锅炉受热面CAD优化方法的研究(下)

HEATS

　　3.3技术关键

; Q3 C$ R5 _' o7 G( ^) f , T9 T! V9 B0 E# p: J4 ^2 h

　　(1)完成受热面的计算机辅助优化设计，实现快速准确地直接考察设计变量的变化对目标函数的影响，在系统设计过程中将不可计算的项目转化成可计算性项目。

　　(2)在参数设计这个环节中，将受热面的重要指标受热面作为考核目标，用正交试验设计调优的方法，直接搜索最优解，实现优化设计。

! y, i, E2 h. i/ W7 D+ d 8 L2 M% N( I$ u! d; L

　　220t/H煤粉炉空预器的优化设计

, N; `3 Y. @" ] 6 v5 W' p( L4 Q( f

　　在锅炉的对流受热面中，尾部受热面尤其是空气预热器传热量较少，但是传热面积却比过热器的传热面积大得多，因此尾部受热面的设计和布置问题是一个关系到锅炉造价的重要经济问题。以某220t/H煤粉炉为例，过热器系统包括顶棚过热器、屏式过热器、高温对流过热器、低温对流过热器以及包墙管等，过热器的总面积为1700m2，该锅炉的尾部受热面采用双级布置，两级空气预热器的总传热面积高达14000m2，是过热器总传热面积的8倍。其原因是空气预热器烟气侧和空气侧的对流换热系数都比较低，因此传热系数相当低;再者，空气预热器又处于烟气流程中温度最低的部位，传热温压也比其它受热面小得多。因此，尾部受热面尤其是空气预热器的设计和布置问题是影响锅炉造价的主要问题。

　　本文作者采用上述增广目标函数方法对该220t/H锅炉的空气预热器进行过具体设计计算。以传热面积最小作为优化设计的目标函数。高温级空气预热器的部分计算结果示于表1中。

; P @, t! I5 p' L# A; k 1 u9 F; e$ c1 U3 [1 L3 [

　　表1220t/H煤粉炉高温空气预热器优化结果

' }: G" I$ t; N! B& F

　　dw(m) S1(m) S2(m) Z1 Z2 H(m2)原设计 0.040 0.062 0.040 32 44 4800.30

% L2 r% i$ i+ n6 d9 j' R ! V+ u! Q* Q2 v" j! d, `) e

　　优 0.037 0.058 0.037 34 47 4507.54

　　化 0.039 0.061 0.039 32 43 4601.30

) v! J% B; j4 ~$ Z* U- t; [ V% j 2 [/ e8 \: _3 B. q

　　设 0.040 0.060 0.040 32 43 4675.78

) [ e0 x: W) G$ m* W7 y

　　计 0.041 0.062 0.041 31 43 4777.18

% e8 ]- K3 I) v" X+ Q1 `+ T

　　笔者对该220t/H锅炉的低温级空气预热器也进行了优化设计计算。原设计方案的传热面积是9408m2，优化设计后传热面积仅为7489.01m2，可节省传热面积20.4%。

　　5结论及展望

2 D' g* `! _( G* q f @+ {! W 0 S. K% R1 r: Q0 ^* P

　　5.1结论

　　(1)锅炉的计算机辅助优化设计对于设计制造部门具有非常重要的现实意义，为设计参数的优化组合提供了科学的、简便可靠的计算依据，克服了传统的单纯凭经验或有限的试验结果来确定设计参数的盲目性。

　　(2)计算机辅助设计方法在锅炉正交优化设计过程中是十分有效的，它不仅完成了系统的设计任务，成为优化的关键，同时在最佳参数组合确定后，能迅速完成其它参数的设计工作。

7 R& S1 h& A$ p1 ^$ I9 @* E* Y j. g( j6 r" v

　　(3)锅炉受热面的优化设计模型是一个约束非线性的混合离散变量优化模型，用改进正交试验方法进行迭代求解计算是非常有效的，它能够直接快速地找到最优解，获得目标函数最佳时的优化设计参数。

. D2 M( Q# r: h$ C' E; r

　　(4)在锅炉的设计计算过程中，可以将曲线、表格进行拟合，在优化迭代的过程中，通过引入拟合公式迅速完成迭代进程。

　　5.2展望

% b! J# i2 N2 S ^% Z

　　(1)锅炉受热面优化设计问题是一个影响经济性和安全性的重要问题。在确保安全的前提下，采用最优化方法进行设计可以获得减少传热面积、节省金属耗量、降低受热面造价的显著经济效果。

`" V! G6 P- O L6 V) L& C' V9 H

　　(2)省煤器和空气预热器设计时，除了应对结构参数进行优化选择外，还应该用最优化方法来确定是用单级布置还是双级布置，以及如何进行最优双级布置等问题。

+ a; Z+ r/ K% N$ U1 v, t- s

　　(3)尾部受热面双级布置时，合理分配高低温级省煤器及高低温空气预热器的吸热量，对降低整个尾部受热面的造价、提高经济性是很有利的。

' m5 z# K( \% g 5 |6 W1 o+ W/ j

　　(4)锅炉是一个有机的热工机械系统，建立一个锅炉的整体优化模型，并进行整体优化设计，是我们今后面临的一个主要课题。