风箱。所有24支燃烧器和二次风挡板均安插在
风箱内，如图2所示。在风箱四角各有一个压力计以
丈二次风的压力，正常运行中其表压力P凡是处
在500Pa~-1000Pa之间。炉膛负压P。一般维持在
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动力工程第24卷
一50Pa(表压)。进进炉膛的二次风风由分歧的挡
板组(A、B、C、D、E、F)控制。每只燃烧器有由6个挡
板来进行配风，总共有12×2×6—144个挡板，如图
3(a)所示。
图1W型火焰汽锅示意图
Fig1Wburningboiler
图2二次风主风道
Fig2Mainairwayofthesecondarywind
对w型火焰汽锅来说，调整二次风供风系统各
挡板的进风，就能够改善燃烧的配风结构，提高锅
炉运行效率。是以，当汽锅运行时，实时调理各挡板
的开度是重要的。在这方面，山西阳泉第二发电厂根
据经验做了一些实验，绘出了流速与压力、流速与挡
板开度的一些曲线，作为操作指导n]。本文将对W
型火焰汽锅二次风供风系统运用流体力学管路计较
理论[z,31进行计较，得出在任一工况(如流、压力)
下各挡板的开度，使汽锅在高效率下运行，提高它的
经济性。并以山西阳泉第二发电厂的DG一1025／18．
2一Ⅱ型w火焰汽锅为算例。
2原理
为了提高汽锅的效率，就要使煤粉和空气充实
接触，为此应尽使经由过程各组中每块挡板的流
相等，即经由过程24块A挡板的流一样，经由过程24块B
挡板的流相等，以此类推。由于风道中存在阻力，
及A、B、C、D、E、F各挡板的几何尺寸分歧，如图3
(b)所示。为了保证流相等，各挡板的开度就必需
纷歧样。斟酌到二次风主风道四角处压力相等，且对
称位置的挡板开度是一样的，这样就能够把对144
块挡板开度的计较简化为对其中任一角处的6×6
块挡板开度的计较。但在现实操作中C挡板凡是是
关闭的，是以这里也不再斟酌C挡板，可进一步简
化对6×5块挡板开度的计较。
(a)主风道尺寸及各挡板的位置
b=O．4m
A：0．44m
B：0．7075m
D：0．69m
E：0．69m
F：2．07m
(b)各挡板尺寸
图3挡板
Fig3Baffle
现以二次风主风道(图2)的左上角为计较对
象，在二次风主风道内，热空气从左向右流动，依次
进进6个旁路风道(用I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅵ暗示)，并
经由过程风道中各自的A、B、D、E、F挡板进进炉膛内。
其流动图可简化为如图4所示。
图4二次风流动图
Fig4Flowofsecondarywind
为了增强主风道结构的刚度，在主风道内安插
了支架。是以，在主风道的12、23、34、45、56段中都
存在沿程和局部阻力。它们的阻抗划分用R、R。、
R、R、R暗示。6个旁路风道的阻力主要由各挡板
发生，它们的阻抗划分用R，，、R，R。、尺、R、R表
示，计较示意图如图5所示。
压力损失的一般公式为：AP—RQ。，其中阻抗：
R：
式中厂——沿程阻力系数
一
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第5期陈宝明，等：w型汽锅二次供风系统档板开度的计较
L——管道长度
D——非圆管道确当直径
——局部阻力系数
——管道的截面积
(a)主路及旁路中的阻抗(b)各阻抗的结构图
(a)Theresistanceofmainairwayandsideairway(b)Everyresistances蚰cne
图5主路及旁路中的阻抗计较示意图
Fig5Theresistancecalculatingofmainairwayandsideairway
由于此种汽锅中主风道的横截面是矩形，尺寸
较年夜其当直径D也就较年夜；且各风道间的距离L
不年夜。例如算例中：D一4．7095m；L一1．67m；加上
沿程阻力系数f常为10级。是以，f相对
局部阻力系数Σ是很小的，可以疏忽。所以可得：
Σ一2RAz(1)
因而只要求出各尺值，即可获得各挡板上
的Σ，从而凭据挡板开度与的关系式可获得对
应的挡板开度。
3计较公式推导
3．1各阻抗的计较
凭据图5可得各段管路的方程为：
(尺5 尺6)g一R7q
R4(2q) (尺5 R6)g一R8q
R3(3g) R4(2g) (尺5 R6)g一R9q
R2(4g) R3(3g) R4(2q)
(尺5 尺6)g一R10q
R1(5q) R2(4g) R3(3g) R4(2g)
(尺5 尺6)g一R¨q
整理后获得：
R7一R5 R6(2)
R8—4R4 R7(3)
R9—9R3 R8(4)
R10—16R2 R9(5)
R¨一25Rl Rl0(6)
还有：P1一P。一R¨q(7)
上述6个方程组成的方程组中有11个未知数，所以
要弥补附加方程。由于整个风道是对称的，所以空气
流过第Yl管路时可看成流进9O。弯管，此项局部系
数为1．7；而且此时压力已降得相当低了，要维持
与前面旁路相等的流，挡板的开度就要开得相当
年夜，理想的状态是将此挡板调理到全开，凭据下表
]
1全开时的阻力系数为0．3。所以第Yl管路上：厶
一2，因而可得：
(8)
由于／相对局部阻力系数Σ是很小的，
可以疏忽。
由于主路各段上的局部阻力系数相等，凭据方
程(1)可得：
R1一R2一R3一R4一R5(9)
由图5(b)可得：
(尺^qZ)一(尺缶)一(尺Dg)
一(尺Eg圭)一(尺；)(10)
且有：
—一
一
—L—L—一
‘‘‘
(11)
√RtE√RF
其中：i代表各旁路的标号。因而可算出各旁路
的阻抗值，再代人方程(1)可得出各旁路的局部阻力
系数值。
3．2各挡板开度的计较
由于此种结构的挡板的局部阻力系数值没法从
相关手册中查到。但斟酌到此类挡板的开关特征与
蝶阀类似，所以可借用蝶阀的局部阻力系数表进
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动力工程第24卷
行计较。如表1所示：
表1阻力系数与蝶阀开度的关系
Table1Relationofbutterfly--valveresistanceCO--
efficientanditsopeningdegree
凭据表1用Exce1分段回回此局部阻力系数
随开度k的变化关系式以下：
当O≤志<60时：
逐一10420k 32417k一36812k。
1972lk。一5143．3志 550．8(12)
当6O≤志≤100时：
一117(志一0．5)一228．3(志一0．5)。
170．33(志一0．5)。一58．867(志一0．5) 8．4
(13)
这样凭据2．1中获得的各旁路的局部阻力系数
值，就能够从公式(12)、公式(13)入彀算出各挡板
的开度k，从而将挡板调理到此开度即可。
4算例
下面就山西阳泉第二发电厂的现实情况进行计
算。其数据以下：进口处初始压力：P一lO00Pa；炉
膛内压力：P。逐一50Pa；二次风总流：Q一74×10
(m。／h)，显然各旁路的流：g—Q／(24×3600)一8．
5648(m。／s)；300℃时空气的密度：ID一0．615kg／m。；
凭据汽锅燃烧的要求，经由过程A、B、D、E、F各挡板的
流占总流的百分比划分为：1O、15、15、
2O、4O。因而凭据方程(2)～方程(9)可得各阻抗
的值为：R一R2一R。一R一R5—0．2569，R一0．
1818，R7—0．4387，R8—1．4665，R一3．779，R1。一7．
8901，R一14．3137。由方程(10)及流过各组挡板的
流占总流的比例，即可求出各组挡板阻抗间的
关系以下：
R^一16RF，RB一尺F，RD一尺F，RE一4尺F
了了
将上式及各旁路总阻抗值代人方程(11)可求出
每旁路上各挡板的阻抗，成效如表2所示。
由上表2及公式(1)即可求出各挡板阻力系数，
成效如表3所示。
由主风道的阻抗值、面积及公式(1)可求出主路
]
上的总阻力系数为：厶一253．5
经由过程上面回回出的方程(12)、方程(13)即可反
求出各挡板的开度(％)，如表4所示。
表2各旁路中各挡板的阻抗值
Table2Baffles’resistancevalueineverysideair—
way
表3各旁路中各挡板的局部阻力系数值
Table3Localresistancecoefficientvalueofevery
baffleineverysideairway
表4各旁路中各挡板的开度值
Table4Openingdegreeofeverybaffleinevery
sideairway
5成效分析
将此实例的计较成效与现场运行的开度对比后
发现他们基本上一致，说明此理论计较方式是可行
的。从此在工况改变时，就能够利便地运用本计较方
法，迅速得出对应的开度值，指导各档板的调理，而
不再需要凭经验花费较长时间往试探。
凭据要求流过B、D挡板的流一样，而B挡板
的面积稍年夜于D挡板，易分析出B挡板开度应小于
D挡板，又D、E挡板的面积不异，要求流过E挡板
的流年夜于D挡板的流，易分析出E挡板的开度
应年夜于D挡板。实例计较成效也是如斯。
还可看到，主路上的总损失系数为253．5，而主
路上的沿程阻力系数和局部阻力系数却很小，由此
(下转第635页)
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第5期刘彤，等：汽锅炉内承压部件的蠕变分析及寿命计较
(2)水冷壁残剩寿命计较方式
对于水冷壁管，主要的失效方式有向火面侵蚀、
磨损及工侧侵蚀。一般来说，金属壁温都不跨越材
料蠕变温度，所以运用常温强度校核理论就能够进
行残剩寿命计较。但有时其壁温也有可能跨越其蠕
变温度，再加上向火侧高温侵蚀作用，这时候需要运用
蠕变断裂计较公式并建立寿命评估方程进行计较。
假设水冷壁管壁金属温度未跨越材料的蠕变温
度，则可按常温强度校核理论进行，具体计较方式同
省煤器管的一样，运用(18)式计较。假设管壁温度超
过材料的蠕变温度，则需要斟酌材料蠕变对寿命的
影响，按蠕变寿命计较方式进行。
6小结
本文以高温过热器为例，对汽锅炉内承压部件
的寿命消耗纪律进行了分析，并提出了过热器蠕变
寿命计较的简化公式，该公式可运用于在线监测系
统。同时，对其他炉内承压部件的寿命消耗纪律也进
行了初步探讨。
经过数十年的研究，各类寿命消耗的计较方式
获得了很多改良和运用，但诸多经验公式和平安系
数的使用和制造上的平安裕的留取，使得汽锅
寿命计较的准确性不轻易保证。非凡是在线的寿命
消耗分析，数据主要来历于各类丈元件，来自于部
件的各类状态分析数据很少，更轻易致使寿命计较
的不准确。而某些离线寿命分析方式，如管子内壁氧
化层厚法，虽然操作复杂、费用高，却能到达较高准
确性和靠得住性。有鉴于此，从此工作的一个重要思
路，就是将在线寿命计较与某些寿命分析方式相结
合，哄骗这些寿命分析方式的准确性来改良在线寿
命计较模子；同时，运用在线寿命计较数据来合理安
排较为复杂的寿命分析工作，终实现汽锅运行的
科学操作、检修的科学放置、寿命的科学治理。
参考文献：
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(上接第630页)
可见：二次风主风道内的各类框架结机关成的阻力
是很年夜的，必需斟酌，否则将造成计较中极年夜的偏
差。
6结论
(1)本文彩用阻抗法计较各挡板的开度是可行
的，此方式可快速得出分歧工况下各挡板的开度，对
现实的W型火焰汽锅二次供风系统的调理具有指
导作用。
(2)二次风主风道内各类框架机机关成的局部
阻力比沿程阻力年夜得多，必需斟酌。
(3)求出了在一特定工况下(二次风总流7．4
×10m。／h，初始压力1O00Pa)各挡板的开度，且此
开度合适现实情况。
(4)借用蝶阀的阻力系数取代本挡板的情况从
计较成效来看是可取的，在工程上不会发生很年夜误
差。
参考文献：
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DakotStateUniversity，1980(1O)：255～275．
[4]动力工程师手册[s]．北京：机械工出书社，1999：2～52．