W 型锅炉二次供风系统档板开度的计算
学院，上海200093)
摘 要：W 型火焰锅炉在发电厂有着广泛应用。但是，目前此种锅炉二次风供风系统的调节是凭经
验进行的，为了使它的调节更迅速、更有效，运用了流体力学管路理论，对此种锅炉二次风供风系统
建立数学模型，进行计算分析，得到在任一给定工况下各档板开度的计算方法和计算公式，并进行
了实例计算，计算结果与现场运行情况基本一致。表明：这种计算方法在实际工程应用中是可行的。
今后当工况发生改变时，就可以方便地运用本计算方法，指导各档板的调节。图5表4参4
关键词：动力机械工程；W 型火焰锅炉；二次风供风系统；流量控制；挡板开度
中图分类号：TK223．21 文献标识码：A
Calculation of Baffle in the Secondary W ind System for
W Burning Boiler
CH EN Bao—ruing，L1 Li—ren，CHEN Zhi—hai，LlU Juan—juan
(College of Power Engineering，Shanghai University of Science and Technology，Shanghai 200093，China)
Abstract：W burning boiler is widely used in power plants．But nowadays the adjustment of the secondary
wind system in the kind of W burning boiler is made by experience．In order to make the adjustment of it
more rapidly and more efficiently，the pipeline theory of fluid mechanics is used．A mathematic model is
made for the secondary wind system in the kind of boiler，and calculation and analysis is done．The method
and formulation of calculation of baffle’s opening degree in any given working conditions is obtained．and
calculation is made on a specific example．These results are consistent primarily with running conditions on
the site．So the method of calculation is practicable in the practical engineering application and convenient
to use the calculation method to guide the adjustment of baffles when the working conditions is changed．
Figs5，tables 4 and refs 4．
Key words：power and mechanical engineering；W burning boiler；secondary wind system of control；flux
control；baffle’S opening degree
1 概况
W 型火焰锅炉分为上下两个炉膛，如图1所
示。下炉膛为燃烧室，前后墙向外扩展形成炉拱，拱
顶布置燃烧器。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，着火后火焰向下发展，在离开燃烧器喷口一定
距离处和分级送人的二次风混合后转弯向上流动，
火焰在整个燃烧室内呈W 形状。
DG一1025／18．2一Ⅱ型W 火焰锅炉有一个环形
二次风箱。所有24支燃烧器和二次风挡板均布置在
风箱内，如图2所示。在风箱四角各有一个压力计以
测量二次风的压力，正常运行中其表压力P 通常处
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)。进入炉膛的二次风风量由不同的挡
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1 W 型火焰锅炉示意图
Fig 1 W burning boiler
图2 二次风主风道
Fig 2 M ain airway of the secondary wind
对w 型火焰锅炉来说，调整二次风供风系统各
挡板的进风量，就可以改善燃烧的配风结构，提高锅
炉运行效率。因此，当锅炉运行时，及时调节各挡板
的开度是重要的。在这方面，山西阳泉第二发电厂根
据经验做了一些试验，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
型火焰锅炉二次风供风系统运用流体力学管路计算
理论[z,31进行计算，得出在任一工况(如流量、压力)
下各挡板的开度，使锅炉在高效率下运行，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 火焰锅炉为算例。
2 原理
为了提高锅炉的效率，就要使煤粉和空气充分
接触，为此应尽量使通过各组中每一块挡板的流量
相等，即通过24块A挡板的流量一样，通过24块B
挡板的流量相等，以此类推。由于风道中存在阻力，
及A、B、C、D、E、F各挡板的几何尺寸不同，如图3
(b)所示。为了保证流量相等，各挡板的开度就必须
不一样。考虑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，这样就可以把对144
块挡板开度的计算简化为对其中任一角处的6×6
块挡板开度的计算。但在实际操作中C挡板通常是
关闭的，因此这里也不再考虑C挡板，可进一步简
化对6×5块挡板开度的计算。
(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
Fig 3 Baffle
现以二次风主风道(图2)的左上角为计算对
象，在二次风主风道内，热空气从左向右流动，依次
进入6个旁路风道(用I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅵ表示)，并
通过风道中各自的A、B、D、E、F挡板进入炉膛内。
其流动图可简化为如图4所示。
图4 二次风流动图
Fig 4 Flow of secondary wind
为了加强主风道结构的刚度，在主风道内布置
了支架。因此，在主风道的12、23、34、45、56段中都
存在沿程和局部阻力。它们的阻抗分别用R 、R。、
R 、R 、R 表示。6个旁路风道的阻力主要由各挡板
产生，它们的阻抗分别用R，，、R， R。、尺 、R 、R 表
示，计算示意图如图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 型锅炉二次供风系统档板开度的计算
L—— 管道长度
D —— 非圆管道的当量直径
— — 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)The resistance ofmain airway and side airway (b)Every resistance s蚰 cn e
图5 主路及旁路中的阻抗计算示意图
Fig 5 The resistance calculating of main airway and side airway
由于此种锅炉中主风道的横截面是矩形，尺寸
较大其当量直径D 也就较大；且各风道间的距离L
不大。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 量级。因此，f 相对于
局部阻力系数Σ 是很小的，可以忽略。所以可得：
Σ 一 2RAz (1)
于是只要求出各尺值，即可得到各挡板上
的Σ ，从而根据挡板开度与 的关系式可得到对
应的挡板开度。
3 计算公式推导
3．1 各阻抗的计算
根据图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R1 0q
R1(5q) + R2(4g) + R3(3g) + R4(2g) +
(尺5+ 尺6)g 一R¨q
整理后得到：
R7一R5+ R6 (2)
R8— 4R4+ R 7 (3)
R9— 9R3+ R8 (4)
R10— 16R2+ R 9 (5)
R¨ 一25Rl+ Rl0 (6)
另有：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
要补充附加方程。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；而且此时压力已经降得相当低了，要维持
与前面旁路相等的流量，挡板的开度就要开得相当
大，最理想的状态是将此挡板调节到全开，根据下表
]
1全开时的阻力系数为0．3。所以第Yl管路上：厶
一2，于是可得：
(8)
由于／ 相对于局部阻力系数Σ 是很小的，
可以忽略。
由于主路各段上的局部阻力系数相等，根据方
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 √R F
其中：i代表各旁路的标号。于是可算出各旁路
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 各挡板开度的计算
由于此种结构的挡板的局部阻力系数值无法从
相关手册中查到。但考虑到此类挡板的开关特性与
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
行计算。如表1所示：
表1 阻力系数与蝶阀开度的关系
Table 1 Relation of butterfly--valve resistance CO--
efficient and its opening degree
根据表1用Exce1分段回归此局部阻力系数
随开度k的变化关系式如下：
当O≤志 60 时：
一一10420k + 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)
这样根据2．1中得到的各旁路的局部阻力系数
值，就可以从公式(12)、公式(13)中计算出各挡板
的开度k，从而将挡板调节到此开度即可。
4 算例
下面就山西阳泉第二发电厂的实际情况进行计
算。其数据如下：进口处初始压力：P 一lO00Pa；炉
膛内压力：P。一一50Pa；二次风总流量：Q一74×10
(m。／h)，显然各旁路的流量：g—Q／(24×3600)一8．
5648(m。／s)；300℃时空气的密度：ID一0．615kg／m。；
根据锅炉燃烧的要求，通过A、B、D、E、F各挡板的
流量占总流量的百分比分别为：1O 、15 、15 、
2O 、4O 。于是根据方程(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
流量占总流量的比例，即可求出各组挡板阻抗间的
关系如下：
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
每一旁路上各挡板的阻抗，结果如表2所示。
由上表2及公式(1)即可求出各挡板阻力系数，
结果如表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
通过上面回归出的方程(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
Table 2 Baffles’resistance value in every side air—
way
表3 各旁路中各挡板的局部阻力系数值
Table 3 Local resistance coefficient value of every
baffle in every side airway
表4 各旁路中各挡板的开度值
Table 4 Opening degree of every baffle in every
side airway
5 结果分析
将此实例的计算结果与现场运行的开度对比后
发现他们基本上一致，说明此理论计算方法是可行
的。今后在工况改变时，就可以方便地运用本计算方
法，迅速得出对应的开度值，指导各档板的调节，而
不再需要凭经验花费较长时间去摸索。
根据要求流过B、D挡板的流量一样，而B挡板
的面积稍大于D挡板，易分析出B挡板开度应小于
D挡板，又D、E挡板的面积相同，要求流过E挡板
的流量大于D挡板的流量，易分析出E挡板的开度
应大于D挡板。实例计算结果也是如此。
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：锅炉炉内承压部件的蠕变分析及寿命计算
(2)水冷壁剩余寿命计算方法
对于水冷壁管，主要的失效方式有向火面腐蚀、
磨损及工质侧腐蚀。一般来讲，金属壁温都不超过材
料蠕变温度，所以应用常温强度校核理论就可以进
行剩余寿命计算。但有时其壁温也有可能超过其蠕
变温度，再加上向火侧高温腐蚀作用，这时需要应用
蠕变断裂计算公式并建立寿命评估方程进行计算。
如果水冷壁管壁金属温度未超过材料的蠕变温
度，则可按常温强度校核理论进行，具体计算方法同
省煤器管的一样，应用(18)式计算。如果管壁温度超
过材料的蠕变温度，则需要考虑材料蠕变对寿命的
影响，按蠕变寿命计算方法进行。
6 小结
本文以高温过热器为例，对锅炉炉内承压部件
的寿命损耗规律进行了分析，并提出了过热器蠕变
寿命计算的简化公式，该公式可应用于在线监测系
统。同时，对其他炉内承压部件的寿命损耗规律也进
行了初步探讨。
经过数十年的研究，各种寿命损耗的计算方法
得到了很多改进和应用，但诸多经验公式和安全系
数的使用以及制造上的安全裕量的留取，使得锅炉
寿命计算的准确性不容易保证。特别是在线的寿命
损耗分析，数据主要来源于各种测量元件，来自于部
件的各种状态分析数据很少，更容易导致寿命计算
的不准确。而某些离线寿命分析方法，如管子内壁氧
化层厚法，虽然操作复杂、费用高，却能达到较高准
确性和可靠性。有鉴于此，今后工作的一个重要思
路，就是将在线寿命计算与某些寿命分析方法相结
合，利用这些寿命分析方法的准确性来改进在线寿
命计算模型；同时，运用在线寿命计算数据来合理安
排较为复杂的寿命分析工作，最终实现锅炉运行的
科学操作、检修的科学安排、寿命的科学管理。
参考文献：
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湖北电力，1999，23(1)．
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研究[J]．动力工程，2002，22(3)．
[4]魏铁铮，谢英柏．锅炉高温受热部件寿命的计算方法[J]．动力
工程，2000，20(1)．
[5]陈乃武、韩传高．400t／h炉高温过热器管寿命诊断研究[J]．华
东电力，2000，(10)．
(上接第630页)
可见：二次风主风道内的各种框架结构造成的阻力
是很大的，必须考虑，否则将造成计算中极大的偏
差。
6 结论
(1)本文采用阻抗法计算各挡板的开度是可行
的，此方法可快速得出不同工况下各挡板的开度，对
实际的W 型火焰锅炉二次供风系统的调节具有指
导作用。
(2)二次风主风道内各种框架机构造成的局部
阻力比沿程阻力大得多，必须考虑。
(3)求出了在一特定工况下(二次风总流量7．4
×10 m。／h，初始压力1O00Pa)各挡板的开度，且此
开度符合实际情况。
(4)借用蝶阀的阻力系数代替本挡板的情况从
计算结果来看是可取的，在工程上不会产生很大误
差。
参考文献：
[1]王佩璋．阳泉第二发电厂1、2号w 型火焰炉工程总结[R]．山
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Dakot State University，1980(1O)：255～ 275．
[4]动力工程师手册[s]．北京：机械工业出版社，1999：2～52．