锅炉技术发展趋势——计算机的应用

锅炉设计是一项复杂的大型工程设计,其设计周期长､工作量大､经验性强｡同时,由于锅炉的制造成本高昂,运行安全性和可靠性要求苛刻,对锅

锅炉设计是一项复杂的大型工程设计,其设计周期长､工作量大､经验性强｡同时,由于锅炉的制造成本高昂,运行安全性和可靠性要求苛刻,对锅炉的设计提出了很高的要求｡为提高设计效率并保证设计质量,美国､俄罗斯､法国､德国､日本等发达国家的主要锅炉设计制造企业普遍都已采用CAD技术进行锅炉设计工作｡20世纪70年代以来,我国的锅炉企业也陆续自行研制或委托科研院所开发了一些锅炉CAD软件进行锅炉的产品设计工作｡

历经30年的发展,归纳起来,CAD技术目前己渗透应用于锅炉设计工作的工程绘图､常规计算､工程分析､虚拟制造､设计管理等几个方面｡

采用二维绘图软件进行工程图纸的绘制,以提高绘图自动化水平､方便图纸修改､缩短开发周期､方便图纸管理和实现图纸重用｡受到20世纪90年代初由国家“CAD应用工程领导小组”提出的“甩图板工程”的推动,目前工程绘图在我国绝大多数锅炉设计厂家都已普及｡

采用专门开发的工程计算软件辅助锅炉设计人员完成部件几何尺寸计算､热力计算､水循环计算､汽水阻力计算､烟风阻力计算､强度计算等工程计算｡其中,由于热力计算在锅炉的方案设计中最为重要､而其求解需要反复迭代和试算､显著关系到设计效率,用手工完成费时费力､且易产生差错,因而,针对热力计算的研发工作更为活跃｡

采用工程分析软件､通过数值方法(特别是有限元分析方法)来模拟､分析一些在锅炉设计中遇到的特殊工程问题,主要包括:钢架结构､汽包等重要强度部件的有限元结构优化设计,承受高温的部件及管道的热应力分析,炉膛内流动､燃烧､传热的过程的三维数值模拟计算等｡

采用三维造型软件,在实际生产前建立锅炉的三维虚拟装配模型,检查设计尺寸是否匹配以及空间管路的干涉情况,并及时与客户､其他设计人员､制造部门交换设计思想和信息,对设计方案进行及时评估并做出反应｡

采用以数据库为核心的设计管理系统对锅炉设计过程中的人员角色､产品数据､工程图纸､设计文档等内容进行管理,以加强设计过程的组织,提高设计效率,实现信息共享和保证信息一致性｡此外,设计管理系统还常与企业中的其它类型的管理系统,如ERP､MRP—II､MIS等系统进一步集成｡

特别要指出的是,近年来电子计算技术和计算数学的飞跃发展使得计算燃烧学有很大进展｡它应用先进的电子计算技术,通过严格的数学推理,把丰富的物理､化学､传热和流体力学知识,结合大量的试验结果,使古老的燃烧学体现出现代工程科学的特点｡炉膛数学模型所能提供的结果除可以预报炉内速度场､温度场､热流场及压力场外,希望还能预报更为详尽的细节,包括火焰的几何形状､火焰稳定性､固态颗粒尺寸分布规律;燃烧产物､各种成分(包括各种污染物)的浓度场､辐射能的频谱特性､燃料—空气离析规律､振动和噪音等｡但是,至今所得到的炉膛数学模型仅考虑一些主要因素,其它方面仍基于经验,主要原因是输入数据还不够完善､准确｡就目前水平而言,单纯依靠基础理论知识,还无法建立描述复杂的炉内过程的数学方程,还必需通过大量的试验研究,以便获得数学模型所需的输入数据｡还有,在建立基础方程时所作出的各种简化和假设与炉内实际情况尚有较大差距,也直接影响结果的实用性｡虽然如此,它仍是一个不容置疑的技术发展方向｡