增压锅炉热力计算方法及其过热器数值模拟研究

摘要

蒸汽动力装置是我国船舶主要动力装置之一，增压锅炉作为船用蒸汽动力装置的核心，具有重量轻、尺寸小、机动性强、经济性好等优点，因此对船用增压锅炉的研究具有重要意义。
　　 本文以1.5t/h小型增压试验锅炉为研究对象，介绍了蒸汽动力试验系统及锅炉结构。应用73标准对小型增压试验锅炉进行了满负荷设计计算及改变燃油后的满负荷、75％负荷校核计算。在50％、75％及100％负荷时对增压锅炉的换热性能进行了试验，测得了试验数据；对数据分析认为75％负荷时的数据较好的反映了锅炉的热态特性，并以此数据与校核计算结果进行对比，对73标准中的计算方法、热力性能参数的选择等关键问题进行了研究。研究认为，73标准方法中选取燃烧系数M=0.48并不适合本小型增压试验锅炉的热力计算，并重新选取了M的计算方法，计算M=0.58；重新确定本小型增压锅炉蒸发管束热有效系数ψ=0.65，过热器热有效系数ψ=0.635，经济器热有效系数ψ=0.64；重新修正后的热力计算得到了较合理的计算结果。应用“KB76”方法对锅炉炉膛进行了热力计算，计算出的炉膛出口温度过高，认为该方法不适合本锅炉的热力计算。
　　 采用FLUENT软件建立了增压锅炉过热器整体1:1三维计算模型，根据N-S方程组和Realizablek-ε湍流模型描述过热器烟气侧和蒸汽侧的流动过程，并对过热器的换热过程进行了三维数值模拟计算，得到了过热器各流程的蒸汽流量、温度、管壁热负荷、传热系数、管壁温度等参数的分布规律。通过对试验数据、改进后的73标准方法及数值模拟计算结果的对比发现，数值模拟所计算出的过热器出口蒸汽平均温度与试验测得温度有6℃的偏差，相对偏差值较小；烟气出口温度、外管壁平均对流换热系数及平均烟气速度与热力计算结果基本吻合。应用数值模拟计算方法对锅炉进行热力计算是可行的，且能详细、真实的反映出各流场的分布情况。