第12章 锅炉热力计算及其设计布置=长沙理工大学锅炉原理

1、长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 1 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 2 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 3 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 4 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 5 型布置型布置: : 应用范围最

2、广。应用范围最广。 型布置型布置: : 由垂直柱体炉由垂直柱体炉 膛、水平烟道和下行对流烟膛、水平烟道和下行对流烟 道组成。道组成。 型布置型布置: (: (型布置中取消了中型布置中取消了中 间的走廊与水平间的走廊与水平 烟道烟道 ) )紧凑省钢材，但紧凑省钢材，但 尾部烟道检修不便。尾部烟道检修不便。 1/2 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 6 u高度较低，安装方便；高度较低，安装方便； u易布置成逆流传热方式；易布置成逆流传热方式； u燃料进给设备和排烟口都在燃料进给设备和排烟口都在 锅炉底层，送风机、引风机、锅

3、炉底层，送风机、引风机、 除尘器等笨重设备可布置在除尘器等笨重设备可布置在 地面，减轻了厂房和锅炉构地面，减轻了厂房和锅炉构 架的负载，可以采用简便的架的负载，可以采用简便的 悬吊结构悬吊结构 u占地较大；占地较大； u烟道转弯易引起飞灰对受热烟道转弯易引起飞灰对受热 面的局部磨损面的局部磨损 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 7 塔型布置锅炉：塔型布置锅炉：对流烟道布置在炉膛对流烟道布置在炉膛 的上方，锅炉笔直向上发展，取消了不的上方，锅炉笔直向上发展，取消了不 宜布置受热面的转弯室宜布置受热面的转弯室 特点：特点：

4、占地占地面积小；对流烟道有面积小；对流烟道有自身自身 通风通风作用；烟气在对流受热面中不改变作用；烟气在对流受热面中不改变 流动方向，对于流动方向，对于多灰燃料多灰燃料非常有利。适非常有利。适 用于燃用烟煤以及正压燃烧的燃油、燃用于燃用烟煤以及正压燃烧的燃油、燃 气锅炉。气锅炉。 1/11/1 半塔型布置锅炉半塔型布置锅炉: : 空气预热器，送、空气预热器，送、 引风机，除尘器等引风机，除尘器等笨重设备布置在地面笨重设备布置在地面。 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 8 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 202

5、1-6-23Principles of BoilerPage 9 37820 SH-1PL SH-3 RH-2 SH-2 RH-1 ECO parallel flow counter flow counter flow parallel flow parallel flow counter flow 1850 6100 2390325032503250185023903250 50750 55000 21480 x 21480 1200 14480 Evaporator 37820 107300 55 SH-1PL SH-3 RH-2 SH-2 RH-1 ECO 26.21 17205 长沙理

6、工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 10 1/5 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 11 加热水加热水热、热、蒸发热蒸发热、过热热过热热的的比例比例发生变化发生变化 炉膛吸热 占 锅炉总吸热量的65%65% 在中压机组中， 蒸发吸热为66%66%，稍大于 炉膛吸热 在高压机组中， 蒸发吸热为52%52%，小于 炉膛吸热 在超高压机组中，蒸发吸热为34%34%，大大小于炉膛吸热 在亚临界机组中，蒸发吸热为25%25%，大大小于炉膛吸热 2/5 长沙理工大

7、学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 12 3/5 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 13 1 1燃料的挥发分燃料的挥发分对锅炉布置的影响：对锅炉布置的影响： 挥发分多的煤好烧。炉膛比较挥发分多的煤好烧。炉膛比较胖、矮胖、矮；热风温度热风温度较低。较低。 挥发分少的煤。炉膛比较挥发分少的煤。炉膛比较细高细高；热风温度要高。；热风温度要高。 2 2燃料水分燃料水分的影响：的影响： 水分多水分多着火着火困难，困难，热风温度要热风温度要高，断面热强度要大。高，断面

8、热强度要大。 3 3燃料灰分燃料灰分的影响：的影响： 灰分多灰分多火焰中心火焰中心上升，炉膛出口烟气温度上升，炉膛细上升，炉膛出口烟气温度上升，炉膛细 长；热风温度要高。长；热风温度要高。 磨损磨损严重，要在对流烟道中的受热面上安装防磨装置。严重，要在对流烟道中的受热面上安装防磨装置。 4 4、灰熔融特性、硫含量灰熔融特性、硫含量 4/5 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 14 尾部受热面采用两级布置的原因，是因为烟气的流量和比热均比空气为大。尾部受热面采用两级布置的原因，是因为烟气的流量和比热均比空气为大。 5/5

9、长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 15 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 16 v q 1/4 式中式中 炉膛容积， 炉膛容积，m m3 3 3 . ,/ ar net v BQ qkw m V v v q 过大过大 py g 、 a v v q 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 17 v q v l 2/4 v q v q v q 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动

10、学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 18 的选取与燃料性质、燃烧方式和排渣方式等有关。的选取与燃料性质、燃烧方式和排渣方式等有关。 a q 表示燃烧器区域炉膛单位截面上每小时燃料的释热强度表示燃烧器区域炉膛单位截面上每小时燃料的释热强度 式中式中 A A、n - n - 燃烧器区域炉膛截面积及燃烧器层数燃烧器区域炉膛截面积及燃烧器层数 2 . ,/ ar net a BQ qkw m A 或 a q a ac q q n 3/4 锅炉设计时，可根据选用的锅炉设计时，可根据选用的 、 确定炉膛容积和截面积，确定炉膛容积和截面积，并并由此由此 决定炉膛宽度、深

11、度及高度决定炉膛宽度、深度及高度 v q a q 无烟煤无烟煤 值小，而值小，而 值大，值大，炉膛呈瘦高形，保证煤粉气流及时着火，炉膛呈瘦高形，保证煤粉气流及时着火， 完全燃烧完全燃烧 v q a q 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 19 4/4 愈大，火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，愈大，火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，对对 燃料的稳定着火有利，但易造成燃烧器区域的壁面结渣燃料的稳定着火有利，但易造成燃烧器区域的壁面结渣 r q 表示燃烧器区域单位炉壁面积上燃料每小时释放的热量表示燃烧器区域单位炉壁

12、面积上燃料每小时释放的热量 式中式中 燃烧器区域的炉壁面积，燃烧器区域的炉壁面积， m m2 2 a、b 炉膛宽度和深度，炉膛宽度和深度，m n 燃烧器的层数燃烧器的层数 各层燃烧器的间距，各层燃烧器的间距，m r q 2 . ,/ ar net r r BQ qkw m F r F 2()(1), rj Fab nh m j h 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 20 1/1 炉膛出口烟气温度炉膛出口烟气温度 凝渣管或屏式过热器前的烟温凝渣管或屏式过热器前的烟温 锅炉受热面的锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值辐射和

13、对流传热的最佳比值（辐射受热面和对流辐射受热面和对流 受热面的金属耗量及总成本最小受热面的金属耗量及总成本最小）对应的）对应的 约为约为12501250 为保证炉膛出口处为保证炉膛出口处对流受热不结渣，对流受热不结渣， 不应超过灰分开始变形不应超过灰分开始变形 的温度的温度DTDT。如灰分软化温度如灰分软化温度STST与变形温度与变形温度DTDT之差小于之差小于100 100 ，则取，则取 (ST-100)(ST-100) 当炉膛出口处布置着屏式受热面时，当炉膛出口处布置着屏式受热面时，炉膛出口烟温炉膛出口烟温 一般一般 取取1100110012001200 对于易结渣的燃料，对于易结渣的燃料

14、， 应保持在应保持在100010001050 1050 范围范围 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 21 1/1 排烟温度排烟温度 燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时所对应温度燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时所对应温度 排烟温度排烟温度 低，低，排烟热损失小，锅炉排烟热损失小，锅炉热效率高，热效率高，节约燃料；但由于节约燃料；但由于 尾部受热面传热温压降低，尾部受热面传热温压降低，金属耗量增多金属耗量增多 py py 含硫量较高的燃料，排烟温度含硫量较高的燃料，排烟温度 应取较高值，应取较高值，以避免低温腐蚀

15、和堵以避免低温腐蚀和堵 灰对锅炉工作可靠性的影响灰对锅炉工作可靠性的影响 py 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 22 1/1 热空气温度热空气温度 的选取主要取决于燃料的性质的选取主要取决于燃料的性质 着火性能着火性能好和水分低的燃料，采用较低的好和水分低的燃料，采用较低的 ；着火性能差或水分较；着火性能差或水分较 多的燃料，采用较高的多的燃料，采用较高的 rk t rk t rk t 热空气温度热空气温度的选择还与制粉系统的选择还与制粉系统干燥剂种类、锅炉排渣方式干燥剂种类、锅炉排渣方式等有关。等有关。 长沙理工大

16、学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 23 1/1 受热面中水和蒸汽的质量流速受热面中水和蒸汽的质量流速 对受热面运行的安全性和经济性有对受热面运行的安全性和经济性有 很大影响很大影响 质量流速质量流速 太低，工质的传热能力下降，受热面太低，工质的传热能力下降，受热面管壁温度升高管壁温度升高， 影响受热面的安全运行影响受热面的安全运行 质量流速质量流速 太高，工质的太高，工质的流动阻力大流动阻力大（一般过热器系统的总阻力（一般过热器系统的总阻力 应不大于过热器出口压力的应不大于过热器出口压力的10%10%；再热系统的总阻力应不大于再

17、热蒸汽；再热系统的总阻力应不大于再热蒸汽 进口压力的进口压力的10%10%；省煤器中水的阻力应不大于汽包压力的；省煤器中水的阻力应不大于汽包压力的10%10%） 对于非沸腾式省煤器，质量流速对于非沸腾式省煤器，质量流速 的下限应避免受热面内部的的下限应避免受热面内部的氧氧 腐蚀腐蚀；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工质的汽水分层；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工质的汽水分层 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 24 1/1 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of Boiler

18、Page 25 u1、电厂锅炉热力计算的任务 u2、锅炉热力计算顺序 u3、锅炉热力计算框图 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 26 设计计算的定义： 根据给定的锅炉容量、参数和燃料特性去确 定锅炉的尺寸。用于设计锅炉 校核计算的定义： 在给定锅炉负荷和燃料特性的前提下，按照 已有的锅炉结构尺寸去确定各个受热面交界 处的工质和烟气参数。 用途： 校核计算在锅炉的设计和改造过程中经常应 用。 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 27 u先校核原始数

19、据、判断煤种。 u燃烧计算。 u热平衡计算。 u炉膛传热计算。 u沿烟气流程计算各部件传热(换热器)。 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 28 1/3 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 29 2/3 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 30 3/3 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 31 长沙理工

20、大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 32 本身辐射：本身辐射：E E0 0= =0 0* *T T4 4; ; E=a E=a0 0* *T T4 4 投射辐射投射辐射(入射辐射入射辐射)G：半球形范围内从各方向以各波长半球形范围内从各方向以各波长 进入物体进入物体的单位面积的能量。的单位面积的能量。 有效辐射有效辐射J：物体的总辐射能力。物体的总辐射能力。J = E+(1-a)GJ = E+(1-a)G 辐射热传递辐射热传递q：离开物体表面的净能量。离开物体表面的净能量。Q = J - G kW/mQ = J - G kW/m

21、2 2 两个平面平行系统的黑度两个平面平行系统的黑度a as s: = 1 / (1/a: = 1 / (1/a1 1 + 1/a + 1/a2 2 - 1) - 1) 两个平面平行系统总辐射传热量：两个平面平行系统总辐射传热量：a as s* * 0 0* *(T(T1 14 4- T- T2 24 4) ) 1/7 炉膛传热炉膛传热95%95%以上是辐射方式，对流可忽略以上是辐射方式，对流可忽略 G (1-a)G E J 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 33 介质浓度： 燃料的种类、燃烧方法及燃烧工况等。 2/7

22、 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 34 炉内一个假想黑度，用以表示火焰的有 效辐射J1。 J1=al *0*T14 3/7 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 35 管壁灰污反方向辐射因子管壁灰污反方向辐射因子 4 2 1 1 T T 6/7 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 36 u受热面吸热量受热面吸热量占占投射到炉壁上的热量的比例。投射到炉壁上的热量的比例。 uq

23、 = J1 kW/m2 J1=al *0*T14 ibi l bz F F x 5/7 X角系数 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 37 u基本方法 u基本方程 u水冷壁受热面积计算 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 38 346 4 100 100 lrk qqq QQQ q () oo kllzfrklzflk QaaaIaaI o lkllk QaI 1/2 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles

24、 of BoilerPage 39 lpa QVC 2/2 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 40 5 5、炉内传热的方程组：、炉内传热的方程组： 4 1foll QF T fjpal QB VCTT 1/2 1 1 3 0 4 111 , 10 jp L L aaa n l LL B VC TT Bo TTFT C Bo 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 41 6 6、校核计算公式：、校核计算公式： 0.6 3 273 1 a l olpjl

25、a jypj T FT M B V C 2/2 计算过程：计算过程： 1 1、假定、假定l l 2 2、用该公式计算、用该公式计算l l 3 3、检验假设、检验假设 () ll QQI 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 42 有效辐射受热面的面积有效辐射受热面的面积 水冷壁面积：水冷壁面积：把与水冷壁相切的平面看作火焰的辐 射表面，也是接受火焰辐射的水冷壁面积。 fii HF x 1/1 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-6-23Principles of BoilerPage 43 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院 2021-