本發(fā)明涉及余熱鍋爐
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種余熱鍋爐鰭片管陣的阻力獲取方法。
背景技術(shù)：
：電廠(chǎng)內(nèi)通常配設(shè)有余熱鍋爐，煙氣流經(jīng)余熱鍋爐時(shí)，需要降溫，回收熱量。一般會(huì)在余熱鍋爐內(nèi)部設(shè)置換熱器，換熱器包括若干排換熱管，換熱管帶有鰭片，本領(lǐng)域也稱(chēng)為鰭片管10，若干排鰭片管10形成鰭片管陣100。請(qǐng)參考圖1，圖1為將鰭片管陣布置于余熱鍋爐內(nèi)的分布示意圖。鰭片管陣100具有換熱效率高、傳熱溫差小、均溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，在余熱鍋爐中具有良好的應(yīng)用前景。煙氣在流經(jīng)鰭片管陣100時(shí)，會(huì)有阻力，該阻力對(duì)于煙氣的流向，產(chǎn)生的噪音等均會(huì)產(chǎn)生影響，因此，鰭片管陣100所形成的流動(dòng)阻力對(duì)于換熱器乃至余熱鍋爐的研發(fā)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用，以及防腐措施等均具有重要意義。然而，按照現(xiàn)有技術(shù)獲取阻力的方式，由于鰭片管陣100結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以進(jìn)行等效模擬；采取阻力降經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)際計(jì)算時(shí)，同樣由于鰭片管陣100結(jié)構(gòu)復(fù)雜，等效計(jì)算時(shí)結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確，根據(jù)實(shí)際反饋，計(jì)算的阻力值偏大，導(dǎo)致根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行的改進(jìn)時(shí)，達(dá)不到預(yù)期的效果。有鑒于此，如何更為準(zhǔn)確地獲得余熱鍋爐內(nèi)鰭片管陣的阻力，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種余熱鍋爐鰭片管陣的阻力獲取方法，該方法獲得的鰭片管陣的阻力更為精確。本發(fā)明提供的余熱鍋爐鰭片管陣的阻力獲取方法，在鰭片管陣中，選取若干相鄰鰭片管，形成規(guī)則形狀的阻力單元，所述阻力單元形成供煙氣流過(guò)的煙氣通道，獲取該煙氣通道流通體積，以及與煙氣有效接觸的摩擦表面積，流通體積和摩擦表面積的計(jì)算中，計(jì)入鰭片管鰭片的厚度、高度、以及數(shù)量；根據(jù)流通體積和摩擦表面積獲得容積水力直徑，并根據(jù)阻力降公式計(jì)算該阻力單元的阻力，繼而獲得余熱鍋爐鰭片管陣的阻力。從以上描述可知，本方案一方面選取形狀規(guī)則的阻力單元進(jìn)行容積水力直徑的計(jì)算，以簡(jiǎn)化計(jì)算方式。尤為重要的是，本方案在進(jìn)行容積水力直徑計(jì)算時(shí)，打破了常規(guī)的獲取方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，通常的容積水力直徑(當(dāng)量直徑)理論公式為流通面的截面積除以該流通面對(duì)應(yīng)的周長(zhǎng)。本方案是在該理論公式基礎(chǔ)之上，各乘以鰭片管的長(zhǎng)度，從而轉(zhuǎn)化為流通體積乘以摩擦表面積，這樣可以在容積水力直徑的計(jì)算過(guò)程中，計(jì)入鰭片管上鰭片的厚度、高度以及鰭片數(shù)量，從而使得占據(jù)鰭片管很重要一部分的鰭片被計(jì)入容積水力直徑的計(jì)算當(dāng)中，使其對(duì)煙氣流動(dòng)的阻力影響能夠得以反饋，保證最終獲得的鰭片管陣的阻力計(jì)算結(jié)果更為精確，對(duì)于換熱器乃至余熱鍋爐的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，能夠提供可靠的依據(jù)。可選地，對(duì)于前后相鄰的兩排鰭片管排，一排選取一個(gè)以上相鄰的鰭片管、另一排選取兩個(gè)以上相鄰的鰭片管，建立阻力單元?？蛇x地，鰭片管陣中，相鄰鰭片管排的鰭片管交錯(cuò)布置；對(duì)于前后相鄰的兩排鰭片管排，一排選取一個(gè)鰭片管、另一排選取兩個(gè)相鄰的鰭片管，建立等邊三角形的阻力單元；按照下述公式獲取所述阻力單元的容積水力直徑：其中，L為三角形阻力單元的高度、Sc為三角形阻力單元中相鄰鰭片管的心距、d為鰭片管的裸管直徑；b為鰭片管上鰭片的高度；δ為鰭片的厚度；n為管長(zhǎng)h時(shí)所具有的鰭片數(shù)量。可選地，鰭片管陣中，相鄰鰭片管排的鰭片管交錯(cuò)布置；對(duì)于前后相鄰的兩排鰭片管排，一排選取一個(gè)鰭片管、另一排選取兩個(gè)相鄰的鰭片管，建立等腰三角形的阻力單元；按照下述公式獲取所述阻力單元的容積水力直徑：其中，Sc1為等腰三角形阻力單元形成底邊的相鄰鰭片管的心距；L1為等腰三角形阻力單元的高度；Sc為與等腰三角形等效的等邊三角形的邊長(zhǎng)；d為鰭片管的裸管直徑；b為鰭片管上鰭片的高度；δ為鰭片的厚度；n為管長(zhǎng)h時(shí)所具有的鰭片數(shù)量?？蛇x地，根據(jù)阻力降公式計(jì)算時(shí)，阻力降公式中的所述粘度系數(shù)通過(guò)下述公式計(jì)算獲得：其中，μg—煙氣粘度；Tg—溫度；—煙氣中二氧化碳體積含量；—煙氣中氮?dú)怏w積含量；—煙氣中氬氣體積含量；—煙氣中氧氣體積含量；—煙氣中水蒸氣體積含量；gi—各個(gè)煙氣質(zhì)量成份含量；Mi—煙氣個(gè)成份的分子量；M—煙氣平均分子量。附圖說(shuō)明圖1為將鰭片管陣布置于余熱鍋爐內(nèi)的分布示意圖；圖2為本發(fā)明所提供余熱鍋爐鰭片管陣的阻力獲取方法一種具體實(shí)施例的流程圖；圖3為在鰭片管陣中選取阻力單元的示意圖，其中阻力單元以黑線(xiàn)邊框示意，箭頭方向表示煙氣的流動(dòng)方向；圖4為圖3中等邊三角形的阻力單元的模型示意圖；圖5為若干圖4中等邊三角形阻力單元組合后的示意圖；圖6為建立等腰三角形阻力單元的模型示意圖。圖1-6中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：100鰭片管陣、10鰭片、101裸管、102鰭片、A阻力單元。具體實(shí)施方式為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明所提供余熱鍋爐鰭片管陣的阻力獲取方法一種具體實(shí)施例的流程圖；圖3為在鰭片管陣中選取阻力單元的示意圖，其中阻力單元以黑線(xiàn)邊框示意，箭頭方向表示煙氣的流動(dòng)方向?？梢越Y(jié)合圖1理解，余熱鍋爐中鰭片管陣100包括多排鰭片管10，每一排都有若干鰭片管10，整個(gè)鰭片管陣100結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以建立仿真模型，通過(guò)阻力降公式計(jì)算時(shí)，得出的結(jié)果又與實(shí)際不符。鑒于此，本方案中，阻力獲取方法如下：S1、在鰭片管陣100中，選取若干相鄰的鰭片管10，形成形狀規(guī)則的阻力單元A；如圖2所示，可以形成三角形、矩形等規(guī)則形狀。之所以形成規(guī)則形狀的阻力單元A，是使得鰭片管陣100可以包括若干組阻力單元A，這樣，單個(gè)阻力單元A的阻力獲取之后，即可通過(guò)簡(jiǎn)單的換算獲得整個(gè)鰭片管陣100對(duì)于煙氣的阻力。具體在進(jìn)行阻力單元A的建立時(shí)，可以在前后兩排鰭片管10排中進(jìn)行選取，以便形成合適的阻力單元A，簡(jiǎn)化計(jì)算難度。例如，可以對(duì)于前后相鄰的兩排鰭片管10排，一排選取一個(gè)以上(包括一個(gè))相鄰的鰭片管10、另一排選取兩個(gè)以上(包括兩個(gè))相鄰的鰭片管10，建立阻力單元A。圖3中，在前后兩排中選取三角形的阻力單元A，屬于較佳的也是最小的形狀規(guī)則的阻力單元A。S2、阻力單元A形成供煙氣流過(guò)的煙氣通道(由于需要獲取煙氣通道，所以形狀規(guī)則的阻力單元A不包括選取的鰭片管10全部沿同一直線(xiàn)分布的情形)，獲取該煙氣通道流通體積，以及與煙氣有效接觸的摩擦表面積；在計(jì)算煙氣通道的流通體積和摩擦表面積的計(jì)算中，需要計(jì)入鰭片管10鰭片10210的厚度、高度、以及數(shù)量。這里在計(jì)算與煙氣有效接觸的摩擦表面積時(shí)，由于鰭片管10上的鰭片10210是用于阻擋煙氣流動(dòng)，煙氣與鰭片10210接觸的面積需要予以扣除。S3、根據(jù)流通體積和摩擦表面積獲得容積水力直徑，并根據(jù)阻力降公式計(jì)算該阻力單元A的阻力，繼而獲得余熱鍋爐鰭片管陣100的阻力。阻力降公式①是流體領(lǐng)域的已知公式，式中，f—摩擦系數(shù)；D—鰭片管10具有鰭片102處的外徑(鰭片102和裸管101的整體外徑)；系數(shù)常數(shù)b1＝0.372、b2＝-0.123、b3＝7.00、b4＝0.50；L—煙氣通過(guò)管排的高度，m；DV—容積水力直徑，m；Gg—煙氣質(zhì)量流速，kg/m2·s；T0是大氣環(huán)境溫度，ρg—平均煙氣密度，在Tg鍋爐內(nèi)換熱管處的煙氣溫度)溫度下，kg/m3；Re—雷諾系數(shù)；μg—煙氣粘度，kg/(m·s)；Pt—管束節(jié)距，即前后兩排相鄰兩個(gè)鰭片管的間距，m；ρ—標(biāo)況下煙氣密度；NC—鰭片管排的管排數(shù)；—煙氣中二氧化碳體積含量；—煙氣中氮?dú)怏w積含量；—煙氣中氬氣體積含量；—煙氣中氧氣體積含量；—煙氣中水蒸氣體積含量。從以上描述可知，本方案一方面選取形狀規(guī)則的阻力單元A進(jìn)行容積水力直徑的計(jì)算，以簡(jiǎn)化計(jì)算方式。尤為重要的是，本方案在進(jìn)行容積水力直徑計(jì)算時(shí)，打破了常規(guī)的獲取方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，通常的容積水力直徑(當(dāng)量直徑)理論公式為流通面的截面積除以該流通面對(duì)應(yīng)的周長(zhǎng)。本方案是在該理論公式基礎(chǔ)之上，各乘以鰭片管10的長(zhǎng)度，從而轉(zhuǎn)化為流通體積乘以摩擦表面積，這樣可以在容積水力直徑的計(jì)算過(guò)程中，計(jì)入鰭片管10上鰭片102的厚度、高度以及鰭片102數(shù)量，從而使得占據(jù)鰭片管10很重要一部分的鰭片102被計(jì)入容積水力直徑的計(jì)算當(dāng)中，使其對(duì)煙氣流動(dòng)的阻力影響能夠得以反饋，保證最終獲得的鰭片管陣100的阻力計(jì)算結(jié)果更為精確，對(duì)于換熱器乃至余熱鍋爐的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，能夠提供可靠的依據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，圖4為圖3中等邊三角形的阻力單元A的模型示意圖；圖5為若干圖4中等邊三角形阻力單元A組合后的示意圖。圖3中，鰭片管陣100中，相鄰鰭片管排的鰭片管10交錯(cuò)布置，如此可以達(dá)到較好的換熱效果，針對(duì)該種布置方式，下面以三角形阻力單元A的阻力計(jì)算為例對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行具體闡釋。圖3中，對(duì)于前后相鄰的兩排鰭片管排，一排選取一個(gè)鰭片管10、另一排選取兩個(gè)相鄰的鰭片管10，建立形成圖4中等邊三角形的阻力單元A。形成的等邊三角形單元，以各鰭片管10的中心為點(diǎn)，進(jìn)行三點(diǎn)連線(xiàn)形成三角形，三角形區(qū)域內(nèi)去除鰭片管10紋路陰影區(qū)域后形成的黑色陰影區(qū)域即為煙氣通道。從圖5可以理解，雖然三個(gè)鰭片管10只選取三點(diǎn)中心連線(xiàn)形成的三角形，但鰭片管陣100整體上是由若干這樣的三角形組成。三角形區(qū)域內(nèi)，三個(gè)鰭片管10均具有60度的扇形區(qū)域(紋路陰影區(qū)域)，減除該扇形區(qū)域，即可獲得陰影區(qū)域的煙氣通道面積，再根據(jù)鰭片管10的長(zhǎng)度獲得流通體積，計(jì)算公式如下：獲取煙氣流道與煙氣接觸的摩擦表面積時(shí)，如之前所述，基于鰭片102的阻擋特性，需要扣除鰭片102與煙氣接觸的摩擦表面積，則摩擦表面積的計(jì)算如下：則可以按照下述公式獲取所述三角單元的容積水力直徑：其中，L為三角形阻力單元A的高度、Sc為三角形阻力單元A中相鄰鰭片管10的心距、d為鰭片管10的裸管101直徑；b為鰭片管10上鰭片102的高度；δ為鰭片102的厚度；n為管長(zhǎng)h時(shí)所具有的鰭片102數(shù)量。請(qǐng)繼續(xù)參考圖6，圖6為建立等腰三角形阻力單元A的模型示意圖。在進(jìn)行鰭片管10布置時(shí)，理論上，每一排相鄰鰭片管10間距(間距均指相鄰鰭片管10的心距)、相鄰排相鄰鰭片管10間距布置相等，則選取阻力單元A時(shí)會(huì)形成圖4中所示的等邊三角形阻力單元A。但實(shí)際操作中，前后排之間的鰭片管10間距未必相等，這樣建立的阻力單元A模型很有可能為等腰三角形，如圖6所示。這樣在計(jì)算過(guò)程中，等腰三角形之間的陰影區(qū)域面積難以計(jì)算。本方案中，針對(duì)此種情形，可以將等腰三角形等效為等邊三角形，然后再按照上述等邊三角形的方式進(jìn)行計(jì)算。即，可按照下述公式獲取等腰三角單元的容積水力直徑：其中，Sc1為等腰三角形阻力單元A形成底邊的相鄰鰭片管10的心距；L1為等腰三角形阻力單元A的高度；Sc為與等腰三角形等效的等邊三角形的邊長(zhǎng)；d為鰭片管10的裸管102直徑；b為鰭片管10上鰭片102的高度；δ為鰭片102的厚度；n為管長(zhǎng)h時(shí)所具有的鰭片102數(shù)量。以上給出了三角形阻力單元A的計(jì)算方式，當(dāng)阻力單元A為其他規(guī)則形狀時(shí)，計(jì)算的原理相似，均可以獲得對(duì)應(yīng)的煙氣通道的流通體積和摩擦表面積，繼而獲得容積水力直徑，并最終計(jì)算獲得所需的鰭片管陣100的阻力。針對(duì)上述實(shí)施例，還可以作出進(jìn)一步改進(jìn)。在根據(jù)阻力降公式計(jì)算時(shí)，阻力降公式中的所述粘度系數(shù)通過(guò)下述公式計(jì)算獲得：其中，μg—煙氣粘度；Tg—溫度；—煙氣中二氧化碳體積含量；—煙氣中氮?dú)怏w積含量；—煙氣中氬氣體積含量；—煙氣中氧氣體積含量；—煙氣中水蒸氣體積含量；gi—各個(gè)煙氣質(zhì)量成份含量；Mi—煙氣個(gè)成份的分子量；M—煙氣平均分子量?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于煙氣粘度，往往是提供一常數(shù)，即經(jīng)驗(yàn)值，然而，余熱鍋爐中煙氣的成分較為復(fù)雜，常數(shù)值不能全面、精確地反應(yīng)煙氣的實(shí)際粘度，而且鍋爐內(nèi)溫度溫差變化大(比如可能從570度左右降到100度左右)，粘度系數(shù)變化也大，這樣在計(jì)算阻力時(shí)，按照常數(shù)值可能會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。本方案中，將煙氣中多種成分氣體的體積含量以及溫度參與在計(jì)算過(guò)程中，獲得更為精確的煙氣粘度，從而使得最終獲得的鰭片管陣100的阻力計(jì)算更為精確，更接近實(shí)際情況。以下是根據(jù)本方案進(jìn)行實(shí)際鰭片管陣100阻力的實(shí)例計(jì)算。已知9F燃?xì)廨啓C(jī)組排氣參數(shù)，大氣壓101.7kPa，環(huán)境溫度在15.7℃，相對(duì)濕度82％，煙氣流量為2583.6t/h，煙氣溫度為576.1℃，鰭片管10的裸管直徑為38.1mm，鰭片102高度16mm，厚度1mm，每米換熱管數(shù)為12個(gè)，臥式余熱鍋爐高20.83m，寬11.41m，煙氣成份見(jiàn)表1所示。表1煙氣成份體積百分比成份CO2N2O2H2OSO2Ar體積比(％)3.7674.1812.558.6500.87選取的等腰三角形阻力單元A參數(shù)為：Sc＝0.16，L＝0.0905，D＝0.0541，________1)計(jì)算煙氣密度2)計(jì)算雷諾數(shù)①將等腰三角形轉(zhuǎn)化為等邊三角形：②每米長(zhǎng)的凈自由體積為：③摩擦表面積為：④容積水力直徑為：⑤煙氣的粘度計(jì)算：⑥計(jì)算雷諾系數(shù)：Gg＝33.22kg/m2·s；3)計(jì)算阻力①計(jì)算摩擦系數(shù)常數(shù)b1＝0.372、b2＝-0.123、b3＝7.00、b4＝0.50。②計(jì)算阻力目前，為了計(jì)算鰭片管陣100的阻力，常用的經(jīng)驗(yàn)公式為：式中，D—管束外徑；η-煙氣流動(dòng)粘度，屬于經(jīng)驗(yàn)定值；仍以三角形的阻力單元為例，L1-橫向節(jié)距(三角形底邊長(zhǎng))，L2-三角形的斜邊長(zhǎng)；N-鰭片管排的管排數(shù)；Gmax-最窄截面處質(zhì)量流量；ρ-煙氣密度；仍進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，與以上實(shí)例計(jì)算采取相同數(shù)值的參數(shù)：煙氣流量為2583.6t/h，煙氣溫度為576.1℃，裸管直徑為38.1mm，鰭片高度16mm，厚度1mm，每米換熱管數(shù)為12個(gè)。L2＝186mm，L1＝161mm，Gmax＝8.6kg/m2·s；密度ρ＝0.4072kg/m3；粘度系數(shù)η＝3.706×10-5kg/(m·s)。按照上述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到阻力為96.72Pa。而按照本發(fā)明的計(jì)算公式，計(jì)算得到阻力為83.87，可見(jiàn)，目前采用的計(jì)算方式獲得阻力值偏高，比本發(fā)明獲得阻力值高出15.3％。這也與現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算的阻力值往往偏高對(duì)應(yīng)，本方案使得計(jì)算的阻力值更接近于實(shí)際阻力，結(jié)果更為精確，能夠?yàn)楦倪M(jìn)設(shè)計(jì)提供精確的理論依據(jù)。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3