用Excel实现锅炉热力计算.doc

用Excel实现锅炉热力计算第33卷第8期2002年8月锅炉技术BOILERTECHNOLOGYVOl33.NO8Aug.,2002文章编号:CN311508(2002)08001805用Excel实现锅炉热力计算裘浔隽,周克毅,林中达(东南大学热能工程系,江苏南京210096)关键词:锅炉;热力计算;校核计算;Excel摘要:利用Excel进行锅炉热力计算具有和其它高级语言编制程序不同的优点,介绍了用Excel进行热力计算的优点和方法.中图分类号:TK222文献标识码:B0前言锅炉的热力和校核计算是锅炉设计和改造的依据,用各种语言编制的锅炉热力计算程序很多,Excel进行锅炉计算是一种新的尝试.Excel电子表格常被认为只适于经济管理类使用,其实它内置的强大功能使Excel可以适用于各种静态工程计算,既可以实现一般的数值计算,又可以利用VBA或宏语言进行函数编制,实现复杂的函数计算.1锅炉各种计算方法的比较锅炉热力计算可以大致分为手算和计算机电算两种.手算法一般采用列表法计算,计算步骤,使用的公式和计算结果都清楚的列出,但由于计算公式复杂,使用的参数多,计算时容易出错,需要多次迭代计算;并且反复查各种图表,花费时间多,容易引入误差;计算速度慢,计算精度低,在小型锅炉设计和改造时还常常使用.计算机电算通常采用各种高级语言编程,输入参数后就可以很快完成计算,自动化程度高,不需要人手工查图表,误差小,速度快.但往往由于计算机输入,输出界面简单,输出参数较固定,各相关参数间的关系难以表现,难以满足锅炉改造计算的需求,更不能满足分析使用.虽然程序自动化程度高,但往往只针对某一种锅炉结构,使用面窄,应用不普及,计算前需要对程序做一定的修改,一般从事锅炉计算的专业人员才能熟练使用,对于电厂一般工作人员及课程设计的学生,无法短期内实现修改使用.而且,程序的修改,维护和进一步开发困难,需要程序员同时熟悉锅炉计算的过程和具有较高的编程技术.使用Excel进行锅炉计算,算法界于手算和电算之间,同时具有手算的结构清晰,易于修改和电算的方便快捷的特点.它可以使计算机承担烦琐复杂的计算,又可以手工选择迭代参数,既可以充分发挥经验的作用,又可以避免手工计算时烦琐的反复迭代计算和查表过程,而且程序简单易操作.2锅炉热力计算和Excel的特点实际计算中,锅炉热力计算的特点是结构收稿El期:200lO42l作者简介:裘浔隽(1977一),女,1998年东南大学本科毕业,现在东南大学攻读热能工程专业博士研究生,主要研究方向为热力系统的建模,仿真和控制.第8期裘浔隽,等:用Excel实现锅炉热力计算?分块多,相互联系的待修正的参数很多,同一类结构部件计算步骤固定,而各结构部件间数据联系少,不同结构部件的算法不同,条件选择少,但经验参数,图表多,每个结构部件中都需要反复迭代.一个好的锅炉计算程序应同时满足使用人员简单易用和维护人员的易懂易修改的条件,并且具有较好的适应性.随着计算机的普及和Office软件的广泛使用,大多数人都很容易掌握Excel的操作.用Excel进行热力计算,可以充分发挥Excel的简单,灵活的制表功能;清楚,明了的操作过程及科学和工程计算功能的优点.对于使用人员而言,不要求掌握编程知识,只需了解计算机Windows操作系统和Office软件的基本操作;对于编程和维护人员而言,程序可见性好,编制,维护和改进都很容易实现.编程人员只需了解Excel操作的实现和一些Basic的基本知识,能建立专用函数库,就可以完成锅炉热力计算程序的编制,寻找程序中的错误也很容易,某结构内的计算改动对其余模块及整体计算没有影响;维护人员只需基本的Excel常识就足够了.3用Excel实现锅炉热力计算程序的结构随着锅炉机组使用年限的增加,旧机组一般面临着部分结构部件的改造和更新,运行过程中煤种的改变,运行工况变化等原因,机组也需重新进行热力计算.用Excel进行锅炉热力计算的方式很多,这里结合本人利用Excel计算过程对坨城电厂220t/h锅炉改造中热力校核计算的经验进行讨论.3.1总体结构一个Excel程序称为一个工作簿,一个工作簿可以包括多个Excel计算表.在220t/h无再热锅炉校核计算中,和手工计算时的任务计算书相同,共有热平衡,炉膛,屏式过热器,凝渣管,高温过热器,低温过热器,省煤器和空气预热器8张计算表.每个计算表独立计算1个部件,各个计算表相互有数据关联.例如,屏式过热器的出1=1烟温是凝渣管的进1=1烟温,屏式过热器的出1=1蒸汽温度喷水减温后是高温过热器的进1=1蒸汽温度,但计算步骤相互独立,一个部件计算方法的修改不影响其它部件的计算.锅炉计算中预先设定的参数很多,可以分为结构参数(如:管径,管长,烟气通道面积等),设计参数(如:蒸发量,给水温度,过热蒸汽温度等)和一些经验数据(如:计算炉膛出口温度时的水冷壁污染系数).为了简化程序使用人员的工作,避免结构数据和设计参数的漏输,可以建立一张表(命名为参数设置表),将这些参数依次列在表中,计算过程中使用到这些参数时引用数设置表中参数.这样可以减少输入参数的时间,提高输入的准确程度,而且容易修改参数的值(如表1).表1参数设置表(部分表格)序号项目名称参数数据单位l锅炉蒸发量Dl220t/h2给水温度t2203给水压力户口l1.7MPa4过热蒸汽温度tl5405过热蒸汽压力pl9.8MPa6周围环境温度tn【207锅炉排污0t/h8燃料成分9Cy4O.13l0Sy0.4llNy0.7Excel没有实现真正的迭代计算,它只是完成每张计算表内的逐行计算,每张表的计算中都有先假设后校核的参数,计算的精度仍由人控制.如在屏的计算中,蒸汽的人口温度和出口温度都是先假设的,进口蒸汽温度由计算低温过热器出口蒸汽温度经喷水减温后再校正;出口蒸汽温度是根据屏吸热量和放热量相等锅炉技术第33卷(或满足计算精度)的原则来手动校正的.在校正各参数时,为满足锅炉参数的整体平衡,需要查阅各部件的许多参数,故在参数设置表下方可新建一张表格(如表2),存放需要校正的参数(有底色)及校正时的参考参数(无底色),如受热面的吸热量,放热量及误差.计算时需用到假设值时,引用此处的数据,并且将计算得出的校正参考参数也返回到此表格中.这样只需在一张表格内根据校正参数就可以不断手工调整假设参数,实现人工调整迭代计算.表2迭代参数设置表(部分表格)假设值汇总炉膛出口烟温一级减温水量一奶浪7I(量假设值l075230l590计算量对流吸热量l076.736078误差I待校参数屏区附加受热面对流吸热j.I烟气出屏温度屏区炉顶蒸汽焓增量屏对流传热量对流传热I卜,146l0.58l0.883986138.6367541(假设值)l0.26921395796.07893l95.0433l0822.1979624ll1.82579l897凝渣管区的数据1I凝渣管对流吸热量出口处烟气温度顶棚管对流传热量诶差l46.1090654礴42l36.135055l41.7257950l6.8264144120.652869022出冷段蒸汽温度热段对流吸热量冷段对流传热量转向室及过热器619.6046232739.2l08l47i尊$骥再计算完成后,需要输出许多数据,为了便于列出输出数据,建立一张计算汇总表(如表3),将常用的计算结果列在其中,如各受热面的进出口烟气和工质温度等.计算汇总表的内容可以根据需要不断调整,可以将一些特殊的参数,如220t/h无再热锅炉校核计算中需输出修改了的省煤器受热面的面积,也可以列在计算汇总表中.表3锅炉计算汇总表(部分表格)炉膛屏吊管级过热器III级过热器受热面面积726.25307.1227.5768832434l出口过量空气系数L21.2L21.2251.225进口烟温1846.5141076.736976956956出口烟温1076.736976956797.O8828797.o98828介质进口温度385.9462317.6287500447介质出口温度447317.6287540500烟气平均流速5.1348676.4719271O.216814910.2168149介质平均流速16.5916115.825895415.8258954温差606.3015648.3713349.919293393.588025传热系数47.683.69217O.669033360.6690333对流传热量7740.415796.0789643.8988625.743331740.763521区域总对流传热量934.7157188.1O91第8期裘浔隽,等:用Excel卖现锅炉热力计算2建立参数设置表和计算汇总表后,计算过程和各计算表格无关.为了防止操作人员对计算表的误改动,可以为各计算表设立修改权限密码,使计算表是可读的,但无法修改计算步骤,甚至可以将计算表格隐藏起来.为了实现对锅炉不同型号部件的计算,可以建立一个模板工作簿,里面存放各种不同锅炉部件的算法.当对特定锅炉进行计算时,新建一个工作簿,将所需的计算表拷入其中,再进行数据连接.3.2计算表的实现手工计算每个锅炉部件时,一般采用列表计算,分别列出名称,符号,单位,计算公式或数据来源和数值5列,每行对一个参数进行计算.Excel计算表和手算的列表采用相同的格式,使从事手工计算的人对其形式十分熟悉,添加这些列也使程序容易理解和修改.符号栏使公式中的符号和数值名称相对应.表4高温过热器热力计算表(部分).公式编辑器.乘积rr.6.161548飞灰减弱系数559oo/aN?幽1392.13638乘积rhr+七hh5.1O552辐射减弱系数?11.26707乘积kpsO.81496烟气黑度口KPS)O.65978烟气侧辐射放热系数口fJ/mLh.鼬l/重油,气体燃料38.25794修正系数A选择见批注A=o,3烟气侧辐射放热系数口fJ/m2.h.1+1ooo)._(Lk烟煤,无烟煤A=0.465.03912烟气侧放热系数口lJ/mLh.(a6七d.x=褐煤,页岩1O6.7579传热系数J/mLh.口1a2/(al4-d:A=o.560,669O3冷段吸热kJ/kg(D-Djw2)偈rf0807.8008Excel带计算功能,可以通过公式编辑器进行各种简单的四则计算(见表3).鼠标点中“乘积”行的F项,公式编辑器中显示出此格的计算过程”F66*F15”,即F列66行与F列15行的乘积.一些较长的公式在公式栏表示冗长,可以在批注中表示,当鼠标移向含批注的格子时,批注的内容会显示出来,如表3中”修正系数”行的选择.由于需反复计算,而不是一次通过的,参加计算的是数值所处的位置值(如F66,F15等),而不是数据的具体数值.对于复杂的计算和线算图,可以由公式编辑器调用内置的库函数,也可利用Excel的VB编辑器易添加程序中所需的专业函数,例如,烟气焓的计算,蒸汽的热力性质参数,换热系数等.函数中如将调用数值输入其位置,可以用鼠标点击数值所处的位置,或输入数据的位置,数据可以合表引用.当某个数据改变时,所有计算表将由Excel的数据刷新功能自动重新计算.当建立模板计算表时,为了方便的实现数据链接,可以将所有的链接数据,例如,各受热面的烟气和蒸汽(水)的进出口温度和结构参数,集中放在表的顶部,计算时从表的顶部读取数据,不允许隔表引用数据.利用Excel的其它功能可以增加界面的可见性,比如,添加结构图,从结构图上标明尺寸;将一些需手工调整的参数上添加底色等.4结论用Excel实现锅炉的热力和校核计算,可以大大减少人工计算的工作量,提高计算速度.22锅炉技术第33卷对于需要经常进行这种重复性计算的情况而言,可以减少人员,提高工作效率.用Excel进行锅炉计算的最大的优点是界面熟悉,操作简单,对使用人员和维护人员的计算机水平要求低,容易适应锅炉的各种结构,适用于科研机构,工厂和高校.它可以为工厂提供锅炉技术改造的依据,帮助技术人员对运行参数进行分析和指导学校中锅炉课程设计.在坨城电厂220t/h再热机组的改造热力校核计算中,使用Excel编制程序进行校核计算,效果较好.参考文献:1赵翔,任有中.锅炉课程设计M北京:水利电力出版社.1991.2王世忠.Exce1997中文版入门与提高M北京:人民邮电出版社BoilerThermalCalculationbyExcelQIUXunJun,ZHOUKeyi,LINGZhongdaKeywords:boiler;thermalcalculation;checkingcalculation;ExcelAbstract:AccordingtotheadvantageofboilerthermalcalculationusingExcelwhichisdifferentformotheradvancedlanguages,thispaperintroducesthemethodandmeritusingExcelinthermalcalculation.Thesampleisthermalcheckingcalculationof220t/hboilerrebuildinginChaChenpowerstation(上接第17页)Q活荷载组合系数,取=0.4;E地震作用标准值;w风荷载标准值;w在有地震作用时,风荷载的组合系数,一般取=0,对于高度大于80m的塔式构架和高,宽比大于等于5的构架,取w=0.2.在一般情况下,风荷载效应不必和地震作用效应组合.即在考虑风