鍋爐課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)(附超臨界鍋爐設(shè)計(jì)實(shí)例word版本).doc

第一章 鍋爐設(shè)計(jì)的任務(wù)及熱力計(jì)算的作用和分類(lèi)設(shè)計(jì)工作是產(chǎn)品生產(chǎn)的第一道重要工序，設(shè)計(jì)好壞對(duì)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量有著決定性的作用。設(shè)計(jì)布置新鍋爐的要求是：確定鍋爐的型式，決定各個(gè)部件的構(gòu)造尺寸，在保證安全可靠的基礎(chǔ)上力求技術(shù)先進(jìn)、節(jié)約金屬、制造安裝簡(jiǎn)便，并有高的鍋爐效率，以節(jié)約燃料消耗。因此，在設(shè)計(jì)鍋爐之前，應(yīng)根據(jù)所給定的鍋爐容量，參數(shù)和燃料特性，有目的地進(jìn)行廣泛深入的調(diào)查研究，綜合利用有關(guān)的理論以及制造、運(yùn)行方面的實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行各種技術(shù)方案的運(yùn)籌和比較，并進(jìn)行各種精確的計(jì)算。一般開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，先選定鍋爐的總布置，進(jìn)行燃料消耗量的計(jì)算，然后再?zèng)Q定鍋爐結(jié)構(gòu)，進(jìn)行爐膛傳熱計(jì)算，決定對(duì)流受熱面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算。在以上的結(jié)構(gòu)計(jì)算和傳熱計(jì)算中，須預(yù)先選定受熱面的管徑和壁厚，布置好水循環(huán)系統(tǒng)（汽包鍋爐）或啟動(dòng)系統(tǒng)（超臨界鍋爐），以上計(jì)算（或稱(chēng)熱力計(jì)算）結(jié)束以后，再根據(jù)它的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算管壁溫度和承壓強(qiáng)度，并根據(jù)金屬材料極限許用應(yīng)力的等級(jí)，確定各受熱面所應(yīng)取用的合金材料，必要時(shí)可重新調(diào)整管徑、壁厚，以便在滿足強(qiáng)度的條件下，使制造總費(fèi)用達(dá)到最低。對(duì)于自然循環(huán)汽包爐，需要進(jìn)行水循環(huán)計(jì)算，校核水循環(huán)是否安全可靠，最后還要進(jìn)行空氣動(dòng)力計(jì)算，核算煙、風(fēng)道流動(dòng)阻力是否合理，并依此選擇鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)。在一切都正常合理時(shí)，即可根據(jù)以上的初步設(shè)計(jì)和計(jì)算，作進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。本鍋爐設(shè)計(jì)的任務(wù)是進(jìn)行熱力計(jì)算，因?yàn)檎_(tái)鍋爐的熱力計(jì)算是鍋爐設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)最主要的計(jì)算。熱力計(jì)算的方法，按照已知的條件和計(jì)算目的來(lái)分，可以分為設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算兩種。在設(shè)計(jì)新鍋爐時(shí)的熱力計(jì)算稱(chēng)為設(shè)計(jì)熱力計(jì)算。設(shè)計(jì)熱力計(jì)算的任務(wù)是在給定的煤種、給定的給水溫度前提下，確定保證達(dá)到額定蒸發(fā)量，選定的鍋爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及給定的蒸汽參數(shù)所必需的鍋爐各受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸。例如我們?cè)诶}中給出的2102t/h鍋爐的熱力計(jì)算就是一個(gè)設(shè)計(jì)熱力計(jì)算的例子。在進(jìn)行設(shè)計(jì)熱力計(jì)算之前要進(jìn)行鍋爐的整體布置。即確定爐型（型、塔形或其它布置方式）、水循環(huán)方式（自然循環(huán)、控制循環(huán)、直流）、燃燒方式（直流燃燒器、旋流燃燒器）、過(guò)熱汽溫、再熱汽溫的調(diào)節(jié)方式（擺動(dòng)式直流燃燒器、煙氣擋板、煙氣再循環(huán)等）。上述幾個(gè)大的方面確定后，就要設(shè)計(jì)布置受熱面，即決定爐膛、對(duì)流煙道以及受熱面之間的相對(duì)位置和相互關(guān)系，各種受熱面的型式（即錯(cuò)列或順列、立式或臥式）和尾部受熱面的布置方式（單級(jí)布置或雙級(jí)布置）、還要確定制粉系統(tǒng)的方式，燃燒器型式與布置，及預(yù)先選定鍋爐的排煙溫度、熱空氣溫度等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)熱力計(jì)算時(shí)，應(yīng)具備下列原始數(shù)據(jù)：1、 鍋爐的蒸發(fā)量、給水壓力和給水溫度，以及主汽閥前過(guò)熱蒸汽的壓力和溫度，如例題為：蒸發(fā)量2102t/h，給水壓力31Mpa，給水溫度282，過(guò)熱蒸汽壓力25.4Mpa、過(guò)熱蒸汽溫度571。2、再熱器進(jìn)、出口處的蒸汽壓力、蒸汽溫度和蒸汽流量。如例題為：再熱器進(jìn)/出口壓力：4.72/4.52 Mpa，進(jìn)、出口溫度322/691，流量1761t/h。3、連續(xù)排污量（如例題超臨界直流鍋爐該項(xiàng)為零）。4、燃料特性。例題為山西煙煤，并附有成分分析數(shù)據(jù)。5、制粉系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)，如磨煤一次風(fēng)量、旁路一次冷風(fēng)量、煤粉空氣混合物總量、制粉系統(tǒng)漏風(fēng)率（或密封風(fēng)系數(shù)）、煤粉的濕度和溫度等。6、選定的排煙溫度和熱空氣溫度，如例題為：排煙溫度132，熱空氣溫度334.2。7、其它一些環(huán)境資料，如當(dāng)?shù)卮髿鈮?、濕空氣的含水量等。設(shè)計(jì)熱力計(jì)算是在鍋爐額定負(fù)荷下進(jìn)行的。亦即鍋爐各部件的結(jié)構(gòu)尺寸是按額定負(fù)荷設(shè)計(jì)的。為了預(yù)先估計(jì)鍋爐在其他負(fù)荷下的工作特性，往往對(duì)新設(shè)計(jì)的鍋爐進(jìn)行非額定負(fù)荷下的熱力特性計(jì)算（校核熱力計(jì)算的一種），一般作70%負(fù)荷和50%負(fù)荷的計(jì)算。鍋爐的校核熱力計(jì)算是對(duì)一臺(tái)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的鍋爐進(jìn)行的。鍋爐的負(fù)荷變化、燃用煤質(zhì)變化，以及給水溫度改變，合稱(chēng)為鍋爐的變工況。鍋爐在變工況下運(yùn)行時(shí)（例如煤種變化），其過(guò)熱汽溫、再熱汽溫、各受熱面進(jìn)、出口的煙氣溫度、介質(zhì)溫度（包括熱風(fēng)溫度和排煙溫度）、鍋爐效率、燃料消耗量以及空氣和煙氣的流量和速度等都要發(fā)生改變而偏離設(shè)計(jì)值。校核熱力計(jì)算的任務(wù)就是通過(guò)熱力計(jì)算，定量地確定這些新的數(shù)值。在進(jìn)行校核熱力計(jì)算時(shí)，鍋爐受熱面的結(jié)構(gòu)是已知的，鍋爐煙氣和內(nèi)部介質(zhì)的中間溫度、排煙溫度、預(yù)熱器出口空氣溫度有時(shí)甚至是過(guò)熱汽溫等則是未知的。為完成計(jì)算，需要利用迭代計(jì)算得方法。逐步接近待計(jì)算值。為了進(jìn)行校核熱力計(jì)算，必須提供鍋爐的圖紙和有關(guān)燃燒設(shè)備、各受熱面和煙風(fēng)道的結(jié)構(gòu)和尺寸的資料，并提出在校核工況下的鍋爐參數(shù)、燃料性質(zhì)和給水溫度。對(duì)于鍋爐的單個(gè)受熱部件，也有設(shè)計(jì)熱力計(jì)算和校核熱力計(jì)算的區(qū)分。部件的設(shè)計(jì)熱力計(jì)算是根據(jù)給定的受熱面的傳熱量（或給定受熱面的介質(zhì)流量和進(jìn)、出口溫度），去計(jì)算傳熱溫壓和傳熱系數(shù)，最終求出受熱面積的數(shù)值。設(shè)計(jì)計(jì)算是一種直接計(jì)算的方法，一般不需要進(jìn)行逐步近似的計(jì)算過(guò)程。校核熱力計(jì)則不然，進(jìn)行單個(gè)受熱面的校核計(jì)算時(shí)，一般只能知道熱側(cè)介質(zhì)和冷側(cè)介質(zhì)的各一個(gè)溫度或焓（進(jìn)口的或出口的），介質(zhì)的另一端的溫度或焓。因此要預(yù)先假定一個(gè)數(shù)值，然后借助兩個(gè)熱平衡方程和一個(gè)傳熱方程，經(jīng)迭代計(jì)算逐步逼近真實(shí)值。校核熱力計(jì)算的目的是為了估計(jì)鍋爐在非設(shè)計(jì)工況條件下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)鍋爐運(yùn)行缺陷（例如汽溫偏低、排煙溫度偏高等）的可能原因做出分析判斷，尋求改進(jìn)鍋爐結(jié)構(gòu)的必要措施，以及為選擇輔助設(shè)備和進(jìn)行空氣動(dòng)力計(jì)算、水動(dòng)力計(jì)算、管壁溫度計(jì)算和其它可靠性計(jì)算提供基礎(chǔ)資料。設(shè)計(jì)熱力計(jì)算和校核熱力計(jì)算在計(jì)算方法上基本上是相同的，計(jì)算時(shí)所依據(jù)的傳熱原理、計(jì)算公式和圖表曲線也都是相同的，區(qū)別僅在于計(jì)算任務(wù)和所求結(jié)果不同。而且設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算也沒(méi)有絕對(duì)的界限，一個(gè)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算往往可以采用校核計(jì)算的方法來(lái)完成。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員?？梢愿鶕?jù)他的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先將鍋爐受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸決定，然后逐步進(jìn)行校核計(jì)算，如果不合適，則重新調(diào)整受熱面的結(jié)構(gòu)（主要是調(diào)整受熱面的面積），直至滿足換熱量的要求，這也是一種設(shè)計(jì)計(jì)算方法。在本書(shū)例題中，爐膛計(jì)算是首先布置好爐膛水冷壁面積，然后計(jì)算出爐膛出口煙溫，從而確定爐膛的輻射換熱量，因此屬于校核熱力計(jì)算。末級(jí)過(guò)熱器計(jì)算是根據(jù)已知的過(guò)熱汽溫（設(shè)計(jì)值）和前面計(jì)算出的進(jìn)口汽溫，確定了末級(jí)過(guò)熱器的對(duì)流換熱量，然后計(jì)算出一個(gè)傳熱面積，因此末級(jí)過(guò)熱器計(jì)算屬于設(shè)計(jì)熱力計(jì)算。同理，水平低溫再熱器的計(jì)算也屬于設(shè)計(jì)計(jì)算。但對(duì)于上述末級(jí)過(guò)熱器和低溫再熱器這兩個(gè)受熱面，都是用校核熱力計(jì)算的方法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)熱力計(jì)算的目的。100第二章 鍋爐的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié) 設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟設(shè)計(jì)熱力計(jì)算一般按以下步驟進(jìn)行：1、按計(jì)算任務(wù)書(shū)列出原始數(shù)據(jù)，如例題第18頁(yè)上鍋爐參數(shù)、煤質(zhì)資料。2、根據(jù)燃料燃燒方式、受熱面布置（指有幾級(jí)過(guò)熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等）進(jìn)行空氣平衡計(jì)算。3、計(jì)算理論空氣量、根據(jù)各受熱面的平均過(guò)量空氣系數(shù)計(jì)算煙氣特性表，根據(jù)各受熱面出口過(guò)量空氣系數(shù)，計(jì)算煙氣、空氣焓溫表。如例題第23頁(yè)上的燃料燃燒計(jì)算表和焓溫表即是。4、熱平衡計(jì)算。即根據(jù)燃料燃燒方式（指煤粉燃燒、循環(huán)流化床燃燒，以及燃燒器的布置等）決定q3及q4的數(shù)值。根據(jù)排煙溫度和排煙過(guò)量空氣系數(shù)決定q2，根據(jù)鍋爐容量決定q5，以及根據(jù)燃燒方法決定q6，最后決定鍋爐熱效率，燃料消耗量B和保熱系數(shù)等。如例題第24頁(yè)上的熱平衡計(jì)算（燃料消耗量計(jì)算）。5、依據(jù)所選取的爐膛容積熱負(fù)荷qv決定爐膛容積VL。決定爐膛截面尺寸和形狀，并布置水冷壁、爐內(nèi)輻射受熱面及懸吊管、蒸汽冷卻管等。如例題第49頁(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)所示爐膛形狀和附圖1附圖4所示爐內(nèi)受熱面布置。6、根據(jù)選取的空氣預(yù)熱溫度進(jìn)行爐膛傳熱計(jì)算（例題為下?tīng)t膛計(jì)算）。如例題第25頁(yè)所示爐膛計(jì)算。7、進(jìn)行爐膛內(nèi)輻射受熱面的傳熱計(jì)算，并決定各受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸。如例題第2834頁(yè)的包復(fù)過(guò)熱器計(jì)算、分隔屏計(jì)算、后屏計(jì)算和末級(jí)再熱器計(jì)算。8、依次進(jìn)行水平煙道、尾部豎井煙道內(nèi)的對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算，并決定各受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸。如例題第3746頁(yè)的末級(jí)過(guò)熱器、低溫再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器的計(jì)算。9、確定鍋爐機(jī)組熱平衡計(jì)算誤差。如例題第47頁(yè)的計(jì)算表。10、編制整臺(tái)鍋爐熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表。如例題第18-21頁(yè)的主要熱力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表。第二節(jié) 輔助計(jì)算和熱平衡計(jì)算在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)，決定爐膛尺寸、各受熱面的面積和結(jié)構(gòu)之前，必須預(yù)先決定燃料消耗量、煙氣在各受熱面處的成分等主要數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)步驟中的第2、3、4項(xiàng)即完成這些任務(wù)，這些計(jì)算屬于輔助計(jì)算。輔助計(jì)算前要先選定鍋爐的總布置，一般常見(jiàn)的是“”型布置。如例題即是這種布置方式。要確定燃料制備方式、燃燒器型式與布置，以及預(yù)熱空氣的溫度和排煙溫度?？諝馄胶庥?jì)算，即根據(jù)布置方案選取爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)，各段煙道中及制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)系數(shù)，可參照原蘇聯(lián)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)（1998），（以下簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)）表進(jìn)行，或者根據(jù)國(guó)內(nèi)鍋爐制造廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。然后確定各受熱面入口過(guò)量空氣系數(shù)和出口過(guò)量空氣系數(shù)。計(jì)算煙氣容積、制定煙氣特性表時(shí)，要明確各公式、各步驟的意義。煙氣各特性對(duì)應(yīng)的過(guò)量空氣系數(shù)一定要代入所計(jì)算受熱面平均的過(guò)量空氣系數(shù)（即進(jìn)口與出口的算術(shù)平均值），這是因?yàn)闊煔馓匦杂?jì)算的主要目的，是要決定各受熱面煙氣流量和煙氣流速的平均值。按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，爐膛的平均過(guò)量空氣系數(shù)例外，應(yīng)代入爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)。計(jì)算焓溫表時(shí)，各煙氣焓所對(duì)應(yīng)的過(guò)量空氣系數(shù)一定要代入所計(jì)算受熱面出口的過(guò)量空氣系數(shù)，而不可以代受熱面的平均的過(guò)量空氣系數(shù)，這是因?yàn)闊煔忪蕼赜?jì)算的目的是要決定各受熱面的煙氣放熱量。焓溫計(jì)算時(shí)飛灰的焓在某些條件下可以忽略不計(jì)，但有時(shí)要計(jì)入。如果是手工進(jìn)行焓溫計(jì)算，應(yīng)先考慮用得到的煙氣范圍，以減小不必要的計(jì)算量。一般可參考以下給出的區(qū)間：爐膛：16002200和8001400；以上第一個(gè)溫度區(qū)間用于理論燃燒溫度計(jì)算，第二個(gè)溫度區(qū)間用于爐膛出口煙溫計(jì)算；屏式過(guò)熱器：7001200；對(duì)流式過(guò)熱器（轉(zhuǎn)向室前）：9001100；對(duì)流式過(guò)熱器（轉(zhuǎn)向室后）：500900；省煤器：300500；空氣預(yù)熱器：100200。設(shè)計(jì)步驟中的第4項(xiàng)為熱平衡計(jì)算。熱平衡計(jì)算中，對(duì)于固態(tài)排渣煤粉爐，q4損失視煤的揮發(fā)分和灰分而定，可按標(biāo)準(zhǔn)表選取或參考同類(lèi)型鍋爐的數(shù)值來(lái)選取。大型鍋爐取q3=0；對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐和液態(tài)排渣煤粉爐，均需要按灰渣溫度計(jì)算q6損失；q5損失可按標(biāo)準(zhǔn)5-09節(jié)確定。排煙熱損失q2和鍋爐計(jì)算燃料消耗量Bj必須計(jì)算準(zhǔn)確，否則會(huì)引起大量返工。在計(jì)算鍋爐的空氣總體積、煙氣總體積、煙氣流速以及對(duì)流傳熱量的各公式中，均使用計(jì)算燃料消耗量Bj進(jìn)行計(jì)算，如例題中第47頁(yè)上預(yù)熱器的煙氣流速w1、空氣流速w2以及傳熱量Qd的計(jì)算均用的是第25頁(yè)上的計(jì)算燃料消耗量Bj=68.54 kg/s。例題第23頁(yè)上的理論空氣容積v0=6.1714nm3/kg；煙氣總?cè)莘evy=7.876 nm3/kg以及第24頁(yè)上1300的爐膛出口煙氣焓Iy=16241 kJ/kg,都是燃燒每公斤計(jì)算燃料（而不是實(shí)際燃料）相應(yīng)的數(shù)值。無(wú)特殊規(guī)定冷空氣溫度為30。有暖風(fēng)器時(shí)鍋爐的輸入熱量Qr要加外熱源帶入熱量。鍋爐機(jī)組的有效利用熱量Qgl中，當(dāng)排污率2.0%時(shí)（汽包爐），加熱排污水所耗費(fèi)的熱量需計(jì)入。計(jì)算中各受熱面的介質(zhì)的進(jìn)、出口壓力是不同的，這些壓力除整個(gè)鍋爐的進(jìn)口、出口處為已知以外，其余各壓力在進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)均屬未知，需要事先假定一套數(shù)值，待受熱面的最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成以后，再借助汽水流動(dòng)阻力計(jì)算的結(jié)果，對(duì)事先假定的各介質(zhì)壓力進(jìn)行校核和調(diào)整。一般蒸汽在過(guò)熱器中的總壓降不超過(guò)過(guò)熱器出口壓力的10%，在再熱器中的總壓降不超過(guò)再熱器出口壓力的5%。高壓以上的鍋爐，省煤器的水流阻力不超過(guò)汽包（分離器）壓力的5%。制粉系統(tǒng)與燃料供應(yīng)系統(tǒng)的計(jì)算，需按總?cè)剂舷牧緽計(jì)算，而送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的空氣量、煙氣量需按計(jì)算燃料消耗量Bj計(jì)算。第三節(jié) 爐膛計(jì)算進(jìn)行爐膛傳熱計(jì)算時(shí)，其燃燒設(shè)備的型式、布置方式（用旋流燃燒器還是用直流燃燒器，前墻布置還是四角布置、兩側(cè)墻布置等）已經(jīng)確定。在確定時(shí)可參考標(biāo)準(zhǔn)的附錄中“有關(guān)燃燒設(shè)備和受熱面設(shè)計(jì)的一些簡(jiǎn)要說(shuō)明”。同時(shí)可根據(jù)國(guó)內(nèi)各式鍋爐的一些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。爐膛尺寸的確定是借助于恰當(dāng)選取一組爐膛熱力參數(shù)（如爐膛的容積熱負(fù)荷qv、截面熱負(fù)荷qa等）來(lái)完成的。當(dāng)選取了較大的qv時(shí)，爐膛容積就要小一些；當(dāng)選取了較小的qa時(shí)，爐膛截面就大一些，爐膛變得較為矮胖。在選取爐膛容積熱負(fù)荷qv時(shí)，要綜合考慮煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間、燃盡的條件、水冷壁受熱面是否布置得開(kāi)、爐膛出口煙溫、爐膛溫度和結(jié)焦傾向、整個(gè)爐膛的造價(jià)等。在一般情況下，按燃盡條件確定的爐膛容積VL，都不足以使煙氣在爐內(nèi)得到足夠的冷卻，因此，按冷卻條件確定的qv值都要小于按燃盡條件確定的qv值。我國(guó)各大鍋爐制造廠在爐膛設(shè)計(jì)中，多從燃燒安全、傳熱充分出發(fā)，按照冷卻條件來(lái)確定的qv，因此qv值都選得小些，從煤種的通用性來(lái)說(shuō)采用較低的qv值較合適，缺點(diǎn)是鍋爐尺寸較大，消耗鋼材量較多。標(biāo)準(zhǔn)中表所規(guī)定的是按燃盡條件允許的qv值范圍，其確定的爐膛容積都較小些。按照冷卻條件確定qv值一般在80120 kw/m3之間選??；按燃盡條件確定qv值一般在110170 kw/m3之間選取。表1 列出了我國(guó)大容量鍋爐爐膛熱力參數(shù)的推薦范圍：表1 我國(guó)300MW、600MW電站鍋爐熱力參數(shù)的推薦值燃燒方式切向燃燒方式對(duì)沖燃燒方式機(jī)組容量等級(jí)300MW600MW300MW600MW容積熱負(fù)荷qv，kW/m3貧煤85-11682-10290-12085-105煙煤90-118895-10595-12590-115褐煤75-9060-8080-10075-90截面熱負(fù)荷qa， MW/m3貧煤45-5246-5442-5246-54煙煤38-5144-5236-5038-52褐煤33-4336-4532-4535-48上排一次風(fēng)噴嘴中心至屏下沿的距離L，m貧煤17-21.519-2315-2018-23煙煤16-2018-2214-1818-22褐煤18-2420-2516-2218-24表2列出了爐膛熱力參數(shù)選取的某些影響因素。表2 對(duì)爐膛熱力參數(shù)選取的一些影響因素名 稱(chēng)機(jī)組容量煤的著火性能煤的燃盡性能煤灰的結(jié)焦傾向容積熱負(fù)荷qv-截面熱負(fù)荷qa選定了爐膛容積熱負(fù)荷qv之后，即可求爐膛容積VL： m3 （1）式中 B實(shí)際燃料消耗量，kg/s； Qnet,ar燃料低位發(fā)熱量，kJ/kg。確定了爐膛容積以后，即可根據(jù)所選取的另外一個(gè)爐膛熱力參數(shù)qa，按下式確定爐膛的截面面積 (通常指燃燒器標(biāo)高截面上的截面積)AL： m2 （2）式中符號(hào)意義同前。在選取qa時(shí)，主要考慮燃料的著火、燃盡性能、爐膛和燃燒器的結(jié)焦、水冷壁高溫腐蝕等要求，例如當(dāng)煤的揮發(fā)分低、灰分高時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮煤的著火問(wèn)題，qa不宜選取太低，以便提高燃燒器區(qū)域的爐溫，促進(jìn)煤的著火和燃盡；當(dāng)燃用灰熔點(diǎn)偏低、易結(jié)焦的煤時(shí)，應(yīng)注意考慮爐膛和燃燒器可能產(chǎn)生結(jié)焦問(wèn)題，qa不宜選取太高，以便降低燃燒器區(qū)域的爐溫，防止?fàn)t膛結(jié)焦。電站鍋爐qa值的范圍大致在3.25.4 MW/m2之間，選取時(shí)可參考表1。選取合宜的爐膛寬深比c，可以確定爐膛的截面形狀，從而在爐膛截面積AL已定的條件下，計(jì)算出爐膛截面的寬度和深度。對(duì)于采用四角布置直流燃燒器的鍋爐，一般希望爐膛的寬深比不大于1.2，以保證良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況。在確定爐膛寬度時(shí)還要兼顧尾部煙道的尺寸，能很好布置尾部受熱面。以上只是大略地決定爐膛的寬度和深度，然后再根據(jù)水冷壁的具體結(jié)構(gòu)加以修正。如例題爐膛容積熱負(fù)荷為qv=85.83 kw/m3,爐膛容積為VL=19313 m3，爐膛截面熱負(fù)荷為qa=4.855 MW/m2, 爐膛截面積為AL=341.4m2，爐膛寬度a=18816mm,深度b=18144mm,寬深比為1.037。采用旋流燃燒器時(shí)（前墻或?qū)_布置），爐膛深度應(yīng)按單只燃燒器功率和射程來(lái)選擇。使火炬不沖墻，對(duì)沖時(shí)最大射程到爐膛深度方向的中心線射流相互不干擾。一般爐膛深度應(yīng)大于（57）d，（d燃燒器出口直徑），較大值為對(duì)沖布置）。燃燒器布置的有關(guān)內(nèi)容，可參考標(biāo)準(zhǔn)附錄中“有關(guān)燃燒設(shè)備和受熱面設(shè)計(jì)的一些簡(jiǎn)要說(shuō)明”。現(xiàn)就爐膛容積熱負(fù)荷qv做以下說(shuō)明。早期的鍋爐容量較小爐膛也小，爐膛出口的位置和爐膛有效容積都容易確定。隨著鍋爐容量的增大，屏式受熱面更多地布置在爐膛內(nèi)，究竟哪些屏應(yīng)包括在有效容積以內(nèi)，決定了不同的爐膛容積VL和及相應(yīng)的qv。目前我國(guó)大型電站鍋爐一般規(guī)定爐膛后墻水冷壁向上直至頂棚管形成的假想平面作為爐膛出口，布置在這個(gè)平面以內(nèi)（即爐膛側(cè)）的屏式受熱面，若其橫向節(jié)距s1457mm，則該屏區(qū)要從爐膛有效容積中扣除，即爐膛出口截面向前移動(dòng)至該屏的第一排管子中心線平面；直至出現(xiàn)s1457mm的屏為止。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（參見(jiàn)“標(biāo)準(zhǔn)”9-2節(jié)）：“在確定qv時(shí)，爐膛上部s1700mm的屏包括在爐膛容積之中”，這與我國(guó)的規(guī)定有所不同。鑒于不同國(guó)家、不同鍋爐制造廠確定qv時(shí)的爐膛出口邊界不一定完全相同，因此在使用qv進(jìn)行有關(guān)的設(shè)計(jì)或比較時(shí)，應(yīng)注意其間的差異，必要時(shí)可作換算。但就本例題而言，不論按我國(guó)規(guī)定還是按原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，爐膛出口均應(yīng)定于后墻水冷壁向上延伸的平面。圖1 冷灰斗幾何形狀簡(jiǎn)圖爐膛寬度和深度確定以后，應(yīng)該考慮爐膛的冷灰斗及爐頂?shù)男螤?，然后再?zèng)Q定爐膛的高度。冷灰斗幾何形狀見(jiàn)圖1。冷灰斗的傾角應(yīng)大于等于落灰的自流角（5055）。爐頂形狀變化比較大。大型鍋爐常把整個(gè)爐膛分為下?tīng)t膛（大屏底以下的爐膛）和上爐膛（爐膛的屏區(qū)）兩個(gè)部分，分別進(jìn)行傳熱計(jì)算。對(duì)于本例題，上爐膛即是爐頂部分，上爐膛的下邊界（即下?tīng)t膛的上邊界）為分隔屏的最下排管子中心線所在平面,其形狀較為復(fù)雜但容積也不難算出。下?tīng)t膛由主體段和梯形段組成（圖2）。梯形段的容積取決于折焰角的形狀。折焰角的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。折焰角的設(shè)計(jì)主要考慮爐膛出口的高度、對(duì)爐膛深度的遮蓋率和自動(dòng)清除積灰的能力。爐膛出口的高度由煙氣流速和煙氣溫度來(lái)決定。煙氣流速一般取9 m/s上下。如例題的該處煙速為9.5 m/s。折焰角的覆蓋率是指折焰角探入爐膛的深度與爐膛深度之比，其作用是保證火焰對(duì)爐膛上部空間較好的充滿，可在0.200.25之間選取，例題為0.235。折焰角上沿的傾角，應(yīng)大于30以保證不積存飛灰。在爐頂與冷灰斗的結(jié)構(gòu)決定以后，即可決定爐膛主體段的高度hzt（參閱圖2）。 m式中 VL爐膛容積，m3； Vd爐頂容積，m3；根據(jù)爐頂結(jié)構(gòu)和爐膛寬度計(jì)算； Vhd冷灰斗容積，m3，按冷灰斗結(jié)構(gòu)和爐膛寬度計(jì)算，但只計(jì)算冷灰斗上一半高度的容積； Vz下?tīng)t膛梯形段的容積m3，按梯形段結(jié)構(gòu)和爐膛寬度計(jì)算。 AL爐膛截面積，m2。 爐膛主體段高度hzt算出以后，還應(yīng)根據(jù)燃燒器至大屏底的最小距離的要求，校核主體段高度是否能夠滿足（表1），必要時(shí)還應(yīng)結(jié)合燃燒器的布置要求作些調(diào)整。在計(jì)算爐膛容積時(shí)應(yīng)注意，爐膛容積按水冷壁管中心線計(jì)算，爐膛的寬度和深度也按水冷壁管中心線計(jì)算。爐膛容積的下邊界為冷灰斗的高度之半所在平面。圖2 爐膛主體段高度決定示意圖以上所述確定爐膛容積和截面尺寸的方法是一種設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員通常是采用校核計(jì)算的方法完成以上任務(wù)，即根據(jù)鍋爐的容量，大體布置好鍋爐的各個(gè)尺寸，然后按以上所述的方法計(jì)算出爐膛容積和截面，按式（1）和式（2）校核爐膛容積熱負(fù)荷qv和爐膛截面熱負(fù)荷qa，若不合適則重新調(diào)整爐膛的有關(guān)尺寸，直至滿足要求為止，如本例題采取的就是這樣一種方法。爐膛計(jì)算的主要方法有兩種：一是將整個(gè)爐膛包括其中的屏式受熱面一起計(jì)算（包含屏的爐膛計(jì)算），待爐膛出口溫度求出以后，再根據(jù)屏的面積與爐墻面積的比例分?jǐn)倐鳠崃恳郧蟮闷恋妮椛湮鼰崃?。另一種方法是把爐膛分為兩大塊計(jì)算（分體式爐膛計(jì)算），即把爐膛以大屏輻射式過(guò)熱器下端面為分界面，封閉的自由容積區(qū)域?yàn)橄聽(tīng)t膛，屏式過(guò)熱器區(qū)為上爐膛，分別進(jìn)行獨(dú)立的輻射換熱計(jì)算。后一種方法大型鍋爐使用較多，如例題所進(jìn)行的計(jì)算即為這種計(jì)算。含屏的爐膛計(jì)算和下?tīng)t膛計(jì)算，使用的計(jì)算爐膛出口的公式是相同的，參見(jiàn)“標(biāo)準(zhǔn)”的式（6-35），區(qū)別在于爐墻總面積FCT的計(jì)算不同。分體式計(jì)算的FCT為包復(fù)爐膛有效容積的所有面積，不論這個(gè)面積是否是由受熱面構(gòu)成，按“標(biāo)準(zhǔn)”式（6-01）計(jì)算。對(duì)含屏的爐膛計(jì)算，F(xiàn)CT除包復(fù)爐膛有效容積的所有面積之外，還要包括爐內(nèi)屏的全部外表面積，并且考慮屏的曝光不均系數(shù)，按“標(biāo)準(zhǔn)”式（6-02）計(jì)算。不論哪一種計(jì)算方法，爐膛計(jì)算的主要目的都是爐膛出口煙溫L的取得。先布置好爐膛結(jié)構(gòu)，然后計(jì)算出相應(yīng)的出口煙溫L。如果L不合適，就要重新改變爐膛尺寸，一般調(diào)整燃燒器標(biāo)高比較方便，但可能會(huì)影響到燃燒器的著火和燃盡的性能，因此調(diào)整的空間不大，最常見(jiàn)的是調(diào)整爐膛主體段的高度。爐膛出口煙氣溫度L是影響受熱面設(shè)計(jì)布置和鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù)。其數(shù)值高低不僅影響爐膛出口受熱面的結(jié)焦、燃料的燃盡、汽溫特性、省煤器的出水溫度等，還決定著輻射受熱面與對(duì)流受熱面的比例，從而影響鍋爐受熱面鋼材總耗量。通常在9501100之間選取。計(jì)算爐膛的平均壁面熱負(fù)荷qCT時(shí)，使用水冷壁占據(jù)的爐墻面積，與水冷壁管子的周界面積無(wú)關(guān)，它等于爐墻總面積FCT與燃燒器占據(jù)的面積Fr之差。圖3 折焰角結(jié)構(gòu)尺寸圖在計(jì)算爐膛出口煙溫時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：a) 爐內(nèi)有效熱量QL的意義及計(jì)算。QL的物理意義是相應(yīng)1kg計(jì)算燃料，進(jìn)入爐膛的總熱量，它可以理解為燃料的輸入熱量Qr與入爐空氣帶入的總熱量Qk之和，是爐內(nèi)換熱初始煙氣所具備的總熱量。因此，QL與爐膛出口煙焓之差就是爐內(nèi)輻射熱量（相應(yīng)1kg煤），QL與省煤器出口煙焓之差就是工質(zhì)的總吸熱量（相應(yīng)1kg煤）。圖4 各風(fēng)量、漏風(fēng)系數(shù)示意圖QL的計(jì)算中Qk按“標(biāo)準(zhǔn)”式（6-29）和式（4-43）計(jì)算。注意對(duì)于采用了三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器和正壓冷一次風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)，空預(yù)器的加熱空氣溫度t0,B按一次風(fēng)和二次風(fēng)的加權(quán)平均值計(jì)算（對(duì)各風(fēng)率加權(quán)），式（6-29）中I0,B按照t0,B查取，式中T為通過(guò)預(yù)熱器的一、二次風(fēng)率之和。在一次風(fēng)機(jī)的出口常設(shè)計(jì)有一股冷一次風(fēng)繞過(guò)空氣預(yù)熱器，在制粉系統(tǒng)前與熱一次風(fēng)匯合，這稱(chēng)為調(diào)溫風(fēng)（圖4）。調(diào)溫風(fēng)最終以環(huán)境溫度進(jìn)入爐膛，因此式（4-43）中的各漏風(fēng)系數(shù)還應(yīng)增加調(diào)溫風(fēng)系數(shù)（調(diào)溫風(fēng)風(fēng)量與理論空氣量之比）一項(xiàng)。b) 爐膛出口煙溫L的誤差 爐膛計(jì)算屬于校核計(jì)算，L在事前是未知的，但計(jì)算中的許多物性參數(shù)要用到L，因此，爐膛計(jì)算時(shí)先假設(shè)一個(gè)爐膛出口煙溫L，依此計(jì)算確定諸爐膛物性參數(shù)，待爐膛計(jì)算完成后將計(jì)算得到的L與假設(shè)的L相比較，若假定值與計(jì)算值的偏差大于100，則重新假定L（可取上次L的計(jì)算值）進(jìn)行新一輪爐膛計(jì)算，直至假定值與計(jì)算值的偏差小于100可結(jié)束迭代計(jì)算。爐膛出口煙溫的計(jì)算結(jié)果取計(jì)算值（而非假定值）。爐膛計(jì)算中的定性溫度是爐膛出口煙溫而不是爐膛平均溫度。即在查取煙氣的熱物性參數(shù)時(shí)，一律使用爐膛出口煙溫。這是因?yàn)樵?00的煙溫偏差下，可認(rèn)為熱物性參數(shù)的變化已經(jīng)不是太大了。c) 在計(jì)算系數(shù)M時(shí)，對(duì)于煤粉爐應(yīng)使用“標(biāo)準(zhǔn)”式（6-26a）。式中xr為燃燒器的相對(duì)標(biāo)高，是反映爐膛最高火焰中心位置的一個(gè)系數(shù)。定義為燃燒器標(biāo)高h(yuǎn)r與爐膛高度HT之比。其中hr按式（6-09）計(jì)算，HT按6-09節(jié)的規(guī)定計(jì)算。注意二者的計(jì)算基準(zhǔn)都是冷灰斗高度之半上的標(biāo)高。4、在計(jì)算煙氣的輻射特性時(shí)，爐膛的有效輻射層厚度s按式（6-07）計(jì)算（下?tīng)t膛）或式（6-08）計(jì)算（含屏爐膛）。燃燒產(chǎn)物的輻射吸收系數(shù)kr按式（6-14）計(jì)算或查線算圖2。線算圖2的結(jié)果要乘以rn(三原子氣體容積份額)才是式（6-14）的結(jié)果。課程設(shè)計(jì)使用哪一種方法計(jì)算都可以。灰粒子的輻射減弱系數(shù)kh按式（6-16）計(jì)算，式中的無(wú)因次飛灰濃度f(wàn)h可直接從煙氣特性表查到，不必重復(fù)計(jì)算。5、式（6-35）中的爐墻的熱有效系數(shù)，為各區(qū)段爐墻熱有效系數(shù)的加權(quán)平均值，按式（6-32）計(jì)算。其中各區(qū)段的角系數(shù)xi：對(duì)于膜式水冷壁，取x=1.0，對(duì)于冷灰斗高度之半平面（即爐膛的下邊界）取x=1.0（即認(rèn)為來(lái)自爐膛的輻射全部到達(dá)冷灰斗的下半部分水冷壁管）；對(duì)于大屏底的水平面（爐膛出口煙窗），取x=1，（即認(rèn)為來(lái)自爐膛的輻射全部到達(dá)出口窗后面的受熱面）。各區(qū)段的水冷壁沾污系數(shù)：對(duì)于水冷壁和爐膛的下邊界，按表6-3查??；對(duì)于出口窗，按式（6-34）計(jì)算。式（6-34）中的值為考慮屏區(qū)的高溫?zé)煔鈱?duì)爐膛反向輻射影響的系數(shù)，這個(gè)反向輻射使?fàn)t膛與屏區(qū)的凈輻射換熱量遠(yuǎn)小于爐膛煙氣向屏區(qū)發(fā)去的輻射。至此設(shè)計(jì)計(jì)算中的第6項(xiàng)計(jì)算完畢。第四節(jié) 屏式受熱面的計(jì)算爐膛計(jì)算(例題為下?tīng)t膛計(jì)算)完畢之后，就進(jìn)行屏及對(duì)流受熱面的計(jì)算。根據(jù)前述爐膛有效容積的確定原則，例題的分隔屏、后屏和末級(jí)再熱器均包括在上爐膛內(nèi)，但這些受熱面的計(jì)算都是單獨(dú)進(jìn)行的，因此從計(jì)算方法上看已經(jīng)不屬于爐膛計(jì)算了。屏式受熱面（半輻射式受熱面）和后面對(duì)流受熱面的計(jì)算都?xì)w于對(duì)流受熱面計(jì)算的范疇（區(qū)別于爐膛的輻射計(jì)算）。屏與對(duì)流受熱面采用同樣的傳熱計(jì)算方程式Qd =KtF/Bj。其間區(qū)別在于傳熱系數(shù)k、傳熱面積F、傳熱溫差t的計(jì)算公式不同（將在后面敘述）。屏式受熱面與順列管束的區(qū)別在于橫向相對(duì)節(jié)距1和縱向相對(duì)節(jié)距2。對(duì)于光管屏，當(dāng)13及21.5時(shí)，受熱面即可按屏來(lái)計(jì)算(“標(biāo)準(zhǔn)”第41頁(yè))。從例題給出的1和2數(shù)據(jù)看，分隔屏、后屏和末級(jí)再熱器這三個(gè)受熱面均應(yīng)按屏來(lái)計(jì)算。對(duì)流受熱面計(jì)算應(yīng)用的三個(gè)方程為傳熱方程、煙氣放熱方程、工質(zhì)吸熱方程。三個(gè)方程所得熱量應(yīng)該相等，但因傳熱方程計(jì)算復(fù)雜，一般允許計(jì)算得到的傳熱量與吸熱量（或放熱量）之間有2%的誤差。屏式受熱面計(jì)算一般有兩種情況：一種是受熱面結(jié)構(gòu)和面積已定，求傳過(guò)的熱量。一種是受熱面結(jié)構(gòu)已大致確定（如直徑、管距、排列方式等），需要傳過(guò)的熱量已定，求受熱面的面積。前一種情況稱(chēng)校核計(jì)算，后一種情況稱(chēng)設(shè)計(jì)計(jì)算。如例題中分隔屏、后屏和末級(jí)再熱器這三個(gè)受熱面的計(jì)算，由于傳熱量均未給定，出口參數(shù)取決于受熱面布置的多少，所以它們都應(yīng)歸于校核計(jì)算。下?tīng)t膛計(jì)算完成以后，按煙氣流動(dòng)順序即應(yīng)進(jìn)行分隔屏的熱力計(jì)算。但此時(shí)分隔屏的工質(zhì)進(jìn)口溫度尚不知道，因此必須首先計(jì)算出分隔屏的蒸汽進(jìn)口溫度。為此需要簡(jiǎn)要介紹一下過(guò)熱器的系統(tǒng)。以例題所示的過(guò)熱器系統(tǒng)來(lái)看，來(lái)自分離器出口的微過(guò)蒸汽依次流過(guò)包復(fù)過(guò)熱器（先后由爐頂、水平煙道頂、轉(zhuǎn)向室、低再延伸后墻、低再延伸側(cè)墻、水平煙道側(cè)墻組成），分隔屏、后屏、末級(jí)過(guò)熱器最后到達(dá)鍋爐出口。在分隔屏和后屏之間、后屏和末級(jí)過(guò)熱器之間設(shè)計(jì)有一、二兩級(jí)減溫器。在進(jìn)行分隔屏等的計(jì)算時(shí)，分離器出口汽溫是已知的（例題為425），相當(dāng)于自然循環(huán)鍋爐的飽和溫度。為了計(jì)算分隔屏進(jìn)口溫度，需要知道所有包復(fù)過(guò)熱器的工質(zhì)總焓升，采取的方法是：事先假定包復(fù)過(guò)熱器的總吸熱量，據(jù)此算出包復(fù)過(guò)熱器的工質(zhì)總焓升，和分隔屏的進(jìn)口工質(zhì)比焓、溫度。然后依次進(jìn)行所有后續(xù)計(jì)算，得出與包過(guò)有關(guān)的各受熱面的傳熱量和煙氣溫度，計(jì)算各包過(guò)的吸熱量、包復(fù)過(guò)熱器的總吸熱量，并與假定值比較，當(dāng)假定吸熱量與后面計(jì)算得出數(shù)值的相對(duì)誤差大于10%時(shí)，應(yīng)重新假定包復(fù)過(guò)熱器的總吸熱量，并進(jìn)行新一輪迭代計(jì)算。直至相對(duì)誤差小于10%時(shí)停止迭代。例題給出的包復(fù)過(guò)熱器總吸熱量為788 kJ/kg，是逐次逼近以后的結(jié)果。包復(fù)過(guò)熱器的計(jì)算采用簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算方法參見(jiàn)本節(jié)稍后的內(nèi)容。在屏式受熱面計(jì)算中，煙氣放熱量Qd按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-02）確定，其中的Q為附加吸熱量，需要事先估計(jì)，最后校核。工質(zhì)吸熱量Qg按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-03）確定，其中的Q為屏從爐膛直接獲得的輻射熱量，按式（7-06）計(jì)算。傳熱量按式（7-01）計(jì)算，其計(jì)算面積取其等于最邊緣管子的外輪廓線所圍成的屏縱軸向的兩倍乘上角系數(shù)x。角系數(shù)x根據(jù)2按線算圖1a曲線5確定。其傳熱溫差按屏區(qū)的平均煙氣溫度與平均蒸汽溫度之差確定；傳熱系數(shù)按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-11）確定。式中的Q為屏由爐膛直接獲得的輻射熱量（kJ/kg）。式（7-13）中的/22x項(xiàng)為屏的平面面積轉(zhuǎn)換為光管外表面積的換算系數(shù)。煙氣側(cè)的放熱系數(shù)a1按式（7-13）計(jì)算，1包括了對(duì)流和輻射兩個(gè)放熱系數(shù)（k和）。k按式（7-40）計(jì)算，或查線算圖7。在使用線算圖7查取修正系數(shù)時(shí)，當(dāng)管屏的相對(duì)橫向節(jié)距1大于3時(shí)，按1=3查取。按式（7-63）計(jì)算，或查線算圖18。注意按公式（7-63）計(jì)算時(shí)，式中的溫度一律用熱力學(xué)溫度，而在查線算圖18時(shí)，溫度一律用攝氏溫度。灰壁溫度T3的計(jì)算較為復(fù)雜，見(jiàn)式（7-68），其中對(duì)傳熱系數(shù)計(jì)算影響最大的是污染系數(shù)（查圖7-15），一定要查準(zhǔn)。屏間煙氣的黑度a按式（7-67b）計(jì)算。屏區(qū)前煙氣空間對(duì)屏區(qū)的輻射不單獨(dú)計(jì)算，用增大屏間煙氣黑度a的方法計(jì)及它的影響。修正后的屏區(qū)黑度a按式（7-73）計(jì)算，最后是用a而不是a代入式（7-63）計(jì)算輻射放熱系數(shù)a。例題中，后屏的屏間煙氣的黑度a為0.2779，修正后的煙氣黑度a為0.4042，可見(jiàn)屏區(qū)前煙氣空間輻射對(duì)屏區(qū)換熱的影響還是不小的。爐膛出口窗處來(lái)自爐膛的直接輻射q按式（6-37）計(jì)算。注意式（6-37）中的Q代表的是整個(gè)爐膛輻射換熱量，按式（6-30）計(jì)算。它與式（7-03）和式（7-06）中的Q意義完全不同、數(shù)值亦不相同不可混淆。式（6-37）中沿爐膛高度的吸熱不均系數(shù)y取決于區(qū)段的相對(duì)高度h/HT(HT爐膛高度)，按表8-3或表8-4取用。式（6-37）中的熱有效系數(shù)，必須考慮屏間煙氣的反向輻射，按式（6-34）確定。例題中取反向輻射影響系數(shù)=0.6,=0.60.45=0.27。例題的減溫水取自最后一級(jí)高加出口，故減溫水焓與給水焓相等。由于有減溫器，所以分隔屏出口的介質(zhì)比焓高于后屏進(jìn)口的介質(zhì)比焓，后屏出口的介質(zhì)比焓高于末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口的介質(zhì)比焓。因此在這兩個(gè)地方分別進(jìn)行一次減溫單元計(jì)算。減溫單元計(jì)算的目的是根據(jù)減溫器的噴水量、主蒸汽流量和減溫器進(jìn)口汽溫，計(jì)算得到減溫器的出口汽溫。計(jì)算公式如下： kJ/kg （3）式中 D1、h1減溫器噴水量、減溫水比焓； D0、h0減溫器進(jìn)口蒸汽流量、蒸汽比焓。減溫器的出口汽溫t根據(jù)出口壓力p和出口比焓h查表得到。在主受熱面煙道的四周，往往布置有側(cè)墻、頂棚等附加受熱面，這樣使對(duì)流受熱面的計(jì)稍微復(fù)雜些。在計(jì)算主受熱面的對(duì)流吸熱量Qd時(shí)，需要從進(jìn)、出口的煙氣焓降中扣除掉附加吸熱量Qfj。（標(biāo)準(zhǔn)”式7-02）。計(jì)算時(shí)需預(yù)先估計(jì)附加吸熱量Qfj，待主受熱面計(jì)算完成以后，進(jìn)行附加吸熱量計(jì)算，并檢驗(yàn)Qfj的計(jì)算值與估計(jì)值是否相符，對(duì)于附加吸熱量，規(guī)定相對(duì)誤差的允許值為10%。附加吸熱量Qfj采用簡(jiǎn)化計(jì)算，煙氣對(duì)附加受熱面的傳熱系數(shù)就取主受熱面的傳熱系數(shù)值，傳熱溫壓為煙溫與附加受熱面內(nèi)工質(zhì)溫度的算術(shù)平均值；傳熱面積取附加受熱面的輻射受熱面積（即投影平面面積）。例如在例題的水平低再計(jì)算中，附加受熱面為四面墻圍成的總平面，傳熱面積421.6m2；傳熱系數(shù)取水平低再的傳熱系數(shù)53.06 w/m2., 傳熱溫壓為618.2-431.2=187，附加吸熱量（計(jì)算/估計(jì)）為61.07/63,吸熱量相對(duì)誤差：-3.056%。進(jìn)行校核計(jì)算時(shí)，最常用的逐次逼近算法是先估計(jì)一個(gè)出口煙溫，然后計(jì)算煙氣對(duì)流放熱量Qd以及工質(zhì)的另一個(gè)溫度，計(jì)算傳熱溫差、傳熱系數(shù)和傳熱量Qc。若Qd和Qc的相對(duì)誤差小于2%，則結(jié)束計(jì)算。反之，則要重新假定出口煙溫，重復(fù)計(jì)算傳熱量Qc直至誤差滿足要求為止。這里說(shuō)明，附加吸熱量的計(jì)算隨同主煙道的計(jì)算一并進(jìn)行，不必單獨(dú)作迭代，其誤差（10%）可在最后再作調(diào)整，這樣做可簡(jiǎn)化迭代過(guò)程。根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”第105頁(yè)的規(guī)定，如果前后兩次迭代計(jì)算時(shí)，出口煙溫的變化不大于50,傳熱系數(shù)可不必重算，必須重算的只是傳熱溫差，并要重新求解熱平衡方程式。關(guān)于半輻射式受熱面計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明：1、布置于爐內(nèi)的半輻射式受熱面（屏），其工質(zhì)吸熱通常接受兩類(lèi)傳熱量的貢獻(xiàn)。一類(lèi)是煙氣的對(duì)流放熱量Qd，這個(gè)熱量等于屏的進(jìn)口煙氣溫度（或煙焓）降低到出口煙氣溫度（或煙焓）所釋放的熱量。另一類(lèi)是屏由爐膛直接獲得的輻射熱量Q，這個(gè)熱量只用于增加工質(zhì)的比焓而不降低煙氣的溫度（或煙焓）。因此屏的工質(zhì)吸熱方程與一般對(duì)流受熱面不一樣，需要扣除一項(xiàng)Q（標(biāo)準(zhǔn)”式7-03）。2、Q的計(jì)算式（7-06）中，xp反映的是來(lái)自爐膛的輻射到達(dá)所計(jì)算受熱面的份額，它是一個(gè)與屏的結(jié)構(gòu)及其相對(duì)爐膛輻射面位置有關(guān)的一個(gè)純幾何參數(shù)。理論上x(chóng)p的計(jì)算應(yīng)該采用面積微元積分的方法解決。“標(biāo)準(zhǔn)”在表7-1和表7-2中給出了確定xp的一種簡(jiǎn)化方法，但這種方法在例題所示屏結(jié)構(gòu)條件下無(wú)法使用。例題給出的xp，分別是分隔屏: 0.3641,后屏：0.3662；末級(jí)再熱器：0.06562。是按照各屏與爐膛出口窗的面積比例、位置關(guān)系、屏的橫向節(jié)距s1i采用簡(jiǎn)單加權(quán)計(jì)算確定的。也并非面積微元積分的結(jié)果。3、半輻射式受熱面（屏）的計(jì)算特點(diǎn)是有屏間煙氣的容積輻射。用輻射放熱系數(shù)a把屏間氣輻射計(jì)算轉(zhuǎn)為對(duì)流放熱計(jì)算。要區(qū)分屏間容積輻射熱量與屏從爐膛直接獲得的輻射熱量Q的不同。前者會(huì)使進(jìn)入屏區(qū)的煙溫降低，后者則沒(méi)有這個(gè)作用。4、對(duì)流受熱面定性溫度一律取煙氣進(jìn)、出口溫度算術(shù)平均值。至此設(shè)計(jì)計(jì)算中的第7項(xiàng)計(jì)算完畢。第五節(jié) 煙道對(duì)流受熱面的計(jì)算煙氣離開(kāi)末級(jí)再熱器后，順序流過(guò)后墻水冷壁懸吊管、末級(jí)過(guò)熱器、蒸汽引出管、低再垂直部分、轉(zhuǎn)向室、低再水平部分、省煤器、空氣預(yù)熱器。這些受熱面的主要傳熱方式是對(duì)流傳熱，管間煙氣輻射的比例較小，屬于對(duì)流受熱面計(jì)算。在后屏和末級(jí)過(guò)熱器之間設(shè)計(jì)有第二兩級(jí)噴水減溫器。在對(duì)流受熱面計(jì)算中，煙氣放熱量Qd按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-02）或式（7-08）確定。對(duì)于空氣預(yù)熱器，上兩式中的附加吸熱量Q取零。工質(zhì)吸熱量Qg按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-04）或式（7-05）確定。傳熱量按式(7-01)計(jì)算。上述諸式中有關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式，視具體受熱面的不同而互有區(qū)別，以下結(jié)合各受熱面加以說(shuō)明。末級(jí)過(guò)熱器管屏為順排、順流，縱向相對(duì)節(jié)距2 =2.0，按照“標(biāo)準(zhǔn)”第41頁(yè)的規(guī)定，其計(jì)算屬于順列管束而不是屏。相應(yīng)傳熱面積按管子的幾何外表面積計(jì)算（“標(biāo)準(zhǔn)”7-01節(jié)）、傳熱溫差按對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算（“標(biāo)準(zhǔn)”式7-74）。按照例題布置順序，末級(jí)過(guò)熱器的進(jìn)口煙溫等于后墻水冷壁懸吊管排的出口煙溫。為簡(jiǎn)化計(jì)，后墻水冷壁懸吊管排不做傳熱計(jì)算，只估計(jì)其煙溫降低值10，計(jì)算出末級(jí)過(guò)熱器的進(jìn)口煙溫和懸吊管排的傳熱量。若需對(duì)后墻水冷壁懸吊管排作傳熱計(jì)算，可參見(jiàn)7-40節(jié)。末級(jí)過(guò)熱器的進(jìn)口汽溫經(jīng)減溫單元計(jì)算（本章公式（3）得到。出口汽溫為設(shè)計(jì)值（過(guò)熱蒸汽出口溫度），即傳熱量為已知。因此其計(jì)算類(lèi)型屬于典型的設(shè)計(jì)熱力計(jì)算。但例題采用了校核計(jì)算的方法完成設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)，學(xué)生可閱讀例題自行體會(huì)該方法的技巧。末級(jí)過(guò)熱器的傳熱系數(shù)k按式（7-15b）計(jì)算。式中的煙氣側(cè)放熱系數(shù)a1按式（7-16）計(jì)算。輻射放熱系數(shù)按式（7-63）計(jì)算。式（7-63）需要計(jì)算灰壁溫度T3，對(duì)于順列管排，灰壁溫度T3按式（7-69）計(jì)算，但式7-69）中的煙側(cè)放熱系數(shù)a1在未計(jì)算出以前并不知道。這里仍需要利用先設(shè)后校的方法來(lái)求取T3。即先估計(jì)一個(gè)a1，進(jìn)行T3、a1的計(jì)算，檢查a1的估計(jì)值和計(jì)算值，若其間誤差小于2%，認(rèn)為a1計(jì)算正確。管間煙氣的有效輻射層厚度s按式（7-67a）計(jì)算。為計(jì)算管束前煙氣空間的輻射，同樣要對(duì)管間煙氣黑度a(式7-63)進(jìn)行修正，修正后的管間煙氣黑度a按式（7-72）計(jì)算。注意按式（7-63）計(jì)算輻射放熱系數(shù)時(shí)，要用a而不是a代入。對(duì)于順列管排，灰污對(duì)傳熱的影響是用熱有效系數(shù) 來(lái)計(jì)算的。計(jì)算a時(shí)也要用到。按圖7-16查取。蒸汽冷卻管、低再垂直段以及轉(zhuǎn)向室都只進(jìn)行熱平衡計(jì)算，不做傳熱計(jì)算，例題給出的煙溫降分別為5、32和14。并按照上述各煙溫降，確定各受熱面的進(jìn)、出口煙溫和煙焓。如果對(duì)以上三個(gè)受熱面作傳熱計(jì)算，可參見(jiàn)7-40節(jié)。蒸汽冷卻管和轉(zhuǎn)向室的傳熱量屬于包復(fù)過(guò)熱器傳熱量，因此不必計(jì)算它們的進(jìn)、出口工質(zhì)溫度，對(duì)低再垂直段，其出口工質(zhì)溫度即是末級(jí)再熱器的進(jìn)口溫度，已由末級(jí)再熱器的計(jì)算（校核熱力計(jì)算）得到。再利用工質(zhì)吸熱量方程式（7-04）和低再垂直段的放熱量可計(jì)算出低再水平段的出口工質(zhì)溫度和比焓，以便進(jìn)行下面低再水平段的計(jì)算。低再水平段布置于尾部豎井進(jìn)口，布置方式為順排、逆流。按對(duì)流受熱面計(jì)算。其傳熱面積、傳熱溫差和傳熱系數(shù)的計(jì)算均與末級(jí)過(guò)熱器相同。低再水平段的出口工質(zhì)溫度已由低再垂直段的計(jì)算得到。低再水平段的進(jìn)口汽溫為設(shè)計(jì)值（再熱蒸汽進(jìn)口溫度），出口汽溫前已計(jì)算出來(lái)，即傳熱量為已知。因此其計(jì)算類(lèi)型亦屬于設(shè)計(jì)熱力計(jì)計(jì)算。但例題采用了校核熱力計(jì)算的方法完成設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)，從低再水平段的管子繞彎結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)附圖6）可以看到，即使按設(shè)計(jì)熱力計(jì)算方法算出了受熱面面積，具體布置時(shí)的調(diào)整也并非易事。例題中低再水平段的附加受熱面面積421m2, 附加吸熱量為63 kJ/kg，而末級(jí)再熱器的附加按受熱面面積只有216 m2, 附加吸熱量卻高達(dá)138 kJ/kg。這是因?yàn)槟┘?jí)再熱器處于高煙溫區(qū)域，附加受熱面的傳熱溫差要比低再水平段的要大得多的緣故。附加吸熱量沿?zé)煔饬鞒痰倪@種分布具有普遍性，試算時(shí)可用來(lái)估計(jì)各受熱面的附加吸熱量。省煤器布置于尾部豎井的水平低再之后，布置方式為順排、逆流。按對(duì)流受熱面計(jì)算。其傳熱面積、傳熱溫差的計(jì)算均與水平低再相同。其傳熱系數(shù)計(jì)算可忽略水側(cè)熱阻，按式（7-15c）計(jì)算。省煤器工質(zhì)進(jìn)口溫度為已知值（給水溫度），出口溫度從省煤器的對(duì)流放熱量Qsm計(jì)算得到。Qsm的確定是省煤器最重要計(jì)算，它不僅決定省煤器自身的計(jì)算誤差，也決定了整個(gè)鍋爐機(jī)組的熱平衡計(jì)算誤差。Qsm根據(jù)整個(gè)鍋爐機(jī)組的熱平衡按下式計(jì)算： kJ/kg （4）式中 Qr鍋爐輸入熱量，kJ/kg,例題中Qr =24100； 鍋爐效率，%，例題中=93.65；保熱系數(shù)；q4機(jī)械不完全燃燒熱損失，%QL爐內(nèi)有效熱量，kJ/kg,例題中QL =27009爐膛出口至省煤器入口的漏風(fēng)系數(shù)之和，例題中=0.03 Ism省煤器入口的煙氣焓值，kJ/kg，例題中Ism=6092 Ilk0理論冷空氣焓，kJ/kg，例題中Ilk0 =203.7 Qsm 也可按“標(biāo)準(zhǔn)”的式（9-09）計(jì)算。但該式中各吸熱量（從Q直到Q）要包括所有的附加吸熱量和包復(fù)吸熱量，很難算準(zhǔn)。因此建議使用本章公式（4）計(jì)算。 省煤器的煙溫與附加受熱面（如果有的話）內(nèi)的工質(zhì)溫度相差很小，因此，在計(jì)算省煤器的煙氣放熱量時(shí)，附加吸熱量通常取為零。大型鍋爐的空氣預(yù)熱器均采用回轉(zhuǎn)式，布置于省煤器之后的尾部煙道內(nèi)。在計(jì)算回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器時(shí)，空氣預(yù)熱器的傳熱量Qc按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-01）確定；煙氣放熱量Qd按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-02）確定，其中附加吸熱量Q取為零，漏風(fēng)焓按進(jìn)、出口風(fēng)溫的平均值計(jì)算（不是冷風(fēng)焓）。工質(zhì)吸熱量Qg按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-05）確定，其中的T為預(yù)熱器出口風(fēng)量與理論空氣量之比（稱(chēng)空氣系數(shù)）。對(duì)于三分倉(cāng)式空氣預(yù)熱器T為一、二次風(fēng)的空氣系數(shù)之和。如果一、二次風(fēng)的出口熱風(fēng)溫度不同，計(jì)算預(yù)熱器出口熱風(fēng)焓I0時(shí)，可以按一、二次熱風(fēng)溫度的加權(quán)平均值計(jì)算?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的傳熱系數(shù)按“標(biāo)準(zhǔn)”式（7-27）確定。其中煙速、空氣流速計(jì)算所需要的通流截面積按7-32節(jié)確定?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的傳熱面積按7-32節(jié)確定。其中每1m3轉(zhuǎn)子容積容納的總面積c值，列于7-32節(jié)的唯一表中。由于c的具體取值與蓄熱板的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此允許根據(jù)我國(guó)空預(yù)器制造廠的經(jīng)驗(yàn)對(duì)表中的c值進(jìn)行一定的修正。例如例題的空預(yù)器波形板采用強(qiáng)化蓄熱型，從表中查到c值為365m2/m3，取用c值為260 m2/m3，修正系數(shù)為c/c =0.712。進(jìn)行空氣預(yù)熱器傳熱計(jì)算時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)，一、二次風(fēng)量合并起來(lái)一起計(jì)算風(fēng)側(cè)的對(duì)流放熱系數(shù)2，和風(fēng)側(cè)的總溫升。至于總溫升在一、二次風(fēng)之間的分配，計(jì)算十分復(fù)雜，取決于預(yù)熱器一、二次風(fēng)的通道角、一、二次風(fēng)量以及空氣預(yù)熱器的旋轉(zhuǎn)方向（蓄熱板轉(zhuǎn)到空氣通道后，先與一次風(fēng)接觸還是先與二次風(fēng)接觸），本課程設(shè)計(jì)不做要求。預(yù)熱器計(jì)算完成以后會(huì)得到排煙溫度計(jì)算值。在鍋爐設(shè)計(jì)熱力計(jì)算中這個(gè)值應(yīng)該等于熱平衡計(jì)算中排煙溫度的取用值（如果是鍋爐校核熱力計(jì)算，二者偏差允許在10以內(nèi)），就是說(shuō)，整個(gè)鍋爐機(jī)組的熱平衡計(jì)算誤差應(yīng)該為零。但考慮到空氣預(yù)熱器的熱平衡熱量與爐內(nèi)熱風(fēng)熱量偏差，以及計(jì)算過(guò)程中的舍入誤差，因此允許排煙溫度計(jì)算值與選取值之間有一定的偏差，該偏差的相對(duì)值不應(yīng)超過(guò)1%。鍋爐機(jī)組的熱平衡誤差校核，即是確定從爐膛直至省煤器各受熱面煙氣放熱量之和（煙氣側(cè)熱量）Qi與根據(jù)鍋爐效率計(jì)算得到的鍋爐有效利用熱量(汽水側(cè)熱量)Qyx之間的偏差。Qi按下式計(jì)算（以例題為例）Qi=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10+Q11 (5)式中 Q1、Q2Q11依次為爐膛、分隔屏、后屏、末級(jí)再熱器、后墻水冷壁懸吊管、末級(jí)過(guò)熱器、蒸汽冷卻管、低再垂直段、轉(zhuǎn)向室、低再水平段、省煤器的煙氣放熱量。注