畢業(yè)設計說明書-鍋爐設計

摘要在SHL10-1.25/250-AⅢ型鍋爐設計中，我們通過設計任務書給定的設計參數(shù)以及參考相關設計資料，進行初步設計與熱力計算。該設計的內容包括燃料與燃燒計算、鍋爐熱平衡計算、鍋爐爐膛、防渣管、過熱器、鍋爐管束等設備的熱力計算。在熱力計算中，利用先假設后校核，逐次逼近法，進行計算，同時確定爐體及相關部件的尺寸和各個受熱面面積及布置形式。在設計當中，查閱了許多有關鏈條鍋爐方面的資料，這種鍋爐在現(xiàn)代工業(yè)開展中被普遍運用，而且技術越來越成熟，所以為本課題的鏈條鍋爐設計提供了很大的幫助，進而完成了本次雙鍋筒橫置式鏈條爐排鍋爐的初步熱力計算和根本結構設計。本次設計還包括任務說明書，計算說明書、鍋爐本體圖，空氣預熱器零件圖，省煤器零件圖。關鍵詞:鏈條爐；鍋爐爐膛；熱力計算。AbstractAccordingtodesignparametersthathasgivendesignandtherelevantdesigninformation,wemakeheatcalculationsandpreliminarydesigncalculationonSHL10-1.25/250-AⅢboiler.Themaincontentsincludeintroduction,fuelandcombustioncalculations,boilerheatcalculationbalance,boilerfurnace,anti-thermalresiduemanagementandothercomputingdevices.Inthethermalcalculation,firstly,weusethemethodsofassumptions,andthencheckthemandsuccessiveapproximationtocalculateing.Simultaneously,wedeterminethesizeoffurnaceandrelatedcomponentsandlayoutofvariousheatingsurface.Inthedesign,throughalotofinformationaboutthechainboiler,thisboilerisarewidelyusedinthemodernindustry,andthetechnologyismoreandmoreripe,soitprovidesahelpfulprogramforthesubject-basedchainboilerdesign.thisdesignalsoincludesmissionstatement,calculationspecifications,theCADchartoftheboilerbody,airpreheaterandeconomizer.Keywords:chainboiler;furnace;thermalcalculation.目錄TOC\o"1-3"\h\u261861緒論 1252951.1設計題目的提出 125441.1.1工業(yè)鍋爐的概述 1223231.1.2燃煤工業(yè)鍋爐燃燒現(xiàn)狀 175311.2國內外研究現(xiàn)狀 279161.3設計內容與研究方法 2172411.3.1設計主要內容 3109951.3.2研究方法 3180371.3.3校核熱力計算主要內容 3189861.3.4熱力計算步驟 453221.3.5設計中遇到的主要問題及解決方法 4272322設計任務書 6258992.1設計題目 6282422.2原始資料 6250142.3燃料特性 6104193爐膛熱力計算 7182243.1煙道空氣系數(shù)及受熱面漏風系數(shù) 7195943.2輔助計算 8103613.2.1理論空氣與煙氣的特性計算 8259563.2.2燃燒產(chǎn)物容積和焓的計算 10159803.2.3鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算 12159133.2.4鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算 21122573.3爐膛幾何特性及熱力計算 2150213.3.1燃燒室尺寸假定與校核 23232173.3.2爐膛傳熱計算參數(shù) 2860904對流受熱面的熱力計算 36117574.1鍋爐的對流受熱面的概述 36138064.1.1對流過熱面 36262714.1.2對流傳熱過程 36170564.2對流受熱面?zhèn)鳠岬挠嬎愎?36194124.3防渣管結構特性及熱力計算 43251544.4過熱器結構特性及熱力計算 47112054.5鍋爐管束結構特性及熱力計算 4794.6省煤器和空氣預熱器結構特性及熱力計算 48110815熱力計算匯總與校核 49169146結論 5016904致謝 512917參考文獻 521緒論1.1設計題目的提出1.1.1工業(yè)鍋爐的概述我國為了與發(fā)電用的大型鍋爐相區(qū)別，把容量65噸/時以下為工業(yè)生產(chǎn)供熱、為建筑物供暖的鍋爐稱為工業(yè)鍋爐。工業(yè)鍋爐目前是中國主要的熱能動力設備，工業(yè)鍋爐多于層燃鏈條爐排鍋爐，目前由于種種原因，如結構設計部合理，制造質量不良，輔機配套不協(xié)調，可用煤種與設計部符，運行操作不當?shù)?，都會造成鍋爐出力缺乏，熱效率底下和輸出參數(shù)不合格等問題，結果是能源耗量過大，甚至不能滿足生產(chǎn)要求，所以仍采用的手燒加煤、間歇燃燒方式的小型固定爐排鍋爐，必將淘汰，取而代之以新開發(fā)的新型鍋爐。1.1.2燃煤工業(yè)鍋爐燃燒現(xiàn)狀我國燃煤工業(yè)鍋爐在燃燒方面存在著許多問題我國燃煤工業(yè)鍋爐在燃燒方面存在著許多問題，應該引起我們足夠的重視，并且應當加速實施節(jié)能改造，目前鍋爐在燃燒方面存在的主要問題：〔1〕鍋爐熱效率低我國工業(yè)鍋爐的設計效率一般不超過75～80%，由于種種原因的影響，工業(yè)鍋爐的效率一般平均在60%～70%之間，鍋爐運行效率與設計效率相差10～15個百分點。而興旺國家工業(yè)鍋爐的使用效率一般高于80%，我國與國際水平相差10～20個百分點。年耗煤3～5億噸，平均燃料浪費率在15～20%之間。〔2〕煙塵污染嚴重我國每年向大氣中排放煙塵量高達3000萬噸，全國城市中總懸浮物日均值為0.089～0.849mg，超出國家規(guī)定的標準。而且煙塵中含有大量的有害物質，黑煙中含有致癌的苯并芘，人吸入該物質容易得肺癌；煙氣中的CO氣體人吸入后,重者損害神經(jīng)系統(tǒng)導致死亡；煙氣中的氣體浸入人體后，重者產(chǎn)生心腦血管疾病，形成酸雨或酸霧后，對生態(tài)和建筑物都會造成嚴重的腐蝕危害；煙氣中的NO氣體對人體危害最大，NO2氣體形成的光化學煙霧將對人類、生物、建筑物等帶來災難性的危害；煙氣中的CO2氣體是造成全球氣溫變暖的主要物質，是全球產(chǎn)生溫室效應的有害氣體?！?〕鍋爐出力缺乏我國工業(yè)鍋爐平均出力在70～80%左右，而鏈條爐和往復爐出力缺乏，增減負荷緩慢問題比擬普遍。燃燒是制約鍋爐出力的主要因素，燃燒不完全，煤的發(fā)熱量缺乏，爐溫降低，鍋爐運行滿足不了工藝要求，造成鍋爐出力缺乏，而鍋爐增減負荷緩慢與鍋爐燃燒調節(jié)有關?！?〕燃燒設備故障多鍋爐運行時，燃燒設備故障最多，經(jīng)常被燒毀引起事故的部件有：爐排側密封體、煤斗、老鷹鐵、爐排片、煤閘板等。主要表現(xiàn)為：爐排片斷裂脫離正常位置、爐排部件燒毀卡住爐排而停止運行、運行漏煤造成固體損失、燃燒漏風造成爐溫低,燃燒工況低下,鍋爐燃燒設備故障,即降低了鍋爐平安運行的可靠性，又降低了鍋爐燃燒效率，造成鍋爐出力缺乏，影響鍋爐正常運行。(5)企業(yè)規(guī)模小,產(chǎn)品容量低全國持有鍋爐制造許可證的企業(yè)近600余家，其中生產(chǎn)熱水鍋爐的小型企業(yè)占60%左右〔不含常壓鍋爐及茶爐企業(yè)〕。鍋爐單臺容量小，平均為2.4t/h；勞動生產(chǎn)率低，全員勞動生產(chǎn)率人均為0.54t/h；鍋爐房小而多，裝機容量按兩臺爐合計為4.54t/h。我國是一個能源消耗大國，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)開展，能源供給的緊缺，特別是石油資源短缺的矛盾更顯得突出。到2005年底我國各級鍋爐知道許可證的企業(yè)有1349家，其中C級以上的有639家，年生產(chǎn)量18萬蒸噸左右。工業(yè)鍋爐行業(yè)協(xié)會的70家企業(yè)，2005年生產(chǎn)63020萬蒸噸。據(jù)2005年統(tǒng)計，全國在工業(yè)鍋爐近60臺、165萬蒸噸，接近電站鍋爐裝機容量的2倍。其中約48萬臺鍋爐為燃煤工業(yè)鍋爐。工業(yè)鍋爐的實際運行效率只有65%左右，比國外先進水平低15～20%。所以對工業(yè)鍋爐的改良勢在必行。1.2國內外研究現(xiàn)狀目前我國能源利用效率不高,僅為33%,比興旺國家低約10個百分點,能耗水平與國際先進水平相比還有很大差距。由于鍋爐效率不高,能源浪費相當嚴重,工業(yè)鍋爐平均運行效率僅65%左右,比國外水平低約15個百分點,平均每年多耗煤6300多萬噸。另外,鍋爐燃燒排放大量煙塵以及SO2等污染物,已是我國大氣主要煤煙型污染源之一,鍋爐成為我國開展節(jié)能環(huán)保主要對象之一。工業(yè)鍋爐節(jié)能改造技術：(1)加裝燃油鍋爐節(jié)能器；(2)安裝冷凝型燃氣鍋爐節(jié)能器；(3)采用冷凝式余熱回收鍋爐技術；(4)鍋爐尾部采用熱管余熱回收技術；(5)采用防垢、除垢技術；(6)采用燃料添加劑技術；(7)采用新燃料；(8)采用富氧燃燒技術；(9)采用旋流燃燒鍋爐技術；(10)采用空氣源熱泵熱水機組替換技術；1.3設計內容與研究方法1.3.1設計主要內容本設計的主要內容包括以下幾方面的內容：(1)明確設計任務及其要求；(2)明確給定燃料及其特性；(3)鍋爐主要參數(shù)的選取，如鍋爐蒸發(fā)量、給水壓力、過熱蒸汽的溫度和壓力等；(4)了解鍋爐概況，如鍋爐結構的根本特點及其系統(tǒng)、燃燒及排渣方以及連續(xù)排污量等；(5)確定各受熱面和煙道的尺寸；(6)爐膛、過熱器及其他部件的熱力計算和校核；(7)畫出鍋爐結構簡圖、煙氣和汽水系統(tǒng)流程簡圖等。1.3.2研究方法根據(jù)熱力計算任務的不同，可分為設計〔結構〕熱力計算和校核熱力計算兩種。設計熱力計算：進行設計新鍋爐時的熱力計算成為設計熱力計算，簡稱設計計算。設計熱力計算的任務是，根據(jù)給定的蒸發(fā)量、蒸汽和給水參數(shù)、煤質資料和選定的效率、燃燒設備型式等，確定鍋爐各局部的受熱面面積和主要結構尺寸以及耗煤量、送風量、排煙量等。設計計算一般和鍋爐結構設計交互進行。設計計算將為空氣動力計算、水動力計算、強度計算等其他計算以及輔機的選擇提供參數(shù)。校核熱力計算：校核熱力計算是在產(chǎn)品設計業(yè)已存在、或鍋爐實體已經(jīng)存在、或主要結構尺寸已經(jīng)確定的情況下使用的方法，目的是：按已有的結構尺寸和給定的蒸發(fā)量、蒸汽和給水參數(shù)、煤質資料等實際運行條件，校核鍋爐的效率、燃煤量、送風量、排煙量、各受熱面前后的煙氣和工質的溫度、各受熱面中的煙氣和工質的流速等，從而校核鍋爐到達要求的蒸發(fā)量和蒸汽參數(shù)的可能性及鍋爐的經(jīng)濟性、可靠性。設計計算和校核計算在計算方法上是相同的，計算時所依據(jù)的傳熱原理、公式和圖表也都是相同的，僅計算任務和所求數(shù)據(jù)不同。一般來說，對已有的鍋爐進行改造估算時常用校核熱力計算，設計制造新鍋爐時用設計熱力計算。但隨著人們對鍋爐認識的不斷加深，已積累了相當多的成熟經(jīng)驗。因此，在設計制造新鍋爐時，也多是先將鍋爐結構等初步布置好，然后依校核熱力計算方法來進行修正，并不直接采用設計熱力計算了。1.3.3校核熱力計算主要內容在進行校核計算時，需要預先估計排煙溫度和熱空氣溫度，然后進行熱平衡、爐膛傳熱等各項計算。如果計算得到的排煙溫度與預先估計值相差不超過,計算得到的熱空氣溫度和預先估計值相差不超過,那么認為計算合格。然后以計算得到的溫度為初始值，重新進行熱平衡計算，校準排煙損失、鍋爐效率、耗煤量和爐膛輻射吸熱量。如果計算得到的排煙溫度或熱空氣溫度與預先估計值的差值超過上述規(guī)定，那么應重新假定排煙溫度和熱空氣溫度，重復計算過程，知道滿足要求為止。如果前后兩次計算中，因排煙溫度不同引起的計算耗煤量的變動不超過，那么在進行后的一次計算時，允許不重新計算各個對流受熱面的傳熱系數(shù)，只需校準溫度、溫壓及吸熱量。對于層燃爐來說，在結束熱力計算時，可按下式來確定熱力計算的誤差：〔1-1〕式中：：鍋爐輸入熱量，：鍋爐效率，%：固體不完全燃燒損失，%、、、、、分別表示爐膛、防渣排管、過熱器、鍋爐管束、省煤器、空氣預熱器的吸熱量，他們是根據(jù)各個受熱面的熱平衡方程求得的。如果計算正確，應滿足以下條件：〔1-2〕1.3.4熱力計算步驟熱力計算可按照如下內容和步驟進行：確定原始數(shù)據(jù)空氣特性和煙氣特性計算熱平衡計算爐膛傳熱計算防渣排管計算過熱器計算鍋爐管束計算省煤器計算空氣預熱器計算熱力計算重要數(shù)據(jù)匯總1.3.5設計中遇到的主要問題及解決方法本設計存在的主要問題與解決方法有：〔1〕對工業(yè)鍋爐鏈條爐排鍋爐的總體概況很模糊，通過對《電廠鍋爐》課本重新預習和從圖書館借閱的相關資料，使自己對工業(yè)鍋爐的前景和開展狀況有了一個新的認識。〔2〕在進行熱力計算制作表格的時候遇見了一些常識性問題，通過翻閱《計算機應用根底》對所遇到的問題逐一解決，使我們更加快捷的掌握Excel表格制作技巧?！?〕防渣管、過熱器、鍋爐管束、省煤器以及空氣預熱器的結構尺寸確實定先參照實際選取或者選定，然后根據(jù)后面的熱力計算來進一步校核總之，在相關資料和參考文獻的幫助下，要與理論學習和相關實習相結合，根據(jù)實例設計模板進行熱力計算和繪圖，通過反復計算和校正，最終得出合理的設計數(shù)據(jù)。2設計任務書2.1設計題目SHL10-1.25/250-AⅢ型鍋爐熱力計算及初步設計2.2原始資料1.鍋爐蒸發(fā)量：D=102.過熱蒸汽壓力:P=1.253.過熱蒸汽溫度：tgr=2504.給水溫度:tgs=1055.冷空氣溫度:tlk=2056.排污率：Pw=5%2.3燃料特性煤種：Ⅲ類煙煤〔遼寧撫順煙煤〕收到基成分〔%〕碳=55.82氫=4.95氧=8.77氮=1.04硫=0.51水分=12.2灰分=16.71揮發(fā)份=46.04燃料收到基低位發(fā)熱量Qar=24300kJ/kg3爐膛熱力計算3.1煙道空氣系數(shù)及受熱面漏風系數(shù)層燃爐的煙道一般處于負壓狀態(tài)，空氣可以通過門、孔及爐墻不嚴密處漏入煙道。在設計時，一般情況下各受熱面煙道的漏風系數(shù)可按下表3-1選取。但根據(jù)爐墻結構的具體條件，允許采用不同于推薦值的漏風系數(shù)。那么爐膛、防渣管、蒸汽過熱器、鍋爐管束、省煤器、空氣預熱器的漏風系數(shù)分別為：0.1、0、0.05、0.1、0.1、0.1。3-1額定負荷下鍋爐各段煙道中的漏風系數(shù)煙道名稱漏風系數(shù)層燃爐機械化爐0.1流化床爐膛沸騰城/密相區(qū)0懸浮層/稀相區(qū)0.1對流煙道過熱器0.05第一鍋爐管束0.05第二鍋爐管束0.1省煤器鋼鐵式0.1鑄鐵式0.15空氣預熱器0.1除塵器多管式鍋爐后的煙道鋼制煙道0.01砌磚煙道0.05受熱面后的過量空氣系數(shù)等于受熱面前的過量空氣系數(shù)加漏風系數(shù)，即：〔3-1〕在進行鍋爐設計時，層燃爐爐膛出口處的過量空氣系數(shù)可按附錄B4選取，那么根據(jù)課題是雙筒橫置式鏈條爐排鍋爐，所以選取鍋爐出口處的過量空氣系數(shù)為=1.5。對流受熱面中的煙氣速度和成分按該受熱面進口和出口處過量空氣系數(shù)的算術平均值計算，即，〔3-2〕那么可計算出各受熱面的進出口的過量空氣系數(shù)如以下圖表3-2表3-2鍋爐各受熱面的漏風系數(shù)和空氣過剩系數(shù)過量空氣系數(shù)漏風系數(shù)序號鍋爐受熱面入口處a1出口處a21爐膛1.41.50.12防渣管1.51.503蒸汽過熱器1.51.550.054鍋爐管束1.551.650.15省煤器1.651.750.16空氣預熱器1.751.850.13.2輔助計算3.2.1理論空氣與煙氣的特性計算在標準狀態(tài)下〔00C、101.325Kpa〕下。1m3氣體的體積稱為1m3〔標〕。在計算氣體的熱比容和體積時，認為它們是理想氣體，即在標準狀態(tài)下1Kg分子量氣體的體積時22.41m3。3.2.1.1空氣量的計算1Kg煤完全燃燒所需要的干空量稱為理論空氣量，這是煙氣中沒有不完全燃燒產(chǎn)物和過氧量存在。理論空氣量可以用體積或質量表示，按公式〔3-3〕、〔3-4〕計算：〔3-3〕〔3-4〕實際空氣量和理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù)，用符號表示。因此，實際干空兩為：〔3-5〕如果空氣的濕度等于10g/kg，濕空氣體積為：〔3-6〕3.2.1.2煙氣量的計算燃料在理論空氣量〔=1〕下完全燃燒后生成的煙氣體積叫做理論煙氣量，它由氮、二氧化碳和二氧化硫、水蒸氣組成，即：〔3-7〕式中：、、分別表示理論氮氣量、二氧化碳和二氧化硫量、理論水蒸氣量，它們分別可按式〔3-8〕、〔3-9〕、〔3-10〕計算：〔3-8〕〔3-9〕〔3-10〕由上面已查得：碳=55.82、氫=4.95、氧=8.77、氮=1.04、硫=0.51、水分=12.2、灰分=16.71，那么可知：===5.999==4.47==1.405==0.797那么理論空氣與煙氣量如下表3-3。表3-3理論空氣量、煙氣理論容積計算序號名稱單位計算公式結果1理論空氣量VOm3/kg0.0889*(Car+0.375*Sar)+0.265*Har-0.0333*Oar5.9992理論容積m3/kg1.866*(Car+0.375*Sar)/1001.0453理論容積m3/kg0.111*Har+0.0124*Mar+0.0161*VO0.7974理論容積m3/kg0.79*V0+0.8*Nar/1004.7483.2.2燃燒產(chǎn)物容積和焓的計算3.2.2.1燃燒產(chǎn)物的實際容積實際鍋爐運行時的過量空氣系數(shù)總是大于1的，實際煙氣量：〔3-11〕式中：表示實際水蒸氣體積：〔3-12〕二氧化碳和二氧化硫、水蒸氣的容積份額〔3-13〕〔3-14〕三原子氣體體積份額〔3-14〕那么通過受熱面爐膛、防渣管、過熱器、鍋爐管束、省煤器、空氣預熱器平均過量空氣系數(shù)、實際水蒸氣容積、實際煙氣量、水蒸氣的容積、二氧化塔和二氧化硫、三原子氣體體積份額如下表：表3-4各受熱面煙道中煙氣特性計算名稱公式爐膛與防渣管過熱器鍋爐管束省煤器空預器1.5001.5251.6001.7001.8000.8460.8480.8550.8650.8759.6389.79010.24810.85711.4670.1080.1070.1020.0960.0910.0830.0810.0780.0730.0700.1910.1880.1800.1700.1613.2.2.2煙氣的焓計算1燃料的煙氣焓〔3-15〕式中：、分別表示理論煙氣焓和理論空氣焓：〔3-16〕〔3-17〕1〔標〕氣體的焓、、、且制作焓溫表如熱力計算表。3.2.3鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算3.2.3.1鍋爐熱平衡計算鍋爐的熱平衡是指在穩(wěn)定工況下鍋爐的輸入熱量和輸出熱量及各項熱損失之間的平衡。通過熱平衡計算鍋爐熱效率和燃料消耗量。熱平衡以1kg固體或液體燃料，或0、1MP的1氣體燃料為根底進行計算的。通過熱平衡可知鍋爐的有效利用熱量、各項熱損失，從而計算鍋爐效率和燃料消耗量，以檢查鍋爐的設計質量和運行水平，并分析產(chǎn)生熱損失的主要原因，及時調整、改良，提高效率。(1)熱平衡方程式從能量守恒的角度考慮，對整個鍋爐機組而言，輸入鍋爐的熱量應等于輸出鍋爐的熱量，寫成數(shù)學表達式如下：〔3-18〕式中：：鍋爐輸入熱量，：鍋爐有效利用的熱量，：排煙熱損失，：氣體不完全燃燒損失，：固體不完全燃燒熱損失，：灰渣物理熱損失，各項熱量可用它占輸入熱量的百分率表示，例如：熱平衡方程那么可表示為：式中：鍋爐輸出熱百分率，%；排煙熱損失，%；氣體不完全燃燒熱損失，%；固體不完全燃燒熱損失，%；散熱損失，%；灰渣物理熱損失，%。(2)輸入鍋爐熱量鍋爐輸入熱量是由鍋爐范圍以外輸入的熱量，不包括鍋爐范圍內循環(huán)的熱量，它由以下各項組成：〔3-19〕式中：：燃料的收到基低位發(fā)熱量，：燃料的物理顯然，：外熱源加熱空氣時帶入的熱量，：霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量，如式〔3—19〕中忽略不計，且、為零，那么〔3-20〕當燃料為煤時，其物理熱：式中：煤的比熱容，kJ/(kg·℃)；煤的溫度，℃;如果煤未經(jīng)預熱，只有當煤的水分符合以下條件時才需要考慮煤的物理熱，這時煤的溫度一般可取為20℃?！?-21〕(3)鍋爐有效利用熱鍋爐有效利用熱指水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時吸收的熱量?？諝庠诳諝忸A熱器吸熱后又回到爐膛，這局部熱量屬于鍋爐內部熱量，不應計入。鍋爐有效利用熱為：〔3-22〕式子中：、、、：過熱蒸汽量、再熱蒸汽量、自用蒸汽量和排污量，；、、、、、：過熱蒸汽出口焓、再熱蒸汽出口焓、入口焓、汽包壓力下飽和水焓、給水焓和自用蒸汽焓，(4)鍋爐輸出熱量鍋爐輸出熱量是指工質的總焓和給水焓之差：對于過熱鍋爐：〔3-23〕式中：B：燃料耗量，kg/hD：鍋爐蒸發(fā)量，kg/h：鍋爐自用蒸發(fā)量，kg/h：鍋爐排污量，kg/h：過熱蒸汽焓，kJ/kg：自用蒸汽焓，kJ/kg：飽和水焓，kJ/kg：給水焓，kJ/kg當鍋爐排污量小于鍋爐蒸發(fā)量的2%時，排污的熱量可以略去不計。鍋爐的出力為扣除自用蒸汽量的蒸發(fā)量。在計算鍋爐效率時，輸出熱量中仍包括自用蒸汽熱量，而在計算鍋爐凈效率時應給予扣除。(5)各項熱損失及鍋爐效率①排煙熱損失排煙熱損失是鍋爐排出煙氣造成的物理熱損失占輸入熱量的百分率，按鍋爐出口的煙氣焓和冷空氣焓之差確定。式中：相應于排煙過量空氣系數(shù)和排煙溫度條件下的煙氣焓，kJ/kg；排煙出口處煙氣的過量空氣系數(shù)；理論冷空氣焓，kJ/kg；一般情況下，可去冷空氣溫度為20℃。經(jīng)過計算的處=7.892%。在設計鍋爐的同時我們也應當了解影響排煙損失的主要因素有：排煙溫度和煙氣容積。排煙唯獨越高那么排煙損失越大，一般排煙溫度升高10-20°但是排煙溫度的降低會引起空氣預熱器金屬耗量和煙氣流動阻力的增大，同時可能照成尾部受熱面的低溫腐蝕，因此合理的排煙溫度，應通過技術經(jīng)濟比擬才能確定。煙氣容積增大，排煙損失越大。而影響煙氣容積的主要因素主要為爐膛過量空氣系數(shù)和各處的漏風吸收，而爐膛出口的過量空氣系數(shù)最正確值和推薦值的限制，不能過于降低，因此盡量減少漏風，以降低排煙熱損失。②固體不完全燃燒熱損失固體不完全燃燒熱損失是指燃料中未燃燒或未燃盡碳造成的熱損失，這些碳殘留在灰渣中，所以固體不完全燃燒也稱為機械未完全燃燒熱損失，影響固體不完全燃燒熱損失的主要因素主要有：燃料的性質、燃燒方式、爐膛型式和結構、爐膛溫度、爐膛負荷、運行水平、燃料在爐膛內的停留時間和與空氣的混合情況等。顯然然來哦的揮發(fā)分越多，煤粉越細，燃燒和燃盡越容易，固體不完全燃燒熱損失越小。固體不完全燃燒熱損失可按以下式子計算?！?-24〕其中：煙道灰是指從鍋爐煙道中別離出來并能連續(xù)或定期經(jīng)常排除的灰。在進行鍋爐設計計算時，可按表3-5選取，如果對各項灰的份額和可燃物含量有可靠數(shù)據(jù)，也可按照上列式子計算。由于煙氣中各項飛灰量在運行時很難測準，那么我們做設計可根據(jù)該課題的要求進行選取，=11%。表3-5固體不完全燃燒損失熱力特性層燃爐鏈條爐排往復爐排爐拋煤機機械爐排爐固體不完全燃燒損失褐煤8-127-108-12煙煤Ⅰ10-159-12Ⅱ7-10Ⅲ貧煤8-12無煙煤Ⅰ10-159-1210-15ⅡⅢ③氣體不完全燃燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失是指煙氣中殘留的可燃氣體成分因未放出其燃燒熱，而造成的熱量損失占輸入熱量的百分率，也稱化學部完全燃燒損失。影響氣體不完全燃燒的主要因素有：燃料的揮發(fā)份、爐膛過量空氣系數(shù)、爐膛溫度和爐內空氣動力工況等。一般揮發(fā)份越多的燃料氣體不完全燃燒損失相對較大，這時更應注意爐內燃燒工況，應使可燃氣體及時獲得充分的氧氣，減少不完全燃燒損失。同時爐內的溫度也不能過低，否那么將影響CO的燃盡。在正常燃燒的時候氣體不完全燃燒熱損失的值很小，所以在進行鍋爐設計時可按燃料的種類和燃燒方式選取，在表3-6選取。那么選取=0.5%。表3-6固體不完全燃燒損失熱力特性層燃爐鏈條爐排往復爐排爐拋煤機機械爐排爐固體不完全燃燒損失褐煤煙煤ⅠⅡⅢ貧煤無煙煤ⅠⅡⅢ④散熱損失散熱損失是由于鍋爐爐墻、汽包、聯(lián)箱、汽水管道、煙風管道的溫度高于環(huán)境溫度而散失的熱量。對于小于或等于2t/h〔1.4MW〕的快裝、組裝鍋爐，按照以下式子計算：〔3-25〕式中：鍋爐燃料消耗量，kg/h;F鍋爐散熱面積，m2。鍋爐容量在2t/h〔1.4MW〕以上，可按以下表格選取。表3-7蒸汽鍋爐散熱損失額定蒸發(fā)量Dt/h461015203565沒有尾部受熱面2.11.5有尾部受熱面2.92.41.71.51.31.00.8表3-8熱水鍋爐散熱損失鍋爐過熱量MW≤2.84.27.010.5142936q52.11.91.71.51.31.10.8當鍋爐的實際蒸發(fā)量或實際供熱量與額定蒸發(fā)量或額定供熱量相差大于25%時，按以下式子換算：〔3-26〕〔3-27〕式中：額定蒸發(fā)量或額定供熱量時的散熱損失，%；按表額定蒸發(fā)量，kg/h；實際蒸發(fā)量，kg/h；額定供熱量,MW；實際供熱量,MW。影響散熱損失的主要因素有：鍋爐外外表積的大小、外外表溫度、爐墻結構、保溫隔熱性能及環(huán)境溫度等。本課題所設計鍋爐是蒸汽鍋爐，且鍋爐蒸汽量D=10，那么由表3-5選取。進行鍋爐熱力計算時，需要涉及各段受熱面所在煙道的散熱損失。當煙氣里流過某個受熱面時所放出的熱量，其中絕大局部被受熱面中的工質吸收，很少一局部熱量那么是以散熱方式損失掉了。通常煙氣放出的熱量被受熱面吸收的程度用保熱系數(shù)來考慮。即：〔3-28〕式中：鍋爐熱效率，%。上式可改寫成：〔3-29〕稱為散熱系數(shù)，它表示受熱面所在煙道的散熱程度。上面式子適用于無空氣預熱器時的情況，如果有空氣預熱器可近似取用。由公式〔3-28〕計算得Cbr=0.979。⑤灰渣物理熱損失在大容量鍋爐中，由于某些部件〔如尾部受熱面的支撐梁等〕需要用水和空氣冷卻，而水和空氣吸收的熱量又不能送回鍋爐系統(tǒng)中應用時，就造成了冷卻熱損失。由于冷卻熱損失在鍋爐設計時可以不與考慮，所以暫不做處理。那么灰渣物理熱損失是爐渣或溢流灰排出鍋爐時帶走的熱量占輸入熱量的百分率?！?-30〕式中：1kg灰的焓，kJ/kg；層燃爐的爐渣溫度一般可取600℃；灰渣含灰量占入爐煤總量的百分比；鏈條爐排取0.8。經(jīng)計算取灰渣熱焓,那么計算⑥鍋爐效率鍋爐效率即為鍋爐的有效利用熱與鍋爐送入熱量之比，即〔3-31〕上述計算熱效率的方法稱為正平衡法。在鍋爐設計或熱效率試驗事常使用反平衡法，即求出各項熱損失后，用下式求得鍋爐效率：〔3-32〕那么計算得。3.2.4鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算(1)鍋爐單位時間的實際燃料消耗量B用以下式子計算：〔3-33〕式中：Qel:工質〔水，蒸汽〕的總有效利用熱，kJ/s。由條件可得：B=2542.746kJ/s。(2)計算燃料料消耗量扣除造成的影響，實際參加燃燒的燃料量為：〔3-34〕稱為計算燃料消耗量，在鍋爐熱力計算中均以進行計算。由公式〔3-34〕可得。3.3爐膛幾何特性及熱力計算鍋爐爐膛既是一個燃燒室，又是一個換熱設備，布置在爐膛四周的受熱面所吸收的熱量通常占鍋爐總吸熱量的50%左右，因此，爐內輻射受熱面是非常重要的受熱面。工業(yè)鍋爐受熱面的合理設計和布置，對鍋爐的設計和改造而言，都是最重要的問題之一。它直接關系到能否到達鍋爐設計和改造所要求的熱工參數(shù)，也關系到鍋爐運行的平安性、可靠性和經(jīng)濟性，以及鍋爐的制造、安裝、維護和檢修。按鍋爐傳熱方式的特點，工業(yè)鍋爐受熱面可分為輻射受熱面和對流受熱面。因此，工業(yè)鍋爐受熱面熱力計算也相應地分為輻射受熱面熱力計算和對流受熱面熱力計算。輻射受熱面是布置在鍋爐爐膛內吸收輻射熱的那一局部受熱面，主要是水冷壁受熱面。輻射受熱面?zhèn)鳠嵊址Q為爐膛傳熱，爐膛傳熱計算的任務為：〔1〕根據(jù)給定的或選定的爐膛出口煙氣溫度，確定爐膛內需要布置多少輻射受熱面?！?〕根據(jù)爐膛內布置的受熱面的數(shù)量，確定爐膛出口煙氣溫度。實際工作中，在進行鍋爐設計計算時，為了計算上的方便，往往采用校核計算的方法。爐膛傳熱計算通常采用校核計算法，即先確定爐膛的結構和幾何特性，然后求出爐膛出口溫度。計算步驟如下：〔a〕計算爐膛的幾何特性；〔b〕計算入爐熱量，確定、；〔c〕估取，計算煙氣的平均熱容量和系統(tǒng)黑度；〔d〕選取m值，計算，求得計算出爐膛出口煙氣溫度、〔e〕由焓溫表查出爐膛出口煙氣焓，由熱平衡方程計算對應于1kg燃料的輻射受熱面吸熱量和輻射受熱面熱流密度；如果計算求得的和估取值相差不大于100℃，那么可認為計算合格，否那么應重新估取，重復計算，直到適宜為止。之所以將爐膛出口煙氣溫度作為校核的基準，是因為它具有極其重要的意義。爐膛出口煙氣溫度是反映爐膛內輻射傳熱量多少的參數(shù)，決定著鍋爐中輻射受熱面與對流受熱面之間傳熱量的比例關系。如爐膛內輻射傳熱量大，那么爐膛出口煙氣溫度低，爐膛中火焰平均溫度降低，這將造成輻射傳熱效果降低，在經(jīng)濟上是不合算的；爐膛溫度降低以后，對燃燒不利，造成增大，甚至造成燃料的著火困難以及燃燒不穩(wěn)定。反之，爐膛輻射傳熱量少，那么爐膛出口煙氣溫度過高，這將引起受熱面結渣，影響鍋爐運行的平安性。因此，爐膛出口煙氣溫度應從經(jīng)濟性和平安性兩方面來確定。根據(jù)技術經(jīng)濟綜合比擬，燃煤鍋爐爐膛出口煙氣溫度宜低于1150℃，但最低不應低于900℃。為了確定爐膛受熱面，那么必須先確定爐膛尺寸。3.3.1燃燒室尺寸假定與校核3.3.1.1燃燒室尺寸的假定在鍋爐設計中，我們在確定燃燒室的尺寸時，我們是遵循先假定后校核的原那么，所以假定爐膛寬度d、爐排寬度d1如下：d=3.2md1=2.7m鍋爐的整體尺寸如以下圖：圖3-1爐膛結構特性3.3.1.2燃燒室尺寸的校核圖3-2爐膛包覆面積(1)爐膛側墻總面積:經(jīng)過根本計算可得：Ⅰ=6.84m2、Ⅱ=1.22m2、Ⅲ=2.40m2、Ⅳ=1.7m2、Ⅴ=2.47m2、Ⅵ=0.25m2=2*〔Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ〕=29.76m2(2)后墻總面積圖3-3后墻輻射受熱面AJ=0.47m、AB=3.32m、BC=2.28m、CD=3.85m=(AJ+AB+BC+CD)*d=31.744m2(3)前、頂前頂墻總面積圖3-4前墻頂輻射受熱面IK=0.50m、HI=0.64m、FG=0.98m、GH=1.17m、EF=3.34m、ED=1.97m=(IK+HI+FG+GH+EF+ED)*d=28.48m2(4)爐排有效面積由圖A1圖可知爐排的長度為s=0.32+0.92+0.595+3.285=5.12m那么爐排有效面積R=s*d1=13.824m2(5)爐膛周界面積為包圍上述爐膛容積的所有周界面封閉面積的總和，它包括了火床面積R、全部爐墻面積和出口煙窗面積。對于鏈條爐排，火床面積由煤閘門道擋渣器與爐排接觸處為止。對于沒有擋渣器的其他爐排，火床面積由煤閘門道爐排終了處為止。爐膛周界面積為：〔3-35〕式中：R火床面積，m2；除火床面積以外的其余周界面積，m2。(6)爐膛容積爐膛容積為由火床外表至煙氣出口窗之間的容積。爐膛容積的周界按如下規(guī)那么確定：底部為火床外表；四周及頂部為水冷壁管中心所在面，假設水冷壁管覆蓋有耐火涂料或耐火磚，那么為后者的向火外表，在未布置水冷壁的地方那么為爐墻內壁面；出口截面為出口窗處最前一排管子中心線所在面。在計算爐膛尺寸時，爐排上的煤層厚度一般取為150mm。如果爐膛內有后拱，后部火床上的煙氣沿著后拱向爐前流動，那么對于鏈條爐排，爐膛容積計算到擋渣器和爐排接觸處的垂直平面為止；對于沒有擋渣器的其他爐排，爐膛容積計算到爐排終了處的垂直平面為止。帶有燃燼室時，爐膛和燃燼室應分別計算。那么爐膛容積(7)校核鍋爐運行過程中，爐膛容積熱負荷、爐膛截面熱負荷、鍋爐熱效率、以及各項熱損失等是反映鍋爐燃燒工況的主要熱力特性參數(shù)。①爐膛容積熱負荷爐膛容積熱負荷是指單位爐膛容積燃料燃燒放熱的熱功率。爐膛容積熱負荷是鍋爐爐膛設計和運行中的重要的熱力特性參數(shù)之一。在鍋爐爐膛設計時，爐膛容積熱負荷的取值應根據(jù)燃料的特性、燃燒方式及鍋爐容量等因素決定。爐膛熱負荷的值是確定室燃鍋爐爐膛體積的主要依據(jù)。爐膛容積熱負荷可按下式計算：〔3-36〕式中：Qar:燃料的收到基低位發(fā)熱量，KJ/KgB:單位小時內的燃料消耗量，kg/hV:爐膛的體積，m3由公式〔3-36〕得到爐膛的容積熱負荷爐膛容積熱負荷值過大，那么爐膛體積相對過小說明在較小體積的爐膛內燃燒更多的燃料，釋放更多的熱量，爐內溫度就更高，由于溫度過高而導致燃煤鍋爐爐內結渣，且由于燃料在爐內行程過短，因而逗留時間過短，燃盡下降，造成固體不完全燃燒熱損失、氣體不完全燃燒熱損失增大。反之，爐膛容積熱負荷值過小，那么爐膛體積相對過大，爐內溫度下降，是的燃燒不穩(wěn)定，影響鍋爐平安、經(jīng)濟運行。而且使鍋爐體積不必要的增加，投資增加，造成浪費。因此，爐膛容積熱負荷取值應在一個范圍內。見表3-9。表3-9工業(yè)鍋爐熱力特性熱力特性層燃爐鏈條爐往復爐排爐拋煤機爐自然通風固定爐排爐kw/m3無煙煤230-350230-350230-350290-408貧煤煙煤褐煤有表3-9可以看出，計算出來的爐膛容積熱負荷在要求的范圍內，那么以上設計滿足要求。在層燃爐中，由于絕大局部燃料在爐排上燃燒，只有少量的可燃物在爐膛空間燃燒，要分別測量出燃料在爐排上和爐膛空間燃燒放熱量是非常困難的，所以在爐排面積熱負荷和爐膛容積熱負荷計算時，都是以全部燃料燃燒的放熱量作為計算依據(jù)。②爐膛截面熱負荷爐膛截面熱負荷是指室燃爐燃燒器區(qū)段單位爐膛截面上燃料燃燒放熱的熱功率，用下面計算：〔3-37〕式中：Qar:燃料的收到基低位發(fā)熱量，KJ/Kg；B:單位小時內的燃料消耗量，kg/h；F：爐排有效面積，m2；由公式〔3-37〕計算出爐膛截面熱負荷。影響爐膛截面熱負荷值的因素主要有燃料特性、燃燒方式、鍋爐容量。在鍋爐爐膛〔燃燒室〕設計時，爐膛截面熱負荷值過大，那么燃燒器區(qū)段爐膛橫截面積相對過小，該區(qū)段化學反響強烈，溫度高，爐內易結渣；反之，爐膛截面熱負荷值過小那么燃燒器區(qū)段爐膛橫截面積相對過大，溫度水平低，造成燃燒不穩(wěn)定。對于小于220t/h的室燃爐，根據(jù)其他有關參數(shù)確定的鍋爐燃燒器區(qū)段爐膛橫截面積教用確定的橫截面積大。根據(jù)我國多年積累的鍋爐爐膛截面熱負荷的大量數(shù)據(jù)，歸納的取值在一定范圍內，如下表3-10。表3-10工業(yè)鍋爐的燃燒特性熱力特性層燃爐鏈條爐排往復爐排爐拋煤機機械爐排爐kw/m2褐煤600-850600-8501050-1650煙煤ⅠⅡ700-1100760-930Ⅲ貧煤無煙煤Ⅰ600-850580-810ⅡⅢ經(jīng)表3-10校核，在要求范圍內，所以以上設計假設滿足要求。3.3.2爐膛傳熱計算參數(shù)3.3.2.1爐膛周界面之水冷壁輻射受熱面輻射受熱面是布置在鍋爐爐膛內吸收輻射熱的那一局部受熱面，主要是水冷壁受熱面。對于靠墻水冷壁，其所占據(jù)的爐墻面積為水冷壁管中心線所在面的面積，他等于水冷壁邊界管中心線的間距b與水冷壁管受熱長度l的乘機，即：F=blm2〔3-38〕當爐內布置有雙面曝光水冷壁時，其所占據(jù)的面積也是爐膛周界面的組成局部，應作為爐墻面積計算在內。它按雙面水冷壁所在面面積的兩倍計算，即:F=2blm2〔3-39〕當水冷壁管覆蓋有耐火涂料層或耐火磚時，爐墻面積即為其向火外表面積。每片水冷壁的輻射受熱面面積H：〔3-40〕式中為水冷壁的角系數(shù)，經(jīng)查取確定。如果沒有燃燼室，爐膛出口窗的角系數(shù)去1。但應注意到這局部輻射熱量中只有一局部被出口窗處的管束所吸收，其余熱量那么穿過該管束輻射到其后面的受熱面上。出口窗的角系數(shù)取等于出口窗管束的角系數(shù)。出口窗處管束的角系數(shù)：〔3-41〕式中：為出口窗處各排管的角系數(shù)，按附圖C2中曲線5查得。膜式水冷壁的角系數(shù)去1。對于覆蓋有耐火涂料層或耐火磚的水冷壁，其輻射受熱面面積按以下算式折算：覆蓋耐火涂料層時H=0.3Fm2覆蓋耐火磚時H=0.15Fm2爐內輻射受熱面總面積為：〔3-42〕爐膛的水冷度為：〔3-43〕爐膛的有效輻射層厚度S：〔3-44〕3.3.2.2爐內熱量平衡參數(shù)〔1〕入爐熱量對應于1kg燃料帶入爐膛的熱量稱為入爐熱量，由以下式子求得?！?-45〕式中：燃料低位發(fā)熱量；用外部熱源加熱空氣并帶入鍋爐的熱量；空氣帶入爐膛的熱量；〔3-46〕式中：爐膛出口窗過量空氣系數(shù)；爐膛漏風系數(shù)；分別表示理論熱空氣焓和理論冷空氣焓，冷空氣溫度一般取為20℃。燃料在絕熱條件下燃燒過能到達的溫度稱為絕熱燃燒溫度，此時煙氣的焓即等于入爐熱量，根據(jù)可以從焓溫表求得絕熱燃燒溫度，其單位是℃?！?〕爐膛的熱量平衡方程爐膛的熱量平衡方程〔3-47〕式中：對應于1kg燃料的輻射受熱面吸熱量；保熱系數(shù)，按式〔3-29〕計算；爐膛出口處的煙氣焓，kJ/kg，它對應于和爐膛出口處煙氣溫度。爐膛熱平衡方程也可寫作：〔3-48〕式中：為在至溫度區(qū)間內1kg燃料所產(chǎn)生煙氣的平均熱容量，kJ/〔kg·℃〕：kJ/〔kg·℃〕〔3-49〕〔3〕煙氣黑度在層燃爐中，煙氣內具有輻射能力的成分主要是三原子氣體〔RO2和H2O〕及懸浮的固體顆?！踩紵拿毫：突伊！?。爐內煙氣的黑度〔又稱火焰黑度〕：〔3-50〕式中：e自然對數(shù)的底；k煙氣的輻射減弱系數(shù)，1/〔m·MPa〕；p爐內介質的壓力，MPa，對非正壓燃燒的爐膛，一般取為0.1MPa；S有效輻射層厚度，m。煙氣黑度也可以經(jīng)查取確定。〔4〕煙氣的輻射減弱系數(shù)k煙氣的輻射減弱系數(shù)k由三原子氣體輻射減弱系數(shù)和固體顆粒輻射減弱系數(shù)構成，即：,1/〔m·MPa〕〔3-51〕①三原子氣體輻射減弱系數(shù)三原子氣體輻射減弱系數(shù)由下次計算得：1/〔m·MPa〕〔3-52〕或,1/〔m·MPa〕〔3-53〕式中T煙氣溫度，K；在爐膛傳熱計算中取它等于爐膛出口煙氣溫度；為三原子氣體的總容積份額；②固體顆粒輻射減弱系數(shù)固體顆粒輻射減弱系數(shù)由飛灰輻射減弱系數(shù)和考慮煤粒燃燒的修正系數(shù)C構成，即：,1/〔m·MPa〕〔3-54〕C為煤粒燃燒的修正系數(shù)，對于低揮發(fā)份煤種〔無煙煤、貧煤〕，取C=0.306；對于高揮發(fā)份煤種，取C=0.153。式中飛灰輻射減弱系數(shù)按以下式子求得。,1/〔m·MPa〕〔3-55〕或,1/〔m·MPa〕〔3-56〕式中T煙氣溫度，K；對于爐膛傳熱計算，取它等于爐膛出口煙氣溫度；煙氣中的飛灰濃度，kg/kg?！?〕系統(tǒng)黑度爐膛的系統(tǒng)黑度：〔3-57〕式中：水冷壁外表的黑度，可取0.8；爐膛的水冷度；煙氣黑度；火床與爐墻面積之比，即：〔3-58〕3.3.2.3爐膛傳熱計算爐膛傳熱計算的根本方程是輻射換熱四次方溫差公式：〔3-59〕式中：絕對黑體輻射常數(shù)，；計算燃料消耗量，kg/h；爐內煙氣〔火焰〕的有效平均溫度，K：〔3-60〕式中：n反映燃燒工況對爐內溫度場的影響，對于拋煤機爐取n=0.6，對于其他層燃爐取n=0.7；絕熱燃燒溫度，K；爐膛出口煙溫，K；水冷壁管外積灰層外表溫度,K：〔3-61〕式中：水冷壁管金屬壁溫，取為工作壓力下水的飽和溫度，K；管外積灰層熱阻，取決于燃料性質和爐內燃燒工況，一般可取，m2·℃/W；輻射受熱面熱流密度：〔3-62〕爐膛傳熱計算的目的一般是計算爐膛出口煙氣溫度。為了使計算方便，對于層燃爐，可以將傳熱方程改寫成如下形式：〔3-63〕〔3-64〕式中m系考慮水冷壁積灰層外表溫度對爐膛傳熱的影響。對于層燃爐，當，對應于一定的工質溫度，可近似取m為常數(shù)。m的數(shù)值可按表3-11查取。表3-11系數(shù)m的數(shù)值鍋筒工作壓力0.71.01.251.62.53.8m值0.130.140.150.160.180.21將式〔3-63〕與熱平衡方程〔3-64〕合并，可得到爐內傳熱無因此方程式?！?-65〕式中：:波爾茲曼準那么,；:平均無因此溫度,；:無因此溫度,。表3-12水冷壁的結構面積確實定及傳熱計算名稱結果單位水冷壁管管徑dg按結構設計0.051m前頂墻水冷壁：管節(jié)距s1按結構設計0.17m管中心到墻距離e1按結構設計0.0255m管根數(shù)n1按結構設計16根曝光長度L11DE+EF-(4.4-3.956)4.87m覆蓋耐火涂料層長度L12(4.4-3.956)+FG+GH+HI3.53m后墻水冷壁：管節(jié)距s2按結構設計0.17m管中心到墻距離e2按結構設計0.0255m管根數(shù)n2按結構設計16根曝光長度L21DC+CB-煙窗高度1.54.63m覆蓋耐火涂料層長度L22AB3.32m煙窗管節(jié)距s3按結構設計0.34m有效角系數(shù)x3按出口煙窗1管長L3即煙窗高度1.5m管根數(shù)n3按結構設計8根側墻水冷壁管節(jié)距s4按結構設計0.105m管中心到墻距離e4按結構設計0.026m4對流受熱面的熱力計算4.1鍋爐的對流受熱面的概述4.1.1對流過熱面鍋爐中的對流受熱面是指鍋爐管束、過熱器、省煤器、防渣管等在這些受熱面中，高溫煙氣主要以對流的方式進行放熱，所以成為對流受熱面。鍋爐出口后煙氣行程中所有用來交換煙氣熱量的受熱面稱之為鍋爐的對流受熱面，例如，防渣管、對流式過熱器、省煤器及空氣預熱器等。這些受熱面的結構形式、工質的種類和熱工狀態(tài)以及所處的煙氣溫度范圍等方面有很大的差異，但是它們的傳熱過程都是相同的，即以對流換熱為主的復合傳熱過程，它們的傳熱計算可以用同樣的方法進行，所以均成為對流受熱面。布置在爐膛上部煙囪附近的某些屏式過熱器，雖然與其煙氣的輻射換熱量有明顯的增加〔它們往往直接吸收爐膛煙氣的輻射熱量，同時又吸收屏間高溫煙氣的熱輻射〕〕但是由于館內工質的熱力狀態(tài)不同于水冷壁，館內工質以對流放熱的形式換熱；管外煙氣的流速比爐膛煙氣流速高些，也有一定的對流換熱能力。本章主要介紹對流過熱器傳熱計算所需的參數(shù)及各個對流受熱面的傳熱計算。4.1.2對流傳熱過程受熱面的傳熱過程一般包括串聯(lián)的三個環(huán)節(jié)：從熱流體〔煙氣〕到壁面高溫側的熱量傳遞；從壁面?zhèn)鹊侗诿娴蜏貍鹊臒崃總鬟f；從壁面低溫側到冷流體的傳熱。在穩(wěn)定傳熱過程中，通過串聯(lián)著的各環(huán)節(jié)的熱流量Q是恒定的。在鍋爐的受熱面中熱量從壁面高溫側到壁面低溫側的傳遞過程中不僅有穿過管外壁的積灰及管內壁的水垢層的導熱。鍋爐對流受熱面的傳熱過程的一個顯著特點是：從煙氣到壁面高溫側的傳遞并不是一個純對流換熱的過程，而是包含有輻射換熱的復合換熱過程。在工程上，由于煙氣中含有三原子氣體以及飛灰，他們具有一定的輻射能力，因此除對流放熱以外，還要考慮來之爐膛的輻射放熱量。4.2對流受熱面?zhèn)鳠岬挠嬎愎狡潦竭^熱面和直接布置在對流過熱器不僅以對流方式獲得熱量，而且還直接受到鍋爐爐膛的輻射熱，這局部受熱面稱為輻射對流受熱面。對輻射對流受熱面驚醒計算時，采用受熱面的計算方法，同時考慮爐膛直接輻射熱。本節(jié)主要介紹對計算對流受熱面計算方法所需參數(shù)。傳熱方程在對流受熱面中，熱量從煙氣向被加熱介質〔水、蒸氣、空氣〕傳遞時以對流方式進行的，傳遞的熱量用下式確定即傳熱方程：〔4-1〕式中：：對應于1kg燃料，受熱面的吸熱量，kj/kg；：計算段的傳熱系數(shù)，w/m3；:平均溫壓，；：燃料計算消耗量，kg/s；:修正系數(shù)，對過熱器取1.0～1.3，其它的取1；：受熱面的計算面積，m2；在計算對流管束的受熱面時，除管式空氣預熱器外，等于煙氣側的管子平均外表。空氣預熱器的受熱面等于空氣側和煙氣外表積的算術平均值。再生式空氣預熱器的受熱面等于所有蓄熱板兩側的外表積。在指定的熱力狀態(tài)下，煙氣放出的熱量等于被加熱介質〔水、蒸汽、空氣〕的吸熱量。煙氣對對流受熱面所放出來的熱量〔千焦耳/米3〕，等于：〔4-2〕式中：：熱量暴熱系數(shù)；：受熱面進口處的煙焓，千焦耳/米3；：計算段的煙道漏風風量；：理論空氣量需要漏入空氣溫度下的空氣焓，千焦耳/米3。對于空氣預熱器，把空氣的平均溫度〔在空氣預熱器計算范圍內〕作為漏入空氣的溫度，煙道的其他局部，那么把冷空氣的溫度作為漏入空氣的溫度?？諝獾钠骄葻?。對流受熱面從爐膛獲得的輻射熱量對流受熱面從爐膛獲得的輻射熱量由以下公式確定：〔4-3〕式中：：煙窗處的爐膛輻射熱流密度分布系數(shù)，按下述原那么取用：如煙窗設在整個一面爐墻的上部，=0.6；如煙窗設在爐墻的一側，且沿整個爐膛高度，=0.8；對燃盡室的煙窗=1.0；：爐膛輻射受熱面的平均熱流密度，w/m2按〔3-62〕計算：煙窗面積，m2x:煙窗處對流受熱面管束的角系數(shù)，按〔3-41〕計算。〔3〕傳熱系數(shù)根本的計算方式。對于鍋爐的板式受熱面和光管管束的傳熱系數(shù)，用下式計算：〔4-4〕式中：：煙氣對管壁的熱阻力，；：管壁對被加熱介質的熱阻力，；：金屬壁的熱阻力，；：煙氣側污染層熱阻力，；：被加熱介質側污染層的熱阻力，。金屬壁的熱阻力非常小，在計算傳熱系數(shù)時可以不計。當前，廣泛采用非金屬材料〔如玻璃管〕的空氣預熱器，玻璃管壁的熱阻力是重要的，計算傳熱系數(shù)時必須加以考慮。被加熱介質〔水、蒸汽、空氣〕側所能形成的污染中，只有沸騰管內側的水垢才會惡化傳熱計算，但運行技術規(guī)那么規(guī)定，鍋爐須在無垢下運行。因此，計算傳熱系數(shù)時，被加熱介質側的污染層的熱阻力也可不必考慮。沸騰管受熱面和省煤器受熱面，由于放熱系數(shù)值較大，那么熱阻力很小，可以不計。煙氣側污染層的熱阻力稱為污染系數(shù)。它與煙氣流速、管子直徑及布置等因素有關。在與諸因素的依賴關系的研究尚不充分時，無法以直接的形式引進到計算中來。此時，確定傳熱系數(shù)時要考慮受熱面的熱有效系數(shù)。系數(shù)是用試驗方法獲得的，即測得污染管與未污染管的傳熱系數(shù)之比。那么，傳熱系數(shù)可簡化為：〔4-5〕熱有效系數(shù)，考慮受熱面的積灰、沖刷情況等對對熱的影響，一般看按表4-1選取。表4-1熱有效系數(shù)受熱面名稱熱有效系數(shù)備注過熱器積灰少、沖刷好的受熱面去上限鍋爐管束及省煤器流化床鍋爐的各對流受熱面去上限空氣預熱器有管板的空氣預熱器取下限煙氣管內縱向沖刷〔4〕對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù)與許多因素有關，如氣流速度和溫度、定性尺寸、管束中管子的布置方式、受熱面外表形狀、受熱面沖刷情況〔縱向、橫向或斜向沖刷〕、沖刷介質的物理性質以及與管壁溫度等等。氣流橫向沖刷順列管束時的對流放熱系數(shù)：〔4-6〕式中：：管束幾何布置方式的修正系數(shù)，它與縱向相對節(jié)距及橫向相對節(jié)距有關，按下式計算：〔4-7〕式中：,；當，式中值仍取為3；氣流行程方向上管束排數(shù)z2的修正系數(shù)，其值與所求管束的各個管組的平均排數(shù)有關，按式〔4-8〕求取?！?-8〕：氣流平均溫度下的導熱系數(shù)，W∕(m?℃);v：氣流平均溫度下的運動黏度系數(shù)，㎡∕s；d：管子外徑，m；w氣流速度，㎡∕s；Pr:氣流速度溫度下的普朗特數(shù)。橫向沖刷順列管束的對流放熱系數(shù)也可以查得.溫度及氣體成分等物理性質對放熱系數(shù)的影響用系數(shù)C1考慮。假設管束中一局部管子為錯列布置，另一局部為順列布置，那么利用整個管束的平均煙氣溫度及速度，先分別求出各局部的放熱系數(shù)，然后按各局部受熱面積大小求得全部管束的放熱系數(shù)。〔4-9〕煙氣流通面積當煙氣或空氣橫向或斜向沖刷布置在等截面煙道中的管束時，同流截面積等于管子中心線所在平面的煙道截面積與管子肋片在該平面上的所占的面積之差，即：〔4-10〕式中：b：管子中心所在煙道的尺寸，m；Z：每排管子的根數(shù)；d、l：管子的外徑和長度，如系彎管，那么取其投影長度作為管長。(6)輻射放熱系數(shù)在對流管束的傳熱計算中必須考慮高溫煙氣的輻射。輻射放熱系數(shù)按下式計算：〔4-11〕式中：：受熱面的熱流密度，w/m2；:煙氣溫度，；：積灰狀態(tài)下管子外表溫度，；即：〔4-12〕式中：：煙氣平均溫度，K；：積灰狀態(tài)下受熱面外表溫度，K，且；積灰狀態(tài)下受熱面外表的黑度；一般取=0.8；：煙氣黑度，按下式計算：〔4-13〕條件輻射放熱系數(shù)也可查取。(7)煙氣的輻射減弱系數(shù)k〔4-14〕：三原子氣體輻射減弱系數(shù)，按照〔3-53〕計算；：飛灰輻射減弱系數(shù)，對于層燃爐按照式子〔3-54〕計算；在計算三原子氣體和飛灰的輻射減弱系數(shù)時，飛灰的輻射減弱系數(shù)可以忽略不計，另一方面以上各式中的煙氣溫度應當取煙道的平均溫度。(8)煙氣有效輻射層厚度S〔4-15〕對于光管的管束，管間有效輻射厚度為：〔4-16〕式中：S1:管子橫向節(jié)距；S2：管子縱向節(jié)距；d:管子外徑；(9)溫壓所謂溫壓是指參與換熱的兩種介質之間的在整個受熱面中的平均溫差。溫差大小與兩種介質的相對流動方向有關。倘假設某一介質的溫度在受熱面范圍內是不變的，如鍋爐管束，這時溫壓與兩介質的相對流動方向無關。〔4-17〕：把連接系統(tǒng)看作逆流時的平均溫壓，0C；：考慮到系統(tǒng)不是逆流的溫壓修正系數(shù)。4.2.2對流受熱面?zhèn)鳠嵊嬎惴椒ㄔ谶M行各對流受熱面的設計計算前，可以根據(jù)給定的蒸汽參數(shù)、給水溫度、選定的排煙溫度、熱風溫度、省煤器出口水溫等預先估算各受熱面的吸熱量和受熱面前后的煙溫。在各受熱面計算完畢后，再對選定的數(shù)據(jù)進行適當?shù)恼{整。對流過熱面設計計算的方法是：受熱面的吸收熱量、工質的進、出口溫度，確定受熱面的面積。但受熱面的結構尺寸都是預先選定。設計計算的步驟：根據(jù)煙氣和工質的進、出口溫度，以及它們的相對流向，確定平均溫壓、工質平均溫度及煙氣平均溫度，然后求得煙氣平均流速及工質平均流速；確定對流放熱系數(shù)及輻射放熱系數(shù)；確定煙氣側的放熱系數(shù)，對于空氣預熱器還需要確定工質側的放熱系數(shù)；根據(jù)不同情況選取有效系數(shù)，并確定傳熱系數(shù)；根據(jù)傳熱方程式確定受熱面積；進行受熱面的布置，如實際布置的受熱面積和計算值有出入，應根據(jù)實際布置的受熱面積校核受熱面吸熱量、煙氣和工質的出口溫度。校核方法：受熱面的結構特性、工質入口溫度、計算燃料消耗量、煙氣入口溫度、漏風系數(shù)和漏風焓等，確定受熱面的傳熱面的傳熱量和煙氣、工質的出口溫度。計算步驟：先假設受熱面的煙氣出口溫度，并由焓溫表查得出口焓；按煙氣側的熱平衡方程算出煙氣放熱量；按工質側的熱平衡方程式求得工質出口焓及溫度，對蒸發(fā)受熱面那么例外；按傳熱方程求得受熱面?zhèn)鳠崃?；檢驗某受熱面的煙氣出口溫度假定的是否合理，可按下式計算煙氣放熱量和傳熱量的誤差百分數(shù)：〔4-18〕計算結束后，對于無減溫器的過熱器，有減溫器的過熱器、鍋爐管束、省煤器及空氣預熱器，，防渣管為。如果兩個熱量之差超過上訴范圍，那么必須重新假定煙氣出口溫度再次進行計算。如果第二次假定溫度與第一次假定溫度相差小于500C,那么傳熱系數(shù)可不必重算，只需溫壓以及和然后再校核，直至于規(guī)定范圍。4.3防渣管結構特性及熱力計算后墻水冷壁管穿過爐膛出口煙窗時，由于管子橫向節(jié)距較小，管排較密集，當鍋爐燃燒煤或其他固體燃料且爐膛出口煙溫較高時，會造成管排結渣，以致堵塞爐膛出口煙窗。為此，必須增加管子的橫向節(jié)距以防發(fā)生結渣事故。工業(yè)鍋爐一般采用將后墻水冷壁在爐膛出口出拉稀成為爐排，層燃鍋爐的凝渣管一般拉稀成2排，煤粉鍋爐拉稀成2～3排。蒸汽鍋爐的凝渣管與水冷壁一樣為蒸發(fā)受熱面。凝渣管可以保護其后密集的蒸汽過熱器不結渣堵塞，因此也成為防渣管。設計防渣管的尺寸假定如以下圖。圖4-1發(fā)渣管結構示意圖防渣管的結構尺寸預定，由下4-2表出。表4-2防渣管結構特性名稱計算公式結果單位管徑d按結構設計0.051m管長l按結構設計1.5m1.2排〔錯列局部〕橫向節(jié)距Sch按結構設計0.34m管根數(shù)nch按結構設計8根/排3.4排(順列局部)橫向節(jié)距Scl按結構設計0.17m管根數(shù)ncl按結構設計16根/排計算對于防渣管，受熱面積取管子煙氣側外表積，即按管子的外徑計算。由上表得防渣管的尺寸，那么可由公式防渣管的受熱面面積錯列局部：煙氣的流通面積按公式〔4-9〕：由圖C2插得有效角系數(shù)xch=0.2順列局部煙氣的流通面積按公式〔4-9〕：由圖C2插得有效角系數(shù)xcl=0.41那么防渣管總的受熱面積H得那么煙氣平均流通截面積得：fav=3.23m2由公式〔4-13〕計算有效輻射厚度S：防渣管的傳熱計算由爐膛計算知：防渣管進口煙溫：其焓值為假定出口溫度tck=10170C其焓值為Ick=14877.9kJ/kg其平均煙溫：tpj=1032.68650C那么由公式〔4-2〕得煙氣對流放熱量=793.01kJ/kg由P=1.45MP,t=196.660C那么平均溫壓表4-3修正系數(shù)的選擇名稱結果單位錯條件對流放熱系數(shù)a095W/m2.℃列修正系數(shù)Cz0.82部修正系數(shù)Cw0.91分修正系數(shù)Cs0.97順條件對流放熱系數(shù)a085W/m2.℃列修正系數(shù)Cz0.908部修正系數(shù)Cw0.975分修正系數(shù)Cs0.95按公式〔4-6〕計算出順列錯列局部的條件對流放熱系數(shù)分別為：由公式〔4-9〕得對流放熱系數(shù)那么按公式〔3-53〕得三原子氣體輻射減弱系數(shù)：按公式〔4-11〕煙氣黑度=0.1676從而計算出輻射放熱系數(shù)：煙氣對管壁的放熱系數(shù)是由輻射放熱系數(shù)與對流放熱系數(shù)之和，那么由以上條件按公式〔4-3〕可得由〔4-3〕得，有效系數(shù)取0.6那么傳熱系數(shù)k=52.18W/m2.℃由〔4-1〕的傳熱方程可得傳熱量校核：,在誤差范圍之內，滿足設計要求。4.4過熱器結構特性及熱力計算蒸汽過熱器是將飽和蒸汽加熱稱為具有一定溫度的過熱蒸汽的裝置。使用過熱蒸汽能提高蒸汽動力裝置的熱機效率，滿足某些生產(chǎn)工藝對蒸汽溫度的特殊要求，減少蒸汽在輸送過程中的凝結損失。因此，在有些工業(yè)鍋爐中安裝蒸汽過熱器用以供給過熱蒸汽。在過熱器的設計中，過熱器的計算順序取決于過熱器在鍋爐中的布置。如果鍋爐僅布置對流過熱器，且裝在鍋爐管束之后，那么計算這些受熱面之后再計算過熱器。如果鍋爐中布置不同型式的過熱器〔輻射或屏式〕，那么按煙氣流程進行計算，先計算輻射或輻射對流過熱器，在計算對流過熱器。如果在輻射或屏式過熱器與對流過熱器之間，布置有蒸發(fā)受熱面，計算這些受熱面之后，再計算對流過熱器。現(xiàn)代鍋爐上，配備的都是定型過熱器。這些過熱器在結構上依燃料特性的不同，預先考慮了變動受熱面的可能性。因此，對于工作條件與標準條件不同的鍋爐，設計或改造時用校核計算，以確定定型鍋爐在新的工作條件下能否工作的可能性。如果設計任務書中的條件與定型鍋爐的技術特性差異很大，為了到達定型鍋爐給出的蒸汽過熱溫度，那么應進行結構上的變更。為此，要進行鍋爐結構上的變更。為此，要進行鍋爐結構計算。過熱器結構特性及熱力計算見附表。4.5鍋爐管束結構特性及熱力計算對于低壓鍋爐，由于汽化所需焓較大，僅在爐膛內布置輻射受熱面—水冷壁管還不能滿足需要，必須在對流煙道內布置對流蒸發(fā)受熱面—鍋爐管束。鍋爐管束就是布置在上、下鍋筒之間的密集管束。管束與鍋筒可以采用脹接連接。鍋爐管束內的水或汽水混合物靠自然循環(huán)流動。通常在管束中用耐火磚或鑄鐵板將煙