管式空气预热器能效的定量评价方法与流程

本发明属于间壁式换热器及能效评价领域，特别是一种管式空气预热器能效的定量评价方法。
背景技术：
：能源清洁转化和高效利用是经济社会发展的必然要求。换热器作为能源利用系统中的重要组成部分，通常占用系统总成本的30％-40％。另一方面，能源利用系统总效率与换热器的能量效率息息相关。因此，对换热器进行能效评价，划分能效等级并针对性设计优化在能源利用的健康发展和节能减排等方面具有重要意义。换热器的种类繁多，根据换热方式可分为间壁式，混合式及蓄热式三种。间壁式换热器中冷热流体由壁面分隔进行换热，是应用最广泛的换热器类型。管式空气预热器是一种利用烟气余热的典型间壁式换热器。在锅炉中，空气被管式空气预热器另一侧的烟气加热后进入炉膛，可使炉膛温度相应提高，改善或强化炉内燃烧，在满足相同蒸发吸热量的条件下，有效减少水冷壁受热面，热空气还可作为制粉系统中的干燥剂。另外，管式空气预热器可降低排烟温度，减少排烟热损失，特别是对于现代大型锅炉，给水温度较高，仅采用省煤器后烟气的排烟温度仍然很高。综上所述，管式空气预热器对于提高系统能量利用率、优化运行水平具有重要意义。能效指标(energyefficiencyindex，eei)反映了耗能设备的能源利用效率。不同换热器的能效指标可归纳为基于热力学第一和第二定律进行评价两方面。热力学第一定律根据能量守恒，通常利用换热器的换热量和泵功消耗进行评价，如换热器的效能ε(ε＝|tout-tin|max/(th，in-tc，in)，分母为换热器中可能发生的最大温差，分子为冷流体或热流体在换热器中实际温差中的大者)，q/n方法(q为换热量，n为消耗泵功率)等。热力学第二定律则是通过分析换热器中熵、的转化、传递、利用和损失情况进行评价。目前国内外针对管式空气预热器的能效评价研究较少，一般将管式空气预热器视为管壳式换热器进行评价，这种评价方法未能反映空气预热器特有的漏风因素(由于磨损和压差)造成的无效换热。现有的换热器常常在多约束条件下进行评价，如等流量，等泵功及等换热量方面，但管式空气预热器作为锅炉系统中的一部分采用这种方法显然是不合适的。另外，多数评价指标仅能从物性变化和能量传递的角度进行评价，未能综合考虑管式空气预热器设计和经济等方面的参数，并根据不同地域和时期因素针对性地进行能效评价和等级划分。在
背景技术：
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种管式空气预热器能效的定量评价方法，综合考虑了管式空气预热器的有效换热效率，保温效率，单位泵功下的换热能力，紧凑度以及钢材消耗等因素。通过调整权重因子，可反映不同地区和时期对能源与资源两方面的不同重视程度，综合评价管式空气预热器的能效并划分等级。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种管式空气预热器能效的定量评价方法包括以下步骤：第一步骤：获取管式空气预热器的结构参数，所述结构参数包括管式空气预热器的质量ma、体积va、管式空气预热器消耗钢材的质量ma，s、锅炉系统整体消耗钢材质量mt，s；第二步骤：获取管式空气预热器的物性参数，所述物性参数包括烟气比热容cfg、空气比热容ca、烟气密度ρfg、空气密度ρa以及钢材的密度ρs；第三步骤：获取管式空气预热器的运行参数，所述运行参数包括烟气进口温度tfg，in、烟气出口温度tfg，out、空气进口温度ta，in、空气出口温度ta，out、空气进口质量流量ma，in、空气出口质量流量ma，out、烟气进口质量流量mfg，in、烟气出口质量流量mfg，out、空气侧压损δpa、烟气侧压损δpfg、烟气进口的含氧量xo2，in和烟气出口的含氧量xo2，out；第四步骤：计算管式空气预热器的漏风系数，所述漏风系数为或通过含氧量来确定所述漏风系数，第五步骤：通过所述漏风系数对无漏风时的出口烟气温度进行修正，无漏风时的烟气出口温度的修正公式为：第六步骤：通过漏风系数和修正后的无漏风时的烟气出口温度求得烟气侧实际有效换热：qfg，ae＝mfg，incfg(tfg，in-tfg，nl，out)和空气侧实际有效换热：qa，ae＝(ma，in-almfg，in)ca(ta，out-ta，in)；第七步骤：计算管式空气预热器的能效指标：其中，α，β1，β2表示权重系数，α+β1+β2＝1；第八步骤：能效等级划分，当能效指标eei≥c时为高能效等级，当能效指标c＞eei≥b时为中等能效水平等级，当能效指标b＞eei≥a时为较低能效水平等级，当能效指标eei＜a时为低能效水平，其中，a、b和c为常数。所述的方法中，所述管式空气预热器的有效换热效率为其值越大，换热效果越好。所述的方法中，所述管式空气预热器的保温效率为其值为1时，表示烟气侧到空气侧没有散热损失。所述的方法中，所述管式空气预热器单位泵功下的换热量为其值越大，表示管式空气预热器的流动传热综合能力越优秀。所述的方法中，所述管式空气预热器的紧凑指标为其值越接近1时，管式空气预热器越紧凑。所述的方法中，所述管式空气预热器的钢材消耗指标为其值越接近于1，管式空气预热器的钢材消耗量相对较小。有益效果本发明充分修正了空气预热器的漏风因素造成的无效换热，通过测量并考虑管式空气预热器计算过程中的有效换热效率，保温效率，单位泵功下的换热能力，紧凑度以及钢材消耗等因素，提出了管式空气预热器的能效指标，并划分了能效等级。利用权重因子，可以清晰反映不同地域和时期关于能源和资源的不同侧重点。该能效指标具有清晰的物理意义和综合的性能评价，有利于大力发展推广。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文选择的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了；说明书附图仅用于示出选择实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制；显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1为本发明一个实施例的管式空气预热器的能效指标的概率密度分布曲线及高、中、较低、低能效水平的划分示意图。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1更详细地描述本发明的具体实施例；虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制；相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。管式空气预热器能效的定量评价方法包括，第一步骤：获取管式空气预热器的结构参数，所述结构参数包括管式空气预热器的质量ma(kg)，体积va(m3)，管式空气预热器消耗钢材的质量ma，s(kg)，锅炉系统整体消耗钢材质量mt，s(kg)。第二步骤：获取管式空气预热器的物性参数，所述物性参数包括烟气比热容cfg(j/kg·k)，空气比热容ca(j/kg·k)，烟气密度ρfg(kg/m3)，空气密度ρa(kg/m3)以及钢材的密度ρs(kg/m3)。第三步骤：获取管式空气预热器的运行参数，所述运行参数包括烟气进口温度tfg，in(℃)，烟气出口温度tfg，out(℃)，空气进口温度ta，in(℃)，空气出口温度ta，out(℃)，空气进口质量流量ma，in(kg/s)，空气出口质量流量ma，out(kg/s)，烟气进口质量流量mfg，in(kg/s)，烟气出口质量流量mfg，out(kg/s)，空气侧压损δpa(pa)，烟气侧压损δpfg(pa)，烟气进出口的含氧量xo2，in和xo2，out。第四步骤：计算空气预热器的漏风系数所述漏风系数为或通过含氧量来确定所述漏风系数：第五步骤：通过漏风系数对无漏风时的出口烟气温度进行修正，所述修正公式为：第六步骤：通过漏风系数和修正后的无漏风时的烟气出口温度求得烟气侧实际有效换热：qfg，ae＝mfg，incfg(tfg，in-tfg，nl，out)和空气侧实际有效换热：qa，ae＝(ma，in-almfg，in)ca(ta，out-ta，in)。第七步骤：计算管式空气预热器的能效指标：其中，α，β1，β2表示权重系数，α+β1+β2＝1。作为优选，当仅需要考虑能量转化传递方面的能效指标时，β1和β2的值可以直接取0。第八步骤：进行能效等级划分，当能效指标eei≥c时为高能效等级，当能效指标c＞eei≥b时为中等能效水平等级，当能效指标b＞eei≥a时为较低能效水平等级，当能效指标eei＜a时为低能效水平，其中，a、b和c为常数。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述能效指标中第一项代表管式空气预热器能源方面的评价指标，包括有效换热效率，保温效率以及单位泵功下的换热能力；所述能效指标中第二项，第三项代表管式空气预热器资源方面的评价指标，包括紧凑指标和钢材消耗指标。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述管式空气预热器的有效换热效率为反映空气预热器实际换热效果与最大可能换热效果之比，其值越大，换热效果越好。其中实际换热效果将漏风造成的无效换热进行了充分修正。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述管式空气预热器的保温效率为即烟气侧传热至空气侧的能量传递效率，当该值为1时，表示烟气侧到空气侧没有散热损失。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述管式空气预热器单位泵功下的换热量为其值越大，表示管式空气预热器的流动传热能力越优秀。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述管式空气预热器的紧凑指标为反映该换热器的紧凑程度，其值越接近1时，说明管式空气预热器越紧凑，有利于节省空间。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述管式空气预热器的钢材消耗指标为反映了管式空气预热器的钢材消耗量，其值越接近于1，越能反映出预热器的钢材消耗量相对较小。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，所述能效指标中的权重系数可以根据具体的地域和时期进行人为划分，具有一定的灵活性。所述的一种管式空气预热器能效的定量评价方法的优选实施方式中，高能效等级占比20％，中等能效水平等级占比40％，较低能效水平等级占比20％，低能效水平等级占比20％。为进一步理解本发明，图1为本发明一个实施例的管式空气预热器能效的定量评价方法的能效指标的概率密度分布曲线及高、中、低能效水平的划分示意图。当能效指标eei≥c时为高能效等级，当能效指标c＞eei≥b时为中等能效水平等级，当能效指标b＞eei≥a时为较低能效水平等级，当能效指标eei＜a时为低能效水平。表1为管式空气预热器能效等级划分实例，在表中查询被评管式空气预热器在所有管式空气预热器中所处的能效等级。若eei处于低能效等级，意味着该管式空气预热器不宜作为节能高效设备，应逐步淘汰；若eei处于较低能效等级，意味着该管式空气预热器需要优化设计，应逐步升级；若eei处于中等能效水平，说明该管式预热器可以继续使用；若eei处于高能效水平，意味着该管式空预器宜作为节能高效设备，应大力推广。表1能效等级能效范围所占百分比高能效水平eei≥c20％中等能效水平c＞eei≥b40％较低能效水平b＞eei≥a20％低能效水平eei＜a20％尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。当前第1页12