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3T燃油锅炉结构设计说明毕业设计论文1绪论1.1我国能源的形式与问题众所周知，能源是人类社会和经济发展的最基本条件，也是不可缺少的最重要条件，我国在过去基本上依赖单一能源维持国民经济增长，能源的消费结构长期以来一直跟不上我国国民经济的发展和人民生活水平的提高。我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65%左右为煤炭，大量使用煤炭，使66%的中国城市大气中颗粒物含量以及22%的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。据预测，到2020年我国能源需求量将至少增加108t标准煤。因此，如何减少煤炭资源的消耗及不断开发可再生能源已经成为我国解决能源矛盾的主要方向。但是石油天然气等较少，新能源中核能、风能、地热能、光能等其它新能源起步晚，虽然发展很快，但所占份额还是很少。所以至少在21世纪前半叶我国能源消费结构将不会作出很大改变。同时，随着经济和科学技术的发展，使得人类对绿色生活的观念越来越强，对生活质量和生存环境的要求日益增加，而油、天然气作为优质洁净的燃料和原料也越来越引起人们的重视。因此，加快油和天然气的合理开发利用是缓解我国能源供需矛盾和优化能源结构的一项重要措施。1.2燃油燃气锅炉发展简史 锅炉的产生是人们对液体进行加热的认识基础上发展起来的。采用燃烧的方式对液体的加热大体上可分为直接加热和间接加热。所谓间接加热，就是高温火焰或者烟气与加热的物料不直接接触或者用固定导热体隔开。锅炉就是采用间接加热原理加热介质的。対圆筒中的水进行直接火焰加热，即把锅筒直接放置在燃烧设备上方加热，就是间接加热的一种，这种简单的加热方式热效率较低，为45%55%，一般只能用作厨房燃具。以后在此基础上形成了火管式锅炉和水管式锅炉。所谓直接加热，就是高温火焰或者烟气与被加热的物料直接接触。这种加热方式一般有三类：一类是用短火焰或者高温烟气直接烘烤固体，对固体进行局部性快速加热，如热处理炉加热；二类是高温烟气和被加热的液体介质进行混合，将低温的气体物质加热成高温介质如直燃式的暖风机；三类是高温烟气和被加热的液体介质进行混合加热，如侵没燃烧加热。对于一些小型的采暖锅炉，当燃用比较清洁的气体燃料时，也可直接将锅炉尾部的烟气和冷水相接触，将水加热以供应热水，同时最大限度地利用锅炉尾部余热。 从锅炉技术的发展史可以看出，锅炉的发展可以归纳为两个不同的方向，这两个方向都是在对液体间接加热的基础上演变而来。了解这一锅炉的发展渊源，对我们更好地开发新产品会有一定的指导作用。 一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒内部增加受热面积，开始是在一个大圆筒内部增加了一个火铜，燃料在火筒燃烧。以后增加到两个火筒。再以后从两个火筒发展到很多小直径的烟管，后来容量增大后发展为卧式的火筒。这些锅炉因为燃料燃烧后的高温烟气在火筒和烟管中流动，所以统称为火管或者锅壳式锅炉。如下图1.1所示 （a）圆筒锅炉 （b）双火筒锅炉 （c）纯烟管 图1.1 火管锅炉 另一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒外部增加水筒的数目，燃料在筒外燃耗。和火管式锅炉的发展相类似，水管的数目不断增加，发展成为很多小直径的水管。也有一开始就采用盘旋的一次直流水管直接快速地加热工质。这些锅炉因为水在管中流动，所以统称为水管式锅炉。如下图1.2所示 （a）圆筒锅炉 （b）多水管锅炉 （c）整集箱式锅炉图1.2 水管锅炉 燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为火管锅炉和水管锅炉。火管锅炉结构简单，水及蒸汽容量大，对负荷变动适应性好，对水质的要求比水管锅炉低，多用于小型企业生产工艺和生活采暖上。水管锅炉的受热面布置方便，传热性能好，在结构上可用于大容量和高参数的工况，但是对水质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在火管锅炉和水管锅炉的基础上发展起来的，具有两者的优点，对水质要求和水管锅炉相似。火管锅炉因为容量较小，结构紧凑，一般制成快装式锅炉，容量不大的水管锅炉也可制成快装锅炉，以便于运输和现场安装。中小型燃油燃气锅炉的发展，大体上可分为三个不同的时期： （1）从燃煤过路的基础上法则而来，锅炉结构仍然保留着燃煤锅炉的特点。它只是去除了燃煤的燃烧设备，对炉膛稍加改装后，加装燃油燃气燃烧装置而成的。 （2）第二次世界大战后，小型燃油锅炉得到了很大发展，这些锅炉是按照燃油船用锅炉的要求进行设计的，其结构形式的发展均受到船用锅炉空间的限制，燃油燃气燃烧器也没有进行标准化生产，在其它工业中的应用受到限制。 （3）专门按照燃油燃气的燃烧器特点进行设计的燃油燃气锅炉。随着工业化的发展，对燃油燃气锅炉的容量和参数提出了更高的要求。另外，鉴于城市大气污染日趋严重，因此国家对锅炉的排放物提出了日益严格的限制，很多国家的能源消费结构发生了很大变化。因此，70年代以来，发达国家中小型锅炉燃用轻质油、天然气等清洁的份额日渐增多，燃油燃气锅炉进入独立开发的发展时期。1.3燃油燃气锅炉发展方向 随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出的更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升，可以预见未来几年燃油燃气锅炉将会更大比例的取代燃煤锅炉来作为主流。所以综观最近几年燃油燃气锅炉的改造发展，我们可以总结出未来的发展方向如下： （1）锅炉效率越来越高。燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源。 （2）结构越来越简单。采用简单结构构成的受热面，减少同种材料的不同使用规格。 （3）使用更加简易的配套辅机。给水泵、重油泵、重油加热器、鼓风机和其他一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性。特别是快装锅炉，应尽可能地避免采用引风机。 （4）自动化程度将更加高并且配有多级保护系统。燃油和燃气锅炉不仅要保证高效率，还有使其操作简单、可靠，不仅要配有完善的全自动燃烧控制装置，更要配有多级安全保护系统，还要具有锅炉缺水、超压、超温、熄火保护、点火程序控制及声、光。电报警等系统。 （5）配备燃烧器、送风机、和烟道消音系统，减低锅炉的运行噪音，给工作人员以及周边人员更加祥和的生存环境，更加人性化。 （6）配备其他的监测装置和限制装置，使其可以保证锅炉24小时无监督安全的运行。 622燃油燃气锅炉结构及其工作流程2.1燃油燃气锅炉整体结构 1.锅炉筒体 2.前烟箱 3.炉胆 4.蒸汽出口 5.烟囱 6.后烟室 7.防爆门 8.对流管束 9.热风道图2.1锅炉整体结构图 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。 炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。 炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。 炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。 锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。 锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件，中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。2.2燃油燃气锅炉工作流程 燃油燃气锅炉接通电源后，首先进行安全检查，自动检测电源是否正常，传感器是否正常，水位是否处于安全位置，锅炉本体是否处于过热状态，通过安全检查后，燃烧设备开始吹扫、点火。锅炉升温后，当达到设定温度的80后，控制系统启动循环水泵使系统正常运行，锅炉停机时，首先关闭燃烧设备，再关闭循环水泵，最后整机停止工作。 燃油燃气锅炉炉体内的工作流程却是极其简单，锅炉给水先经过省煤器加热升温后流入锅炉炉体储存，燃油或者燃气经过燃烧器雾化，燃气不需要雾化，喷入炉膛内点燃燃烧，产生的高温烟气使过冷水变成饱和蒸汽饱和蒸汽由蒸汽出口流出输送到又需要的用户使用而高温烟气则依次流经第一烟管。过热器。第二烟管和空气预热器，最后排放到环境中去。可以用下面图形图2.2完美表现出来： 图2.2锅炉流程图 3设计的初步数据3.1设计计算对象 锅炉额定蒸发量 =10 锅炉额定蒸汽压力 =1.25 锅炉饱和蒸汽温度 =194 给水温度 =105 排污率 =5 蒸汽带水率 =3 冷空气温度 =20 热空气温度 =20 设计燃料 大庆石油 燃烧方式 室燃 锅炉形式 锅壳式燃油汽湿背式3.2燃料特性表表3.1燃料特性表83.97612.230.5680.21.00.0262.00404453.3理论空气量及燃烧产物表3.2理论空气量及燃烧产物理论空气量10.708理论氮气容积8.4613理论水蒸气容积1.5547RO2容积1.57403.4温焓表表3.3烟气温焓表温度理论烟焓空气焓炉膛出口=1.1烟管出口=1.110015981417173917392003235285035201828352018283004916431053471877534718774006644580072241927722419275008419732491521976915219766001024088821113020231113020237001210010470131502066131502066800140101209015220210515220210590015950137401732021411732021411000179201541019460217219460217211001993017090216302199216302199120021950188002383022232383022231300240102051026060224426060224414002608022240283002263283002263150028170239803056022793056022791600302702573032840229432840229417003239027480351402308351402306180034520292503745023223745023221900366603103039770233439770233420003882032820421002346421002346210040990346104445023564445023562200431603642046800468004.10吨燃油锅炉设计的热力计算4.1 锅炉的热平衡计算4.1.1 热平衡 燃油燃气锅炉热力计算的主要目的是确定足够的受热面，以保证锅炉合理的出力和热效率。油、气燃料的燃烧过程和燃烧后产生的烟气和固体燃料相比，有许多不同之处，因而燃油燃气锅炉的性能、结构和热力计算和燃煤锅炉相比，也有其特点。燃油燃气锅炉的热力计算主要包括：（1） 锅炉的热平衡计算；（2） 炉膛（炉胆）的受热面积计算；（3） 对流受热面积计算。锅炉系统的热平衡计算，是为了保证送入锅炉机组的热量与有效利用热和和各项热损失的总和相平衡，并在此基础上计算出锅炉机组的热效率和燃料消耗量。热平衡计算是在锅炉机组处于稳定的热力工况下进行的。对燃油、燃气锅炉，一般均以标态下1kg燃油或1气体燃料为基准计算。锅炉机组热平衡方程的普遍形式为：=+ kJ/kg或kJ/ （4.1）式中送入锅炉系统的热量； 锅炉系统的有效利用热； 排烟带走的热量； 气体不完全燃烧（又称化学不完全燃烧）损失的热量； 固体不完全燃烧（又称机械不完全燃烧）损失的热量； 锅炉系统向周围空气散失的热量； 燃料中灰渣带走的热量。4.1.2 锅炉输入热量相对于1kg燃料油或1燃气送入锅炉系统的热量（kJ/kg或kJ/）是指锅炉范围以外输入的热量，可按下式计： =+ （4.2） 式中燃料的低位发热量值，kJ/kg或kJ/； 用锅炉系统以外的热量加热送入锅炉的空气时，相应于每kg燃油或每燃气所具有的热量，kJ/kg或kJ/； 油或燃气的物理显热，kJ/kg或kJ/。 雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg。4.1.3 排烟损失在燃油燃气锅炉中最主要的损失是排烟损失，它决定于排烟温度和排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过剩空气系数的大小，而过剩空气系数又是和燃烧状况有关的。排烟热损失可用锅炉机组的排烟和冷空气的焓差计算：=100=100 （4.3）式中在排烟过剩空气系数及排烟温度下，相应于1kg燃料油或1燃气的排烟的焓，kJ/kg或kJ/。 排烟的过剩空气系数； 在送入锅炉的空气温度下，1kg燃料油或1燃气所需要的理论空气焓，kJ/kg或kJ/。4.1.4 气体不完全燃烧热损失气体不完全燃烧热损失是指排烟中未完全燃烧或燃尽的可燃气体所带走的热量占送入锅炉输入热的份额。在设计计算时，对燃油锅炉可取11.5，对燃用天然气、油气伴生气和焦炉煤气的锅炉，可取=0.5；对燃用高炉煤气的锅炉，取=1，木屑锅炉中取=0.5。对运行锅炉，借排烟处烟气成分的分析，不少锅炉运行中此项损失往往可接近于零。气体不完全燃烧热损失大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、所用燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。一台运行的锅炉，此项热损失究竟多大，要靠烟气分析的结果确定。4.1.5 机械不完全燃烧损失机械不完全燃烧热损失是指部分因燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外而造成的热损失。但是对燃油锅炉来说，并不存在颗粒状物体，因为油是液体，所以在燃油锅炉过程的设计中。机械不完全燃烧损失为零，在计算过程中可以忽略不计。4.1.6 散热损失散热损失是指锅炉围护结构和锅炉机组范围内的气、水管道以及烟风道等，受外部大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量。它与周围大气的温度（露天布置时的室外温度、室内布置时的室内温度）、风速、围护结构的保温情况以及散热表面积的大小、形状等有关，同时还与锅炉的额定容量和运行负荷的大小有关，一般根据经验数据和近似计算的办法确定。4.1.7 锅炉有效利用热锅炉有效利用热是指锅炉供出工质的总焓与给水焓的差值，对饱和蒸汽锅炉为：=（+）（-）+（-） kJ/s （4.4）对于过热蒸汽锅炉：=(-）+（-）+（-） kJ/s （4.5）式中 锅炉蒸发量，kJ/s； 锅炉自用蒸发量，kJ/s； 锅炉排污量，kJ/s； 饱和蒸汽焓，kJ/kg； 过热蒸汽焓，kJ/kg； 自用蒸汽焓，kJ/kg； 饱和水焓，kJ/kg； 给水焓，kJ/kg； 蒸汽湿度，；按饱和蒸汽的质量标准规定，对于水管锅炉，饱和蒸汽的蒸汽湿度不大于3；对于锅壳式锅炉，饱和蒸汽的蒸汽湿度不大于5；当锅炉的排污量小于2时，排污水的热耗可以忽略不计。对热水锅炉：=（-） MW （4.6）式中热水锅炉的输出热量，MW; 循环水流量，kJ/s； 水的比热，MJ/(kg.)，一般取0.0041868MJ/(kg。)； 热水温度，； 回水温度，。4.1.8 锅炉的热效率和燃料消耗量 锅炉的热效率为： （4.7） 锅炉的燃料消耗量为：=100 kg/s或/s （4.8）式中燃料消耗量，kg/s或/s；考虑到燃料消耗量中有一部分随机械不完全燃烧损失带出，这一部分没有产生烟气，应从中扣除，这样可以计算燃料消耗量：= kg/s或/s （4.9）式中计算燃料消耗量，kg/s或/s。 所谓计算燃料消耗量指的是单位时间内实际参加燃烧产生烟气的燃料量，对燃油燃气锅炉来讲，=。在热力计算中，空气或烟气的体积是按实际参加燃烧的燃料量来计算的，在应用空气或烟气的体积来计算温焓表时都应该采用计算燃料消耗量。表4.1锅炉热平衡计算表序号名称符号单位公式结果1燃料低位发热量kJ/kg设计给定404452冷空气温度设计给定203冷空气焓kJ/kg查焓温表270.64排烟温度取定2005排烟焓kJ/kg查焓温表32356机械不完全燃烧损失估取07气体不完全燃烧损失估取1.08排烟损失7.2639散热损失估取1.010燃料物理热损失估取0.011锅炉总热损失+9.26312锅炉效率=10090.73713给水焓kJ/kg查物性表441.114饱和水焓kJ/kg查物性表822.615饱和气焓kJ/kg查物性表2783.9716锅炉排污率设计给定5.017蒸汽带水率设计给定3.018汽化潜热kJ/kg查物性表1977.6519额定蒸发量kJ/h设计给定10000.020锅炉有效利用热kJ/s11641.821锅炉燃料消耗量kJ/h1142.0222计算燃料消耗量kJ/h1142.0223保热系数_0.9894.2炉胆传热计算4.2.1炉胆的传热过程炉膛传热过程是与炉内燃烧过程同时进行的。炉内既有燃烧反应的化学过程，又有物质交换的物理过程，因此炉膛传热过程十分复杂。目前，我国采用的炉膛热力计算方法是运用了“相似理论”分析，并通过大量实验而综合得出的半经验计算公式。近年来，随着电子计算机技术的发展，很多研究人员试图借助于数学模型用解析法来研究和计算炉膛换热过程，已取得一定进展。炉膛传热计算的任务是确定辐射受热面的吸热量和炉膛出口烟气温度。炉膛传热过程主要是高温火焰和水冷壁之间的辐射换热。炉内烟气流速较小，因而对流传热较弱，所占炉膛换热份额很少，计算时可以忽略。4.2.2 炉膛传热的基本方程炉膛传热计算也就是计算火焰与被火焰包围着的水冷壁之间的辐射换热量。根据斯蒂芬-波尔茨曼定律辐射换热量为： =（） （4.10）式中 绝对黑体辐射常数，其值为5.67 有效辐射受热面面积，； 火焰平均温度，K； 水冷壁表面温度，K； 炉膛系统黑度烟气在炉膛内放出的热量应等于燃料在炉膛内有效放热量与炉膛出口烟气带走的热量之差，即=() （4.11） 式中炉膛有效放热量，kJ/kg； 炉膛出口处烟气的焓，kJ/kg； 保热系数； 每秒钟的计算燃料耗量，kg/s。4.2.3 有效辐射受热面 炉内吸热是借炉膛内布置了辐射受热面水冷壁管来达到。水冷壁的辐射受热面面积并不等于所有管子的表面积，这是因为水冷壁管一般都是靠颅墙布置，只有曝光的一面受到炉火焰的辐射，而其背部只受到颅墙的反射辐射，所以不能完全利用。我们称火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉墙的热量之比为有效角系数，即： （4.12）它涉及了火焰辐射，与炉膛反射作用，的数值与管子的相对截距及管子中心线离开炉墙的相对距离有关。在一定的下，增加，则被炉墙反射后再落到水冷壁管子上的辐射热量也增加，即增大了有效角系数；但当后，被炉墙反射后落到水冷壁管上的辐射份额不再变化。在一定的下，增加，火焰落到水冷壁管上的份额减少，既值下降。对蜗壳式燃油燃气锅炉来讲，火焰辐射热量全部落在水冷壁上，有效角系数为l。炉膛出口烟囱对炉膛而言，可取=1，这是因为炉膛火焰辐射投射在出口烟囱上的辐射热，陆续通过烟囱后各派管子，不会有反射，全部被吸收。三回程蜗壳式锅炉燃室的烟囱出口，不是官排组成，而是烟管的入口，也可取=1。有效角系数与炉膛壁面积的乘积成为有效辐射受热面： （4.13）式中 布置有水冷壁炉墙壁面积，。如果某一区域的炉墙壁面积为，有效角系数为；则该区域的有效辐射受热面为；由于各区域布置水冷壁有效角系数不尽一样，炉膛总的有效辐射受热面为： （4.14）整个炉膛的平均有效角系数也称为炉膛水冷程度，即 （4.15）在锅炉实际运行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管壁积灰层的表面温度升高及黑度减小，以至不能忽略管壁本身的辐射，也就是导致水冷壁受热面吸热量的减少。因此，在计算中引入水冷壁管的沾污系数，即 = （4.16）在实际计算炉膛传热时，综合考虑沾污系数和有效角系数对传热的影响，即采用热有效系数：= （4.17）这样，热有效系数、沾污系数和有效角系数三者的关系为： = （4.18）值越大，表示受热面吸收的热量越多。由于水冷壁不是绝对黑体，火焰和高温烟气投射到水冷壁的热量，其中有一部分又被水冷壁反射到火焰，此外，水冷壁受热面由于被沾污，表面温度升高，本身具有相当的辐射能力。4.2.4 火焰黑度计算炉膛辐射换热时，涉及了系统黑度。它与炉膛中火焰黑度和水冷壁黑度有关。在炉膛中，沿着火焰的行程，火焰中具有辐射能力的介质如三原子气体、灰粒、焦炭粒的浓度也是改变的，并且随着燃料种类、燃烧方法、燃烧工况的变化而不同。在炉膛传热计算中，只得采用平均的火焰黑度，而且以炉膛出口烟温和成分作为计算依据。在传热学中将火焰作为灰体，火焰黑度原则上可按下式计算： （4.19）式中火焰辐射减弱系数，是火焰中各辐射介质的减弱系数的代数和，； 炉膛压力，一般供热锅炉在常压下燃烧，故 =0.1； （4.20） 有效辐射层厚度，可由下式计算： =3.6 ; （4.21） 炉膛有效容积，； 炉膛包覆面积，。在燃用气体、重油时的火焰中，主要辐射介质是三原子气体和及悬浮在火焰中细微的碳黑粒子。4.2.5 炉膛有效放热量与理论燃烧温度在炉膛内存在着燃烧放热和辐射受热面的吸热，有关辐射受热面的一些特性已在上面述及了，在燃烧放热方面，这里要引出量与质的概念。在数量方面用炉膛有效放热量来表示；在质量方面用理论燃烧温度来表示。炉膛有效放热量是对每或者每完全燃烧的燃料（计算燃料）而言，并计及了加入炉膛的各种热量，即： ， （4.22）式中，各项已在热平衡计算中有了说明。是燃烧所需空气带入炉膛的热量。是每或者每燃料带入炉膛的热量，在燃烧中由于有一定热损失，所以燃烧后的有效放热量为 （4.23）而折算到每或者每计算燃料时，燃料在炉膛内有效放热量为：= （4.24）通常可以认为就是燃料的应用基低位发热量。根据炉膛有效放热量就可求出炉膛理论燃烧温度。所谓理论燃烧温度，是假定在绝热情况下将作为烟气的理论焓而得到理论燃烧温度，由 （4.25）式中在 情况下每或者每燃料燃烧后的烟气容积，；烟气从到温度范围内的平均容积比热，。求得后，根据可方便地从燃料燃烧计算所得的烟气焓温表中求得。显然俞高，反映了炉膛温度水平俞高，有利于改善燃烧和增强传热。对发热量搞的燃料也较高。对一定的燃料而言，减少，提高送风温度也有利于提高。不过应当指出，由于炉膛内传热过程的存在，燃料燃烧并不是在绝热条件下进行，故实际上炉膛烟气达不到理论燃烧温度，仅作为炉膛传热计算的一个参数。4.2.6 炉膛黑度从炉膛传热的基本方程式可知，在均布水冷壁的炉膛内，火焰与水冷壁之间的辐射换热可视作空腔和内包凸形物体组成的封闭系统之间的辐射换热。空腔的壁面作为火焰的辐射面，壁面面积是炉膛面积，表面黑度为火焰黑度，壁面温度是火焰的平均温度。内包物体的面积是水冷壁有效辐射受热面，黑度为，表面温度是。4.2.7 炉内温度场与火焰平均温度炉膛内的温度场是比较复杂的，各处不尽相同，在炉内同时进行着燃烧的放热和受热面的吸热过程，他们的比值决定了炉内各点的温度变化规律。沿着炉子的高度方向，当燃烧放热大于受热吸热时，火焰温度就上升，反之温度就下降。因此，炉内最高温度是发生在放热等于吸热的时候。4.2.8 炉膛传热计算的步骤炉膛传热计算按照计算的目的可分为设计计算和校核计算两种。设计计算是先选定炉膛出口烟气温度，然后需要计算布置的辐射受热面。但是，通常遇到的是校核计算，即在已布置好辐射受热面的情况下，校核炉膛出口烟气温度看其是否在合理的范围之内。如据经验预先布置好辐射受热面，然后进行校核计算，炉膛传热计算是在燃烧计算和热平衡计算之后进行的，炉膛传热计算（校核计算）的步骤如下：（1） 根据已有炉膛的结构尺寸或者根据预先拟定好的炉子大致尺寸的布置草图确定炉膛的结构特性。计算炉膛各面炉壁的总面积、炉膛包覆面积和炉膛容积；确定水冷壁的结构特性并计算炉内有效辐射受热面积、炉膛的平均热有效系数以及炉膛容积；确定水冷壁的结构特性并计算炉内有效辐射受热面积、炉膛的平均热有效系数以及炉膛的有效辐射层厚度。（2） 计算燃料在炉内的有效放热量，在选定炉子过量空气系数和的情况下，由焓温表求得理想燃烧温度。（3） 先假定一个炉膛出口温度，在温焓表中求得相应的，从而可求得烟气的平均温度。（4） 计算炉膛出口温度，其结果应当与求烟气平均热容时所假定的温度值基本相同。如误差不大于100，则计算可以认为满足要求；如误差大于100则须再假定，并重新计算，直至误差小于100为止，最后以计算所得为准。（5） 计算辐射受热面面积平均热强度和容积平均热强度。 （4.26） （4.27）表4.2 锅炉炉胆传热计算汇总表序号名称符号单位公式结果1锅炉输入热量设计给定404452计算燃料消耗量热平衡计算1142.023保热系数热平衡计算0.9894炉胆出口过量空气系数选取1.105炉胆漏风系数选取0.006冷空气温度设计207冷空气焓查温焓表270.68热空气温度设计209热空气焓查温焓表270.610空气带入炉内热量267.6211炉胆入炉热量40308.212绝热燃烧温度查温焓表192313绝热燃烧绝热温度+273219614炉胆出口温度假定120015炉胆出口绝对温度+273147316火焰绝对平均温度1653.7517炉胆壁温28418炉胆绝对壁温+27355719炉胆出口烟焓查温焓表2383020辐射和对流换热系数设计选取1521辐射和对流的有效面积计算16.8322烟气放热量16296.923烟气传热量16318.124计算误差0.134.3 对流受热面的计算4.3.1 计算考虑因素锅炉中的对流受热面是指锅炉管束、过热器、省煤器、空气预热器等。在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热，所以称之为对流受热面。由于烟气中含有三原子气体及飞灰，他们具有一定的辐射能力，因此除对流放热外还要考虑烟气的辐射放热。此外对布置在炉膛出口处的对流受热面，还需考虑来自炉膛的辐射热量。对流受热面的传热计算，都是以燃烧1或者1燃料时，烟气的放热量或工质的吸热量为计算基础。由此可得出对流受热面的传热方程式和热平衡方程式。传热方程式： ， (4.28)热平衡方程式：烟气侧： ， (4.29)工质侧： ， (4.30)式中在某一对流受热面汇总，每或每计算燃料产生的烟气放给受热面的热量，在稳定传热情况下，他等于工质的吸热量也就是经过受热面的传热量，。式中在某一对流受热面中，有管外烟气至管内工质的传热系数，； 某一对流受热面的计算传热面积，； 平均温差，； 每秒钟计算燃料消耗量，或； 计及散热损失的保热系数； 烟气进入和离开此受热面时的焓，或； 工质在受热面进口和出口处的焓，； 每秒工质的流量，； 工质所吸收来自炉膛的辐射热量，。 以上三式是对流受热面计算的基本方程式。在已知对流受热面的传热面积情况下，需要确定烟气经放热后的焓及相应的温度，这时计算的关键在于确定传热系数。4.3.2 传热系数的计算 对流受热面的一侧是烟气，另一侧是工质水、蒸汽或空气。而烟气侧的表面上不可避免地有一层积灰，水或蒸汽侧的表面上患有水垢，这就增加了传热热阻，锅炉对流受热面的传热系数可用下式表示： kW/() (4.31) 式中烟气对有灰污层管壁的放热系数，kW/()； 灰污层的热阻，； 金属管壁的热阻，在传热计算中往往可以略去不计； 管壁内表面水垢层的热阻，在锅炉正常工作时，不允许有较厚的水垢存在，因此在传热计算中可不计算；水垢层对内部工质的放热系数，由于锅炉正常运行不允许有较厚水垢层，因此可采用干净管壁对工质的放热系数来代替。式子可简化为： kW/() (4.32)由于烟气对灰污层的放热热阻以及灰污层的热阻都很难单独测定，因此计算时往往根据下述不同情况，用灰污系数，有效系数或利用系数来考虑灰污对传热的影响。4.3.3 对流换热系数的计算由传热学得知，在受压迫流动情况下，放热的准则关系式为： (4.33)即 (4.44) 式中 称为努歇尔特准则； 成为雷诺准则； 称普朗特准则。根据相似原理通过大量实验研究，可以得到各种不同冲刷换热条件下准则之间的关系式，从而可以求出相应的对流放热系数。4.3.4 对流传热温压 在对流受热面的传热计算中，除了需要确定传热系数以外，还须确定传热温差。由于换热介质沿受热面有着温度变化，因此他们之间的温差是不等的，在实际计算中，就需要确定平均温差。从传热学中我们知道，平均温差和受热面两侧介质的相对流向有关。从相同的进、出口温度条件下，逆流具有最大的平均温差，而顺流的平均温差最小。在实际的对流受热面布置中，往往不是纯逆流，通常采用的是混合流动系数。混合流动系数包括：1、串联混合流沿烟气流流向有串联的顺流和逆流；2、平行混合流顺溜和逆流并列在烟道中；3、交叉混合流烟气流向与受热介质流向垂直交叉，可以一次或多次交叉。4.3.5 对流受热面传热计算步骤 对流受热面的传热计算也是采用校核计算的方法，即已知受热面的结构特性，工质的入口温度、计算燃料消耗量、烟气入口温度、漏风系数和漏风焓等。需要确定的是受热面的传热量和烟气、工质的出口温度。计算的次序大致如下：（1） 先假定受热面的烟气出口温度，并由温焓表查的出口焓，然后按烟气侧的热平衡方程算出烟气放热量。（2） 按工质侧的热平衡方程式求得工质出口焓，并由水蒸气表查得相应出口温度。（3） 求得烟气平均温度和工质平均温度，以及烟气平均流速和工质平均流速。（4） 确定。（5） 确定。（6） 确定烟气侧的放热系数，并在需要时求取工质侧的放热系数。（7） 采用灰污系数或有效系数；对空气预热器取用利用系数。（8） 确定传热系数。（9） 按烟气和工质的进出口温度以及他们之间的相对流动，确定平均温差。（10） 按传热方程式求得受热面的传热量。（11） 检验某受热面的烟气出口温度的原假设值是否合理，可按下式计算烟气放热量和出热量的误差分数，即： (4.45) 对防渣管，对无减温器的过热器，其他受热面当时，则可认为假定的烟气出口温度是合理的，该部分受热面的传热计算可告结束；此时，温度和焓的最终数值应以平衡方程式中的值为准。4.3.6 结构设计计算 连接在上下两锅或上锅筒与下集箱之间的多排并列管构成的受热面称为锅炉管束。它是中、小型锅炉的主要对流受热面。管束所用的管子一般为，管束内管子的排列可以是顺列，也可以是错列，前者结构简单，便于检修，后者在烟气作横向冲刷时，传热效果好。通常，锅炉管束的横向节距和纵向节距在下列范围内：=(2.02.5）d（顺侧），=(1.52.0)d(错列)。布置锅炉管束时，应尽量保证烟气对管束的均匀冲刷，并应考虑排放烟道积灰的可能性。本锅炉为湿背式的三回程锅壳式锅炉，对流受热面分第一烟管管束，第二烟管管束。其中第一管束烟管为螺纹管，而螺纹管又称低肋管，主要是靠管外肋化（肋化系数为23）扩大传热面积，一般用于管内给热系数比管外给热系数大1倍以上的场合。对于管外冷凝及沸腾，由于表面张力作用，也有较好的强化作用。如图4.3所示。图4.3 螺纹管 第二管束烟管采用光管，蒸汽锅炉光管是由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁、互相平行的垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。具体的计算结果参看下表：表4.4第一管束结构计算序号名称符号单位公式结果1螺纹管节距mm设计选取502螺纹管槽深mm设计选取23螺纹管的内径drmm设计选取65.54螺纹管的根数Nr设计选取2505光管的内径dgmm设计选取65.56光管的根数Ng设计选取07拉撑管的内径dlmm设计选取65.58拉撑管的根数Nl设计选取09螺纹管烟气流通面积Fr0.785dNr0.84210光管烟气流通面积Fg0.785dNg0.0011拉撑管烟气流通面积Fl0.785dNl0.0012纵向冲刷管长度Lm设计选取4.913螺纹管传热面积HrdrLNr251.914光管传热面积HgdgLNg0.0015拉撑管传热面积HldlLNl0.0016烟气总流通面积FdFr+Fg+Fl0.40317总传热面积HdHr+Hg+Hl251.9表4.5第一管束热力计算符号名称符号单位公式结果1入口烟温设计给定12002入口烟焓kJ/kg查温焓表238303出口烟温热平衡计算290