電站鍋爐爐膛設(shè)計(jì)

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)1 引言 第 1頁 共43頁鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場(chǎng)所。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能1。11 鍋爐簡介及發(fā)展?fàn)顩r1.1.1 鍋爐簡介將其它熱能轉(zhuǎn)變成其它工質(zhì)熱能，生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的工質(zhì)的設(shè)備稱為鍋爐。燃燒設(shè)備以提供良好的燃燒條件，以求能把燃料的化學(xué)能最大限度地釋放出來并其轉(zhuǎn)化為熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備2。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供

2、所需要的熱能，也可通過蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動(dòng)力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。將固體燃料放在爐排上，進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風(fēng)爐3。1.1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐

3、本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個(gè)最主要的部件是爐膛和鍋筒3。鍋爐中有汽水系統(tǒng)和煤煙系統(tǒng)兩大部分。（1）汽水系統(tǒng)經(jīng)過水處理設(shè)備軟化處理符合質(zhì)量要求的給水，由給水本送至省煤器，經(jīng)預(yù)熱器提高溫度后進(jìn)入上鍋筒（上汽包）。上鍋筒內(nèi)的爐水，連續(xù)的沿著處在煙氣溫度較低區(qū)域的對(duì)流管束流入下鍋筒（下汽包）。下鍋筒內(nèi)的爐水，一部分進(jìn)入爐膛四周的水冷壁下集箱和水冷壁管；另一部分進(jìn)入煙氣溫度較高的對(duì)流管束。由于高溫作用，在水冷壁內(nèi)受熱汽化，汽化混合物上升至上集箱或上鍋筒；進(jìn)入煙氣溫度較高區(qū)域?qū)?/p>

4、流管束內(nèi)的水也受熱汽化，汽水混合物也上升進(jìn)入上鍋筒。再上過桶內(nèi)匯集并凈化的飽和蒸汽，經(jīng)出氣管進(jìn)入過熱器繼續(xù)受熱，提高溫度和除去水分，成為過熱蒸汽。最后過熱蒸汽經(jīng)出汽總管輸送到使用地點(diǎn)。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（2）煤煙系統(tǒng) 第 2頁 共43頁鍋爐所需的燃煤，在經(jīng)過篩選和破碎后，經(jīng)斗式提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)送到鍋爐前部的煤倉。煤倉內(nèi)的煤通過煤閘門，隨著鏈條爐排的移動(dòng)，連續(xù)的落到爐排上進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒。爐排后部的爐渣進(jìn)入灰斗進(jìn)入灰坑，有除渣機(jī)除去。鍋爐燃燒所需的空氣，由送風(fēng)機(jī)進(jìn)入鍋爐后部的空氣預(yù)熱器，經(jīng)預(yù)熱提高溫度后分段送到爐排下，穿過爐排縫隙進(jìn)入煤層助燃。燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，現(xiàn)將一部分熱量傳給爐膛四

5、周的水冷壁管，然后高溫?zé)煔鈴臓t膛上部經(jīng)過立式過熱器往后折轉(zhuǎn)與對(duì)流管束，在進(jìn)入后煙道、省煤器和空氣預(yù)熱器，進(jìn)一步放出熱量。此時(shí)煙氣溫度已經(jīng)大大降低，不再利用，經(jīng)除塵器、引風(fēng)機(jī)和煙囪排放至大氣2。1.1.3 鍋爐的發(fā)展隨著生產(chǎn)的發(fā)展蒸汽鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)或熱力發(fā)電廠中的使用越來越多，在國民經(jīng)濟(jì)中的地位也更為重要，因此如何提高鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性，降低其造價(jià)，增長其使用壽命，減少其對(duì)環(huán)境的污染等等，已成為鍋爐發(fā)展和研究的重大問題1。火力發(fā)電廠中，鍋爐是主要生產(chǎn)設(shè)備之一，它隨著電力事業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)大體上可按下述幾方面來說明：（1）鍋爐容量世界工業(yè)先進(jìn)國家為了適應(yīng)電力需要的增長，大多盡快擴(kuò)大

6、發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量。機(jī)組容量增大則每千瓦的設(shè)備費(fèi)用降低，金屬耗量減少，基建投資節(jié)省。在其他條件相同時(shí)，鍋爐容量增大一倍，每噸的金屬用量金屬減少5-20%，所需要管理人員也減少。（2）蒸汽參數(shù)隨機(jī)組容量的增大，提高電廠的熱效率就變得更為迫切，提高蒸汽參數(shù)和采用蒸汽再熱提高電廠熱效率的有效措施。12 鍋爐爐膛1.2.1 鍋爐爐膛的概念鍋爐爐膛是用來燃燒燃料和空氣的有限空間?，F(xiàn)代鍋爐的爐膛既是一個(gè)燃燒室，又是一個(gè)換熱設(shè)備。鍋爐中工質(zhì)的總吸熱量有一半左右是通過布置在爐膛四周的受熱面完成的。因此，分析爐膛的傳熱特征和研究傳熱計(jì)算的方法是鍋爐工作者的重要任務(wù)4。1.2.2 鍋爐爐膛的設(shè)計(jì)鍋爐是中國重要的熱

7、能動(dòng)力設(shè)備,中國是當(dāng)今世界燃煤鍋爐生產(chǎn)和使用得最多的國家之一。但我國對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)的起步較晚，發(fā)展較慢，盡管如此，廣大熱工技術(shù)人員還是做了大量研究工作。中國鍋爐制造業(yè)是在新中國成立后建立和發(fā)展起來的。尤其自改革開放以來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,全國有上千家持有各級(jí)鍋爐制造許可證的企業(yè),可以生產(chǎn)各種不同等級(jí)的鍋爐5。爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3頁 共43頁在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔?，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈?。爐膛設(shè)

8、計(jì)需要充分考慮使用燃料的特性。每臺(tái)鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計(jì)的燃料。燃用特性差別較大的燃料時(shí)鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都可能降低鍋爐爐膛設(shè)計(jì)的一種方法是參照本廠或其它廠已經(jīng)投運(yùn)的性能良好的鍋爐(即所謂樣機(jī)爐)結(jié)構(gòu)尺寸及其性能,比較新爐的燃料與樣機(jī)爐的燃料特性差別,適當(dāng)調(diào)整樣機(jī)鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸及工況參數(shù),從而作為新爐的設(shè)計(jì)依據(jù)。為了適應(yīng)設(shè)計(jì)者的習(xí)慣,從理論上給出鍋爐燃燒穩(wěn)定性及燃盡性能公式,并令新爐與樣機(jī)爐兩者性能相等,從而解出欲求的新爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，按此法設(shè)計(jì),保證新爐的性能與樣機(jī)爐一致。在進(jìn)行爐膛設(shè)計(jì)時(shí)，爐膛結(jié)構(gòu)尺寸主要包括:爐膛截面深a和寬b，燃燒器上下一次風(fēng)中心噴嘴距離h，上排一次風(fēng)噴嘴中心至屏下緣距

9、離L。其它尺寸則參考樣機(jī)由設(shè)計(jì)者自行決定。13 鍋爐爐膛的傳熱1.3.1 鍋爐爐膛的傳熱概述爐膛的傳熱過程主要是指爐膛內(nèi)火焰與水冷壁管間的熱交換過程。這種熱交換過程是相當(dāng)復(fù)雜的。它常常伴隨著燃料的燃燒、火焰和煙氣的流動(dòng)以及水冷壁管外表面輻射特性的變化等。但是，它傳熱的主要形式卻是輻射換熱6。爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征主要包括：（1）爐膛容積；（2）爐膛內(nèi)爐墻總面積；（3）爐膛有效輻射受熱面的面積；（4）爐膛火焰有效輻射層厚度；（5）爐膛水冷程度。 關(guān)于鍋爐爐膛傳熱計(jì)算方法的研究已有100多年的歷史。迄今為止,工程界和學(xué)術(shù)界提出的爐膛傳熱計(jì)算方法和模型各式各樣、名目繁多。由于爐內(nèi)傳熱過程復(fù)雜、相關(guān)因素很

10、多,現(xiàn)有的爐膛傳熱計(jì)算方法和模型難免存在這樣或那樣的問題。為便于從現(xiàn)有的眾多計(jì)算方法和模型中選用合適的計(jì)算方法和模型,因此要對(duì)爐膛傳熱計(jì)算方法的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)有的主要計(jì)算方法進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上,指出目前工程設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)優(yōu)先選用的方法以及今后爐膛傳熱計(jì)算方法研究的方向。1.3.2 鍋爐爐膛傳熱計(jì)算常用方法由于輻射換熱在工程領(lǐng)域中的普遍存在及其求解的重要意義,國外鍋爐爐膛傳熱設(shè)計(jì)一直在發(fā)展，一些新的爐膛傳熱計(jì)算方法和模型仍在不斷涌現(xiàn)。這些模型各有優(yōu)劣,對(duì)不同的問題所能獲得的解的精度和適用性各不相同。零維模型Hudson最早進(jìn)行鍋爐爐膛傳熱試驗(yàn)研究,并于1890年提出了鍋爐爐膛傳熱計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式,后

11、由Orrok加以修正,得到如下形式的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)=1+式中 爐膛吸熱率,%L空氣與燃料的質(zhì)量比,kg/kgB以優(yōu)質(zhì)煙煤為基準(zhǔn)計(jì)算的燃料量,kg/hFl輻射受熱面投影面積, 第 4頁 共43頁 100LB59.6FlMullikin根據(jù)輻射傳熱的Stefan-Boltzmann定律提出了如下形式的爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算公式：Q=aH(Thy4-Tb4)式中 a黑度Stefan-Boltzmann常數(shù)Thy火焰平均溫度,KTb壁面溫度,KH有效輻射受熱面積,前蘇聯(lián)中央汽輪機(jī)鍋爐研究所()以為首的研究小組在綜合了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了鍋爐爐膛傳熱計(jì)算的半經(jīng)驗(yàn)方法,稱為法。由于

12、此方法當(dāng)時(shí)在實(shí)際計(jì)算中有較高的準(zhǔn)確性,于1957年和1973年2次寫入前蘇聯(lián)鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法中。零維模型粗糙,但形式簡單、使用方便、適合爐膛初步設(shè)計(jì)使用。多維模型自50年代末Hottel等人提出輻射換熱的區(qū)域法模型以來,目前已有許多輻射換熱的計(jì)算方法,常見的主要有:蒙特卡羅法、熱流法、離散坐標(biāo)法等。這些方法各有優(yōu)劣,所能獲得的解的精度及詳細(xì)程度以及網(wǎng)格與流動(dòng)計(jì)算的相容性也不相同。（1）蒙特卡洛法蒙特卡洛法作為一種概率模擬方法,自Howell將其引入到輻射傳熱計(jì)算領(lǐng)域中以來,已有很長的一段歷史。其基本思想是對(duì)微元體的發(fā)射、吸收和散射以及邊界壁面的發(fā)射、吸收和反射過程作概率模擬。通過概率模

13、擬跟蹤每個(gè)能束的發(fā)射、吸收、散射和反射的情況,直到吸收為止,并統(tǒng)計(jì)每個(gè)微元吸收能束的數(shù)目。（2）熱流法熱流法將微元體界面上復(fù)雜的半球空間熱輻射簡化成垂直于此界面的均勻熱流,使積分-微分形式的輻射傳遞方程簡化為一組有關(guān)熱通量的線性微分方程,然后用通用的輸運(yùn)方程求解方法求解。（3）離散坐標(biāo)法輻射傳遞方程的離散坐標(biāo)解法是Chan-drasekhar研究星際和大氣輻射問題時(shí)首先提本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5頁 共43頁出的，并被Lathrp等人應(yīng)用于中子傳輸問題。Love等人最早將其引入到一維平板輻射換熱問題的求解中。最近，Truelove、Fiveland和Jamaluddin對(duì)離散坐標(biāo)法在三維輻

14、射傳熱計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。離散坐標(biāo)法基于對(duì)輻射強(qiáng)度的方向變化進(jìn)行離散，將輻射傳遞方程中的內(nèi)向散射項(xiàng)用數(shù)值積分近似代替，通過求解覆蓋整個(gè)4立體角的一套離散方向上的輻射傳遞方程而得到問題的解8。14本次爐膛設(shè)計(jì)方法及目的本次設(shè)計(jì)主要采取零維模型法，先要完成鍋爐整體的校核熱力計(jì)算，之后完成煤種改變后爐膛及其中各受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱力計(jì)算，總結(jié)煤種改變對(duì)爐膛的傳熱影響。繪制鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖，爐膛及其中各受熱面平面圖、剖面圖及管道布置圖9。通過對(duì)某型號(hào)電站鍋爐爐膛的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過具體的實(shí)踐，進(jìn)一步深入理解、掌握和綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，進(jìn)一步拓寬知識(shí)面，通過一定的技能訓(xùn)練，培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的

15、能力，使學(xué)生得到基本的訓(xùn)練，達(dá)到本科生培養(yǎng)目標(biāo)的要求。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高和訓(xùn)練學(xué)生工程制圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和文獻(xiàn)閱讀、外文翻譯、摘要書寫的能力；熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)手冊(cè)和工具書；增強(qiáng)本科生畢業(yè)后到生產(chǎn)第一線工作的適應(yīng)能力。15 設(shè)計(jì)的基本參數(shù)1.5.1 鍋爐參數(shù)鍋爐額定蒸發(fā)量：De=220t/h=220×103kg/h給水溫度：tgs=215oC過熱蒸汽壓力（表壓）：pgs=9.8Mpa過熱蒸汽溫度：540oC制粉系統(tǒng)：中間倉式（熱空氣做干燥劑、鋼球筒式磨煤機(jī)）燃燒方式：四角切圓燃燒排渣方式：固態(tài)環(huán)境溫度：20oC1.5.2 燃料特性水分：Mar=24%灰分：Aar=21.3%碳：

16、 Car=39.3%氫： Har=2.7%氧： Oar=11.2%氮： Nar=0.6%硫： Sar=0.9%本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)收到基低位發(fā)熱量：Q=14580kJ/kg干燥無灰基揮發(fā)分：Vdaf=37%空氣干燥基水分： Mad=1.6%BTH法可磨性系數(shù)：Kkm=1.3變形溫度：1150 oC軟化溫度：1300 oC熔化溫度：1360 oC1.5.3 過量空氣系數(shù)和漏風(fēng)系數(shù) 第 6頁 共43頁選取過量空氣系數(shù)總的原則是在保證燃料穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)上，減少鍋爐的熱損失。由于過量空氣系數(shù)引起的熱損失主要是排煙熱損失q2但在一定范圍內(nèi)還可以使q3、q4減少，使鍋爐效率降低。過量空氣系數(shù)也與燃煤種類

17、有關(guān)，對(duì)于固體燃料的鍋爐過量空氣系數(shù)應(yīng)較大。設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)一般以爐膛出口煙窗處的過量空氣系數(shù)作為選取基點(diǎn)，它主要與爐膛中燃料的燃燒效率有關(guān)，燃燒效率越高，爐膛出口煙窗處的過量空氣系數(shù)選取的較小。0.5De非額定負(fù)荷時(shí)漏風(fēng)系數(shù)= D式中 De鍋爐額定負(fù)荷D鍋爐實(shí)際負(fù)荷2 輔助計(jì)算為了便于鍋爐各受熱面的熱力計(jì)算，往往在熱力計(jì)算開始之前，依據(jù)提供的原始資料和數(shù)據(jù)，將熱力計(jì)算中常用到的一些基本參數(shù)和數(shù)據(jù)，如鍋爐的各處煙氣量、煙氣成分、煙氣特性參數(shù)以及煙氣焓溫表等，設(shè)計(jì)成計(jì)算圖或計(jì)算表，以便在以后的計(jì)算中隨時(shí)查用。這些計(jì)算圖（表）的計(jì)算稱為鍋爐熱力計(jì)算的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算或準(zhǔn)備計(jì)算。顯然，鍋爐輔助計(jì)算將直接影響鍋

18、爐熱力計(jì)算的質(zhì)量13。輔助計(jì)算包括以下內(nèi)容：（1） 燃料數(shù)據(jù)的分析和整理；（2） 鍋爐漏風(fēng)系數(shù)的確定和空氣量平衡；（3） 燃料的燃燒計(jì)算及煙氣特性參數(shù)的確定；（4） 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率、燃料消耗量的估算。21 燃料數(shù)據(jù)的分析和整理燃料數(shù)據(jù)應(yīng)符合鍋爐設(shè)計(jì)熱力計(jì)算的規(guī)定和要求。對(duì)燃料來說，要求提供以下原始資料：本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（1） 煤的應(yīng)用基元素成分；（2） 用測(cè)熱計(jì)測(cè)取的煤的應(yīng)用基低位發(fā)熱量；（3） 煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量；（4） 灰的熔融特性參數(shù)（t1、t2、t3）值；（5） 煤的可磨性系數(shù)以上數(shù)據(jù)均已在前言中燃料特性中說明。 第 7頁 共43頁22 鍋爐的空氣量平衡在負(fù)壓下工作

19、的鍋爐機(jī)組，爐外的冷空氣不斷地漏入爐膛和煙道內(nèi)，致使?fàn)t膛和各個(gè)煙道內(nèi)的空氣量、煙氣量、溫度和焓值相應(yīng)的發(fā)生變化。對(duì)于爐膛和煙道各處實(shí)際空氣量的計(jì)算稱為鍋爐的空氣量平衡。在鍋爐熱力計(jì)算中，常用過量空氣系數(shù)來說明鍋爐爐膛和煙道的實(shí)際空氣量。鍋爐的空氣量熱平衡見表1-11。23 燃料燃燒計(jì)算2.3.1 計(jì)算內(nèi)容燃燒計(jì)算是以單位質(zhì)量或體積的燃量為基礎(chǔ)。燃料燃燒計(jì)算包括：燃燒計(jì)算、煙氣特性計(jì)算、煙氣焓計(jì)算。（1）燃燒計(jì)算需計(jì)算出：理論空氣量、理論氮容積、RO2容積、理論干煙氣容積、理論煙氣。（2）煙氣特性計(jì)算：各受熱面的煙道平均過量空氣系數(shù)、干煙氣容積、水蒸氣積、煙氣總?cè)莘e、RO2容積份額、三原子氣體和

20、水蒸氣容積份額、容積飛灰濃度、煙氣質(zhì)量、質(zhì)量飛灰濃度等。計(jì)算中需注意的是，由于本爐屏和凝渣管的漏風(fēng)系數(shù)為0，故爐膛、屏式過熱器、凝渣管的出口過量空氣系數(shù)均相同，可直接取爐膛出口過量空氣系數(shù)；爐膛、屏式過熱器、凝渣管平均過量空氣系數(shù)也直接取爐膛出口過量空氣系數(shù)；其他受熱面的平均過量空氣系數(shù)則取該受熱面的進(jìn)、出口過量空氣系數(shù)的算術(shù)平均值。（3）煙氣焓的計(jì)算需要分別計(jì)算爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器、高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器、低溫空氣預(yù)熱器、低溫省煤器等所在煙氣區(qū)域的煙氣不同溫度下的焓，并列成表格，做成所謂的焓溫表，以備以后計(jì)算查用。計(jì)算過程中用到的受熱面出口過量空氣系數(shù)見表1-53 。

21、2.3.2 空氣和煙氣的焓要進(jìn)行鍋爐受熱面的傳熱計(jì)算必須知道如何計(jì)算空氣和煙氣的焓，在這里空氣和煙氣的焓在定壓條件下將1kg燃料所需的空氣量或所產(chǎn)生的煙氣量從0oC加熱到toC（空氣）或 （煙氣）時(shí)所需的熱量，單位為kJ/kg。（1）理論空氣焓本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)第 8頁 共43頁根據(jù)理想氣體焓的計(jì)算方法，理論空氣量的焓為hko為 hko=Vo(ct)k kJ/kg（2）實(shí)際空氣量的焓實(shí)際空氣量的焓hk的計(jì)算式為本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)hk=hko=Vo(ct)k kJ/kg第 9頁 共43頁式中 (ct)k1 m3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干空氣連同其攜帶的水蒸氣在溫度toC時(shí)的焓。表2.1 1 m3空氣

22、、各種氣體及1kg灰的焓（3）理論煙氣焓理論煙氣是多種成分的混合氣。有工程熱力學(xué)可知，其焓值等于各組成成分焓的總o和，所以理論煙氣的焓hy的計(jì)算式為hy=VRO2(c)RO2+VN2(c)N2+VH2O(c)H2O kJ/kgooo煙氣焓溫表本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)第 10頁 共43頁表2.6煙氣焓溫表（用于爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器的計(jì)算）o式中 (c)RO2、(c)N2、(c)H2O理論煙氣中各成分在溫度C時(shí)的焓值。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（4）實(shí)際煙氣的焓 第 11頁 共43頁 由于VCO2>>VSO2，且兩者的比熱容接近，故取(c)RO2=(c)CO2。o實(shí)際煙氣的焓hy等于

23、理論空氣焓hy、過量空氣焓（-1）hko和煙氣中灰飛焓hfh之和，即ohy=hy+（-1）hko+hfh kJ/kg其中飛灰焓hfh為：hfh=oAarfh(c)h kJ/kg 100式中 (c)h1kg灰在C時(shí)的焓（見表2.1）。飛灰的焓數(shù)值較小，因此只有在滿足以下條件時(shí)才計(jì)算：fhAarQ6在鍋爐煙道中，沿著煙氣溫度的流程。不同部位的過量空氣系數(shù)和煙溫不同，因此煙氣的焓也不同。在受熱面的傳熱計(jì)算中，必須分別計(jì)算各個(gè)受熱面所在部位的煙氣焓并制成焓溫表，根據(jù)過量空氣系數(shù)和煙氣溫度，可求出煙氣的焓；反之，也可以由過量空氣系數(shù)和煙氣的焓查出煙氣的溫度14。24 鍋爐熱效率及燃燒消耗量的估算2.4.

24、1 鍋爐熱效率及燃燒消耗量計(jì)算步驟鍋爐熱效率及燃燒消耗量可按以下步驟估算：（1）計(jì)算鍋爐輸入熱量；（2）依照燃料及燃燒設(shè)備估計(jì)機(jī)械不完全燃燒熱損失和化學(xué)不完全燃燒熱損失；（3）假定鍋爐排煙溫度并計(jì)算鍋爐排煙溫度熱損失；（4）確定鍋爐散熱損失和灰渣物理損失；（5）用反平衡法計(jì)算 ；（6）計(jì)算鍋爐工質(zhì)有效利用熱量；（7）計(jì)算鍋爐燃料消耗量。由于計(jì)算時(shí)涉及的排煙溫度為假定溫度，所以計(jì)算出的燃料消耗量實(shí)為估算值15。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)第 12頁 共43頁2.4.2 鍋爐輸入熱量應(yīng)用于1kg燃料輸入鍋爐的熱量為Qr=Q+hr+Qwr+Qvq式中 Q燃料的收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg； hr燃料物理顯

25、熱，kJ/kg； Qwr外來熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量，kJ/kg； Qvq霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量，kJ/kg； 式中各項(xiàng)熱量計(jì)算如下：（1）燃料的物理顯熱hr設(shè)計(jì)時(shí) hr=cp.artt 試運(yùn)行時(shí) hr=cp.ar(tr-to) kJ/kgo式中 cp.ar燃料的收到基比定壓熱容，kJ/(kg·C)；tr燃料溫度，oC； to基準(zhǔn)溫度，取送風(fēng)機(jī)入口空氣溫度，oC。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)固體燃料比熱容cp.ar為cp.ar=cdr第 13頁 共43頁 100-MarMo+4.187ar kJ/(kg·C) 100100o式中 cdr燃料干燥基比熱容，kJ/(kg·

26、;C)。對(duì)于煤粉爐，hr相對(duì)數(shù)值較小。若燃料未用外界熱能加熱，則只有當(dāng)Mar時(shí)，才必須計(jì)算這項(xiàng)熱量。（2）外來熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量Qwro Qwr='(hko-hlk) kJ/kg Q%628式中 '空氣預(yù)熱器入口的過量空氣系數(shù)；hko按加熱后空氣溫度計(jì)算理論空氣的焓，kJ/kg；o hlk基準(zhǔn)溫度下的理論空氣焓，kJ/kg。（3）對(duì)于燃煤鍋爐，如果燃料和空氣都沒有利用外界熱量進(jìn)行預(yù)熱，且燃煤水分MarQ%，則輸入熱量Qr=Q 6282.4.3 各項(xiàng)熱損失（1）化學(xué)不完全熱損失q3根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取用0.5%，機(jī)械不完全燃燒熱損失q4根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取用1.5%。（2）鍋爐散熱損失q5根據(jù)

27、經(jīng)驗(yàn)取用0.5%。（3）灰渣物理熱損失q6灰渣物理熱損失是指鍋爐排出的爐渣、飛灰與沉降所攜帶的熱量未被利用而引起的熱損失。Q6=hz或 q6=Aar(c)hz kJ/kg 100Q6100% Qr式中 hz灰渣中灰分的份額，由固態(tài)排渣爐和褐煤煤粉根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取用0.08； 灰渣溫度，當(dāng)不能直接測(cè)量時(shí)，固態(tài)煤粉排渣爐可取600OoC；液態(tài)排渣煤粉爐可取tlz=FT3+100oC（FT3為煤灰的熔化溫度）(c)hz1kg灰渣在oC時(shí)的焓，按表2.1查取，kJ/kg本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)當(dāng)燃煤的折算灰分小于10%（即Azs=第 14頁 共43頁 4187Aar<10%）時(shí)，固態(tài)排渣爐可忽略爐渣Q德

28、爾物理熱損失；液態(tài)排渣爐、旋風(fēng)爐可忽略飛灰的物理熱損失；對(duì)燃油及燃?xì)忮仩t，q6=0。（4）排煙熱損失q2qQ2=(hpy-hlk) 1-4 kJ/kg 100q2=100-q4Q2 100%=(hpy-hlk) QrQrhlk=pyVo(ct)lk式中 hpy排煙焓，kJ/kghlk冷空氣焓，kJ/kgpy排煙處的過量空氣系數(shù)。合理的取用鍋爐排煙溫度是一個(gè)關(guān)系鍋爐長期經(jīng)濟(jì)可靠工作的實(shí)際 在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，問題。選擇較低的排煙溫度可以降低鍋爐排煙熱損失，有利于提高鍋爐熱效率，節(jié)約能源及鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用。但是，排煙溫度降低卻使尾部受熱面中煙氣與工質(zhì)的傳熱溫差減小，傳熱面積增大，金屬消耗量和設(shè)備的初投資增

29、多。另外排煙溫度低還會(huì)引起末級(jí)煙道中硫酸蒸汽街路，使低溫受熱面腐蝕及堵灰，這樣縮短了設(shè)備的使用壽命，增加了煙氣的流動(dòng)阻力和引風(fēng)機(jī)的電功率消耗。堵灰嚴(yán)重時(shí)，引風(fēng)機(jī)的壓頭不能保證爐膛和各個(gè)煙道正常的負(fù)壓狀態(tài)，還會(huì)危及到鍋爐的出力和機(jī)組的正常運(yùn)行。所以，排煙溫度的選擇是一個(gè)涉及到很多因素的復(fù)雜問題。僅僅根據(jù)鍋爐設(shè)備的投資、運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備德爾補(bǔ)償年限等條件所確定的排煙溫度較經(jīng)濟(jì)排煙溫度，隨著鍋爐參數(shù)的提高，給水溫度的不斷增加，經(jīng)濟(jì)排煙溫度也不斷提高，給水溫度不斷增加，經(jīng)濟(jì)排煙溫度也不斷提高，對(duì)于中小型鍋爐雖然給水溫度低，但由于排煙過量空氣系數(shù)較大，經(jīng)濟(jì)排煙溫度也較大。對(duì)于大中型鍋爐，由于燃料消耗量的絕

30、對(duì)值增大，為了節(jié)省燃料，需提高鍋爐的熱效率。各受熱面的傳熱溫差設(shè)計(jì)較小，因此經(jīng)濟(jì)排煙溫度也較低。在進(jìn)行校核熱力計(jì)算時(shí)，如果計(jì)算經(jīng)驗(yàn)不足，計(jì)算q2時(shí)，也可暫時(shí)按表2-73選擇排煙溫度（我國電廠鍋爐排煙溫度推薦值）。ar其中 Mzs=Mar4187% Qar對(duì)于本設(shè)計(jì)經(jīng)計(jì)算得Mzs=0.069%<3%；故排煙溫度選取為125 oC。2.4.4 鍋爐熱平衡及燃燒消耗計(jì)算（1）鍋爐輸入熱量Qr QrQar,net=14580 kJ/kg本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（2）排煙溫度py 要先估后校取125 第 15頁 共43頁（3）排煙焓hpy 查焓溫表用插值法求得為1031.88 kJ/kg（4）冷空氣

31、溫度tlk tlk=20（5）化學(xué)未完全燃燒損失q3=0.5（6）機(jī)械未完全燃燒損失q4=1.5（7）排煙處過量空氣系數(shù)py查表1-13即低溫空預(yù)器出口過量空氣過量系數(shù)可得py=1.39（8）排煙損失q2q2=(100-q4)(hpy-pyholk)/Qr=6.00（9）散熱損失q5 q5=0.5（10）灰渣損失q6 q6=0（11）鍋爐總損失q q= q2 +q3+ q4+ q5+ q6=8.5（12）鍋爐熱效率 =100-q=91.5（13）保熱系數(shù)=1-（14）鍋爐有效利用熱Q q5=0.9946 +q5' Q=Dgr(h'108 kJ/h gg-hgs) = 5.613

32、×式中 Dgr=D=220×103kg/h；' h'gg過熱蒸汽焓依據(jù)高溫過熱蒸汽參數(shù)在附錄表中查得，其值將在表格中列出，查表得3475.4kJ/kg；hgs給水焓依據(jù)低溫省煤器入口參數(shù)在附錄表中查得，其值將在表格中列出，查表得924.15kJ/kg。（15）實(shí)際燃料消耗量BB=100Q(Qr)=42100 kg/h 式中 Q鍋爐有效利用熱效率；鍋爐熱效率；Qr鍋爐輸入熱量，近似等于Q。（16）計(jì)算燃料消耗量BjBj=B(1-q4)=41500 kg/h本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)煙氣特性如下表所示表2.5 煙氣特性表序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

33、 11項(xiàng)目名稱 受熱面出口過量空氣系數(shù) 煙道平均過量空氣系數(shù) 干煙氣容積 水蒸氣容積 煙氣總?cè)莘e RO2容積份額 水蒸氣容積份額 三原子氣體和水蒸氣容積總份額 容積飛灰濃度煙氣質(zhì)量 質(zhì)量飛灰濃度符號(hào) " pj Vgy單位 m3/第 16頁 共43頁爐膛，屏，高溫過低溫過高溫省高溫空低溫省凝渣管 熱器 熱器 煤器 預(yù)器 煤器1.2 1.2 4.57321.2251.251.271.32 1.2951.34 1.33 5.076低溫空預(yù)器 1.39 1.365 5.211 0.6827 5.8937 0.126 0.116 0.24 33.25 7.68 0.0251.2125 1.23

34、75 1.264.622 4.7182 4.8052 4.94VH2O m3/Vym3/ g/m3 / /0.6724 0.6732 0.6748 0.6762 0.6784 0.6805 5.2456 5.2952 5.393 5.4814 5.62 0.14 0.128 0.27 37.36 6.85 0.0295.761rR2O rH2Or v my y0.141 0.137 0.135 0.132 0.128 0.127 0.125 0.123 0.121 0.118 0.267 0.261 0.257 0.253 0.246 37.26 36.34 35.75 34.87 34.02

35、 6.917.0367.157.327 7.5030.028 0.028 0.027 0.027 0.0262.4.5 鍋爐內(nèi)的燃燒計(jì)算（1）理論空氣量VoVo=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.033Oar=3.87 m3/kg（2）理論氮容積VoN2VoN2=0.8（3）RO2容積VRO2VRO2=1.866（4）理論干煙氣容積VgyoVgyo= VoN2+VRO2=3.81 m3/kg（5）理論水蒸氣容積VoH2OVoH2O=11.1HarM+1.24ar+1.61dkVo(dk=0.01kg/kg)= 0.66 m3/kg100100CarS+0.7ar=

36、0.74 m3/kg 100100Car+0.79Vo=3.06 m3/kg 100（6）飛灰份額fh查表2-43可得0.92 煙氣焓溫表（用于低溫空預(yù)器的計(jì)算）本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)第 17頁 共43頁表2.7煙氣焓溫表（用于低溫空預(yù)器的計(jì)算）3 鍋爐爐膛受熱面的布置及其熱力計(jì)算31 鍋爐的外形布置校核熱力計(jì)算：校核熱力計(jì)算的任務(wù)是在鍋爐容量和參數(shù)、燃料性質(zhì)、鍋爐各部結(jié)構(gòu)、和尺寸已知的情況下，確定各受熱面邊界處的水、風(fēng)、煙溫度以及風(fēng)、煙流經(jīng)各受熱面時(shí)的速度和鍋爐效率、燃料消耗量等。校核熱力計(jì)算可以幫助人們正確制定出提高鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的和改造鍋爐的合理措施，同時(shí)也為鍋爐的其他計(jì)算，如鍋爐的通

37、風(fēng)計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算及水動(dòng)力計(jì)算提供依據(jù)10。校核熱力計(jì)算的主要內(nèi)容包括：（1）鍋爐輔助設(shè)計(jì)計(jì)算：這部分計(jì)算的目的是為后面受熱面的熱力計(jì)算提供必要的基本計(jì)算數(shù)據(jù)或圖表。（2）受熱面熱力計(jì)算：其中包含為熱力計(jì)算提供結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的各受熱面的結(jié)構(gòu)計(jì)算。 （3）計(jì)算數(shù)據(jù)分析：這部分內(nèi)容往往是鑒定設(shè)計(jì)質(zhì)量、考核學(xué)生專業(yè)知識(shí)水平的主要依據(jù)。整體校核熱力計(jì)算過程如下：（1）列出熱力計(jì)算的主要原始數(shù)據(jù)，包括鍋爐主要參數(shù)和燃料特性參數(shù)； （2）根據(jù)燃料、燃燒方式及鍋爐結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，進(jìn)行鍋爐通道空氣量平衡計(jì)算； （3）理論工況下（a=1）的燃燒計(jì)算； （4）計(jì)算鍋爐通道內(nèi)煙氣的特性參數(shù)； （5）繪制煙氣溫焓表；（6）鍋爐

38、熱平衡計(jì)算和燃料消耗量的估算；本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（7）鍋爐爐膛熱力計(jì)算；（8）按煙氣流向?qū)Ω魇軣崦嬉来芜M(jìn)行熱力計(jì)算；、（9）鍋爐整體計(jì)算誤差的校驗(yàn)；（10）編制主要計(jì)算誤差的校驗(yàn)；（11）設(shè)計(jì)分析及結(jié)論11。 第 18頁 共43頁鍋爐的熱力系統(tǒng)確定之后需要選擇一定得鍋爐外型以滿足熱力系統(tǒng)對(duì)各個(gè)受熱面布置得要求。鍋爐外型的布置與鍋爐參數(shù)、燃燒設(shè)備的型式以及制造工藝條件等因素有關(guān)，還與鍋爐房的建筑模式及其他設(shè)備的配合等方面的要求有關(guān)。圖3大中型電站鍋爐的整體布置方案對(duì)于中等參數(shù)和中等容量以上的電站鍋爐大多采用室然方式。室燃爐由于熱力循環(huán)效率的要求，給水溫度和蒸汽溫度都比較高，過熱器、省煤器、空

39、氣預(yù)熱器等受熱面成為鍋爐熱力系統(tǒng)不可缺少的部件，而很少在布置鍋爐管束。鍋爐本體的外型取決于爐膛和尾部受熱面的相對(duì)位置，下圖給出了幾種常見的本體布置方案。圖中(a)通常稱為“ ”型布置，他是國內(nèi)外大中型鍋爐應(yīng)用的最為廣泛的一種布置型式。因此本設(shè)計(jì)也采用這種布置型式。這種布置對(duì)于受熱面的布置比較簡便，各受熱面易于和煙氣成逆流形式。鍋爐排煙出口在底層，送、引風(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備以及除塵設(shè)備都可以安置在地面基礎(chǔ)上。鍋爐德爾構(gòu)架和廠房建筑高度比較低。本設(shè)計(jì)國產(chǎn)220t/h鍋爐采用這種方案可以節(jié)省鋼材約250t，占結(jié)構(gòu)用鋼的15%。4然而，由于尾部煙道和爐膛后墻靠的太近，使尾部受熱面檢修空間減小，不利于維修。本

40、 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)32 鍋爐爐膛及輻射受熱面的布置 第 19頁 共43頁鍋爐爐膛兼有完成燃料燃燒和傳熱的任務(wù)，在布置和設(shè)計(jì)爐膛時(shí)首先要滿足燃料燃燒的要求，在此前提下考慮爐膛中合理布置輻射受熱面，使?fàn)t膛中輻射受熱面的吸熱量達(dá)到鍋爐熱力系統(tǒng)所分配的吸熱量的規(guī)定。3.2.1 爐膛燃燒器的布置方式對(duì)于室燃爐的爐膛根據(jù)燃燒器的類型和布置方式可分為下圖幾種方案。圖4室燃爐爐膛型式對(duì)于直流燃燒器多采采用四角切圓布置方式，如圖3-2（b）所示。這種角置式直流燃燒器的爐膛在鍋爐容量小于670t/h時(shí)一般為單爐膛型式，為了保證良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)結(jié)構(gòu)，爐膛橫截面的形狀應(yīng)盡可能的設(shè)計(jì)成正方形或接近正方形的矩形。3

41、.2.2 爐膛中輻射受熱面的布置爐膛中的輻射受熱面主要是指爐膛的水冷壁。水冷壁管有光管或鰭片管兩種形式， 在中小鍋爐中，水冷壁多由光管組成。鍋爐容量增大后，爐膛面積相對(duì)減少，為了本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20頁 共43頁充分利用爐膛面積，水冷壁管的節(jié)距比較小，布置緊密。當(dāng)然這對(duì)保護(hù)爐墻的結(jié)構(gòu)影響很大。大容量鍋爐將光管或鰭片管焊接在一起，構(gòu)成膜式水冷壁，如下圖所示，膜式水冷壁節(jié)距越大，水冷壁的管束越少，膜式壁的金屬耗材降低，但是由于鰭片寬度增加，在同樣的向火面熱負(fù)荷時(shí)鰭端的金屬溫度升高，容易燒損。另外，如果相鄰鰭片熱負(fù)荷不均勻，鰭片越寬，兩端的溫差越大，由此產(chǎn)生的附加熱應(yīng)力也越大，可能造成鰭片

42、焊口的斷裂，是水冷壁失效，在目前焊接工藝條件下不允許相鄰管子的金屬溫差超過50oC。 由于采用膜式水冷壁，爐墻不直接與高溫火焰接觸，可省去笨重的耐火材料，只要輕便的保溫材料即可。這樣可以大大簡化爐膛的結(jié)構(gòu)，減輕爐膛重量，有效的改善爐膛的密封性。在現(xiàn)代大中型鍋爐中，為了改善爐內(nèi)的空氣動(dòng)力工況，減少煙氣死滯區(qū)，增加火焰的充滿度，都將后墻水冷壁上的靠近出口煙窗處彎制成折煙角，如圖3-4所示。折煙角可以增加水平煙道的長度，可以在不改變鍋爐深度的條件下布置更多的對(duì)流過熱器受熱面。折煙角迫使煙氣流轉(zhuǎn)向，防止煙氣短路流入水平煙道，改善煙道沖刷屏式過熱器的空氣動(dòng)力特性，增加橫向沖刷作用，是煙氣流速沿水平煙道高

43、度分布趨于均勻，折煙角入爐膛的深度約占爐膛深度的1/31/2，一般取=25o45o，=45o75o。圖6爐膛折焰角示意圖水冷壁通常要分成幾段：（1）爐膛下部（亦稱下輻射區(qū)）的水冷壁管內(nèi)工質(zhì)一般為過冷水或干讀很小的汽水混合物狀態(tài)，在該區(qū)內(nèi)工質(zhì)存在從單相流體變成兩相流體的相變過程，為了獲得穩(wěn)定的兩相流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，水冷壁管采用不同的管徑。（2）爐膛中部（亦稱中輻射區(qū)）的受熱面是蒸發(fā)受熱面，管內(nèi)工質(zhì)為汽水兩相狀態(tài)。為了使下輻射區(qū)出來的汽水混合物能均勻的分配至中輻射區(qū)的并行管子，兩端之間設(shè)置有汽水分離器。中輻射區(qū)的管徑較大。該區(qū)段是工質(zhì)完成蒸發(fā)的主要區(qū)段，一般情況下本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)輻射區(qū)的干度

44、約為0.70.85左右。 第 21頁 共43頁（3）爐膛上部（亦稱上輻射區(qū)）的水冷壁管是全部完成工質(zhì)的汽化過程并逐步使之過熱的輻射受熱面。由于上輻射區(qū)存在工質(zhì)的蒸干點(diǎn)，為了使水冷壁金屬耗材有足夠的冷卻條件，設(shè)計(jì)時(shí)管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速選取較高。工質(zhì)到達(dá)出口集箱時(shí)，蒸汽有5oC8oC。 爐膛水冷壁的設(shè)計(jì)，除了要考慮其受熱特性外，還要考慮水循環(huán)的可靠性、熱膨脹位移的自由度及支撐吊掛的結(jié)構(gòu)型式等。3.2.3 鍋爐凝渣管的布置現(xiàn)代鍋爐一種常見的對(duì)流蒸發(fā)受熱面時(shí)布置在爐膛現(xiàn)戶口煙窗后的凝渣管束。它的作用是確保煙氣下游行程中的對(duì)流受熱面不發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象。雖然爐膛出口的煙氣溫度再設(shè)計(jì)爐膛時(shí)已考慮到使其低于煤的灰熔

45、點(diǎn)，但由于爐內(nèi)溫度場(chǎng)的不均勻，仍有可能在煙窗的局部區(qū)域煙氣溫度超過爐膛出口煙氣溫度，煙氣中的灰?？赡芴幱谌刍癄顟B(tài)。如果這些溶化的灰粒凝結(jié)在較密集的對(duì)流換熱面上，則容易粘結(jié)成片，堵塞煙氣通道，增加煙氣流動(dòng)阻力，影響鍋爐的正常運(yùn)行。布置凝結(jié)管束后可以使流過的煙氣溫度降低50 oC 80oC，飛灰會(huì)因此而全部凝固，不會(huì)在粘附在下游的受熱面上。為了使粘附在凝管上的灰渣不至于連成片，凝渣管的橫縱向節(jié)距都應(yīng)設(shè)計(jì)的較大?，F(xiàn)代鍋爐的凝渣管多是由后墻水冷管（或后拱管）拉寬而成。后墻水冷壁管到達(dá)煙窗后有規(guī)則的移除后墻水冷壁的平面，形成35排的錯(cuò)列布置的管束形式。雖然流過凝渣管束的工質(zhì)實(shí)際上是后墻水冷壁內(nèi)的工質(zhì)，管

46、外煙氣的流速也較低，但是他已不屬于 爐膛的輻射受熱面，他的傳熱計(jì)算方式也完全不同于水冷壁。在鍋爐熱力計(jì)算中它是煙氣輻射換熱和對(duì)流傳熱的分界面，自此以后煙氣流過的受熱面均勻的流過受熱面。 高壓鍋爐過熱蒸汽溫度較高，通常都布置有屏式過熱器，這時(shí)爐膛出口煙氣首先經(jīng)過后屏，凝渣管的作用可以由后屏來代替。而后墻水冷壁管則通過特制的后墻引出管將煙氣引出鍋爐的水平煙道。后墻水冷壁引出管節(jié)距較大，它的主要作用是承受后墻水冷壁和爐墻的重量，但熱力計(jì)算時(shí)要單獨(dú)計(jì)算其對(duì)流吸熱量。綜上鍋爐爐膛及相關(guān)受熱面已經(jīng)布置完畢，接下來將進(jìn)行熱力校核計(jì)算。 4 爐膛的熱力計(jì)算41 爐膛校核熱力計(jì)算的步驟爐膛校核熱力計(jì)算可以按以下

47、步驟進(jìn)行：（1）計(jì)算爐膛結(jié)構(gòu)尺寸及煙氣有效輻射層厚度；（2）選取熱風(fēng)溫度，并依據(jù)有關(guān)條件計(jì)算隨每千克燃料進(jìn)入爐膛的有效熱量；（3）根據(jù)燃料種類、燃燒設(shè)備的形式和布置方式，計(jì)算火焰中心位置的系數(shù)M；（4）估計(jì)爐膛出口煙溫，計(jì)算爐膛煙氣平均熱容量；（5）計(jì)算爐膛受熱面輻射換熱特性參數(shù)，如水冷壁的灰污系數(shù)、輻射角系數(shù)x、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 熱有效系數(shù)等；（6）根據(jù)燃料和燃燒方式計(jì)算火焰黑度和爐膛黑度；（7）計(jì)算爐膛出口煙溫；（8）核對(duì)爐膛出口煙溫誤差；（9）計(jì)算爐膛熱力參數(shù)，如爐膛容積熱強(qiáng)度等； 第 22頁 共43頁（10）爐膛內(nèi)其他輻射受熱面的換熱計(jì)算，如屏式過熱器等。42 爐膛幾何特征的計(jì)算

48、4.2.1 爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)及其影響因素 爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征主要包括：（1） 爐膛容積；（2） 爐膛內(nèi)爐墻總面積；（3） 爐墻有效輻射受熱面的面積；本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（4） 爐前火焰有效輻射層厚度；（5） 爐墻水冷程度。 第 23頁 共43頁爐膛結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)與鍋爐的設(shè)計(jì)容量、燃料特性、爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛截面熱負(fù)荷、燃燒區(qū)域受熱面熱負(fù)荷、爐膛輻射受熱面熱負(fù)荷、爐膛出口煙氣溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)。鍋爐爐膛設(shè)計(jì)中，參照設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的取值范圍和選取原則，再接合以往經(jīng)驗(yàn)來決定這些參數(shù)的合理取值。4.2.2 爐膛容積熱負(fù)荷爐膛容積和尺寸的確定，根據(jù)燃料特性及燃燒方法等工況條件，按下表推薦

49、的數(shù)值范圍，并參考以往的經(jīng)驗(yàn)選擇爐膛容積熱負(fù)荷qv的數(shù)值，然后再求爐膛的容積。 爐膛容積為:V=BQ mqv根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況取qv=0.12 MW/ m3 。爐膛容積熱負(fù)荷的取值越小，則折算到單位爐膛容積內(nèi)的放熱量越大；反之，則越小。顯然爐膛容積熱負(fù)荷決定了爐膛內(nèi)的整體溫度水平，同時(shí)也決定了燃料在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間。但二者的影響規(guī)律相反，爐膛整體溫度高。則燃料停留時(shí)間短；反之，鍋爐整體溫度低，則燃料停留時(shí)間長。為了考慮燃料燃燒和爐內(nèi)傳熱過程對(duì)室燃爐爐膛的限制，設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)通常用爐膛熱負(fù)荷這一參數(shù)表示，爐膛熱負(fù)荷是一個(gè)大尺度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，他能夠從某種程度上反映燃燒和傳熱對(duì)爐膛幾何尺寸的要求，但是由

50、于爐內(nèi)燃燒溫度和傳熱計(jì)算的復(fù)雜性，爐膛熱負(fù)荷僅僅是一種經(jīng)驗(yàn)性的參數(shù)。4.2.3 爐膛截面熱負(fù)荷爐膛容積確定后，再根據(jù)表4-2推薦的爐膛斷面熱負(fù)荷qA，并參考以往經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算爐膛截面尺寸：A=BQ m2qA截面熱負(fù)荷從另一角度反映了爐膛內(nèi)的溫度水平和燃料在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，彌補(bǔ)了爐膛容積熱負(fù)荷僅能夠確定爐膛容積而不能其形狀的不足。爐膛容積熱負(fù)荷和截面熱負(fù)荷的結(jié)合可以合理的確定爐膛的容積、形狀和尺寸。在相同的爐膛容積條件下，選取較高的截面熱負(fù)荷可以得到較高的爐膛，而選取較低的截面熱負(fù)荷可以得到相對(duì)較大的爐膛截面和較低的爐膛高度。對(duì)于本設(shè)計(jì)qA選取為2.45 MW/ m2，爐膛的寬度和深度的比例應(yīng)保持

51、在11.1的范圍內(nèi)。爐膛的高度尺寸主要受燃料在爐膛內(nèi)停留的時(shí)間的影響，爐膛越高，燃料可停留時(shí)間越長，煤粉燃盡幾率越大。故經(jīng)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)的爐膛寬度為8622mm，深度為7983mm。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)第 24頁 共43頁表4.2 爐膛截面熱負(fù)荷qA統(tǒng)計(jì)值MW/ m2截面熱負(fù)荷取決于燃料的燃燒特性和灰渣特性等因素。對(duì)著火和燃燒性能較差的煤，趨向于選擇較高的截面熱負(fù)荷，過低的截面熱負(fù)荷會(huì)造成燃燒器區(qū)域溫度下降，不利于正常著火。但同時(shí)還需要考慮煤燃燒時(shí)的結(jié)渣特性，如果截面熱負(fù)荷較高，則將沒有足夠的受熱面吸收燃燒器區(qū)域燃料燃燒釋放的熱量，是局部溫度過高，引起燃燒器附近區(qū)域結(jié)渣。對(duì)固態(tài)排渣爐，當(dāng)然用灰熔

52、融溫度較高的煤種時(shí)，qA可取較高數(shù)值，對(duì)灰熔融溫度較低的煤，qA應(yīng)適當(dāng)降低。截面熱負(fù)荷的選擇還應(yīng)考慮到水冷壁內(nèi)工質(zhì)冷卻能力的影響，避免局部水冷壁熱負(fù)荷過高，對(duì)亞臨界鍋爐，工質(zhì)冷卻能力較差，局部偏高的熱負(fù)荷會(huì)使水冷壁金屬溫度升高到危險(xiǎn)溫度。另外，爐膛容積熱負(fù)荷增大會(huì)使?fàn)t膛面積相對(duì)減少，可布置的受熱面減少，輻射傳熱量降低，火焰平均溫度提高，容易在受熱面上結(jié)渣。如果選取過低，爐膛容積過大，使鍋爐結(jié)構(gòu)不緊湊，降低了爐膛的火焰溫度水平，不利于燃料的穩(wěn)定燃燒。以上討論的是從鍋爐總體平均的角度。根據(jù)爐內(nèi)燃燒和傳熱的特點(diǎn)得到的一些結(jié)果。但是，爐膛內(nèi)局部的qv和qA的值卻是十分不同的，特別是在燃燒器附近，燃料大

53、部分集中在這個(gè)區(qū)域內(nèi)燃燒，燃燒強(qiáng)度最大，火焰的溫度最高，即便整個(gè)爐膛德爾輻射受熱面面積是足夠的，在燃燒器區(qū)的水冷壁上仍然存在結(jié)渣的危險(xiǎn)。所以進(jìn)一步設(shè)計(jì)爐膛時(shí)還應(yīng)考慮到燃燒器附近的局部特性。工程上通常用燃燒器區(qū)域的爐膛斷面熱負(fù)荷qf來表示他的燃燒和傳熱過程的特性。如果設(shè)計(jì)選用的qf值越小，釋放相同德爾燃料燃燒的爐膛橫截面積越大，燃燒區(qū)域鍋爐爐膛所具有的輻射受熱面積越多，受熱面的傳熱能力較強(qiáng)，越不易發(fā)生爐壁結(jié)渣現(xiàn)象。對(duì)于本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況暫不考慮qf 的影響只作為參考。 4.2.4 確定爐膛容積邊界的一般原則（1）貼墻水冷壁管中心線所在的平面；（2）絕熱保護(hù)層的向火表面，未敷設(shè)水冷壁的地方為爐墻內(nèi)壁

54、面；（3）爐墻出口斷面：通過后屏過熱器或凝渣對(duì)流管束的第一排管子中心線的所在本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)平面； 第 25頁 共43頁（4）爐膛底部：冷灰斗高度一半處的水平面；當(dāng)采用平爐底時(shí)的爐底平面；（5）當(dāng)屏式過熱器占據(jù)整個(gè)爐膛頂部或布置于爐膛出口煙窗處而占據(jù)部分爐膛容積時(shí)，則為屏式過熱器與爐膛的交界面；若屏式過熱器布置于爐膛中部或兩側(cè)，以及布置在爐膛上部或前側(cè)時(shí)，則屏式過熱器所占空間應(yīng)計(jì)入爐膛容積內(nèi)（此時(shí)屏式過熱器作為爐膛容積內(nèi)的輻射受熱面）；（6）對(duì)于爐膛中狹長容積的部分，去深度為0.5m處的截面。4.2.5 計(jì)算過程中的具體問題（1）計(jì)算爐膛容積，可將爐膛容積劃分為幾個(gè)簡單的幾何體分別計(jì)算，

55、然后求其和；（2）爐墻總面積即包覆爐膛容積的總面積，含爐膛內(nèi)輻射受熱面的形體表面積，對(duì)于雙面水冷壁和前屏過熱器，以其邊界管中心線和管子曝光長度所圍成的面積的兩倍計(jì)入爐內(nèi)爐墻總面積；（3）爐膛輻射受熱面多布置在爐墻表面上，所以爐墻內(nèi)總面積是計(jì)算爐內(nèi)換熱的基礎(chǔ)。計(jì)算爐墻內(nèi)總面積時(shí)，應(yīng)扣除爐墻尚未敷設(shè)管子的區(qū)段。如噴燃器及人孔門的面積；（4）爐膛有效輻射受熱面面積是指參與輻射換熱的面積。在爐膛熱力計(jì)算中，它為一假想的連續(xù)平面，而其面積數(shù)值的大小，在吸熱方面與沾污的輻射受熱面相當(dāng)；（5）爐膛有效輻射受熱面與爐墻面積的比值稱為爐膛水冷壁水冷程度：X=S/A它是個(gè)反映爐膛結(jié)構(gòu)布置特性的參數(shù)，其物理意義相當(dāng)

56、于整個(gè)爐膛的平均輻射角系數(shù)。（6）爐膛介質(zhì)的有效輻射層厚度，在爐膛容積內(nèi)不含有屏式過熱器時(shí)，計(jì)算如下：s=3.64.2.5鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)爐膛結(jié)構(gòu)的基本數(shù)參見CAD圖（1）前墻總面積AqAq=8.622(1.395+0.905)+3.955/2+22.176×(6.83+2×1.267)= 250.43 m2（2）側(cè)墻總面積2AcAc1=(7.983+4.491) ×2.081×0.5Ac2=6.191×12.976Ac3=6.191+(7.983-0.896-1.76) ×1.016×0.5Ac4=(7.983-0.896-1.76) ×0.344Ac5=(7.983-0.896-1.76)+4.461 × 0.86×0.5Ac6=6.874×4.4612Ac= 2（Ac1+ Ac2+ Ac3+ Ac4+ Ac5+ Ac6）=271.72 m2 V1 m A1本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（3）后墻總面積Ah 第