第12章 锅炉热力计算及其设计布置

1、长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 1长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 2长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 3长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 4长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 5 型布置型布置: : 应用范围最广。应用

2、范围最广。 型布置型布置: : 由垂直柱体炉膛、由垂直柱体炉膛、水平烟道和下行对流烟道组水平烟道和下行对流烟道组成。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2021-12-26Principles of BoilerPage 6u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、锅炉底层，送风机、引风机、除尘

3、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2021-12-26Principles 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：占地占地面积小；对流烟道有面积小；对流烟道有自身

4、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、引空气预热器，送、引风机，除尘器等风机，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2021-12-26Principles of BoilerPage 8长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage

5、937820SH-1PL SH-3 RH-2 SH-2 RH-1 ECO parallelflow counterflow counterflow parallelflow parallelflow counterflow 185061002390325032503250185023903250507505500021480 x 21480120014480Evaporator3782010730055SH-1PL SH-3 RH-2 SH-2 RH-1 ECO 26.2117205长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 1

6、01/5长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles 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长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 12 3/5长

7、沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 131 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

8、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2021-12-26Principles 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长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 15长沙理工大学能动学院长沙理工大学

9、能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 16vq1/4 式中式中 炉膛容积，炉膛容积，m m3 33.,/ar netvBQqkw mVvvq 过大过大 py g 、avvq长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 17 vqvl2/4 vqvqvq长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles 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。 aq 表示燃烧器区域炉膛单位截面上每小

10、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 netaBQqkw mA 或aqaacqqn3/4 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、深度及高度决定炉膛宽度、深度及高度vqaq 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vqaq长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26P

11、rinciples of BoilerPage 194/4 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 rq 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，mrq2.,/ar netrrBQqkw mFrF2()(1)

12、,rjFab nh mjh长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 201/1 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S

13、TST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， 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2021-12-26Principles of BoilerPage 211/1 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

14、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2021-12-26Principles of BoilerPage 221/1 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

15、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 rktrktrkt 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。 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 231/1 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

16、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

17、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2021-12-26Principles 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2021-12-26Principles of BoilerPage 25u1、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2021-12-26Principles 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

18、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2021-12-26Principles of BoilerPage 27u先校核原始数据、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2021-12-26Principles of BoilerPage 281/3长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 292/3长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-1

19、2-26Principles of BoilerPage 303/3长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 31长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 32本身辐射：本身辐射：E E0 0= =0 0* *T T4 4; ; E=aE=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

20、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/m2 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)GEJ长沙理工大学能

21、动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 33 介质浓度： 燃料的种类、燃烧方法及燃烧工况等。2/7长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles 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*T143/7长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles 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4211TT 6/7长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principl

22、es of BoilerPage 36u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 = J1 kW/m2 J1=al *0*T14ibilbzFFx 5/7X角系数长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 37u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2021-12-26Principles of BoilerPage 383464100100lrkqqqQQQq()ookllzfrklzflkQaaaIaaI olkllkQaI1/2长沙理工大学

23、能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 39lpaQVC2/2长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 405 5、炉内传热的方程组：、炉内传热的方程组：41follQF T fjpalQB VCTT1/211304111,10jpLLaaanlLLB VCTTBoTTFTCBo 长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 416 6、校核计算公式：、校核计算公式：0.632731alolpjlajypjTFTMB V C 2/2计算过程：计算过程：1 1、假定、假定l l2 2、用该公式计算、用该公式计算l l3 3、检验假设、检验假设()llQQI长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles 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。fiiHF x 1/1长沙理工大学能动学院长沙理工大学能动学院2021-12-26Principles of BoilerPage 4