3T燃油锅炉毕业设计要点

1、山东科技大学学士学位论文摘要随着国民经济的发展，锅炉作为一种重要的能源转换设备得到了广泛 的研究和长足的发展，在工业生产中得到了广泛的应用。燃油锅炉与燃煤 锅炉相比，没有机械燃烧热损失，不产生炉渣，比较清洁。综合考虑现如今国内外锅炉的研究情况， 本文设计了一台10t/h燃油蒸 汽锅炉，燃油采用大庆石油，并且采用卧式湿背式三回程结构。在锅炉设 计的过程中，主要考虑的因素是保证炉内着火，炉膛内有足够的辐射热量， 在整个锅炉结构的设计过程中，要确保有一定的气密性来保证炉膛内进行 的燃烧。影响锅炉管束传热效果的主要因素是烟气温度、速度等。本文设计的锅炉烟气走管程，第一管束采用螺纹管，传热效果比较好；

2、第二管束采用光管，不易磨损和积灰，容易清理。本文对锅炉炉膛和第一、 第二管束做了结构设计和热力计算，锅炉烟气走管程，第一管束采用螺纹 管，传热效果比较好；第二管束采用光管，不易磨损和积灰，容易清理。 经过校核，该锅炉可以在额定条件下良好运行。关键词：燃油锅炉；卧式湿背式三回程；螺纹烟管；波纹炉胆山东科技大学学士学位论文ABSTRACTWith the development of national economy, the boiler as an importan t energy conversion equipment has been widely research and devel

3、opment, has been widely used in industrial production0 Compared with coal-fired b oiler fuel boiler, no mechanical combustion heat loss, do not produce the slag, more clean。Considering nowadays at home and abroad research situation of boile r, this paper designed a 10 t/h steam boiler fuel, fuel oil

4、 using daqing pe troleum, and adopts horizontal wet type structure of three return back.In t he process of boiler design, the main consideration is to ensure that the f urnace fire, heat furnace with enough radiation, in the process of the who le structure of the boiler design, be sure to have a cer

5、tain air tightness to guarantee within the combustion chamber of a stove or furnace.Main facto rs influencing the heat transfer effect of the boiler tube bundle is the flue gas temperature, velocity, etc.In this paper, design of boiler flue gas tube side, the first bundle usi ng thread tube, the hea

6、t transfer effect is better;Second bundle using light tube, not easy to wear and dust, easy to clean.In this paper, the boiler f urnace and first and second bundle of structure design and thermal calcul ation, boiler flue gas tube side, the first bundle using thread tube, the hea t transfer effect i

7、s better;Second bundle using light tube, not easy to wear and dust, easy to clean.After checking, the boiler can be running under th e rated conditionsIV山东科技大学学士学位论文Keywords： Fuel boiler;Horizontal wet type three return back;Screw thread smoke tube;Corrugated furnace山东科技大学学士学位论文目录摘要 IABSTRACT- IV1 .

8、绪论 11.1 我国能源的形式与问题 11.2 燃油燃气锅炉发展简史 11.3 燃油燃气锅炉发展方向 52 .燃油燃气锅炉结构及其工作流程 72.1 燃油燃气锅炉整体结构 72.2 燃油燃气锅炉工作流程 83 .设计的初步数据 103.1 设计计算对象 103.2 燃料特性表 103.3 理论空气量及燃烧产物 113.4 温始表 114.10吨燃油锅炉设计的热力计算 134.1. 锅炉的热平衡计算 134.2. 炉胆传热计算 194.3. 对流受热面的计算 295.技术经济性分析 445.1 燃油燃气锅炉供暖的经济性 445.2 不同形式供暖的经济比较 4448致谢 49参考文献 50附录 5

9、1山东科技大学学士学位论文1绪论1.1 我国能源的形式与问题众所周知，能源是人类社会和经济发展的最基本条件，也是不可缺少 的最重要条件，我国在过去基本上依赖单一能源维持国民经济增长，能源 的消费结构长期以来一直跟不上我国国民经济的发展和人民生活水平的提 高。我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消 费65%左右为煤炭，大量使用煤炭，使 66%的中国城市大气中颗粒物含量 以及22%的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来 这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污 染。据预测，到2020年我国能源需求量将至少增加108t标准煤。因此，如 何

10、减少煤炭资源的消耗及不断开发可再生能源已经成为我国解决能源矛盾 的主要方向。但是 石油天然气等较少，新能源中核能、风能、地热能、光 能等其它新能源起步晚，虽然发展很快，但所占份额还是很少。所以 至少 在21世纪前半叶我国能源消费结构将不会作出很大改变。同时，随着经济 和科学技术的发展，使得人类对绿色生活的观念越来越强，对生活质量和 生存环境的要求日益增加，而油、天然气作为优质洁净的燃料和原料也越 来越引起人们的重视。因此，加快油和天然气的合理开发利用是缓解我国 能源供需矛盾和优化能源结构的一项重要措施。1.2 燃油燃气锅炉发展简史锅炉的产生是人们对液体进行加热的认识基础上发展起来的。采用燃 烧

11、的方式对液体的加热大体上可分为直接加热和间接加热。所谓间接加热， 就是高温火焰或者烟气与加热的物料不直接接触或者用固定导热体隔开。 锅炉就是采用间接加热原理加热介质的。对圆筒中的水进行直接火焰加热，山东科技大学学士学位论文即把锅筒直接放置在燃烧设备上方加热，就是间接加热的一种，这种简单 的加热方式热效率较低，为45%55%, 一般只能用作厨房燃具。以后在此 基础上形成了火管式锅炉和水管式锅炉。所谓直接加热，就是高温火焰或 者烟气与被加热的物料直接接触。这种加热方式一般有三类：一类是用短 火焰或者高温烟气直接烘烤固体，对固体进行局部性快速加热，如热处理 炉加热；二类是高温烟气和被加热的液体介质进

12、行混合，将低温的气体物 质加热成高温介质如直燃式的暖风机；三类是高温烟气和被加热的液体介 质进行混合加热，如侵没燃烧加热。对于一些小型的采暖锅炉，当燃用比 较清洁的气体燃料时，也可直接将锅炉尾部的烟气和冷水相接触，将水加 热以供应热水，同时最大限度地利用锅炉尾部余热。从锅炉技术的发展史可以看出，锅炉的发展可以归纳为两个不同的方 向，这两个方向都是在对液体间接加热的基础上演变而来。了解这一锅炉 的发展渊源，对我们更好地开发新产品会有一定的指导作用。一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒内部增加受热面积，开始 是在一个大圆筒内部增加了一个火铜，燃料在火筒燃烧。以后增加到两个 火筒。再以后从两个火筒

13、发展到很多小直径的烟管，后来容量增大后发展 为卧式的火筒。这些锅炉因为燃料燃烧后的高温烟气在火筒和烟管中流动， 所以统称为火管或者锅壳式锅炉。如下图 1.1所示(a)圆筒锅炉双火筒锅炉(b)山东科技大学学士学位论文e o© 00a o-e o©(c)纯烟管图1.1火管锅炉另一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒外部增加水筒的数目， 燃料在筒外燃耗。和火管式锅炉的发展相类似，水管的数目不断增加，发 展成为很多小直径的水管。也有一开始就采用盘旋的一次直流水管直接快 速地加热工质。这些锅炉因为水在管中流动，所以统称为水管式锅炉。如 下图1.2所示(a)圆筒锅炉(b)多水管锅炉山东

14、科技大学学士学位论文。Q tJ QQ U。0。00QOOOOCIO。OOQOOOOOO(c)整集箱式锅炉图1.2水管锅炉燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为火管锅炉和水管锅炉。火管锅 炉结构简单，水及蒸汽容量大，对负荷变动适应性好，对水质的要求比水 管锅炉低，多用于小型企业生产工艺和生活采暖上。水管锅炉的受热面布 置方便，传热性能好，在结构上可用于大容量和高参数的工况，但是对水 质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在火管锅炉和水管锅炉的基础上发 展起来的，具有两者的优点，对水质要求和水管锅炉相似。火管锅炉因为 容量较小，结构紧凑，一般制成快装式锅炉，容量不大的水管锅炉也可制 成快装锅炉，以便于运输

15、和现场安装。中小型燃油燃气锅炉的发展，大体 上可分为三个不同的时期：(1)从燃煤过路的基础上法则而来，锅炉结构仍然保留着燃煤锅炉的 特点。它只是去除了燃煤的燃烧设备，对炉膛稍加改装后，加装燃油燃气 燃烧装置而成的。(2)第二次世界大战后，小型燃油锅炉得到了很大发展，这些锅炉是 按照燃油船用锅炉的要求进行设计的，具结构形式的发展均受到船用锅炉 空间的限制，燃油燃气燃烧器也没有进行标准化生产，在其它工业中的应 用受到限制。山东科技大学学士学位论文(3)专门按照燃油燃气的燃烧器特点进行设计的燃油燃气锅炉。随着 工业化的发展，对燃油燃气锅炉的容量和参数提出了更高的要求。另外， 鉴于城市大气污染日趋严重

16、，因此国家对锅炉的排放物提出了日益严格的 限制，很多国家的能源消费结构发生了很大变化。因此， 70年代以来，发 达国家中小型锅炉燃用轻质油、天然气等清洁的份额日渐增多，燃油燃气 锅炉进入独立开发的发展时期。1.3燃油燃气锅炉发展方向随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速发展，城市 高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出的更高要求，油气资源的 大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升，可以预见未来几年燃油燃气锅炉 将会更大比例的取代燃煤锅炉来作为主流。所以综观最近几年燃油燃气锅 炉的改造发展，我们可以总结出未来的发展方向如下：(1)锅炉效率越来越高。燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日

17、益 紧张和昂贵的能源。(2)结构越来越简单。采用简单结构构成的受热面，减少同种材料的 不同使用规格。(3)使用更加简易的配套辅机。给水泵、重油泵、重油加热器、鼓风 机和其他一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性。特别 是快装锅炉，应尽可能地避免采用引风机。(4)自动化程度将更加高并且配有多级保护系统。燃油和燃气锅炉不 仅要保证高效率，还有使其操作简单、可靠，不仅要配有完善的全自动燃 烧控制装置，更要配有多级安全保护系统，还要具有锅炉缺水、超压、超 温、熄火保护、点火程序控制及声、光。电报警等系统。(5)配备燃烧器、送风机、和烟道消音系统，减低锅炉的运行噪音，山东科技大学学士学位论文

18、给工作人员以及周边人员更加祥和的生存环境，更加人性化。24小时无监(6)配备其他的监测装置和限制装置，使其可以保证锅炉 督安全的运行。山东科技大学学士学位论文2燃油燃气锅炉结构及其工作流程2.1燃油燃气锅炉整体结构1.锅炉筒体2.前烟箱3.炉胆4.蒸汽出口 5.烟囱6.后烟室7.防爆门8对流管束9.热风道图2.1锅炉整体结构图锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、 锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要 部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的 部件是炉膛和锅筒。炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进

19、 行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的 固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托 起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流 化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风山东科技大学学士学位论文炉。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高 温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内 表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气 的大量辐射热。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计 的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运

20、行的经济性和可靠性都可能降 低。锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接 循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢 板制成，是锅炉中最重的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水 和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中, 锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加 药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离 开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙 挡板作为粗分离元件，中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器 进行粗分离外，还用

21、百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上 还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。2.2燃油燃气锅炉工作流程燃油燃气锅炉接通电源后，首先进行安全检查，自动检测电源是否正 常，传感器是否正常，水位是否处于安全位置，锅炉本体是否处于过热状 态，通过安全检查后，燃烧设备开始吹扫、点火。锅炉升温后，当达到设 定温度的80%后，控制系统启动循环水泵使系统正常运行，锅炉停机时,山东科技大学学士学位论文首先关闭燃烧设备，再关闭循环水泵，最后整机停止工作。燃油燃气锅炉炉体内的工作流程却是极其简单，锅炉给水先经过省煤 器加热升温后流入锅炉炉体储存，燃油或者燃气经过燃烧器雾化，燃气不 需要雾化，喷入炉膛内点燃

22、燃烧，产生的高温烟气使过冷水变成饱和蒸汽饱和蒸汽由蒸汽出口流出输送到又需要的用户使用而高温烟气则依次流经第一烟管。过热器。第二烟管和空气预热器，最后排放到环境中去。可以用下面图形图2.2完美表现出来：图2.2锅炉流程图山东科技大学学士学位论文3设计的初步数据3.1 设计计算对象锅炉额定蒸发量锅炉额定蒸汽压力锅炉饱和蒸汽温度给水温度排污率蒸汽带水率冷空气温度热空气温度设计燃料燃烧方式锅炉形式D=10t hP=1.25MPa tbq=1940C tgs=1050CP=5%W=3% tik=20°Ctrk =20 0C大庆石油 室燃锅壳式燃油汽湿背式3.2 燃料特性表表3.1燃料特性表Ca

23、r%Har%Oar%Nar%Sar%Aar%Mar%Qnet,v,ar kJ kg83.97612.230.5680.21.00.0262.004044510山东科技大学学士学位论文3.3 理论空气量及燃烧产物表3.2理论空气量及燃烧产物理论空气量V0“3 11im /kg(1.866Car +5.55Har + /,1000.210.7Sar -0.7Oar)/10.708理论氮气容积vN?2m 3/kg0.79V0 +0.008Nar8.4613理论水蒸气容积Vh02Om 3/kg0.0124M +0.111Har +0.0161V01.5547RO2容积V RO2m 3/'kg(

24、1.866Car +0.7 Sar )/1001.57403.4 温始表表3.3烟气温烙表温度理论烟烙空气焰炉膛出口_ ''a =1.1烟管出口apy =1.10CI yIkI y IIy I100159814171739173920032352850352018283520182830049164310534718775347187740066445800722419277224192750084197324915219769152197611山东科技大学学士学位论文6001024088821113020231113020237001210010470131502066131

25、502066800140101209015220210515220210590015950137401732021411732021411000179201541019460217219460217211001993017090216302199216302199120021950188002383022232383022231300240102051026060224426060224414002608022240283002263283002263150028170239803056022793056022791600302702573032840229432840229417003239

26、0274803514023083514023061800345202925037450232237450232219003666031030397702334397702334200038820328204210023464210023462100409903461044450235644450235622004316036420468004680012山东科技大学学士学位论文1.1.1 燃油锅炉设计的热力计算4.1 锅炉的热平衡计算1.1.2 热平衡燃油燃气锅炉热力计算的主要目的是确定足够的受热面，以保证锅炉 合理的出力和热效率。油、气燃料的燃烧过程和燃烧后产生的烟气和固体 燃料相比，有许多

27、不同之处，因而燃油燃气锅炉的性能、结构和热力计算 和燃煤锅炉相比，也有其特点。燃油燃气锅炉的热力计算主要包括：(1)锅炉的热平衡计算；(2)炉膛(炉胆)的受热面积计算；(3)对流受热面积计算。锅炉系统的热平衡计算，是为了保证送入锅炉机组的热量与有效利用 热和和各项热损失的总和相平衡，并在此基础上计算出锅炉机组的热效率 和燃料消耗量。热平衡计算是在锅炉机组处于稳定的热力工况下进行的。对燃油、燃气锅炉，一般均以标态下1kg燃油或1m3气体燃料为基准计算。锅炉机组热平衡方程的普遍形式为：Qr = Q1 + Q2+Q3+Q4 + Q5 + Q6kJ/kg或 kJ/m3(4.1)式中Qr 送入锅炉系统的

28、热量；Q1 锅炉系统的有效利用热；Q2 排烟带走的热量；Q3气体不完全燃烧(又称化学不完全燃烧)损失的热量；Q4 固体不完全燃烧(又称机械不完全燃烧)损失的热量；13山东科技大学学士学位论文Q5锅炉系统向周围空气散失的热量；Q6燃料中灰渣带走的热量。1.1.3 锅炉输入热量相对于1kg燃料油或1 m3燃气送入锅炉系统的热量 Qr (kJ/kg或kJ/m3)(4.2)是指锅炉范围以外输入的热量，可按下式计：Qr = Qnet, v, ar + ir + Qzq + Qwl式中Qnet v, ar 燃料的低位发热量值，kJ/kg或kJ/m3 ；Qwl 用锅炉系统以外的热量加热送入锅炉的空气时，相应

29、于每kg燃油或每m3燃气所具有的热量，kJ/kg或kJ/m3 ；ir油或燃气的物理显热，kJ/kg或kJ/m3。Qzq 雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg 01.1.4 排烟损失在燃油燃气锅炉中最q2主要的损失是排烟损失，它决定于排烟温度和 排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过剩空气系数的大小，而过剩空 气系数又是和燃烧状况有关的。排烟热损失q2可用锅炉机组的排烟和冷空气的始差计算：(4.3)q2=Q2 M00=(Ipy-"PyIlk)(100-q4) X100 QrQr式中1 py在排烟过剩空气系数及排烟温度下，相应于 1kg燃料油14山东科技大学学士学位论文或1 m3燃气的

30、排烟的始，kJ/kg或kJ/m3。0tpy排烟的过剩空气系数；011k在送入锅炉的空气温度下，1kg燃料油或1 m3燃气所需要的理论空气始，kJ/kg或kJ/m3。1.1.5 气体不完全燃烧热损失q3气体不完全燃烧热损失q3是指排烟中未完全燃烧或燃尽的可燃气体所 带走的热量占送入锅炉输入热的份额。在设计计算时，对燃油锅炉可取1%1.5%,对燃用天然气、油气伴生气和焦炉煤气的锅炉，可取 q3=0.5%; 对燃用高炉煤气的锅炉，取q3=1%,木屑锅炉中取q3 =0.5%o对运行锅炉， 借排烟处烟气成分的分析，不少锅炉运行中此项损失往往可接近于零。气体不完全燃烧热损失大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩

31、空气系数、 所用燃烧器、燃烧器与炉膛匹配是否适当以及运行操作是否合理。一台运 行的锅炉，此项热损失究竟多大，要靠烟气分析的结果确定。1.1.6 机械不完全燃烧损失q4机械不完全燃烧热损失是指部分因燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出 炉外而造成的热损失。但是对燃油锅炉来说，并不存在颗粒状物体，因为 油是液体，所以在燃油锅炉过程的设计中。机械不完全燃烧损失q4为零，在计算过程中可以忽略不计。1.1.7 散热损失q5散热损失q5是指锅炉围护结构和锅炉机组范围内的气、水管道以及烟15山东科技大学学士学位论文风道等，受外部大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量。它与周围大气 的温度（露天布置时的室外温度、室内

32、布置时的室内温度）、风速、围护 结构的保温情况以及散热表面积的大小、形状等有关，同时还与锅炉的额 定容量和运行负荷的大小有关，一般根据经验数据和近似计算的办法确定1.1.8 锅炉有效利用热Qi锅炉有效利用热Q1是指锅炉供出工质的总始与给水始的差值， 对饱和蒸汽锅炉为：Q产（D + Dzy） （噎-igs-粽）+Dpw （底-igs） kJ/s（4.4）对于过热蒸汽锅炉：Q=D(igq-igs) +Dzy(i zy - i gs ) + D pw(ibs-igs) kJ/s(4.5)式中D锅炉蒸发量，kJ/s；Dzy 锅炉自用蒸发量，kJ/s；Dpw锅炉排污量,kJ/s；饱和蒸汽始,kJ/kg

33、；i gq 过热烝汽始,kJ/kg ；i zy自用蒸汽燎,kJ/kg ；ibs 饱和水始，kJ/kg；i gs给水次含，kJ/kg W 蒸汽湿度，%;5%;当锅炉的排按饱和蒸汽的质量标准规定，对于水管锅炉，饱和蒸汽的蒸汽湿度不 大于3%;对于锅壳式锅炉，饱和蒸汽的蒸汽湿度不大于16山东科技大学学士学位论文污量小于2%时，排污水的热耗可以忽略不计。对热水锅炉：(4.6)Q = GCs (trs-ths) MW式中Q1 热水锅炉的输出热量，MW;G 循环水流量，kJ/s；Cs 水的比热，MJ/(kg. C), 一般取 0.0041868MJ/(kg。C);trs热水温度，C;ths回水温度，C 0

34、1.1.9 锅炉的热效率和燃料消耗量 锅炉的热效率为："=100 (q2+q3 + q4+q5+q6)%(4.7)锅炉的燃料消耗量为：B = -Q X100kg/s 或 m3/s(4.8)Qr式中B 燃料消耗量，kg/s或m3/s；考虑到燃料消耗量B中有一部分随机械不完全燃烧损失带出，这一部分没有产生烟气，应从B中扣除，这样可以计算燃料消耗量：(4.9)Bj = Bq4kg/s 或 m3/sj 100式中Bj计算燃料消耗量，kg/s或m3/s。所谓计算燃料消耗量指的是单位时间内实际参加燃烧产生烟气的燃料量，对燃油燃气锅炉来讲，B = Bj0在热力计算中，空气或烟气的体积是按 实际参加

35、燃烧的燃料量来计算的，在应用空气或烟气的体积来计算温始表17山东科技大学学士学位论文时都应该采用计算燃料消耗量。表4.1锅炉热平衡计算表序号名称符号单位公式结果1燃料低位发热Qnet,v,arkJ/kg设计给定404452冷空气温度tlkC设计给定203冷空气久含IlkkJ/kg查始温表270.64排烟温度%C取定2005排烟烙I pykJ/kg查始温表32356机械不完全燃烧损失q4%估取07气体不完全燃烧损失q3%估取1.08排烟损失q2%(I py - Opy I0k) 父(100-q4)Qr7.2639散热损失q5%估取1.010燃料物理热损失q6%估取0.011锅炉总热损失q%q2

36、+ q3 + q4+ q5 + q69.26312锅炉效率n%"=100q2q3 q4 q5 一q690.73718山东科技大学学士学位论文13给水崎 gskJ/kg查物性表441.114饱和水烙ibhkJ/kg查物性表822.615饱和气焰i bqkJ/kg查物性表2783.9716锅炉排污率p%设计给定5.017蒸汽带水率W%设计给定3.018汽化潜热rkJ/kg查物性表1977.6519额定烝发量DkJ/h设计给定10000.020锅炉功效利用热Q1kJ/sQ1 =一 . rw、D(l bq-lgs_100)+ D P (Ibh*)11641.821锅炉燃料消耗量BkJ/h一Q

37、X100 “Q ,Jnet ,v,ar1142.0222计算燃料消耗量BjkJ/hB(1q4/100)1142.0223保热系数<Pn/(n +q5)0.9894.2炉胆传热计算4.2.1 炉胆的传热过程炉膛传热过程是与炉内燃烧过程同时进行的。炉内既有燃烧反应的化学过程，又有物质交换的物理过程，因此炉膛传热过程十分复杂。目前， 我国采用的炉膛热力计算方法是运用了相似理论”分析，并通过大量实验而综合得出的半经验计算公式。近年来，随着电子计算机技术的发展，很 多研究人员试图借助于数学模型用解析法来研究和计算炉膛换热过程，已19山东科技大学学士学位论文取得一定进展。炉膛传热计算的任务是确定辐射

38、受热面的吸热量和炉膛出口烟气温度。炉膛传热过程主要是高温火焰和水冷壁之间的辐射换热。炉内烟气流速较小，因而对流传热较弱，所占炉膛换热份额很少，计算时可以忽略。4.2.2 炉膛传热的基本方程炉膛传热计算也就是计算火焰与被火焰包围着的水冷壁之间的辐射换 热量。根据斯蒂芬-波尔茨曼定律辐射换热量为：4,Qf =axt CTo (T Tb) H f kW(4.10)式中 Qf 绝对黑体辐射常数，具值为5.67 H0-11 kw/(m2，k4)H f 有效辐射受热面面积， m2;T 火焰平均温度，K;Tb水冷壁表面温度，K;外炉膛系统黑度烟气在炉膛内放出的热量应等于燃料在炉膛内有效放热量与炉膛出口烟气带

39、走的热量之差，即Qf = Bj(Ql I'')kW(4.11)式中Qi 炉膛有效放热量，kJ/kg ；Il 炉膛出口处烟气的始，kJ/kg；中一一保热系数；Bj 每秒钟的计算燃料耗量，kg/so20山东科技大学学士学位论文4.2.3有效辐射受热面炉内吸热是借炉膛内布置了辐射受热面一一水冷壁管来达到。水冷壁 的辐射受热面面积并不等于所有管子的表面积，这是因为水冷壁管一般都 是靠颅墙布置，只有曝光的一面受到炉火焰的辐射，而其背部只受到颅墙 的反射辐射，所以不能完全利用。我们称火焰投射到管壁受热面的总热量 Q 与投射到炉墙的热量Qt之比为有效角系数，即：x=Q/Qt(4.12)它涉及

40、了火焰辐射，与炉膛反射作用，x的数值与管子的相对截距S/d 及管子中心线离开炉墙的相对距离e/d有关。在一定的S/d下，增加e/d , 则被炉墙反射后再落到水冷壁管子上的辐射热量也增加，即增大了有效角 系数；但当e/d之1.4后，被炉墙反射后落到水冷壁管上的辐射份额不再变化。 在一定的e/d下，增加S/d ,火焰落到水冷壁管上的份额减少， 既x值下降。对蜗壳式燃油燃气锅炉来讲，火焰辐射热量全部落在水冷壁上，有效 角系数为1。炉膛出口烟囱对炉膛而言，可取 x=1,这是因为炉膛火焰辐射投射在 出口烟囱上的辐射热，陆续通过烟囱后各派管子，不会有反射，全部被吸 收。三回程蜗壳式锅炉燃室的烟囱出口，不是

41、官排组成，而是烟管的入口， 也可取x =1 0有效角系数与炉膛壁面积的乘积成为有效辐射受热面：Hf=xFbm2(4.13)式中Fb布置有水冷壁炉墙壁面积， m2。21山东科技大学学士学位论文如果某一区域的炉墙壁面积为Fbi,有效角系数为xi；则该区域的有效辐射受热面为Hfi=XiFbi；由于各区域布置水冷壁有效角系数不尽一样，炉 膛总的有效辐射受热面为：£Hf=XiFbim2(4.14)整个炉膛的平均有效角系数也称为炉膛水冷程度，即x = _ Hf = 'Xi Fbi(4 15)、Fbi-Fbi(.)在锅炉实际运行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管壁积灰层的表面温 度升高及黑度减

42、小，以至不能忽略管壁本身的辐射，也就是导致水冷壁受 热面吸热量的减少。因此，在计算中引入水冷壁管的沾污系数 ，即“ 受热面吸收的热量=- (4.16)投射到受热面的热量1 6在实际计算炉膛传热时，综合考虑沾污系数和有效角系数对传热的影响，即采用热有效系数中：w受热面吸收的热量Qf =-=汇(4 17)投射到炉壁的热量Qt')这样，热有效系数、沾污系数和有效角系数三者的关系为：中=&(4.18)中值越大，表示受热面吸收的热量越多。由于水冷壁不是绝对黑体，火焰和高温烟气投射到水冷壁的热量，其中有一部分又被水冷壁反射到火 焰，止匕外，水冷壁受热面由于被沾污，表面温度升高，本身具有相当

43、的辐 射能力。22山东科技大学学士学位论文4.2.4 火焰黑度计算炉膛辐射换热时，涉及了系统黑度。它与炉膛中火焰黑度和水冷 壁黑度有关。在炉膛中，沿着火焰的行程，火焰中具有辐射能力的介质如 三原子气体、灰粒、焦炭粒的浓度也是改变的，并且随着燃料种类、燃烧 方法、燃烧工况的变化而不同。在炉膛传热计算中，只得采用平均的火焰 黑度，而且以炉膛出口烟温和成分作为计算依据。在传热学中将火焰作为灰体，火焰黑度原则上可按下式计算：%y =1-e4 Ps(4.19)式中k火焰辐射减弱系数，是火焰中各辐射介质的减弱系数的代数和，1/( m MPa)；P炉膛压力，一般供热锅炉在常压下燃烧，故P=0.1MPa；(4

44、.20)S 有效辐射层厚度，可由下式计算：(4.21)S =3.6Vlm ；FV1 炉膛有效容积，m3;Fi炉膛包覆面积，m3。在燃用气体、重油时的火焰中，主要辐射介质是三原子气体 CO2和h2o 及悬浮在火焰中细微的碳黑粒子。4.2.5 炉膛有效放热量与理论燃烧温度在炉膛内存在着燃烧放热和辐射受热面的吸热，有关辐射受热面的一 些特性已在上面述及了，在燃烧放热方面，这里要引出量与质的概念。在 数量方面用炉膛有效放热量来表示；在质量方面用理论燃烧温度来表示。23山东科技大学学士学位论文炉膛有效放热量Qi是对每kg或者每m3完全燃烧的燃料(计算燃料) 而言，并计及了加入炉膛的各种热量，即：Q=Qr

45、q3q4-q6+QkkJ/kg , kj/m3(4.22)100-q4式中，Qr, q3,q4,q6各项已在热平衡计算中有了说明。Qk是燃烧所需空气带入炉膛的热量。Qr是每kg或者每m3燃料带入炉膛的热量，在燃烧中由于有一定热损 失，所以燃烧后的有效放热量为(4.23)100- q 3 _q4 _q6100- q4而折算到每kg或者每m3计算燃料时，燃料在炉膛内有效放热量为:100-q3 - q4 - q6100 - q 4q3 q6= Qr(1 -)100 -q4通常Qr可以认为就是燃料的应用基低位发热量Qnet,v,ar根据炉膛有效放热量Q1就可求出炉膛理论燃烧温度。所谓理论燃烧温度，是假

46、定在绝热情况下将Q1作为烟气的理论始而得到理论燃烧温度 311, 由Q| =VyCpjS|kJ/kg ,kj/m3(4.25)式中Vy 在%情况下每kg或者每m3燃料燃烧后的烟气容积，m3/kg, m3； m3 ;Cpj烟气从00C到机温度范围内的平均容积比热，kj/(m3 K)。求得Qi后，根据叫可方便地从燃料燃烧计算所得的烟气燃温表中求得24山东科技大学学士学位论文金。显然3俞高，反映了炉膛温度水平俞高，有利于改善燃烧和增强传热。对发热量搞的燃料 品也较高。对一定的燃料而言，减少«'',提高送风温度 也有利于提高金。不过应当指出，由于炉膛内传热过程的存在，燃料燃烧

47、 并不是在绝热条件下进行，故实际上炉膛烟气达不到理论燃烧温度，仅作 为炉膛传热计算的一个参数。4.2.6 炉膛黑度从炉膛传热的基本方程式可知，在均布水冷壁的炉膛内，火焰与水冷 壁之间的辐射换热可视作空腔和内包凸形物体组成的封闭系统之间的辐射 换热。空腔的壁面作为火焰的辐射面，壁面面积是炉膛面积Fb,表面黑度一为火焰黑度4y ,壁面温度是火焰的平均温度TO内包物体的面积是水冷壁 有效辐射受热面Hf ,黑度为«b,表面温度是Tbo4.2.7 炉内温度场与火焰平均温度炉膛内的温度场是比较复杂的，各处不尽相同，在炉内同时进行着燃 烧的放热和受热面的吸热过程，他们的比值决定了炉内各点的温度变化

48、规 律。沿着炉子的高度方向，当燃烧放热大于受热吸热时，火焰温度就上升， 反之温度就下降。因此，炉内最高温度是发生在放热等于吸热的时候。4.2.8 炉膛传热计算的步骤炉膛传热计算按照计算的目的可分为设计计算和校核计算两种。设计 计算是先选定炉膛出口烟气温度 年，然后需要计算布置的辐射受热面 Hf o 但是，通常遇到的是校核计算，即在已布置好辐射受热面的情况下，校核 炉膛出口烟气温度3；看其是否在合理的范围之内。如 3；据经验预先布置好25山东科技大学学士学位论文辐射受热面，然后进行校核计算，炉膛传热计算是在燃烧计算和热平衡计 算之后进行的，炉膛传热计算(校核计算)的步骤如下：(1)根据已有炉膛的

49、结构尺寸或者根据预先拟定好的炉子大致尺寸 的布置草图确定炉膛的结构特性。计算炉膛各面炉壁的总面积Fb、炉膛包覆面积Fi和炉膛容积V,；确定水冷壁的结构特性并计算炉内有效辐射受热 面积Hf、炉膛的平均热有效系数 矽以及炉膛容积V,；确定水冷壁的结构特 性并计算炉内有效辐射受热面积 Hf、炉膛的平均热有效系数中f以及炉膛的 有效辐射层厚度So(2)计算燃料在炉内的有效放热量 Q1,在选定炉子过量空气系数 a； 和叫的情况下，由始温表求得理想燃烧温度 团。(3)先假定一个炉膛出口温度G；',在温始表中求得相应的I；,从而可 求得烟气的平均温度VyCpj 。 J pj(4)计算炉膛出口温度，其

50、结果应当与求烟气平均热容时所假定的 温度值基本相同。如误差不大于100C,则计算可以认为满足要求；如误差 大于100c则须再假定6；1,并重新计算，直至误差小于100c为止，最后以 计算所得干为准。(5)计算辐射受热面面积平均热强度和容积平均热强度。qf =kW/m3(4.26)qv =QlkW, m3(4.27)Vf26山东科技大学学士学位论文表4.2锅炉炉胆传热计算汇总表序号名称符号单位公式结果1锅炉输入热量QrkJ/kg设计给定Qr =Qnet,v,ar404452计算燃料消耗量Bjkg/h热平衡计算1142.023保热系数<P热平衡计算0.9894炉胆出口过量空气系数'&

51、#39;al一选取1.105炉胆漏风系数皿一选取0.006冷空气温度tlk0C设计207冷空气久含1l0kJ/kg查温始表270.68热空气温度trk0C设计209热空气焰I01 rkkJ/kg查温始表270.610空气带入炉内热量QkkJ/kg''0 口 l I lk267.6211炉胆入炉热量Qikj/kg(100-q4QrM3) 100-q4+ Qk40308.212绝热燃烧温度%0C查温始表192313绝热燃烧绝热温度TuK3u +273219627山东科技大学学士学位论文14炉胆出口温度810C假定120015炉胆出口绝对温度TiK& +273147316火焰

52、绝对平均温度ThyK"1"T+二（1-Ti）41653.7517炉胆壁温tb0Ctbh+9028418炉胆绝对壁温TbKtb+27355719炉胆出口烟烙''IlkJ/kg查温始表2383020辐射和对流换热系数CkW/（m2，井计选取1521辐射和对流的有效面积Hfm计算16.8322烟气放热量QrpkJ/kg中（Qi-I''）16296.923烟气传热量QcrkJ/kgC b%）4 3416318.124计算误差A%|Qrp-Qcr|M00Qrp0.1328山东科技大学学士学位论文4.3对流受热面的计算4.3.1 计算考虑因素锅炉中的对流

53、受热面是指锅炉管束、过热器、省煤器、空气预热器等。 在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热，所以称之为对流 受热面。由于烟气中含有三原子气体及飞灰，他们具有一定的辐射能力， 因此除对流放热外还要考虑烟气的辐射放热。此外对布置在炉膛出口处的 对流受热面，还需考虑来自炉膛的辐射热量。对流受热面的传热计算，都是以燃烧 1kg或者1m3燃料时，烟气的放 热量或工质的吸热量为计算基础。由此可得出对流受热面的传热方程式和 热平衡方程式。传热方程式：- KHt.3. 一、Qcr = kJ/kg , kJ/ m(4.28)Bj热平衡方程式：烟气侧：Qrp =华(I'l''+AaI0)kJ/kg , kj/m3(4.29)工质侧：',.''.'、Qcr =(i _i)_QfkJ/'kg , Jm3