電站鍋爐爐膛設(shè)計說明

1、 . PAGE45 / NUMPAGES451 引言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，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機械能，再通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能1。11 鍋爐簡介與發(fā)展狀況1.1.1 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

2、提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉(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，是蒸汽動力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。將固體燃料放在爐排上，進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)，并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐3。1.1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括

3、鍋爐本體和輔助設(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)熱器提高溫度后進入上鍋筒（上汽包）。上鍋筒的爐水，連續(xù)的沿著處在煙氣溫度較低區(qū)域的對流管束流入下鍋筒（下汽包）。下鍋筒的爐水，一部分進入爐膛四周的水冷壁下集箱和水冷壁管；另一部分進入煙氣溫度較高的對流管束。由于高溫作用，在水冷壁受熱汽化，汽化混合物上升至上集箱或上鍋筒；進入煙氣溫度較高區(qū)域?qū)α?/p>

4、管束的水也受熱汽化，汽水混合物也上升進入上鍋筒。再上過桶匯集并凈化的飽和蒸汽，經(jīng)出氣管進入過熱器繼續(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。（2）煤煙系統(tǒng) 鍋爐所需的燃煤，在經(jīng)過篩選和破碎后，經(jīng)斗式提升機、皮帶輸送機送到鍋爐前部的煤倉。煤倉的煤通過煤閘門，隨著鏈條爐排的移動，連續(xù)的落到爐排上進入爐膛燃燒。爐排后部的爐渣進入灰斗進入灰坑，有除渣機除去。鍋爐燃燒所需的空氣，由送風機進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，穿過爐排縫隙進入煤層助燃。燃料燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣，現(xiàn)將一部分熱量傳給爐膛四周的水冷壁管，然后高溫煙氣從爐膛上部經(jīng)過立式過熱器

5、往后折轉(zhuǎn)與對流管束，在進入后煙道、省煤器和空氣預(yù)熱器，進一步放出熱量。此時煙氣溫度已經(jīng)大大降低，不再利用，經(jīng)除塵器、引風機和煙囪排放至大氣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)濟中的地位也更為重要，因此如何提高鍋爐的安全性、經(jīng)濟性，降低其造價，增長其使用壽命，減少其對環(huán)境的污染等等，已成為鍋爐發(fā)展和研究的重大問題1?；鹆Πl(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)先進國家為了適應(yīng)電力需要的增長，大多盡快擴大發(fā)電機組的單機容量。機組容量增大則每千瓦的設(shè)備費用降

6、低，金屬耗量減少，基建投資節(jié)省。在其他條件一樣時，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燃燒室，又是一個換熱設(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)計鍋爐是中國重要的熱能動力設(shè)備,中國是當今世界燃煤鍋爐生產(chǎn)和使用得最多的

7、國家之一。但我國對鍋爐設(shè)計的起步較晚，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)濟的蓬勃發(fā)展,全國有上千家持有各級鍋爐制造許可證的企業(yè),可以生產(chǎn)各種不同等級的鍋爐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。燃料在爐膛燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱6。爐膛設(shè)計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經(jīng)

8、濟性和可靠性都可能降低鍋爐爐膛設(shè)計的一種方法是參照本廠或其它廠已經(jīng)投運的性能良好的鍋爐(即所謂樣機爐)結(jié)構(gòu)尺寸與其性能,比較新爐的燃料與樣機爐的燃料特性差別,適當調(diào)整樣機鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸與工況參數(shù),從而作為新爐的設(shè)計依據(jù)。為了適應(yīng)設(shè)計者的習慣,從理論上給出鍋爐燃燒穩(wěn)定性與燃盡性能公式,并令新爐與樣機爐兩者性能相等,從而解出欲求的新爐設(shè)計數(shù)據(jù)，按此法設(shè)計,保證新爐的性能與樣機爐一致。在進行爐膛設(shè)計時，爐膛結(jié)構(gòu)尺寸主要包括:爐膛截面深a和寬b，燃燒器上下一次風中心噴嘴距離h，上排一次風噴嘴中心至屏下緣距離L。其它尺寸則參考樣機由設(shè)計者自行決定。13 鍋爐爐膛的傳熱1.3.1 鍋爐爐膛的傳熱概述爐膛的

9、傳熱過程主要是指爐膛火焰與水冷壁管間的熱交換過程。這種熱交換過程是相當復雜的。它常常伴隨著燃料的燃燒、火焰和煙氣的流動以與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)于鍋爐爐膛傳熱計算方法的研究已有100多年的歷史。迄今為止,工程界和學術(shù)界提出的爐膛傳熱計算方法和模型各式各樣、名目繁多。由于爐傳熱過程復雜、相關(guān)因素很多,現(xiàn)有的爐膛傳熱計算方法和模型難免存在這樣或那樣的問題。為便于從現(xiàn)有的眾多計算方法和模型中選用合適的計算

10、方法和模型,因此要對爐膛傳熱計算方法的發(fā)展狀況與現(xiàn)有的主要計算方法進行分析。在此基礎(chǔ)上,指出目前工程設(shè)計計算中應(yīng)優(yōu)先選用的方法以與今后爐膛傳熱計算方法研究的方向。1.3.2 鍋爐爐膛傳熱計算常用方法由于輻射換熱在工程領(lǐng)域中的普遍存在與其求解的重要意義,國外鍋爐爐膛傳熱設(shè)計一直在發(fā)展，一些新的爐膛傳熱計算方法和模型仍在不斷涌現(xiàn)。這些模型各有優(yōu)劣,對不同的問題所能獲得的解的精度和適用性各不一樣。零維模型Hudson最早進行鍋爐爐膛傳熱試驗研究,并于1890年提出了鍋爐爐膛傳熱計算的經(jīng)驗公式,后由Orrok加以修正,得到如下形式的經(jīng)驗關(guān)系式：式中 爐膛吸熱率,%L空氣與燃料的質(zhì)量比,kg/kgB以優(yōu)

11、質(zhì)煙煤為基準計算的燃料量,kg/hFl輻射受熱面投影面積,Mullikin根據(jù)輻射傳熱的Stefan-Boltzmann定律提出了如下形式的爐輻射傳熱計算公式：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,前聯(lián)中央汽輪機鍋爐研究所()以為首的研究小組在綜合了大量的試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了鍋爐爐膛傳熱計算的半經(jīng)驗方法,稱為法。由于此方法當時在實際計算中有較高的準確性,于1957年和1973年2次寫入前聯(lián)鍋爐機組熱力計算標準方法中。零維模型粗糙,但形式簡單、使用方便、適合爐膛初步設(shè)計使用。多維模型自50年代末Ho

12、ttel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算方法,常見的主要有:蒙特卡羅法、熱流法、離散坐標法等。這些方法各有優(yōu)劣,所能獲得的解的精度與詳細程度以與網(wǎng)格與流動計算的相容性也不一樣。（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算領(lǐng)域中以來,已有很長的一段歷史。其基本思想是對微元體的發(fā)射、吸收和散射以與邊界壁面的發(fā)射、吸收和反射過程作概率模擬。通過概率模擬跟蹤每個能束的發(fā)射、吸收、散射和反射的情況,直到吸收為止,并統(tǒng)計每個微元吸收能束的數(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

13、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,然后用通用的輸運方程求解方法求解。（3）離散坐標法輻射傳遞方程的離散坐標解法是Chan-drasekhar研究星際和大氣輻射問題時首先提出的，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對離散坐標法在三維輻射傳熱計算中的應(yīng)用進行了研究。離散坐標法基于對輻射強度的方向變化進行離散，將輻射傳遞方程中的向散射項用數(shù)值積分近似代替，通過求解覆蓋整個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)計方法與目的本次設(shè)計主

14、要采取零維模型法，先要完成鍋爐整體的校核熱力計算，之后完成煤種改變后爐膛與其中各受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱力計算，總結(jié)煤種改變對爐膛的傳熱影響。繪制鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖，爐膛與其中各受熱面平面圖、剖面圖與管道布置圖9。通過對某型號電站鍋爐爐膛的設(shè)計，讓學生通過具體的實踐，進一步深入理解、掌握和綜合運用所學的專業(yè)課知識，進一步拓寬知識面，通過一定的技能訓練，培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力，使學生得到基本的訓練，達到本科生培養(yǎng)目標的要求。通過畢業(yè)設(shè)計進一步提高和訓練學生工程制圖、計算機應(yīng)用和文獻閱讀、外文翻譯、摘要書寫的能力；熟悉有關(guān)設(shè)計規(guī)、技術(shù)手冊和工具書；增強本科生畢業(yè)后到生產(chǎn)第一線工作的適應(yīng)能力。15 設(shè)

15、計的基本參數(shù)1.5.1 鍋爐參數(shù)鍋爐額定蒸發(fā)量：De=220t/h=220103kg/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）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： Car=39.3%氫： Har=2.7%氧： Oar=11.2%氮： Nar=0.6%硫： Sar=0.9%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)：Kk

16、m=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)和漏風系數(shù)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但在一定圍還可以使q3、q4減少，使鍋爐效率降低。過量空氣系數(shù)也與燃煤種類有關(guān)，對于固體燃料的鍋爐過量空氣系數(shù)應(yīng)較大。設(shè)計鍋爐時一般以爐膛出口煙窗處的過量空氣系數(shù)作為選取基點，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。非額定負荷時漏風系數(shù)= 式中 De鍋爐額定負荷D鍋爐實際負荷2 輔助計算為了便于鍋爐各受熱面的熱力計

17、算，往往在熱力計算開始之前，依據(jù)提供的原始資料和數(shù)據(jù)，將熱力計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)以與煙氣焓溫表等，設(shè)計成計算圖或計算表，以便在以后的計算中隨時查用。這些計算圖（表）的計算稱為鍋爐熱力計算的輔助設(shè)計計算或準備計算。顯然，鍋爐輔助計算將直接影響鍋爐熱力計算的質(zhì)量13。輔助計算包括以下容：燃料數(shù)據(jù)的分析和整理；鍋爐漏風系數(shù)的確定和空氣量平衡；燃料的燃燒計算與煙氣特性參數(shù)的確定；鍋爐熱平衡與鍋爐熱效率、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)計熱力計算的規(guī)定和要求。對燃料來說，要求提供以下原始資料：煤的應(yīng)用基元素成分；用測

18、熱計測取的煤的應(yīng)用基低位發(fā)熱量；煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量；灰的熔融特性參數(shù)（t1、t2、t3）值；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。22 鍋爐的空氣量平衡在負壓下工作的鍋爐機組，爐外的冷空氣不斷地漏入爐膛和煙道，致使爐膛和各個煙道的空氣量、煙氣量、溫度和焓值相應(yīng)的發(fā)生變化。對于爐膛和煙道各處實際空氣量的計算稱為鍋爐的空氣量平衡。在鍋爐熱力計算中，常用過量空氣系數(shù)來說明鍋爐爐膛和煙道的實際空氣量。 鍋爐的空氣量熱平衡見表1-11。23 燃料燃燒計算2.3.1 計算容 燃燒計算是以單位質(zhì)量或體積的燃量為基礎(chǔ)。燃料燃燒計算包括：燃燒計算、煙氣特性計算、煙氣焓計算。（1）燃燒計算需計

19、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。計算中需注意的是，由于本爐屏和凝渣管的漏風系數(shù)為0，故爐膛、屏式過熱器、凝渣管的出口過量空氣系數(shù)均一樣，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、出口過量空氣系數(shù)的算術(shù)平均值。（3）煙氣焓的計算需要分別計算爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器、高溫省煤器

20、、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，以備以后計算查用。計算過程中用到的受熱面出口過量空氣系數(shù)見表1-53 。2.3.2 空氣和煙氣的焓 要進行鍋爐受熱面的傳熱計算必須知道如何計算空氣和煙氣的焓，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）時所需的熱量，單位為kJ/kg。（1）理論空氣焓已知：燃料的種類與其元素分析成分計算R2O容積計算理論氮容積計算理論空氣量計算理論干煙氣容積VgyO已知：各受熱面出口過量空氣系數(shù)計算各受熱面煙道平均過量空氣系數(shù)pj計算各受

21、熱面理論水蒸氣容積計算各受熱面實際干煙氣容積Vgy計算各受熱面水蒸汽容積VH2O計算各受熱面實際煙氣容積Vy根據(jù)經(jīng)驗取飛灰份額fh計算各受熱面三原子氣體和水蒸氣容積總份額r(=rR2O+rH2O)計算質(zhì)量飛灰濃度y圖1 燃料燃燒計算方框圖根據(jù)理想氣體焓的計算方法，理論空氣量的焓為為=Vo(ct)kkJ/kg（2）實際空氣量的焓 實際空氣量的焓hk的計算式為hk=Vo(ct)k kJ/kg式中 (ct)k1 m3標準狀態(tài)下的干空氣連同其攜帶的水蒸氣在溫度toC時的焓。表2.11 m3空氣、各種氣體與1kg灰的焓氣體溫度二氧化碳氮氣水蒸氣干空氣飛灰、灰渣kJ/(Nm3)kJ/(kg)100170.

22、03129.58150.52130.0480.8200357.46259.52304.46261.42169.1300558.51392.01462.72395.46263.7400771.58526.52626.16531.56360500994.35663.8794.85671.35458.56001224.66804.12968.88813.9559.87001461.88947.521148.84959.56663.28001704.881093.61334.41107.36767.29001952.281241.551526.041257.84873.910002203.51391.

23、71722.91409.798411002458.391543.741925.111563.54109612002716.561697.162132.281719.24120613002976.741852.762343.641876.16136014003239.042009.722559.22033.92157115003503.121662779.052193175816003768.82324.483001.762353.28183017004036.312484.043229.322513.96206618004303.72643.663458.342676.062184190045

24、74.062804.013690.372838.41235820004844.229653925.63002251221005115.33427.534463.253165.33264022005386.483289.224401.983329.72760（3）理論煙氣焓理論煙氣是多種成分的混合氣。有工程熱力學可知，其焓值等于各組成成分焓的總和，所以理論煙氣的焓的計算式為= kJ/kg煙氣焓溫表表2.6煙氣焓溫表（用于爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器的計算）煙氣或空氣溫度（）理論煙氣焓h0y（kJ/）理論空氣焓h0k（kJ/）理論煙氣焓增（每100）h0y爐膛、屏、凝渣管高溫過熱器=1.2=1.2

25、25hyhyhyhy4002595.612096.613014.933067.35696.04806.25820.025003291.652647.663821.183887.37714.67827.36841.456004006.323211.094648.544728.82733.12848.12862.497004739.443786.105496.665591.31749.29866.01880.608005488.734369.706362.676471.91762.29880.87895.699006251.024962.587243.547367.60775.29895.2491

26、0.2410007026.315562.358138.788277.84787.32909.29924.5411007813.636172.229048.079202.38797.24919.96935.3012008610.876785.819968.0310137.68808.17932.64948.1913009419.047408.1510900.6711085.87713.60938.95954.62140010232.648034.9011839.6212040.49821.79947.72963.46150011054.438664.5412787.3413003.95828.5

27、5955.47971.34160011882.989299.1513742.8113975.29836.40963.69979.60170012719.389935.6114706.5014954.89838.20965.54981.46180013557.5810572.3015672.0415936.35843.75972.989893311218.4716645.0216925.49847.17976.23992.36200015248.5011863.7717621.2517917.85854.88985.081001.35210016103.3812514.

28、7718606.3318919.20852.94982.86999.10220016956.3213164.3519589.1919918.30式中 理論煙氣中各成分在溫度時的焓值。由于，且兩者的比熱容接近，故取。（4）實際煙氣的焓實際煙氣的焓hy等于理論空氣焓、過量空氣焓（-1）和煙氣中灰飛焓hfh之和，即hy=+（-1）+hfh kJ/kg其中飛灰焓hfh為：hfh= kJ/kg式中 1kg灰在時的焓（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才計算：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。在受熱面的傳熱計算中，必須分別計算各

29、個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 鍋爐熱效率與燃燒消耗量的估算2.4.1 鍋爐熱效率與燃燒消耗量計算步驟鍋爐熱效率與燃燒消耗量可按以下步驟估算：（1）計算鍋爐輸入熱量；（2）依照燃料與燃燒設(shè)備估計機械不完全燃燒熱損失和化學不完全燃燒熱損失；（3）假定鍋爐排煙溫度并計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）用反平衡法計算 ；（6）計算鍋爐工質(zhì)有效利用熱量；（7）計算鍋爐燃料消耗量。由于計算時涉與的排煙溫度為假定溫度，所以計算出的燃料消耗量實為估算值15。計算鍋爐

30、輸入熱量依照燃料與設(shè)備分別查取或計算q3、q4假定排煙溫度，計算排煙損失q2分別查取或計算q5、q6計算總熱損失q與鍋爐熱效率計算鍋爐有效利用熱計算實際燃料消耗量B求出計算燃料消耗量B圖2 鍋爐熱平衡與燃料消耗量計算方框圖計算完低溫空氣預(yù)熱器后，來校驗排煙溫度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燃料物理顯熱，kJ/kg；Qwr外來熱源加熱空氣時帶入的熱量，kJ/kg；Qvq霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量，kJ/kg；式中各項熱量計算如下： （1）燃料的物理顯熱hr設(shè)計時 hr=cp.artt試運行時

31、hr=cp.ar(tr-to) kJ/kg式中 cp.ar燃料的收到基比定壓熱容，kJ/(kgoC)；tr燃料溫度，oC；to基準溫度，取送風機入口空氣溫度，oC。固體燃料比熱容cp.ar為 cp.ar=cdrkJ/(kgoC)式中 cdr燃料干燥基比熱容，kJ/(kgoC)。對于煤粉爐，hr相對數(shù)值較小。若燃料未用外界熱能加熱，則只有當時，才必須計算這項熱量。（2）外來熱源加熱空氣時帶入的熱量QwrQwr= kJ/kg式中 空氣預(yù)熱器入口的過量空氣系數(shù)；按加熱后空氣溫度計算理論空氣的焓，kJ/kg；基準溫度下的理論空氣焓，kJ/kg。 （3）對于燃煤鍋爐，如果燃料和空氣都沒有利用外界熱量進行

32、預(yù)熱，且燃煤水分，則輸入熱量Qr=Q2.4.3 各項熱損失 （1）化學不完全熱損失q3根據(jù)經(jīng)驗取用0.5%，機械不完全燃燒熱損失q4根據(jù)經(jīng)驗取用1.5%。 （2）鍋爐散熱損失q5根據(jù)經(jīng)驗取用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= kJ/kg或 q6=式中 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)驗取用0.08；灰渣溫度，當不能直接測量時，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）1kg灰渣在oC時的焓，按表2.1查取，kJ/kg當燃煤的折算灰分小

33、于10%（即Azs=）時，固態(tài)排渣爐可忽略爐渣德爾物理熱損失；液態(tài)排渣爐、旋風爐可忽略飛灰的物理熱損失；對燃油與燃氣鍋爐，q6=0。 （4）排煙熱損失q2 kJ/kg hlk=pyVo(ct)lk式中 hpy排煙焓，kJ/kg hlk冷空氣焓，kJ/kgpy排煙處的過量空氣系數(shù)。在設(shè)計鍋爐時，合理的取用鍋爐排煙溫度是一個關(guān)系鍋爐長期經(jīng)濟可靠工作的實際問題。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)約能源與鍋爐的運行費用。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)備的初投資增多。另外排煙溫度低還會引起末級煙道中硫酸蒸汽街路，使

34、低溫受熱面腐蝕與堵灰，這樣縮短了設(shè)備的使用壽命，增加了煙氣的流動阻力和引風機的電功率消耗。堵灰嚴重時，引風機的壓頭不能保證爐膛和各個煙道正常的負壓狀態(tài)，還會危與到鍋爐的出力和機組的正常運行。所以，排煙溫度的選擇是一個涉與到很多因素的復雜問題。僅僅根據(jù)鍋爐設(shè)備的投資、運行費用和設(shè)備德爾補償年限等條件所確定的排煙溫度較經(jīng)濟排煙溫度，隨著鍋爐參數(shù)的提高，給水溫度的不斷增加，經(jīng)濟排煙溫度也不斷提高，給水溫度不斷增加，經(jīng)濟排煙溫度也不斷提高，對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)濟排煙溫度也較大。對于大中型鍋爐，由于燃料消耗量的絕對值增大，為了節(jié)省燃料，需提高鍋爐的熱效率。各受熱面

35、的傳熱溫差設(shè)計較小，因此經(jīng)濟排煙溫度也較低。在進行校核熱力計算時，如果計算經(jīng)驗不足，計算q2時，也可暫時按表2-73選擇排煙溫度（我國電廠鍋爐排煙溫度推薦值）。其中 =對于本設(shè)計經(jīng)計算得=0.069%3%；故排煙溫度選取為125 oC。2.4.4 鍋爐熱平衡與燃燒消耗計算（1）鍋爐輸入熱量QrQrQar,net=14580 kJ/kg（2）排煙溫度py要先估后校取125（3）排煙焓hpy查焓溫表用插值法求得為1031.88 kJ/kg（4）冷空氣溫度tlktlk=20（5）化學未完全燃燒損失q3=0.5（6）機械未完全燃燒損失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

36、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q5q5=0.5（10）灰渣損失q6q6=0（11）鍋爐總損失qq= q2 +q3+ q4+ q5+ q6=8.5（12）鍋爐熱效率=100-q=91.5 （13）保熱系數(shù)=0.9946 （14）鍋爐有效利用熱QQ=Dgr(-hgs)=5.613108 kJ/h式中 Dgr=D=220103kg/h；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

37、得924.15kJ/kg。（15）實際燃料消耗量BB=100=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）計算燃料消耗量BjBj=B(1-)=41500 kg/h煙氣特性如下表所示表2.5 煙氣特性表序號項目名稱符號單位爐膛，屏，凝渣管高溫過熱器低溫過熱器高溫省煤器高溫空預(yù)器低溫省煤器低溫空預(yù)器1受熱面出口過量空氣系數(shù)1.21.2251.251.271.321.341.392煙道平均過量空氣系數(shù)pj1.21.21251.23751.261.2951.331.3653干煙氣容積Vgym3/4.57324.6224.71824.80524.94

38、5.0765.2114水蒸氣容積m3/0.67240.67320.67480.67620.67840.68050.68275煙氣總?cè)莘eVym3/5.24565.29525.3935.48145.625.7615.89376RO2容積份額0.140.1410.1370.1350.1320.1280.1267水蒸氣容積份額0.1280.1270.1250.1230.1210.1180.1168三原子氣體和水蒸氣容積總份額r0.270.2670.2610.2570.2530.2460.249容積飛灰濃度vg/m337.3637.2636.3435.7534.8734.0233.2510煙氣質(zhì)量my/

39、6.856.917.0367.157.3277.5037.6811質(zhì)量飛灰濃度y/0.0290.0280.0280.0270.0270.0260.0252.4.5 鍋爐的燃燒計算（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+0.79Vo=3.06 m3/kg （3）RO2容積VRO2VRO2=1.866+0.7=0.74 m3/kg （4）理論干煙氣容積VgyoVgyo= VoN2+VRO2=3.81 m3/kg （5）理論水蒸氣容積VoH2OVoH2O=11.1+1.24+

40、1.61dkVo(dk=0.01kg/kg)= 0.66 m3/kg（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)器的計算）表2.7煙氣焓溫表（用于低溫空預(yù)器的計算）煙氣或空氣溫度()理論煙氣焓hoy(kJ/kg)理論空氣焓hok(kJ/kg)理論煙氣焓增(每100)hoy低溫空預(yù)器=1.39hyhy100621.68512.51821.56639.14841.282001260.821030.811662.84657.65863.413001918.471558.412526.25677.14887.044002595.612096.613413.29696.04910.

41、955003291.652647.664324.24714.67934.416004006.323211.095258.653 鍋爐爐膛受熱面的布置與其熱力計算31 鍋爐的外形布置校核熱力計算：校核熱力計算的任務(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、煙溫度以與風、煙流經(jīng)各受熱面時的速度和鍋爐效率、燃料消耗量等。校核熱力計算可以幫助人們正確制定出提高鍋爐安全經(jīng)濟運行的和改造鍋爐的合理措施，同時也為鍋爐的其他計算，如鍋爐的通風計算、強度計算與水動力計算提供依據(jù)10。校核熱力計算的主要容包括：（1）鍋爐輔助設(shè)計計算：這部分計算的目的是為后面受熱面

42、的熱力計算提供必要的基本計算數(shù)據(jù)或圖表。（2）受熱面熱力計算：其中包含為熱力計算提供結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的各受熱面的結(jié)構(gòu)計算。（3）計算數(shù)據(jù)分析：這部分容往往是鑒定設(shè)計質(zhì)量、考核學生專業(yè)知識水平的主要依據(jù)。整體校核熱力計算過程如下：（1）列出熱力計算的主要原始數(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、燃燒方式與鍋爐結(jié)構(gòu)布置特點，進行鍋爐通道空氣量平衡計算；（3）理論工況下（a=1）的燃燒計算；（4）計算鍋爐通道煙氣的特性參數(shù)；（5）繪制煙氣溫焓表；（6）鍋爐熱平衡計算和燃料消耗量的估算；（7）鍋爐爐膛熱力計算；（8）按煙氣流向?qū)Ω魇軣崦嬉来芜M行熱力計算；、（9）鍋爐整體計算誤差的校驗；（10）

43、編制主要計算誤差的校驗；（11）設(shè)計分析與結(jié)論11。 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)對各個受熱面布置得要求。鍋爐外型的布置與鍋爐參數(shù)、燃燒設(shè)備的型式以與制造工藝條件等因素有關(guān)，還與鍋爐房的建筑模式與其他設(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

44、，他是國外大中型鍋爐應(yīng)用的最為廣泛的一種布置型式。因此本設(shè)計也采用這種布置型式。這種布置對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、引風機等動力設(shè)備以與除塵設(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。32 鍋爐爐膛與輻射受熱面的布置 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)計爐膛時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，使爐膛中輻射受熱面的吸熱量達到

45、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時一般為單爐膛型式，為了保證良好的爐空氣動力場結(jié)構(gòu)，爐膛橫截面的形狀應(yīng)盡可能的設(shè)計成正方形或接近正方形的矩形。3.2.2 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，爐膛面積相對減少，為了充分利用爐膛面積，水冷壁管的節(jié)距比較小，布置緊密。當

46、然這對保護爐墻的結(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荷時鰭端的金屬溫度升高，容易燒損。另外，如果相鄰鰭片熱負荷不均勻，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，為了改善爐的

47、空氣動力工況，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力特性，增加橫向沖刷作用，是煙氣流速沿水平煙道高度分布趨于均勻，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)工質(zhì)存在從單相流體變成兩相流體的相變過程，為

48、了獲得穩(wěn)定的兩相流體流動的穩(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，一般情況下輻射區(qū)的干度約為0.70.85左右。 （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，為了使水冷壁金屬耗材有足夠的冷卻條件，設(shè)計時管工質(zhì)的質(zhì)量流速選取較高。工質(zhì)到達出口集箱時，蒸汽有5oC8oC。爐膛水冷壁的設(shè)計，除了要考慮其受熱特性外，還

49、要考慮水循環(huán)的可靠性、熱膨脹位移的自由度與支撐吊掛的結(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流蒸發(fā)受熱面時布置在爐膛現(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)計爐膛時已考慮到使其低于煤的灰熔點，但由于爐溫度場的不均勻，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，煙氣中的灰粒可能處于熔化狀態(tài)。如果這些溶化的灰粒凝結(jié)在較密集的對流換熱面上，則容易粘結(jié)成片，堵塞煙氣通道，增加煙氣流動阻力，影響鍋爐的正常運行。布置凝結(jié)管束后可以使流過的煙氣溫度降低50 oC 80oC，飛灰會因此而全部凝固，不會在粘附在下游

50、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。后墻水冷壁管到達煙窗后有規(guī)則的移除后墻水冷壁的平面，形成35排的錯列布置的管束形式。雖然流過凝渣管束的工質(zhì)實際上是后墻水冷壁的工質(zhì)，管外煙氣的流速也較低，但是他已不屬于爐膛的輻射受熱面，他的傳熱計算方式也完全不同于水冷壁。在鍋爐熱力計算中它是煙氣輻射換熱和對流傳熱的分界面，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

51、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，但熱力計算時要單獨計算其對流吸熱量。綜上鍋爐爐膛與相關(guān)受熱面已經(jīng)布置完畢，接下來將進行熱力校核計算。4 爐膛的熱力計算41 爐膛校核熱力計算的步驟爐膛校核熱力計算可以按以下步驟進行：（1）計算爐膛結(jié)構(gòu)尺寸與煙氣有效輻射層厚度；（2）選取熱風溫度，并依據(jù)有關(guān)條件計算隨每千克燃料進入爐膛的有效熱量；（3）根據(jù)燃料種類、燃燒設(shè)備的形式和布置方式，計算火焰中心位置的系數(shù)M；（4）估計爐膛出口煙溫，計算爐膛煙氣平均熱容量；（5）計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、熱有效系數(shù)等；（

52、6）根據(jù)燃料和燃燒方式計算火焰黑度和爐膛黑度；（7）計算爐膛出口煙溫；（8）核對爐膛出口煙溫誤差；（9）計算爐膛熱力參數(shù)，如爐膛容積熱強度等；（10）爐膛其他輻射受熱面的換熱計算，如屏式過熱器等。假定熱風溫度trk計算對應(yīng)每千克燃料送入爐膛的熱量Q1計算出理論燃燒溫度To計算火焰中心位置修正系數(shù)M假設(shè)爐膛出口煙氣溫度(估)計算爐膛出口煙氣溫度(計數(shù)值)判斷計算誤差：（計算值）-（估）100以計算作為屏過入口煙溫，計算屏過熱受熱面是否計算完尾部受熱面后，來校核熱風溫度圖9爐膛校核熱力計算方框圖42 爐膛幾何特征的計算4.2.1 爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)與其影響因素爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征主要包括：爐膛容

53、積；爐膛爐墻總面積；爐墻有效輻射受熱面的面積；爐前火焰有效輻射層厚度；爐墻水冷程度。爐膛結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)與鍋爐的設(shè)計容量、燃料特性、爐膛容積熱負荷、爐膛截面熱負荷、燃燒區(qū)域受熱面熱負荷、爐膛輻射受熱面熱負荷、爐膛出口煙氣溫度等設(shè)計參數(shù)密切相關(guān)。鍋爐爐膛設(shè)計中，參照設(shè)計規(guī)中推薦的取值圍和選取原則，再接合以往經(jīng)驗來決定這些參數(shù)的合理取值。4.2.2 爐膛容積熱負荷爐膛容積和尺寸的確定，根據(jù)燃料特性與燃燒方法等工況條件，按下表推薦的數(shù)值圍，并參考以往的經(jīng)驗選擇爐膛容積熱負荷qv的數(shù)值，然后再求爐膛的容積。爐膛容積為:V= m根據(jù)本設(shè)計的實際情況取qv=0.12 MW/ m3 。爐膛容積熱負荷的取值越

54、小，則折算到單位爐膛容積的放熱量越大；反之，則越小。顯然爐膛容積熱負荷決定了爐膛的整體溫度水平，同時也決定了燃料在爐膛的停留時間。但二者的影響規(guī)律相反，爐膛整體溫度高。則燃料停留時間短；反之，鍋爐整體溫度低，則燃料停留時間長。為了考慮燃料燃燒和爐傳熱過程對室燃爐爐膛的限制，設(shè)計鍋爐時通常用爐膛熱負荷這一參數(shù)表示，爐膛熱負荷是一個大尺度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，他能夠從某種程度上反映燃燒和傳熱對爐膛幾何尺寸的要求，但是由于爐燃燒溫度和傳熱計算的復雜性，爐膛熱負荷僅僅是一種經(jīng)驗性的參數(shù)。4.2.3 爐膛截面熱負荷爐膛容積確定后，再根據(jù)表4-2推薦的爐膛斷面熱負荷qA，并參考以往經(jīng)驗，計算爐膛截面尺寸：A= m2

55、截面熱負荷從另一角度反映了爐膛的溫度水平和燃料在爐膛的停留時間，彌補了爐膛容積熱負荷僅能夠確定爐膛容積而不能其形狀的不足。爐膛容積熱負荷和截面熱負荷的結(jié)合可以合理的確定爐膛的容積、形狀和尺寸。在一樣的爐膛容積條件下，選取較高的截面熱負荷可以得到較高的爐膛，而選取較低的截面熱負荷可以得到相對較大的爐膛截面和較低的爐膛高度。對于本設(shè)計qA選取為2.45 MW/ m2，爐膛的寬度和深度的比例應(yīng)保持在11.1的圍。爐膛的高度尺寸主要受燃料在爐膛停留的時間的影響，爐膛越高，燃料可停留時間越長，煤粉燃盡幾率越大。故經(jīng)計算和經(jīng)驗的爐膛寬度為8622mm，深度為7983mm。表4.2 爐膛截面熱負荷qA統(tǒng)計值

56、MW/ m2鍋爐蒸發(fā)量D(t/h)22023040041067010002000切向燃燒褐煤和易結(jié)渣煤2.102.562.913.373.203.723.203.783.303.83煙煤2.332.672.794.073.724.654.375.404.805.62無煙煤、貧煤2.203.482.583.502.734.004.98前墻或?qū)_布置2.212.793.023.723.494.07油、氣4.074.774.195.235.236.166.127.797.098.14截面熱負荷取決于燃料的燃燒特性和灰渣特性等因素。對著火和燃燒性能較差的煤，趨向于選擇較高的截面熱負荷，過低的截面熱負荷

57、會造成燃燒器區(qū)域溫度下降，不利于正常著火。但同時還需要考慮煤燃燒時的結(jié)渣特性，如果截面熱負荷較高，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。對固態(tài)排渣爐，當然用灰熔融溫度較高的煤種時，qA可取較高數(shù)值，對灰熔融溫度較低的煤，qA應(yīng)適當降低。截面熱負荷的選擇還應(yīng)考慮到水冷壁工質(zhì)冷卻能力的影響，避免局部水冷壁熱負荷過高，對亞臨界鍋爐，工質(zhì)冷卻能力較差，局部偏高的熱負荷會使水冷壁金屬溫度升高到危險溫度。另外，爐膛容積熱負荷增大會使爐膛面積相對減少，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，

58、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)爐燃燒和傳熱的特點得到的一些結(jié)果。但是，爐膛局部的qv和qA的值卻是十分不同的，特別是在燃燒器附近，燃料大部分集中在這個區(qū)域燃燒，燃燒強度最大，火焰的溫度最高，即便整個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。所以進一步設(shè)計爐膛時還應(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)域的爐膛斷面熱負荷qf來表示他的燃燒和傳熱過程的特性。如果設(shè)計選用的qf值越小，釋放一樣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，

59、越不易發(fā)生爐壁結(jié)渣現(xiàn)象。對于本設(shè)計的實際情況暫不考慮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）絕熱保護層的向火表面，未敷設(shè)水冷壁的地方為爐墻壁面；（3）爐墻出口斷面：通過后屏過熱器或凝渣對流管束的第一排管子中心線的所在平面；（4）爐膛底部：冷灰斗高度一半處的水平面；當采用平爐底時的爐底平面；（5）當屏式過熱器占據(jù)整個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，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)，以與布置在爐膛上部或前側(cè)時，則屏式過熱器所占空間應(yīng)計入爐膛容積（此時屏式過熱器作為爐膛容積的輻射受熱面）

60、；（6）對于爐膛中狹長容積的部分，去深度為0.5m處的截面。4.2.5 計算過程中的具體問題 （1）計算爐膛容積，可將爐膛容積劃分為幾個簡單的幾何體分別計算，然后求其和； （2）爐墻總面積即包覆爐膛容積的總面積，含爐膛輻射受熱面的形體表面積，對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入爐爐墻總面積； （3）爐膛輻射受熱面多布置在爐墻表面上，所以爐墻總面積是計算爐換熱的基礎(chǔ)。計算爐墻總面積時，應(yīng)扣除爐墻尚未敷設(shè)管子的區(qū)段。如噴燃器與人孔門的面積； （4）爐膛有效輻射受熱面面積是指參與輻射換熱的面積。在爐膛熱力計算中，它為一假想的連續(xù)平面，而其面積數(shù)值的大小，在