锅炉本体布置及热力计算

1、第五章 锅炉本体布置及热力计算5.1 锅炉蒸汽参数对锅炉各受热面布置的影响 5.2 炉膛辐射蒸发受热面的结构布置5.3 炉膛辐射受热面的热力计算5.4 对流受热面的结构及其布置 返 回 5.5 对流受热面的传热计算5.1 锅炉蒸汽参数对锅炉各受热面布置的影响 第五章锅炉本体包括：炉膛、对流烟道、各种受热面。根据热力计算目的不同分为： 设计计算：根据指定的燃料、蒸发量和蒸汽参数等，用于设计锅炉校核计算：因燃料、蒸发量和蒸汽参数等改变，用于对原有锅炉的改造热力计算的理论基础传热学理论（传导、对流、辐射）水冷壁以辐射传热为主,省煤器、空气预热器以对流传热为主一、锅炉热力特性1. 锅炉沿烟气流程各受热

2、面之间的热量分配原则： (1) 根据工程热力学中的TS图可知：给水在锅炉中总吸热量可分为三部分热量，即：预热热Qyr，汽化热Qqh和过热热Qgr； (2)锅炉给水温度及蒸汽参数的不同，其三部分热量的分配比例也各不相同。 5.1 锅炉蒸汽参数对锅炉各受热面布置的影响 2. 锅炉各受热面结构布置及位置的设计原则：1）给水在锅炉中总吸热量的分配比例，随给水温度、蒸汽参数的变化而变化，三部分热量的分配比例的变化，对锅炉各受热面结构的设计将产生很大的影响： 低参数小容量锅炉因炉膛体积小，在确保燃料的燃烧温度条件下， ，则炉内水冷壁 (辐射蒸发受热面)的吸热量满足不了蒸发量所需的汽化热Qqh要求。必须在对

3、流烟道中布置一定量的锅炉管束(对流蒸发受热面)，才能满足蒸发量所需的汽化热 = 。 中参数小容量锅炉因炉膛体积适中，炉内水冷壁的吸热量满足了蒸发量所需的汽化热Qqh要求，即： 。又确保燃料的燃烧温度；由于有一定量的预热热Qyr和过热热Qgr要求，则在对流烟道中布置适量的省煤器，过热器以满足Qyr和Qgr。 第五章5.1 锅炉蒸汽参数对锅炉各受热面布置的影响 高参数大容量锅炉因炉膛体积大，其 ，而 若要对流传热量Qdl满足Qyr和Qgr时，则在对流烟道中省煤器，过热器布置面积相当大，一般在锅炉设计和结构布置上很困难，而且金属消耗量增大；为此，在炉膛出口处或炉膛顶部布置半辐射式过热器或辐射式过热器

4、，吸收部分辐射热以满足过热热Qgr的需求： ；同时，增大省煤器受热面积 ，并与空气预热器交叉布置以满足予热热Qyr的需求。 超高参数大容量锅炉，在高参数大容量锅炉的基础上，一般在尾部对流烟道中布置一定数量的再热器，以满足再热热Qgr。2）锅炉燃料特性的影响 高Vdaf的燃料，炉膛体积较大，炉膛高度较低；低Vdaf而含碳量Car较高的燃料，炉膛体积较小，炉膛高度较高，热空气温度较高，空气预热器受热面面积布置的较大； 高水分Mzs的燃料，基本上同低Vdaf的燃料； 高灰分Azs的燃料，基本上同低Vdaf的燃料。 第五章 上联箱低温过热器再热器高温省煤器高温过热器低温省煤器低温过热器汽包屏式过热器下

5、降管水冷壁燃烧器下联箱5.2 炉膛辐射蒸发受热面的结构布置 一、水冷壁的结构布置及种类： 1水冷壁的作用 保护炉墙 强化换热， 降低锅炉金属耗量与造价，应合理布置，不要适得其反，造成炉膛温度过低 2光管水冷壁： 低压锅炉： ； 中压锅炉： ； ； 。 高压锅炉： ； 3鳍片管水冷壁(膜式水冷壁)： ；其有效辐射角系数： 。第五章5.2 炉膛辐射蒸发受热面的结构布置 二、炉膛几何特性尺寸的确定基本步骤： (1) 根据锅炉容量、蒸汽参数、燃料特性及燃烧方式，确定B和 (2) 选定qR、 qv或qf、qv，再确定：R、Vl或F、 Vl及Hl； (3)最后确定：炉膛宽度和炉膛深度，制定炉膛几何特性尺寸

6、。 1炉膛容积Vl炉子火床表面至出口烟窗间的容积 底部火床表面 炉膛出口截面出口烟窗第一排水管中心线所在表面 四周及顶部2炉膛周界面积Fl包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和 火床面积R; 全部水冷壁面积 Fi=bili 炉墙面积：前后墙、侧墙、炉顶; 出口烟窗面积第五章5.2 炉膛辐射蒸发受热面的结构布置 三、辐射蒸发受热面的结构布置1. 有效辐射受热面的面积：2. 炉内辐射换热计算中的系数：1）有效辐射角系数： 火焰投射到受热面上的热量Q/投射到炉壁上的热量Qt；2）沾污系数 管壁灰污反方向辐射因子， 。 受热面吸热量Qf /火焰投射到受热面上的热量Q；3）热有效系数： 受热面吸热量Qf

7、/投射到炉壁上的热量 平均热有效系数： ； 对未设置水冷壁的区域： 。 第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 一、炉内辐射换热计算方程传热学斯蒂芬波尔茨曼定律： (kW) 2. 烟气侧热平衡方程： (kW) 1）炉膛有效吸热量： (kJ/kg) 2）空气带入炉内的热量： 热空气带入炉内的热量： (kJ/kg) 冷空气带入炉内的热量： (kJ/kg) 第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 3）理论燃烧温度 ：假定燃料燃烧时放出的热量未向外界传热而使烟气所能达到的最高温度，它与有效放热量Ql相关。 因为: (kJ/kg) 则： (); 即： (K)。 4）烟气平均热容量：因为: 则： 二、炉膛

8、黑度1. 物理意义：炉膛黑度 ：火焰投射黑度，表示火焰与炉壁之间的辐射换热关系 第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 高温火焰辐射到水冷壁上的热量，由于水冷壁不是绝对黑体，沾污的水冷壁自身具有一定的辐射能力，所以火焰辐射到水冷壁上的热量并没有全部被吸收，因此火焰黑度 不能直接应用到炉内辐射传热计算。 将炉内火焰与水冷壁之间的辐射换热关系，看成灰体包壳空腔与凸形灰体组成的封闭系统的辐射换热关系：由传热学知道： ； 引出： 。 第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 代入斯蒂芬波尔茨曼定律得： 因为： 将上两式联解得： ； 水冷壁(辐射蒸发受热面)吸热量： 水冷壁管壁之间相互辐射换热量： 第五章

9、5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 则： 又因为： ；则： ； 即： ；三、室燃炉炉膛黑度层燃炉炉膛黑度： 由于火床上的火焰和炉膛的火焰同时与炉壁有辐射换热关系； 火床对炉壁的辐射角系数： ；第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 火床辐射换热量： ；式中 相当于室燃炉炉膛黑度中的 ，(室燃 炉的 R=0)；则：层燃炉炉膛黑度： 。四、火焰黑度ahy表示火焰的辐射能力：1影响火焰辐射能力的主要因素： 介质浓度： 固体燃料：三原子气体、灰粒子、焦炭粒子； 液体、气体燃料：三原子气体、碳黑粒子。第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 燃料的种类、燃烧方法及燃烧工况等。由传热学知道，火焰被认为是灰体，

10、则； 式中：k火焰辐射减弱系数，即火焰中各介质成分的辐射减弱系数代数和；p炉膛压力，(微负压锅炉： )s有效辐射层厚度， (m) 。2固体燃料燃烧时的火焰黑度： 1）三原子气体辐射减弱系数： 第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 三原子气体总容积份额： 三原子气体分压力： （Mpa）2）灰粒子辐射减弱系数： 烟气密度： 烟气中灰粒子平均直径：层燃炉： ；煤粉炉(筒式球磨机)： 。灰粒子无因次浓度： 每公斤燃料燃烧生成的烟气重量： 第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 3）焦炭粒子辐射减弱系数： 、 煤种、燃烧方式分别对焦炭粒子浓度的影响系数；液体、气体燃料燃烧时的火焰黑度：式中：m与锅炉容

11、积热负荷有关的系数 发光火焰的黑度： 炉膛高度上的辐射传热热负荷的计算： 式中： 在某一高度上的辐射传热热负荷， 。 高度上辐射传热热负荷分配不均匀系数。 炉膛中辐射受热面的总和， 。第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 五、炉膛出口烟温 ：1. 的计算： 式中：M 炉膛火焰中心位置系数。2. 的选择范围：1）燃用固体燃料时： 要求 ；由此，其高限一般取 。 为了保证燃料的燃烧温度，其低限一般取 。2）燃用液、气体燃料时：因 ，其高限一般可取 3） 为炉膛出口处凝渣管或屏式过热器之前的烟温，若凝渣管 时， 为凝渣管之后的烟温。第五章5.3 炉膛辐射受热面的热力计算 4）锅炉机组热力计算标准方

12、法规定： 的计算误差范围为 。第五章5.4 对流受热面的结构及其布置 对流受热面包括：锅炉管束、过热器、省煤器和空气预热器，受烟气直接冲刷并通过对流换热。一、锅炉管束的结构及布置1烟管2锅炉管束二、过热器的结构及布置1过热器的布置方式2对流式过热器的结构3对流式过热器的布置型式 顺流式 逆流式 混流式4气温调节及减温器的布置第五章1123345 67788烟气S2S1S1S2S25.4 对流受热面的结构及其布置 4气温调节及减温器的布置作用：保证过热器的安全工作，避免过热器汽温高出允许值。过热汽温升高的原因： 蒸汽负荷增加，燃料量增加 过量空气系数增加，烟气流速增加 给水温度变化 锅炉运行状况

13、变化 燃料变化面式减温器：是利用给水作为冷却介质来降低气温的换热器，通过介质流量变化达到调节汽温的目的。布置方式有三种：第五章5.4 对流受热面的结构及其布置 过热器的入口端：对过热器及后管道没有保护作用，汽温调节不灵敏； 过热器的出口端：气温调节灵敏，过热器保护作用差 两级过热器之间：既有一定的灵敏度，又能保护过热器。 三、尾部受热面的结构及布置1省煤器的结构及布置分类：2空气预热器的结构及布置3尾部受热面的低温腐蚀第五章烟气再循环系统5.5 对流受热面的传热计算一、对流受热面传热计算的基本公式1. 热平衡方程式： 1) 烟气侧： (kJ/kg)2) 工质侧： (kJ/kg) 空气预热器工质

14、侧： (kJ/kg) 2. 传热方程式： (kJ/kg) 二、对流传热系数K的计算影响因素：烟气、积灰、管壁、结垢和工质，包括对流、辐射和传导三种基本传热方式。 第五章5.5 对流受热面的传热计算式中： 与 难以测定，在计算中一般以 、 、 来考虑灰污对管壁传热的影响。 1. 灰污系数 表示灰污引起的传热热阻的增加。 则： 只对燃用固体燃料的错列管束考虑灰污对管壁传热的影响。 对流管束、省煤器：因为 ，所以： ； 第五章5.5 对流受热面的传热计算 过热器：因为 很小，所以 很大； 错列管束横向冲刷时， 与 、 、灰粒子分散度有关；由图表分别查出 、 、 和 按下式计算： 2有效系数 表示受热面有灰污与无灰污时的传热系数之比 在缺 计算数据时； 燃用固体燃料的顺列管束； 燃用重油和气体燃料室，所有受热面(顺列管束、错列管束)； 小型锅炉的锅炉管束。第五章5.5 对流受热面的传热计算 因为： ； 则： 锅炉管束、省煤器：因为 很大，所以 。则 值可由查取。 3利用系数 表示受热面实际传热系数与无灰污并冲刷完全 时的传热系数 比值 空气预热器对流传热计算中，常用 考虑有灰污和冲刷不完 全对管壁传热的影响。 因为： ；则： 的计算： 第五章5.5 对流受热面的传热计算