150 th循环流化床锅炉设计重点设计：省煤器

题目：150t/h循环流化床锅炉设计（重点设计：省煤器）目录摘要 第一章绪论随着锅炉这种将燃料燃烧释放的热量转化为动能的设备的发展与广泛使用，导致了环境的严重污染。尤其是燃煤锅炉燃烧排放的大量的灰渣、二氧化硫等气固污染物，造成了很多的环境问题。同时由于化石燃料资源的逐渐开采与使用，资源被快速消耗，这时候研究高效率与低污染的相对环保的燃烧方式就显得极其重要。于是，循环流化床锅炉成为了新的选择，新的方向。1.1循环流化床锅炉结构及特点循环流化床锅炉燃烧技术是从上世纪七十年代开始发展的清洁燃烧的技术，对于环境问题的解决有重要意义。循环流化床锅炉分为三部分：第一部分：炉膛、气固物料分离器、固体物料再循环设备、外置式热交换器（可有可无），以上部分形成了一个固体物料循环回路。第二部分为过热器、再热器、省煤器、空气预热器，这些装置布置在尾部烟道中，对于烟气的余热进行利用吸收，提高锅炉燃烧效率。其特点是：可燃用的的燃料范围宽，循环流化床锅炉对于燃料有很强的适应性。在燃烧高硫煤时可同时往炉膛中加入石灰石，石灰石能降低烟气中的含硫量，可取代成本相对较高的置于锅炉烟气出口的脱硫设备，降低脱硫成本。燃烧时温度较低，空气分别从底部和侧墙送入炉膛，在温度不够高且氧气不足的条件下产生的氮氧化物相对较少。同时循环流化床锅炉燃烧湍流混合强烈，燃烧强度大，负荷调节性能强。以上优点使得循环流化床锅炉燃烧技术特别适合我国以煤为主的燃烧的国情，在较短时间内得到迅速的发展与实践。[1]1.2国内外研究现状与发展状况1.2.1国内研究现状从1960年我国在第一次应用流化床锅炉燃烧技术开始，经过50多年的发展，我国流化床锅炉技术发展突飞猛进。国内循环流化床锅炉的发展过程经历了从旧锅炉改造、新型锅炉开发到循环流化床锅炉的创新研究等三个阶段。刚开始的时候，由于经济条件较差，所使用的燃料质量也不太好，在旧锅炉的改造阶段主要针对一些工厂使用的块状锅炉及链条锅炉进行改造，形成了鼓泡流化床锅炉。鼓泡流化床锅炉在实际的应用中弊端很多，其中最主要的问题是煤炭燃烧利用率很低，且燃烧过程中会产生的飞灰含碳量超标，对生态环境造成了严重的危害。第二阶段改造是在鼓泡流化床基础上进行升级，使得鼓泡流化床热效率提升了25%～30%，在它的基础上研发出了新型锅炉褐煤流化床锅炉，将热效率提升至了80%以上。第三阶段主要是创新研制新型循环流化床锅炉（即CFB锅炉），主要结合第一阶段和第二阶段两种达到锅炉的联合应用，可以有效降低飞灰中的含碳量而起到环保减少污染的目的，经过相关科研人员的不断改进研究，目前一些大型循环流化床锅炉被广泛应用到锅炉厂中，可以看出循环床锅炉技术的应用前景极为广泛。[2]CFB锅炉于1979年芬兰首次投入运行，由于此装置开发成本较低，生产污染物较少，负荷调节范围较大，因此，掀起了CFB锅炉开发研究与应用的热潮，被世界各国所重视。经过6年改造研究，首台再热式CFB锅炉问世，标志着煤炭燃烧技术向高效方向发展迈出重要一步。1987年，我国在国外研究的基础上，通过召开研讨会，与来自各个国家锅炉研发专家进行意见交换，探究100MWCFB锅炉结构及性能，并进行实践操作中，观察该设备的优势和劣势，不断改善锅炉性能。1992年，Ahlstrom公司同意我国四川省电力局收购要求，经过两年策划，开始建设内江高坝项目，对锅炉进行多次连续测试实验，虽然出现了一些技术问题，但是主要是在冷渣机、燃烧效率等技术层面上，未对整体锅炉运行造成影响。此阶段研究，为我国研发大容量CFB锅炉丰富了技术开发经验。[3][4]自2000年以后，为了进一步改善CFB锅炉性能，我国哈尔滨、上海锅炉厂及东方电气集团合作，开始了100-135MWCFB锅炉技术研究。此阶段研究通过引进国外较为成熟的300MWCFB锅炉技术，对锅炉结构及参数进行调整，实现了大容量自动控制CFB锅炉研发。经过13年的发展历程，我国第一台600MWCFB锅炉问世，并于2015年，我国研发了350MW超临界CFB锅炉，同年9月正式投运。[5]我国在研发大容量CFB锅炉期间，提出了较多超前的设计思想，集锅炉设计、制造、生产、运行、维修为一体，形成了完整的锅炉技术开发应用体系。近年来，我国CFB锅炉技术研究队伍不断壮大，自主技术占据市场比例高达95%。1.2.2国外研究现状近年来，循环流化床锅炉因为其环保性能好、燃料适应性广和运行性能优越而受到广泛欢迎，并得到了迅猛发展。尤其是最近十年，机组大型化发展取得了突破性的进展。其代表作就是法国普罗旺斯(Provence)250MW循环流化床锅炉的成功投运。另外，近几年来，国际上CFB锅炉的发展竞争十分激烈：法国GEC ALSTOM收购了德国EVT公司、法国Stein公司和美国ABB-CE公司；美国FW公司兼并了芬兰的Ahlstrom Pyropower公司，不同流派的CFB燃烧技术在逐渐相互结合，相互渗透，在国外逐渐形成了美国FW公司和法国GEC Alstom公司两大CFB锅炉技术集团。ALSTOM-Stein公司充分利用外置式换热器的优越性，主要致力于CFB锅炉的大型化工作。通过大量的试验研究工作，率先在世界上完成了大型化CFB锅炉的开发应用工作，其代表作就是艾米录希电站和Gardanne(Provence)电站。艾米录希电站125 MWe CFB锅炉燃用干煤泥和湿煤泥两种燃料。Gardanne(Provence)电站[6,7,8]是世界上第一座250MWeCFB锅炉电站，1995年顺利投运标志着大型化CFB锅炉技术已经成熟。Foster Wheeler公司提出了汽冷式分离器和一体式返料换热器(INTREXTM)技术。Ahlstrom公司提出了紧凑式布置的概念，即将圆筒型改为方形，使其形状与方形的炉膛与尾部烟道相匹配，从而简化锅炉的布置，节省钢耗量。1995年Foster Wheeler公司收购了Ahlstromparepower公司后，两大技术流派合并、融合，将汽冷分离器和INTREXTM技术与紧凑式布置等技术巧妙结合在一起，形成了更具特色的CFB锅炉技术。1.3本文主要工作本文主要是根据给定的设计参数完成锅炉设计。先根据参数进行方案选择及总体布置，计算时按照烟气流动的方向进行，通过无脱硫和脱硫工况时的燃烧计算、锅炉设计基本参数，进行锅炉热平衡计算、炉膛设计以及炉膛风室设计，并进行炉膛热力计算。然后对于尾部烟道中的过热器、省煤器以及空气预热器进行结构设计与传热计算，并对其进行热力校核，确保误差在控制范围内，以达到设计的目的。进而对于整个锅炉的风烟系统进行设计，对烟气侧及空气侧阻力进行计算。最后对于锅筒与省煤器进行强度校核，确保其强度满足使用要求。第二章方案选择及锅炉总体布置2.1锅炉设计参数额定蒸发量De=150t/h额定蒸汽压力Pe=3.82MPa额定蒸汽温度Tzq=450℃给水温度Tgs=150℃排烟温度Tpy=145℃冷空气温度Tlk=20℃连续排污率Ppw=1.5%锅筒蒸汽压力Pg=4.3MPa给水压力Pgs=5MPa2.2方案选择选用Lurgi型循环流化床锅炉。煤由煤场经抓斗和运煤皮带传输加入燃料仓。再过磨煤机被压碎成0~7mm的煤粒后加入燃烧室。与此同时，用于脱硫的石灰石由石灰石仓进入燃烧室参与煤粒燃烧过程。炉膛温度受脱离最佳温度限制，保持在850℃~900℃。在较高气流速度作用下，大量固体颗粒随烟气带出燃烧室，并在旋风分离器中与烟气分离。分离出的颗粒被回料器送回炉膛再次加入燃烧过程。本次设计煤种为烟煤，故采用绝热式旋风分离器，不必进行旋风分离器的热力计算。由旋风分离器分离出的烟气进入锅炉尾部烟道，与布置在尾部烟道中的过热器、省煤器、空气预热器进行热交换，再经除尘器除尘后，由引风机排入烟囱再排入大气。汽水系统方面，给水由给水泵压入省煤器加热后流入布置在燃烧室等处的水冷管中吸热汽化后通入过热器，继续加热到规定温度压力，变成过热蒸汽。然后通入汽轮机发电机组发电。第三章燃料燃烧及脱硫剂耗量计算3.1设计煤种设计煤种的基本数据已经给定。设计任务书给定的是煤种的空气干燥基低位发热量，需要先根据公式（3-2）将空气干燥基低位发热值转化为空气干燥基高位发热量，然后根据收到基与空气干燥基基准之间的转换公式（3-3），得到收到基高位发热量，再通过公式（3-4）得出收到基低位发热量，与公式（3-5）由收到基各种元素含量计算得出的收到基计算低位发热值对比，计算其误差，确保在一定的误差内，保证实际煤种与设想的煤种性质相近。设计煤种的参数及计算收到基低位发热量汇总见表3-1设计煤种基本参数。空气干燥基氢含量Had =3.1195% （3-1）式中：Had——空气干燥基氢含量，%；Har——收到基氢含量，%；Wf——空气干燥基水分，%；War——收到基水分，%。空气干燥基高位发热量 =23426.9772kJ/kg （3-2）式中：——空气干燥基高位热值，kJ/kg；Qfdw——空气干燥基低位热值，kJ/kg。收到基高位发热量Qgw，ar =22589.9598kJ/kg （3-3）式中：Qgw，ar——收到基高位热值，kJ/kg。收到基低位发热量Qnet，ar =21788.1598kJ/kg （3-4）式中：Qnet，ar——收到基低位热值，kJ/kg。收到基计算低位发热量Qnet，ar计 （3-5）=21817.67kJ/kg式中：Qnet，ar计——收到基计算低位热值，kJ/kg；Car——收到基碳含量，%；Har——收到基氢含量，%；Oar——收到基氧含量，%；Sar——收到基硫含量，%。 煤质分析数据合格表3-1设计煤种基本参数序号名称符号公式或来源数值单位1收到基水分War测量值5%2收到基碳含量Car测量值57.248%3收到基氢含量Har测量值3.008%4收到基氧含量Oar测量值5.814%5收到基氮含量Nar测量值1.055%6收到基硫含量Sar测量值0.584%7收到基灰分Aar测量值27.289%8空气干燥基水分Wf测量值1.48%9空气干燥基挥发分Vf测量值22.67%10空气干燥基碳含量Cf测量值47.55%11空气干燥基灰分Af测量值28.3%12空气干燥基低位发热量Qfdw测量值22688.1kJ/kg13空气干燥基氢含量Had见式（3-1）3.1194%14空气干燥基高位发热量Qfgw见式（3-2）23426.9772kJ/kg15收到基高位发热量Qgw，ar见式（3-3）22589.9598kJ/kg16收到基低位发热量Qnet，ar见式（3-4）21788.1598kJ/kg3.2石灰石参数通过测量得出脱硫剂石灰石的相关参数如表3-2石灰石参数。表3-2石灰石参数序号名称符号公式或来源数值单位1石灰石CaCO3含量ηCaCO3测量值97.32%2石灰石MgCO3含量ηMaCO3测量值0%3石灰石水分Mad测量值0.8%4石灰石灰分Aad测量值1.88%3.3无脱硫工况时的燃烧计算对于无脱硫工况进行理论计算，得到理论数据，作为后面计算脱硫工况时的参数的初始条件，汇总表见表3-3无脱硫工况时的燃烧计算，具体计算公式如下：理论空气量V0 =5.7123m3/kg （3-6）式中：V0——理论空气量，m3/kg。三原子气体体积 =1.0723m3/kg （3-7）式中:——三原子气体体积，m3/kg。理论氮气体积 =4.5212m3/kg （3-8）式中：——理论氮气体积；m3/kgNar——收到基氮含量，%。理论水蒸汽体积 =0.4879m3/kg （3-9）式中：——理论水蒸汽体积，m3/kg。理论烟气容积 =6.0814m3/kg （3-10）式中：——理论烟气容积，m3/kg。表3-3无脱硫工况时的燃烧计算序号名称符号公式或来源数值单位1理论空气量V0见式（3-6）5.7123m3/kg2三原子气体体积VRO2见式（3-7）1.0723m3/kg3理论氮气体积VN20见式（3-8）4.5212m3/kg4理论水蒸汽体积VH2O0见式（3-9）0.4879m3/kg5理论烟气容积Vy0见式（3-10）6.0814m3/kg6飞灰份额af测量值0.73.4烟气体积计算与脱硫工况时燃烧产物的平均特性通过计算得出的基础参数，对过量空气系数进行设定，对于无脱硫工况时的烟气体积与脱硫工况时的燃烧产物的平均特性进行计算，得出数据作为后面炉膛、过热器、省煤器及空气预热器的参数条件。计算汇总表见表3-4烟气体积与燃烧产物的平均特性表，具体计算公式如下：平均过量空气系数 （3-11）式中：αpj——平均过量空气系数α″——进口过量空气系数;α——出口过量空气系数。过剩空气量 （3-12）式中：Vs——过剩空气量，m3/kg。水蒸气容积 （3-13）式中：——水蒸气容积，m3/kg。烟气总容积Vy （3-14）式中：Vy——烟气总容积，m3/kg。RO2占烟气容积份额 （3-15）式中：——RO2占烟气容积份额，%。H2O占烟气容积份额 （3-16）式中：——H2O占烟气容积份额，%。三原子气体占烟气容积份额 （3-17）式中：rq——三原子气体占烟气容积份额，%。烟气质量 （3-18）式中：Gg——烟气质量,kg/kg；Aar——收到基灰分，%。飞灰浓度 （3-19）式中：μash——飞灰浓度，kg/kg。当量H2O体积 （3-20）式中：VH20D——当量H2O体积，m3/kg；VDH2O0——当量理论水蒸汽体积，m3/kg。当量烟气总体积 （3-21）式中：VyD——当量烟气总体积，m3/kg；VRO2D——燃烧和脱硫时产生的RO2的当量体积，m3/kg；VDN20——当量理论氮气体积，m3/kg；VH2OD——理论水蒸汽体积，m3/kg。烟气密度 （3-22）式中：ρy——烟气密度，mg/m3。表3-4烟气体积与燃烧产物的平均特性表名称公式符号炉膛旋风筒单位出口处过量空气系数α1.21.2平均过量空气系数见式（3-11）αpj1.21.2过剩空气量见式（3-12）1.14251.1425m3/kg水蒸气容积见式（3-13）VH2O0.50630.5063m3/kg烟气总容积见式（3-14）Vg7.24227.2422m3/kgRO2占烟气容积份额见式（3-15）rRO20.14810.1481H2O占烟气容积份额见式（3-16）rH200.06990.0699三原子气体占烟气容积份额见式（3-17）rq0.21800.2180烟气质量见式（3-18）Gg9.67959.6795kg/kg飞灰浓度见式（3-19）μfh0.02680.0268kg/kg当量H2O体积见式（3-20）VH20D0.48610.4861m3/kg当量烟气总体积见式（3-21）VyD6.96696.9669m3/kg烟气密度见式（3-22）ρy1.38941.3894mg/m3续表3-4烟气体积与燃烧产物的平均特性表右列名称符号高温过热器低温过热器高温省煤器低温省煤器空预器单位出口处过量空气系数α21.241.26平均过量空气系数αpj11.231.25过剩空气量1.14251.14251.19961.31381.4281m3/kg水蒸气容积VH2O0.50630.50630.50720.50900.5108m3/kg烟气总容积Vg7.24227.24227.30037.41647.5324m3/kgRO2占烟气容积份额rRO20.14810.14810.14690.14460.1424H2O占烟气容积份额rH200.06990.06990.06950.06860.0678三原子气体占烟气容积份额rq0.21800.21800.21640.21320.2102烟气质量Gg9.67959.67959.75419.903310.0525kg/kg飞灰浓度μfh0.02680.02680.02660.02620.0258kg/kg当量H2O体积VH20D0.48610.48610.48700.48880.4905当量烟气总体积VyD6.96696.96697.02267.13427.2457烟气密度ρy1.38941.38941.38891.38821.38743.5脱硫计算通过查表查得SO2最高允许的排放浓度，计算出脱硫效率，在通过给定数据的计算汇总得到实际的脱硫效率，确保计算脱硫效率与实际脱硫效率的误差在一定范围内。同时得到脱硫后的烟气量、空气体积量及石灰石的消耗量，作为后面炉膛热力计算、过热器热力计算、省煤器热力计算、空气预热器计算的参数条件。脱硫计算汇总表见表3-5脱硫计算表，具体计算公式如下：SO2原始排放浓度 （3-23）=1549.0745mg/m3式中：μSO20——SO2原始排放浓度，mg/m3；计算脱硫效率 （3-24）=87.0891%式中：ηSO2j——计算脱硫效率，%。钙硫摩尔比 （3-25）式中：m——钙硫摩尔比；A——燃煤自脱硫能力系数，%；K——石灰石脱硫性能系数。与1kg燃料相配的入炉石灰石量 （3-26）式中：Bd——与1kg燃料相配的入炉石灰石量，kg/kg；Sar——收到基硫含量，%；ηCaCO3——石灰石CaCO3含量，%。煅烧成CaO时的吸热量 （3-27）式中：QA——煅烧成CaO时的吸热量，kJ/kg；εCaCO3——CaCO3未利用率，%。脱硫时的放热量 （3-28）式中：QT——脱硫时的放热量，kJ/kg；可支配热量 （3-29）式中：QarD——可支配热量，kJ/kg；Qnet，ar——燃料收到基低位热值，kJ/kg。脱硫所需的理论空气量 （3-30）式中：Vd0——脱硫所需的理论空气量，m3/kg。燃烧和脱硫的当量理论空气量 （3-31）式中：VD0——燃烧和脱硫的当量理论空气量，m3/kg。脱硫所需的空气中的氮气体积 （3-32）式中：VdN20——脱硫所需的空气中的氮气体积，m3/kg。当量理论氮气体积 （3-33）式中：VDN20——当量理论氮气体积，m3/kg。煅烧石灰石产生的CO2的体积 （3-34）式中：VCO2d——煅烧石灰石产生的CO2的体积，m3/kg。脱硫使SO2体积减少量 （3-35）式中：VSO2D——脱硫使SO2体积减少量，m3/kg。燃烧和脱硫时产生的RO2的当量体积 （3-36）式中：VRO2D——燃烧和脱硫时产生的RO2的当量体积，m3/kg。当量理论水蒸汽体积 （3-37）式中：VDH2O0——当量理论水蒸汽体积，m3/kg；Md——石灰石中水分，%。入炉燃料灰量 （3-38）式中：FG——入炉燃料灰量，kg/kg。入炉的石灰石直接成为飞灰的量 （3-39）式中：ACaCO3f——入炉的石灰石直接成为飞灰的量，kg/kg。入炉的石灰石灰分含量 （3-40）式中：Ad——入炉的石灰石灰分含量。未反应的CaO的量 （3-41）式中：ACaO——未反应的CaO的量，kg/kg。脱硫产物CaSO4的量 （3-42）式中：ACaSO4——脱硫产物CaSO4的量，kg/kg。当量灰分 （3-43）式中：AarD——当量灰分，%。脱硫工况时的底灰份额 （3-44）式中：adD——脱硫工况时的底灰份额；Aar——收到基灰分含量。未脱硫时的飞灰份额 （3-45）式中：af——未脱硫时的飞灰份额。脱硫工况时的飞灰份额 （3-46）式中：afD——脱硫工况时的飞灰份额。灰循环倍率 （3-47）式中：an——灰循环倍率，其中af用afD代入。分离器前飞灰的份额 （3-48）式中：a——分离器前飞灰的份额。脱硫后的SO2排放浓度 （3-49）式中：μSO2D——脱硫后的SO2排放浓度，mg/m3；脱硫效率 （3-50）式中：ηSO2——脱硫效率,%.误差 （3-51）式中：η——误差，%。表3-5脱硫计算表序号名称符号公式或来源数值单位1SO2原始排放浓度μso20（3-23）1549.0745mg/m32SO2最高允许排放浓度μso2“GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准”200mg/m33计算脱硫效率ηso2j见式（3-24）87.0891%4燃煤自脱硫能力系数A测量值80.8%5石灰石脱硫性能系数K测量值0.80556钙硫摩尔比m见式（3-25）2.27677石灰石中CaCO3含量ηCaCO3见表二序197.32%8与1kg燃料相配的入炉石灰石量Bd见式（3-26）0.04265kg/kg9CaCO3未利用率εcaco3测量值0.1510煅烧成CaO时的吸热量QA见式（3-27）62.8576kJ/kg11脱硫时的放热量QT见式（3-28）79.3299kJ/kg12可支配热量QarD见式（3-29）20912.6357kJ/kg13燃烧所需的理论空气量V0见表三序15.7123m3/kg14脱硫所需的理论空气量Vd0见式（3-30）0.008478m3/kg15燃烧和脱硫的当量理论空气量VD0见式（3-31）5.4868m3/kg16燃烧产生的理论氮气体积VN20见表三序34.5212m3/kg17脱硫所需的空气中的氮气体积VdN20见式（3-32）0.0067m3/kg18当量理论氮气体积VDN20见式（3-33）4.3426m3/kg19燃烧产生的RO2体积VRO2见表三序21.0723m3/kg20煅烧石灰石产生的CO2的体积VCO2d见式（3-34）0.009294m3/kg21脱硫使SO2体积减少量VSO2D见式（3-35）0.003555m3/kg22燃烧和脱硫时产生的RO2的当量体积VRO2D见式（3-36）1.04079m3/kg23燃烧产生的理论水蒸汽体积VH2O0见表三序40.4879m3/kg24当量理论水蒸汽体积VDH2O0见式（3-37）0.4684m3/kg25入炉燃料灰量FG见式（3-38）0.2729kg/kg26入炉的石灰石直接成为飞灰的量ACaCO3f见式（3-39）0.0064kg/kg27入炉的石灰石灰分含量Ad见式（3-40）0.00068kg/kg28未反应的CaO的量ACaO见式（3-41）0.01087kg/kg29脱硫产物CaSO4的量ACaSO4见式（3-42）0.02160kg/kg30当量灰分AarD见式（3-43）29.9655%31未脱硫时的底灰份额ad取定0.332脱硫工况时的底灰份额adD见式（3-44）0.368133未脱硫时的飞灰份额af见式（3-45）0.734脱硫工况时的飞灰份额afD见式（3-46）0.631935分离效率ηf设计值99%36灰循环倍率an见式（3-47）62.555837分离器前飞灰的份额a见式（3-48）63.187738脱硫后的SO2排放浓度μSO2D见式（3-49）202.5274mg/m339脱硫效率ηSO2见式（3-50）86.9259%40误差η见式（3-51）-0.1877%3.6焓温表表3-6基础焓值表是1m3空气、各种气体及1kg灰在不同温度的焓值，以供计算时查询。表3-6基础焓值表温度二氧化碳氮气水蒸汽空气飞灰θ(Cθ)CO2(Cθ)N2(Cθ)H2O(Cθ)k(Cθ)a℃kJ/m3kJ/m3kJ/m3kJ/m3kJ/kg00.000.000.000.000.002034.0025.9230.1026.4816.16100170.00129.60150.50132.4080.80200357.50259.90304.50266.40169.10300558.80392.00462.70402.70263.80400771.90526.50626.20541.80360.10500994.40663.80794.90684.10458.506001224.60804.10968.90829.70560.207001461.90947.501148.90978.30662.408001704.901093.601334.401129.10767.009001952.301241.601526.101282.30875.0010002203.501391.701722.901437.30983.9011002458.401543.801925.101594.901096.9012002716.601697.202132.301753.401205.8013002976.701852.702343.701914.201360.7014003239.102008.702559.102076.201582.6015003503.102166.002779.002238.901757.8916003768.802324.503001.802402.901830.1817004036.402484.003229.202567.302065.9618004304.702643.703458.402731.902183.9619004574.102804.103690.302898.802385.2620004844.102965.103925.503064.702512.2821005115.003127.004161.003231.782760.00通过上表各气体或灰渣的标准焓值与相应计算气体的体积或者飞灰量，得到本设计的参考焓温表，制得表3-7焓温表，可通过表3-7焓温表查得需要的烟气、空气、飞灰焓值。理论空气焓值 （3-52）式中：Ik0——理论空气焓值，kJ/kg；（cθ）k——1m3标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度t理论烟气实际上是由多种成分诸如CO2、SO2、H2O、N2等混合而成的气体。理论烟气的焓值根据工程热力学知识得知：其焓值等于其中各种气体焓值的总和。故而有理论烟气焓值的计算式： （3-52）考虑到在烟气中，CO2远大于SO2的体积，且两者的比热容接近，因此取（cθ）RO2=（cθ）CO2。式中:Ig0——理论烟气焓值，kJ/kg；（cθ）CO2——1m3温度为t℃时CO2的理论焓值，kJ/m3；（cθ）N2——1m3温度为t℃时N2的理论焓值，kJ/m3；（cθ）H2O——1m3温度为t℃时H2O的理论焓值，kJ/m3。飞灰焓值 （3-54）式中：Ia0——飞灰焓值，kJ/kg；（cθ）a——1kg飞灰在t℃时的理论焓值，kJ/kg。实际烟气焓值等于理论烟气焓值、过量空气焓值以及实际烟气中含有的飞灰焓值之和。故而有实际烟气焓值的计算式： （3-55）式中：α——过量空气系数；Ig——实际烟气焓值，kJ/kg。表3-7焓温表温度三原子气体理论焓值氮气理论焓值水蒸汽理论焓值理论烟气焓理论空气焓值飞灰焓θVRO2(Cθ)CO2V0N2(Cθ)N2V0H2O(Cθ)H2OI0gI0kI0a℃kJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kg00.000.000.000.000.000.002035.39112.5614.10162.05145.293.06100176.93562.8170.50810.24726.4515.30200372.081128.65142.641643.381461.6832.02300581.591702.32216.752500.662209.5349.95400803.392286.41293.333383.132972.7468.185001034.962882.65372.364289.973753.5186.816001274.553491.92453.875220.344552.38106.077001521.534114.66538.196174.385367.72125.428001774.444749.12625.087148.656195.12145.239002031.935391.83714.888138.657035.70165.6810002293.386043.67807.079144.117886.15186.3011002558.686704.18901.7910164.658750.86207.6912002827.417370.34998.8511196.609620.52228.3113003098.128045.631097.8712241.6210502.79257.6414003371.228723.081198.7713293.0811391.65299.6615003645.999406.181301.7814353.9512284.35332.8516003922.5310094.491406.1515423.1713184.18346.5317004201.0410787.141512.6716500.8614086.21391.1818004480.2911480.661620.0417580.9914989.33413.5219004760.6812177.221728.6718666.5715905.07451.6420005041.6912876.391838.8419756.9316815.33475.6921005323.6413579.471949.1620852.2717732.06522.59

续表3-7焓温表右列温度炉膛、高低温过热器高温省煤器低温省煤器空预器θI(α=1.2)I(α=1.22)I(α=1.24)I（α=1.26）℃kJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kg00.000.000.000.0020194.17197.07199.98202.88100970.83985.36999.891014.422001967.731996.962026.202055.433002992.513036.703080.893125.084004045.864105.314164.774224.225005127.495202.565277.635352.706006236.896327.946418.996510.037007373.347480.707588.057695.418008532.908656.808780.708904.609009711.469852.189992.8910133.61100010907.6411065.3611223.0911380.81110012122.5112297.5312472.5512647.56120013349.0213541.4313733.8413926.25130014599.8214809.8715019.9315229.99140015871.0616098.9016326.7316554.56150017143.6717389.3617635.0517880.73160018406.5418670.2218933.9119197.59170019709.2819991.0020272.7320554.45180020992.3821292.1621591.9521891.74190022299.2222617.3222935.4223253.53200023595.6823931.9924268.2924604.60210024921.273.7锅炉热平衡及燃料和石灰石消耗量前面已经将烟气量空气量等数据进行了计算，本节对于锅炉热平衡以及燃料与石灰石的消耗量进行计算。根据计算与查表得到锅炉的各项热损失，计算出锅炉的机组热效率。然后查表得过热蒸汽出口焓、饱和蒸汽焓、饱和水焓及给水焓，计算出锅炉机组有效利用热量。然后计算出计算石灰石消耗量与计算燃料当量消耗量。锅炉热平衡计算与石灰石消耗量计算汇总见表3-8锅炉热平衡计算表。具体计算公式如下：固体未完全燃烧热损失 （3-56）式中：q4——固体未完全燃烧热损失，%；QarD——锅炉可支配热量，kJ/kg；ad——底灰份额；Cd——底灰含碳量，%；af——飞灰份额；Cf——飞灰含碳量，%。灰渣物理热损失 （3-57）式中：q6——灰渣物理热损失，%；ad——底灰份额；Ih——灰焓，kJ/kg。排烟热损失 （3-58）式中：q2——排烟热损失，%Ipy——对应状态下的排烟焓，kJ/kg；Ilk0——冷空气焓，kJ/kg；锅炉机组热效率 （3-59）式中：ηka——锅炉机组热效率，%；q2——排烟热损失，%；q3——可燃气体未完全燃烧热损失，%；q4——固体未完全燃烧热损失，%；q5——散热损失，%；q6——灰渣物理热损失，%。保温系数 （3-60）式中：φ——保温系数，%。锅炉机组有效利用热量 （3-61）式中：Qka——锅炉机组有效利用能量，kJ/h；Dgq——锅炉机组所产生的过热蒸汽量，kg/h，通常等于锅炉机组的最大连续蒸发量DMCR；igq”——过热器出口焓，根据过热器出口烟温查焓温表，kJ/kg；igs——给水焓，kJ/kg。脱硫工况时当量燃料消耗量 （3-62）式中：BD——脱硫工况时当量燃料消耗量，kg/h。脱硫工况时计算燃料消耗量 （3-63）式中：Bjd’——脱硫工况时计算燃料消耗量，kg/h。脱硫工况时燃料消耗量 （3-64）式中：Bd——脱硫工况时燃料消耗量，kg/h。计算石灰石消耗量 （3-65）式中：BjC——计算石灰石消耗量，kg/h。石灰石消耗量 （3-66）式中：BC——石灰石消耗量，kg/h。计算燃料当量消耗量 （3-67）式中：BjD——计算燃料当量消耗量，kg/h。表3-8锅炉热平衡计算表序号名称符号公式或来源数值单位1收到基低位发热量Qnet,ar21788.1598kJ/kg2可支配热量QarD见表五序1220912.6357kJ/kg3排烟温度Tpy见表七序5145℃4排烟焓Ipy查焓温表表六，α=1.261482.8730kJ/kg5冷空气温度Tlk见表七序620℃6冷空气焓Ilk0查焓温表表六145.2899kJ/kg7脱硫工况时底灰含碳量CdD实验数据1.5%8脱硫工况时的底灰份额adD见表五序320.36819脱硫工况时的飞灰含碳量CfD实验数据6%10脱硫工况时的飞灰份额afD见表五序340.631911固体未完全燃烧热损失q4见式（3-56）2.22%12底灰温度tdtd=θm"890℃13灰焓Ih864.2kJ/kg14灰渣物理热损失q6见式（3-57）0.4558%15可燃气体未完全燃烧热损失q30.04%16散热损失q50.45%17排烟热损失q2见式（3-58）5.8397%18锅炉机组热效率ηka见式（3-59）90.9943%19保温系数ψ见式（3-60）0.995120过热蒸汽出口焓igq”P=3.82MPa，t=450°C3335.8280kJ/kg21饱和蒸汽焓iBhP=4.3MPa2798kJ/kg22饱和水焓ibhP=4.3MPa1107.5kJ/kg23给水温度Tgs见表七序6150℃24给水焓igsP=5MPa635.2kJ/kg25最大连续蒸发量D见表七序1150t/h26排污水流量Dpw见表七序122.25t/h27锅炉机组有效利用热量Qka见式（3-61）406156.8750MJ/h28脱硫工况时当量燃料消耗量BD见式（3-62）21343.7461kg/h29脱硫工况时计算燃料消耗量Bjd见式（3-63）20034.3373kg/h30脱硫工况时燃料消耗量Bd见式（3-64）20489.2122kg/h31计算石灰石消耗量BjC见式（3-65）854.5339kg/h32石灰石消耗量BC见式（3-66）855.8176kg/h33计算燃料当量消耗量BjD见式（3-67）20888.8711kg/h第四章炉膛热力计算及结构设计4.1炉膛膜式水冷壁传热系数计算先对于炉膛进行设计，具体见图4-1炉膛结构简图，得出计算受热面积、炉膛截面积及截面热负荷等参数。然后通过查表计算得出床密相区对水冷管与鳍片的传热系数，作为后面炉膛热力计算的参数，参数汇总表见表4-1炉膛膜式水冷壁传热系数计算表，具体计算公式如下：炉膛截面烟气流速 （4-1）式中：θm”——炉膛出口温度，℃；F——炉膛截面积，m2。床辐射放热系数 （4-2）式中：αh——循环流化床辐射放热系数，kJ/(m2·h·℃)；σ0——斯忒藩-玻耳兹曼常数，2.077×10-7kJ/(m2·K4);a——吸收率；TR——炉温，K；TW——炉膛膜式水冷壁绝对壁温，K。床总放热系数 （4-3）式中：α——流化床总放热系数，kJ/(m2·h·℃);αK——流化床对流放热系数，kJ/(m2·h·℃)；αh——流化床辐射放热系数，kJ/(m2·h·℃)。床密相区对水冷管的传热系数 （4-4）式中：K管——床密相区对水冷管的传热系数，kJ/(m2·h·℃)；θR——炉温，℃；tW1——水冷管外壁壁温，℃；tb——水冷管内工质温度，℃。管子外壁计算温度 （4-5）式中：d1——水冷管外径，m；d2——水冷管内径，m；λ——水冷管管材导热系数，kJ/(m·h·℃)，按水冷管内、外壁平均温度确定。鳍端温度 （4-6）式中：θ2——鳍端温度，℃；θ1——鳍基温度，℃；m——系数，m-1；h——鳍片高度，m；cosh——双曲余弦函数。床密相区对鳍片的传热系数 （4-7）式中：K鳍——床密相区对鳍片的传热系数 ，kJ/(m2·h·℃)；tW——鳍片平均温度，℃，。炉膛模式水冷壁的平均传热系数 （4-8）式中：Km——炉膛模式水冷壁的平均传热系数，kJ/(m2·h·℃)；K管——流化床密相区对水冷管的传热系数，kJ/(m2·h·℃)；S——水冷管的传热周界，取88.24mm，见图；B鳍——鳍片的传热周界，取20mm，见图。表4-1炉膛膜式水冷壁传热系数计算表序号名称符号公式或来源数值单位1计算燃料当量消耗量BjD见表八序3320888.8711kg/h2当量烟气体积VyD见表六6.9669m3/kg3炉膛出口烟温θm"设计值890℃4炉膛截面积F见图一50m25炉膛截面烟气流速wR见式（4-1）3.4443m/s6床对流放热系数αk338kJ/(m2·h·℃)7水冷管外壁温度tw1假假定273.5℃8工质温度tbP=4.9MPa，查饱和蒸汽表262℃9内外壁平均温度tw1,2267.75℃10材料导热系数λ20钢，查表167kJ/(m2·h·℃)11管子外径d1见图4-10.06m12管子内径d2见图4-10.05m13吸收率a0.414床辐射放热系数αh见式（4-2）232.8428kJ/(m2·h·℃)15床总放热系数α见式（4-3）570.8428kJ/(m2·h·℃)16床密相区对水冷管的传热系数K管见式（4-4）560.3895kJ/(m2·h·℃)17管子外壁计算温度tw1计见式（4-5）273.5264℃18误差误差0.02637℃19鳍高h见图4-10.01m20鳍厚δ见图4-10.006m21鳍长L见图4-112.241m22鳍端温度tw假假定291℃23鳍片平均温度tw平均282.2632℃24吸收率a查表0.4125床辐射放热系数αh见式（4-2）243.0244kJ/(m2·h·℃)26床总放热系数α见式（4-3）581.0244kJ/(m2·h·℃)27材料导热系数λ20钢，查表165kJ/(m2·h·℃)28鳍片传热周界截面积f0.073m229鳍片m值m24.2998m-130鳍基温度θ1616.4736℃31鳍端温度θ2见式（4-6）598.7102℃32鳍端计算温度tw计291.2898℃33误差0.2898℃34床密相区对鳍片的传热系数K鳍见式（4-7）562.1429kJ/(m2·h·℃)35炉膛模式水冷壁的平均传热系数Km见式（4-8）560.7135kJ/(m2·h·℃)4.2炉膛汽冷屏传热系数计算炉膛燃烧热量很大，从炉膛到分离器再到尾部烟道中间会有热力损失，所以在炉膛上部布置汽冷屏，吸收炉膛热量，同时限制炉膛最高上限温度。计算过程与炉膛水冷壁传热系数计算相似。参数汇总表见表4-2炉膛汽冷屏传热系数计算表，具体计算公式如下：管内壁温度 （4-9）式中：tW2——水冷管内壁温度，℃；K管——流化床密相区对水冷管的传热系数，kJ/(m2·h·℃)；α2——水冷管内壁工质放热系数，kJ/(m2·h·℃)；tb——水冷管内工质温度，℃。管外壁计算温度 （4-10）式中：tW1——水冷管外壁温度，℃；λ——水冷管管材导热系数，kJ/(m·h·℃)；表4-2炉膛汽冷屏传热系数计算表序号名称符号公式或来源数值单位1计算燃料当量消耗量BjD见表八序3320888.8711kg/h2当量烟气体积VyD见表六6.9669m3/kg3炉膛出口温度θm"设计值890℃4炉膛截面积F见图一50m25炉膛截面烟气流速ωR见式（4-1）3.444284477m/s6床对流放热系数αk查图338kJ/(m2·h·℃)7进口工质温度t’见表十三360℃8出口工质温度t”见表十三411℃9工质流速ωn见表十三72.9226m/s10平均工质流速tb平均385.5m/s11管外壁温度tw1假假定427.4℃12吸收率a查表0.4413床辐射放热系数αh见式（4-2）313.8709kJ/(m2·h·℃)14床总放热系数α见式（4-3）651.8709kJ/(m2·h·℃)15床密相区气冷管的传热系数K气冷管见式（4-4）597.7314kJ/(m2·h·℃)16管子外径d1见图二0.038m17管子内径d2见图二0.028m18内壁工质放热系数α2查《锅炉机组热力计算标准方法》计算线图13108.9kJ/(m2·h·℃)19管内壁温度tw2见式（4-9）414.1267℃20内外壁平均温度tw1,2平均420.7633℃21材料导热系数λ12Cr1MoV，查表163kJ/(m2·h·℃)22管外壁计算温度tw1计见式（4-10）427.4539℃23误差-0.0539℃24鳍高h见图二0.006m25鳍厚δ见图二0.006m26鳍长L见图二11.5m27鳍端温度tw假假定432.8℃28鳍片平均温度tw平均430.1270℃29吸收率a查表0.45630床辐射放热系数αh见式（4-2）326.4369kJ/(m2·h·℃)31床总放热系数α见式（4-3）664.4369kJ/(m2·h·℃)32材料导热系数λ12Cr1MoV，查表160.5kJ/(m2·h·℃)33鳍片传热周界截面积fL×δ0.069m234鳍片m值m26.2672m-135鳍基温度θ1462.5461℃36鳍端温度θ2见式（4-6）456.8604℃37鳍端计算温度tw计433.1396℃38误差-0.3396°C39床密相区对鳍片的传热系数K鳍见式（4-7）605.4386kJ/(m2·h·℃)40汽冷屏传热系数Kq见式（4-8）599.1393kJ/(m2·h·℃)4.3炉膛结构设计及膜式水冷壁结构计算炉膛采用角置直流式燃烧器，最好将炉膛截面设计成方形，根据《实用锅炉手册》，炉膛截面热负荷可取2500~4500kW/m2，[10]本文取2528.5kW/m2，得出炉膛截面积为50m2。取炉膛深度与炉膛宽度各为7071mm。膜式水冷壁由外径60mm，管壁厚5mm的管子和长20mm，厚6mm的鳍片组成，具体炉膛尺寸详见图4-1炉膛结构简图，具体数据汇总表见表4-4炉膛结构设计表。图4-1图名炉膛结构简图图名密相区耐火层水冷壁受热面积 =109.95m2 （4-11） =58.45m2 （4-12）式中：Fmn1，Fmn2——密相区耐火层水冷壁受热面积，m2；密相区耐火层水冷壁计算受热面积 =12.63m2 （4-13）式中：Hjmn——密相区耐火层水冷壁计算受热面积，m2；稀相区耐火层水冷壁受热面积 m2 （4-14） m2 (4-15)式中：Fxn——稀相区耐火层水冷壁受热面积，m2；稀相区耐火层水冷壁计算受热面积 =0.29m2 （4-16）式中：Hjxn——稀相区耐火层水冷壁计算受热面积，m2。稀相区膜式壁受热面积 =276.29m2 （4-17） =231.55m2 （4-18）式中：FX1,FX2——稀相区膜式壁受热面积，m2；稀相区膜式壁计算受热面积 =293.02m2 （4-19）式中：Hjx——稀相区膜式壁计算受热面积，m2，见表4-3。密相区膜式壁受热面积 =202.19m2 （4-20）式中：Fm——密相区膜式壁受热面积，m2；密相区膜式壁计算受热面积 =202.19m2 （4-21）式中：Hjmm——密相区膜式壁计算受热面积，m2。炉膛膜式水冷壁计算受热面积 （4-22）式中：H总——炉膛膜式水冷壁计算受热面积，m2。炉膛计算受热面积传热周界比 =1.353 （4-23）式中：m——炉膛计算受热面积传热周界比。炉膛计算受热面积 =687.51m2 （4-24）式中：Hjm——炉膛计算受热面积，m2。炉膛受热面积折算系数查取见表4-3炉膛受热面积折算系数表。表4-3炉膛受热面积折算系数表名称ξmnξmξxξxn数值0.081.00.580.04表4-4炉膛结构设计表序号名称符号公式或来源数值单位1密相区耐火层Fmn1见式（4-11）109.95m2Fmn2见式（4-12）58.48m2折算系数ξmn查表0.08计算受热面积Hjmn见式（4-13）12.63m22稀相区耐火层Fxn1见式（4-14）4.01m2Fmn1见式（4-15）2.82m2折算系数ξxn查表0.04计算受热面积Hjxn见式（4-16）0.29m23稀相区膜式壁FX1见式（4-17）276.29m2FX2见式（4-18）231.55m2折算系数ξx0.58计算受热面积Hjx见式（4-19）293.02m24密相区膜式壁Fm见式（4-20）202.19m2折算系数ξm1.00计算受热面积Hjmm见式（4-21）202.19m25总数F885.26m26计算面积H总见式（4-22）508.14m27传热周界比m见式（4-23）1.358炉膛计算受热面积Hjm见式（4-24）687.51m24.4炉膛汽冷屏结构计算炉膛内布置3片汽冷屏，每片由21根外径为38mm，壁厚为5mm的管子和长12mm，厚6mm的鳍片组成，下部浇注耐火。耐磨材料，如图4-2炉膛汽冷屏结构简图。具体尺寸计算见表4-5炉膛汽冷屏结构设计表。浇注耐火耐磨材料的面积 =1.064+0.46+0.2=1.724m2 （4-25）式中：ΣF——浇注耐火耐磨材料的面积，m2;F1,F2,F3——浇注耐火耐磨材料各面的面积，m2，见图4-2炉膛汽冷屏结构简图。稀相区敷设耐火耐磨层的计算受热面积 （4-26）=0.44m2式中：Hjxn——稀相区敷设耐火耐磨层的计算受热面积，m2。图4-2炉膛汽冷屏结构简图膜式壁计算受热面积 =49.94m2 （4-27）式中：Hjx——膜式壁计算受热面积，m2。鳍片受热面计算面积 （4-28）=9.56m2式中：HjZ——鳍片受热面计算面积，m2。炉膛汽冷屏计算受热面积 =59.9m2 （4-29）式中：Hjq——炉膛汽冷屏计算受热面积，m2。表4-5炉膛汽冷屏结构设计表序号名称符号公式或来源数值单位1浇注耐火耐磨材料的面积F1见图1.064m2F2见图0.46m2F3见图0.2m2ΣF见式（4-25）1.724m22稀相区敷设耐火耐磨层的计算受热面积Hjxn见式（4-26）0.44m23膜式壁计算受热面积Hjx见式（4-27）49.91m24鳍片受热面计算面积HjZ见式（4-28）9.56m25炉膛汽冷屏计算受热面积Hjq见式（4-29）59.9m24.5炉膛热力计算根据前面计算的参数对于炉膛进行热力校核计算，分别计算1kg燃料燃烧产物向炉膛受热面内工质和循环灰传递的热量以及炉膛受热面内工质的吸热量，比较这两个热量，并计算其误差。若误差不在指定范围内，则修改炉膛尺寸直到误差在一定范围内。此时的炉膛尺寸为最终尺寸。炉膛热力计算汇总表见表4-6炉膛热力计算表，具体公式如下：炉膛进口过量空气系数 （4-30）式中：α”m——炉膛出口过量空气系数。炉膛有效放热量 （4-31）式中：Qlsm——炉膛有效放热量，kJ/kg；α’Z——回料器进口过量空气系数。循环灰量 （4-32）式中：Bs——循环灰量，kg/h；an——灰循环倍率。炉膛膜式水冷壁吸热量 （4-33）式中：QZ——炉膛汽冷屏吸热量，kJ/kg；Km——炉膛汽冷屏传热系数，kJ/(m2·h·℃)；Hjm——炉膛汽冷屏计算受热面积，m2；tz——炉膛汽冷屏传热温差，℃。炉膛汽冷屏吸热量 （4-34）式中：Qq——炉膛汽冷屏吸热量，kJ/kg；Kq——炉膛汽冷屏传热系数，kJ/(m2·h·℃)；Hjq——炉膛汽冷屏计算受热面积，m2；tq——炉膛汽冷屏传热温差，℃。1kg燃料燃烧产物向炉膛受热面内工质和循环灰传递的热量 （4-35）式中：QlR——1kg燃料燃烧产物向炉膛受热面内工质和循环灰传递的热量，kJ/kg；φ——保温系数；Im”——炉膛出口烟焓，kJ/kg。炉膛受热面内工质的吸热量 （4-36）式中：Qlm——炉膛受热面内工质的吸热量，kJ/kg。汽冷屏工质焓增 （4-37）式中：Dq——工质流量，kg/h。工质流速 （4-38）式中：ωn——工质流速，m/s；υcp——平均比容，m3/kg；Fn——蒸汽流通截面积，m2。蒸汽质量流速 （4-39）式中：ωr——蒸汽质量流速，kg/（m2·s）。表4-6炉膛热力计算表序号名称符号公式或来源数值单位1可支配热量QarD见表五序1220912.6357kJ/kg2可燃气体未完全燃烧热损失q3见表八序150.04%3固体未完全燃烧热损失q4见表八序112.2201%4灰渣物理热损失q6见表八序140.4558%5热空气温度trk取定150℃6热空气焓Irk查焓温表表六1094.0636kJ/kg7炉膛出口过量空气系数α"m见表四1.28冷空气温度tlk见表七序620℃9冷空气焓Ilk0查焓温表表六145.2899kJ/kg10回料器进口过量空气系数α'Z取定0.017511炉膛进口过量空气系数α'm见式（4-30）1.182512炉膛有效放热量Qlsm见式（4-31）22102.8725kJ/kg13炉膛出口烟温θ"m假定890℃14炉膛出口烟焓I"m查焓温表表六9588.96kJ/kg15循环灰量Bs见式（4-32）356590.8019kg/h16计算燃料当量消耗量BjD见表八序3320888.8711kg/h17炉膛计算受热面积Hjm见表十一序8684.7711m218膜式水冷壁内工质温度tb见表九序8262℃19炉膛膜式水冷壁传热温差△tZ628℃20炉膛膜式水冷壁的平均传热系数Km见表九序35560.7135kJ/(m2·h·℃)21保温系数ψ见表八序190.995122炉膛膜式水冷壁吸热量Qz见式(4-33)11543.3302kJ/kg23炉膛汽冷屏计算受热面积Hjq见表十二序559.9m224炉膛汽冷屏工质平均温度tb平均见表十序10385.5℃25炉膛汽冷屏传热温差△tq504.5℃26炉膛汽冷屏传热系数Kq见表十序40599.1393kJ/(m2·h·℃)27炉膛汽冷屏吸热量Qq见式（4-34）866.7639kJ/kg311kg燃料燃烧产物向炉膛受热面内工质和循环灰传递的热量QlR见式（4-35）12452.3312kJ/kg32炉膛受热面内工质的吸热量Qlm见式（4-36）12410.0941kJ/kg33误差η0.3392%34汽冷屏工质焓增△iq见式（4-37）125.7342kJ/kg35汽冷屏工质进口温度t'设定360℃36汽冷屏工质进口焓i'P’=4.1MPa3115.8kJ/kg37汽冷屏工质出口焓i"3241.5342kJ/kg38汽冷屏工质出口温度t"P”=3.96MPa411℃39汽冷屏进口比容υ'P’=4.1MPa0.0667m3/kg40汽冷屏出口比容υ"P”=3.96MPa0.0748m3/kg41平均比容υcp0.0707m3/kg42蒸汽流通截面积Fn0.0388m243工质流速ωn见式（4-38）72.9226m/s44蒸汽质量流速ωr见式（4-39）1031.1302kg/(m2·s）第五章高、低温过热器结构设计与热力计算5.1过热器布置本文毕业设计锅炉中过热器分为高、低两级。都布置在尾部烟道内，饱和蒸汽由汽包引入低温过热器，加热后导入喷水减温器，可在其中对于过热蒸汽的温度进行调整。再送入高温过热器，进一步加热，最后用主汽阀送入汽轮机，推动汽轮机做功。高、低温过热器布置方法不同，高温过热器因为烟气温度与蒸汽温度相差较大，为了避免热应力过大，采用顺流布置，低温过热器烟气与蒸汽温压相对较小，采用逆流布置。蒸汽无论是汇集还是分配均沿宽度方向均匀分布，是集箱中蒸汽流动更加均匀，同时能避免蒸汽偏离流动方向造成的蛇形管局部过热。出于安全考虑，过热器的材料均使用12Cr1MoVG的低合金无缝钢管。过热蒸汽调温采用喷水减温器的方法，这样做既能获得符合温度压力等要求的过热蒸汽，同时也能防止蒸汽温度过高导致的过热器内管子的损坏。5.2高温过热器结构设计高温过热器为了避免烟气与蒸汽温压过大，导致过热器管排损坏，选用顺列顺流布置。取高温过热器平均管长3米，横向节距100mm，纵向节距80mm。横向管排数为63排，纵向管排数为16排。管子参数取用国内常用的参数，管子外径为42mm，管壁厚为3.5mm，内径35mm。高温过热器设计参数见表5-1高温过热器结构设计表，管排其余参数计算公式如下：受热面面积 （5-1）式中：H——受热面面积，m2；d——管子外径，m；Z1——横向管排数；Z2——纵向管排数；l——管子平均长度。蒸汽流通面积 （5-2）式中：f——蒸汽流通面积，m2；dn——管子内径，m。烟气流通面积 （5-3）式中：Fy——烟气流通面积，m2。管簇深度 （5-4）式中：lgc——管簇深度，m；S2——纵向节距，m。辐射层有效厚度 （5-5）式中：s——辐射层有效厚度，m；σ1——横向相对节距；σ2——纵向相对节距。表5-1高温过热器结构设计表序号名称符号公式或来源数值单位1管子规格d设定42mmδ设定3.5mm2顺列管束横向节距S1设定100mm3纵向节距S2设定80mm4横向相对节距σ1S1/d2.3815纵向相对节距σ2S2/d1.90486横向管排数Z1设定637纵向管排数Z2设定168平均管长l设定3m9受热面面积H见式（5-1）399.0074m210管簇前空间深度lki设定0.6m11蒸汽流通面f见式（5-2）0.1212m212烟气流通面积Fy见式（5-3）12.9703m213管簇深度lgc见式（5-4）1.2m14辐射层有效厚度s见式（5-5）0.1805m15烟道宽度a取定6.4m16烟道深度b取定3.3m5.3高温过热器热力计算高温过热器中烟气与蒸汽进行热交换，本节中分别对于烟气焓降与蒸汽焓增进行计算，并对其进行比较。使用excel表格对其进行误差计算，然后通过高温过热器结构设计的修改，将吸热量与放热量的误差降到指定的范围内。高温过热器计算见表5-2高温过热器热力计算表，以下为高温过热器中热力计算的公式：蒸汽吸热量 （5-6）式中：Qq——蒸汽吸热量，kJ/kg；D——额定蒸发量，kg/s；i"——蒸汽出口焓，kJ/kg；i'——蒸汽入口焓，kJ/kg；BjD——计算燃料当量消耗量，kg/s。烟气放热量 （5-7）式中：Qy——烟气放热量，kJ/kg；Qq——蒸汽吸热量，kJ/kg；Ql——顶棚管吸热量，kJ/kg；烟气出口焓 （5-8）式中：I’——烟气出口焓，kJ/kg；I’——烟气进口焓，kJ/kg；φ——保温系数；——冷空气焓，kJ/kg。烟气流速 （5-9）式中：ωy——烟气流速，m/s；θ——平均烟温，℃；Fy——烟气流通截面积，m2。蒸汽流速 （5-10）式中：ωq——蒸汽流速，m/s；υ——蒸汽平均比容，根据平均蒸汽温度查水蒸气性质表，m3/kg；f——蒸汽流通截面积，m2。三原子气体辐射减弱系数 （5-11）式中：kq——三原子气体辐射减弱系数，1/（MPa·m）；rH2O——水蒸汽容积份额；P——大气压强，取101325pa；s——辐射层有效厚度，m；T——烟气平均温度热力学温度，K。飞灰辐射减弱系数 （5-12）式中：kfh——飞灰辐射减弱系数，1/（MPa·m）；ρy——烟气密度，kg/m3；μfh——烟气中飞灰浓度，kg/kg；dfh——飞灰颗粒直径大小，取13μm。烟气辐射吸引力 （5-13）式中：kps——烟气辐射吸引力，1/（MPa·m）；rq——三原子气体容积份额。烟气黑度 （5-14）式中：a——烟气黑度；e——自然对数的底数常数。管壁灰污层温度 （5-15）式中：tb——管壁灰污层温度，℃；t——平均蒸汽温度，℃；ε——灰污系数，(m2·℃）/Wα2——蒸汽测放热系数，W/(m2·℃）；H——受热面面积，m2。修正辐射放热系数 （5-16）式中：αf’——修正辐射放热系数，W/(m2·℃）；αf——辐射放热系数，W/(m2·℃）；T——烟气平均温度热力学温度，℃；lkj——管簇前空间深度，m，见表5-1。传热系数 （5-17）式中：K——传热系数，W/(m2·℃）；ψ——管簇热有效系数；αd——对流放热系数，W/(m2·℃）。顺流平均温压 （5-18）式中：t——顺流平均温压，℃；td——较大顺流温压，℃；tx——较小顺流温压，℃。传过热量 （5-19）式中：Qch——传过热量，kJ/kg；误差 （5-20）式中：e——误差，%；Q——总传热量，kJ/kg。顶棚受热面出口蒸汽焓 （5-21）式中：id——顶棚受热面出口蒸汽焓，kJ/kg；ir——水的汽化潜热，kJ/kg；Ql’——顶棚管受热面传热量，kJ/kg；D——减温水量，kg/s，见表5-4.表5-2高温过热器热力计算表序号名称符号公式或来源数值单位1入口烟温θ'设定890℃ 2入口烟焓I’查焓温表9588.96kJ/kg3蒸汽出口温度t"给定450℃4蒸汽出口焓i"给定3335.828kJ/kg5蒸汽入口温度t'假定后复核334.6℃6蒸汽入口焓i'P=4MPa，查过热蒸汽表3054kJ/kg7蒸汽吸热量Qq见式（5-6）2023.7666kJ/kg8顶棚管吸热量Q1设定60kJ/kg9烟气放热量Qy见式（5-7）2083.7666kJ/kg10出口烟气焓I"见式（5-8）7494.8884kJ/kg11出口烟温θ"查表3-7710.6952℃12平均烟温θ800.3476℃13平均蒸汽温度t392.3℃14烟气容积VyD见表3-46.9669m3/kg15水蒸汽容积份额rH2O见表3-40.069916三原子气体容积份额rq见表3-40.218017烟气密度ρy见表3-41.3894kg/m318烟气中飞灰浓度μfh见表3-40.0268kg/kg19烟气流速ωy见式（5-9）12.2540m/s20对流放热系数αd查《锅炉原理与计算》图12-685W/(m2·℃）21蒸汽比容υP=3.92MPa，t=391℃0.0707m3/kg22蒸汽流速ωq见式（5-10）24.3003m/s23蒸汽测放热系数α2查《锅炉原理与计算》图12-161300W/(m2·℃）24灰污系数ε选定0.0043(m2·°C）/W25管壁灰污层温度tb见式（5-15）541.4880℃26三原子气体减弱系数kq见式（5-11）26.58721/（MPa·m）27飞灰减弱系数kfh见式（5-12）105.11371/（MPa·m）28烟气辐射吸引力kps见式（5-13）0.15741/（MPa·m）29烟气黑度a见式（5-14）0.145630辐射放热系数αf查《锅炉原理与计算》图12-1525.6080W/(m2·℃31对管簇前烟气空间改正后的辐射放热系数αf'见式（5-16）35.7415W/(m2·℃）32管簇热有效系数ψ查《锅炉原理与计算》图12-70.6533传热系数k见式（5-17）71.8122W/(m2·℃）34较大顺流温压△td555.4℃35较小顺流温压△tx260.6952℃36顺流平均温压△t见式（5-18）389.6477℃37传过热量Qch见式（5-19）1924.1487kJ/kg38顶棚管受热面传热量Q1'设定100kJ/kg39总传热量Q2024.1487kJ/kg40相对误差e见式（5-20）0.0189%41顶棚受热面出口蒸汽焓id见式（5-21）2812.1985kJ/kg42顶棚受热面出口蒸汽温度td根据id，查表3-7253℃5.4低温过热器结构设计低温过热器处于较高温烟气流通的烟道中，相对高温过热器烟气温度有所降低。采用顺列逆流布置。管子外径取38mm，管壁厚3.5mm，内径31mm。横向节距为100mm，纵向节距80mm，横向管排数为63排，纵向管排数为22排，平均管长取3m。其余重要参数的计算见高温过热器计算。低温过热器结构设计参数汇总于表5-3低温过热器结构设计表。表5-3低温过热器结构设计表序号名称符号公式或来源数值单位1管子规格d设定38mmδ设定3.5mm2顺列管束横向节距S1设定100mm3纵向节距S2设定80mm4横向相对节距σ1S1/d