热水锅炉项目设计方案

1、热水锅炉项目设计方案1 概论1.1 热水锅炉概论及分类 12热水锅炉是指水在锅炉本体内不发生相变， 即不产生蒸汽， 回水被送入锅炉后通 过受热面吸收了烟气的热量，未达到饱和温度便被输出的一种热力设备。通常以KW、MWfe单位表示锅炉的容量，旧单位用“万千瓦/时”或“万大卡/时”表示锅炉的容 量。压力、温度、供热量是反映热水锅炉工作特性的物理量，是热水锅炉的基本的参 数，一般容量0.7MW勺热水锅炉相当于蒸发量1t/h的蒸汽锅炉的热功率。按热水供出 温度，热水锅炉可分为低温水（供出热水温度小于 120°C）和高温热水（供出热水温 度大于120C）锅炉。热水锅炉具有的热损失小、供热范围广

2、和维修范围低等优点已 被广大用户所接受，根据有关资料介绍热水锅炉采暖与蒸汽锅炉相比可节约燃料 20%- 40%左 右。1.1.1 热水锅炉的特点 3（1）锅炉的工作压力。热水锅炉的工作压力取决于热系统的流动阻力和定压值。 热水锅炉铭牌上给出的工作压力只是表明锅炉强度允许承受的压力 , 而在实际运行 中，锅炉压力往往低于这个值。因此热水锅炉的安全裕度比较大。（ 2）烟气与锅水温差大，水垢少，因此传热效果好，效率较高。（3）使用热水锅炉采暖的节能效果比较明显。热水锅炉采暖不存在蒸汽采暖的蒸 汽损失， 并且排污损失也大为减少， 散热损失也同样随之减少。 因此热水采暖系统比 蒸汽采暖系统可节省燃料 2

3、0%左右。（ 4）锅炉内任何部分都不允许产生汽化，否则会破坏水循环。（5）如水未经除氧，氧腐蚀问题突出，尾部受热面容易产生低温酸性腐蚀。（6）运行时会从锅水中析出溶解气体，结构上考虑气体排除问题。（7）蒸汽锅炉需要连续和定期排污，而热水锅炉只需少量的定期排污。1.1.2 热水锅炉的分类（ 1） 热水锅炉 按水循环分类， 分为强制循环和 自然循环。 本课题要设计 SHL1200-13/130AU型热水锅炉，其中SHL锅炉是自然循环锅炉，自然循环锅炉是工 质在沿汽包、下降管、下联箱、上升管、上联箱、连接管道再到汽包这样的回路中的 运动是由其密度差造成的， 而没有任何外来推动力的循环流动。 自然循环

4、热水锅炉的 结构形式与蒸汽锅炉基本相似。 辐射受热面中的热水， 靠下降管与水冷壁管中水的温 度和密度不同而造成的水柱重力差循环流动。 依照课题设计要求， 本锅炉为自然循环 热水锅炉。其特点有：锅炉采用自然循环，水循环安全可靠。（2）热水锅炉的按结构形式分类可分为以下几种：管式热水锅炉。 这种锅炉有管架式和蛇管式两种， 前者较为常见。 管式热水锅炉 是借助循环泵的压头使锅水强迫流动， 并将锅水直接加热。 这种锅炉大都由直径较小 的筒体（集箱）与管子组成，结构紧凑，体积小，节省钢材，加工简便，造价较低。 但是这种锅炉容量较小， 在运行中如遇突然停电， 锅炉的水泵无法运行， 正常的水循 环遭破坏，锅

5、水容易汽化，并可能出现水击现象。锅筒式热水锅炉。 这类热水锅炉大多是由蒸汽锅炉改装而成的，现在也形成了 一个热水锅炉系统， 它筒体较大，容量大，造价相对提高， 由于这种锅炉出水容量大， 且能在断电时维持自然循环， 在遇到停电， 水泵突然停止运行时， 可以有效的防止锅 水汽化。也正是这个原因，近年来锅筒式热水锅炉在我国发展较快。1.2 热水锅炉的选择我选用的是锅筒式热水锅炉，理由有：（1）全管子锅炉结构复杂，安全性能不高，停电、停泵时容易汽化产生水击，水 质要求高，其中只要有一根管子爆管就要立即停炉检修， 并且检修困难； 锅筒锅炉结 构简单，安全性能好，停电、停泵时锅炉还可以利用自身的自然循环继

6、续运行。并且 由于有锅筒，即使产生了汽化，汽化对锅炉也可能不带来危险。（2）全管子锅炉适用于高温、大型供热系统；而课题设计要求是中、小型容量， 低温系统，我设计为出水温度为130C，锅筒锅炉较适合。（3）就制造方面来说，整个湖南省都很少制造管式热水锅炉，热水锅炉只制造锅 筒式的热水锅炉。 也就是说如果设计要在湖南省的话， 实现制造是比较困难， 即使制 造了，由于不是批量生产，这样单一制造成本也会较高，而锅筒热水锅炉就好的多， 湖南省内的厂都有制造。1.3 热水锅炉的改装 4蒸汽锅炉改装成热水锅炉 , 归纳起来主要有两种方法。 其一是将系统回水从下锅 筒或下集箱引入 ,即强制循环。 第二种方法

7、,系统回水进入上锅筒 ,看热水的重力差所 产生的自然循环流动压头能否克服管路阻力，如果不能够克服，就加水泵,形成强制循 环，如果能够克服，就可以利用流动压头形成自然循环，此外如果流动压头不太大也可 以加水泵，形成强制循环，保证水循环的顺利和锅炉安全。蒸汽锅炉改热水锅炉蒸汽锅炉形式分锅壳锅炉、水管锅炉。见表1.1 0表1.1 锅炉形式代号锅壳锅炉水管锅炉锅炉型式代号锅炉型式代号立式水管LS单锅筒立式DL卧式外燃WW单锅筒纵置式DZ立式火管LH单锅筒横置式DH卧式内燃WN双锅筒纵置式SZ双锅筒横置式SH强制循环式QXFire-tube boiler火管锅炉又称锅壳式锅炉。基本结构是在大圆筒（锅壳）

8、内装设小圆筒、管子（称谓“火管”）或其他形状的壳体（称谓“炉胆”），火管与大圆 筒隔绝并形成夹套，夹套中容水，而火管及炉胆充作燃烧室和烟道，容纳火焰或烟气， 燃烧产生或烟气带来的热量经火管壁传给水。优点是水容量大，蓄热能力大，结构、 安装和运行都比较简单。缺点是蒸发强度不高，产生的蒸汽压力低，锅壳及内部构件 直接受热，工作条件变差，锅壳强度因各种开孔被削弱，因储水和蓄势量大，一旦破 坏释放能量大。在工业上应用最早，目前一般用作小型工业锅炉。水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力

9、。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。水火管锅壳式锅炉是我国近十几年发展起来的科技含量高的锅炉品种，这种锅炉与传统的水管锅炉（包括管架式、角管式、单、双汽包式）相比较，后者运行三年 出力降到70流右，而前者在整个寿命期内，受热面不积灰，出力不变，效率不变，水 火管快装锅炉具有如下优点：结构紧凑、生产工艺简单、安装方便：亦存如下缺点： 锅炉相对的水容量较小，锅壳下部直接受辐射热，当给水水质不良或排污不及时，水 垢与混渣易沉积在锅壳底部，使锅壳底部钢板过热变形，形成鼓包。此外管板，烟管 与锅筒刚性联接，因受热不均与载荷变动时，产生交变温度应力，易造成管板裂纹， 拉撑焊缝裂开， 烟管拉脱

10、等事故。 据有关调查统计， 这种锅炉的事故率比水管锅炉多 2 倍以上。综合考虑，我选用的是双锅筒纵置式水管锅炉。锅筒纵向中心线与锅炉前后中 心线重合或平行的锅炉称为纵置式锅筒水管锅炉， 工业锅炉以双锅筒居多。 这种锅炉 主要由上下两个纵置锅筒、对流管束、水冷壁管、集箱等组成。纵置式锅筒水管锅炉 的上锅筒的设计方案是将上锅筒做得较长， 把下锅筒置于上锅筒的后半段下部， 上锅 筒的半段伸人炉膛顶部、 炉膛两侧布置了水冷壁， 水冷壁管下端连接下集箱， 下集箱 通过下降管与下锅筒连接供水。水冷壁管上端直接胀接在上锅筒前半段的底部两侧， 这样构成水循环回路。 水管锅炉在锅筒外部设水管受热面， 高温烟气在

11、管外流动放热， 水在管内吸热。 由于管内横断面比管外小， 因此汽水流速大大增加， 受热面上产生的 蒸汽立即被冲走，这就提高了锅水吸热率。锅炉水循环好，蒸发效率高，适应负荷变 化的性能较好，热效率较高。蒸汽锅炉改装成热水锅炉，我选用第二种方法 , 即系统回水进入上锅筒，再加装 水泵。由于出水温度为115C，进水温度（通过省煤器后）也可以达到 70C，相差只 有45C，锅筒锅炉的自然循环是利用水的密度差来实现的，现在这个密度差太小， 通过计算校核， 自然循环流动压头不太大， 循环效果不太理想， 所以在需要加一个水 泵，形成强制循环，来维持锅筒热水锅炉循环。1.3.2 改装应注意的问题（1）锅炉回水

12、必须进入上锅筒。 为保证循环的可靠性 , 在锅筒内设置隔板把锅水分 成热区和冷区。锅炉的回水必须进入冷区 , 热水应从热区引出，使锅炉的回水管与热 水引出管在锅筒内的连接位置有利于锅炉的水循环 .所说的冷区是指下降管区 , 热区 为上升管区。（2）改装后的热水锅炉 , 必须效验锅炉水循环是否安全可靠。 即按水的密度重力差 所产生的自然循环流动压头 , 能否克服管路阻力 ,并有足够的循环水量通过管子，以 防个别管子过热，产生过冷沸态。并避免因循环速度过低，水中杂质沉积在管壁上， 形成水垢。（3）应尽量防止回水进入热水引出管，以保证下降管入口有最小的水温。（4）对于装设省煤器的锅炉，为避免省煤器工

13、质流动阻力过大，需将省煤器并联 或加旁路管。5）在热水锅炉中不允许水发生汽化，否则在受热面中易产生水垢和水击，影响 锅炉运行的安全性和经济性， 为保证单相流体的水动力特性的稳定性， 应控制好水的 流速，减少流量偏差； 保证受热面各平行管子受热均匀， 尽量减少各受热面的热偏差， 因此进入锅炉的系统回水要采取调节分配。（6）为减少水在锅炉中的流动阻力，应拆除上锅筒内原有的一切分离设备，仅保 留锅筒的排污系统， 由于热水锅炉的进水量比蒸汽锅炉大很多倍， 锅炉的进水管与回 水管尺寸应符合要求，并加装配水管。（7）改装后的热水锅炉应尽量减少水在锅炉内的停滞，尤其是锅筒的端部，否则 易造成氧腐蚀。实际运行

14、中，有真实事例显示，锅筒后管板出现裂纹或漏水现象。证 实为，当锅炉烟管与管板焊接时，后管板多出现裂纹，当烟管与管板胀接时，多出现 漏水现象。其原因之一就是水在锅筒内温度分层所致， 因为冷水在下部， 热水在上部， 锅炉在后管板处受交变温度应力的影响，使之产生上述现象 , 因此一定要减少水的停 滞区。（8）进入锅筒的低温回水，不能立即与锅炉某些关键部件接触，以免产生热应力 与变形，导致漏水。（9）为能及时排除水中析出的气体，应在锅炉各回路的最高点设置排汽阀。2热水锅炉的基本参数2.1热水锅炉供热系统参数系统的循环水量计算系统的循环水量的大小按下式计算：QG(kg /h)(2.1)c t式中q 系统

15、(锅炉)的总供热量(Kvy；t 平均供水温度与平均回水温度之差C)；C水的比热(KJ /(kg C),通常取 C=4.1816KJ /(kg C)。在实际的供热温度范围内,水的比热大于4.186 KJ /(kg C),因此按上式所计算 的流量稍大些,也就是给系统提供了 23%勺安全裕量。最佳供 回水温度的确定在高温水供热系统中循环水量的大小，主要取决于供回水温差。对于区域性供热 系统，管道及铺设费用占工程造价的比例约为 4060%因此希望有较大的供回水温 差，亦即要提高供水温度或降低回水温度 ，以减少流量缩小管径，减少管道的铺设费 用。但供回水温差变大，对供热系统的要求比较高，必须综合考虑。供

16、水温度高有很多优点，它可以提供较大供回水温差，使管径减少，降低投资费 用；当采用换热器时，由于供水温度高，增加了换热温差，使换热器面积减少；但供水温 度高,要求锅炉及管道，散热器等要耐高压，并给系统的稳压带来困难，同时水温高易 造成烫伤事故。回水温度低则要求散热器性能好，或增大散热器面积，此外还要考虑锅炉尾部受 热面的烟气腐蚀，尤其燃用高硫燃料时，更为突出。综上所述,确定系统的供回水温度要综合考虑系统的承压能力、负荷的种类、系统的供热范围、用户的要求和系统规模的大小等因素。本课题要求设计为 SHL1200-13/130AU型热水锅炉，其中1200为1200000大卡/小时，应等于 120000

17、00 1000 4.2/3600=14MW 根据国家标准 GB/T3166-2004热水 锅炉参数系列，可选择合适的参数，如下表2.1所示。国家标准GB/T3166-2004热水 锅炉参数系列见附录1。6表2.1热水锅炉参数系列额定热功率/MW额定出水压力（表压力）/MPa0.250.71.01.251.01.251.25额定出水温度/进水温度/C115/70130/7014我选用的供 回水温度为13070 C2.2热水锅炉的基础资料锅炉参数压力、温度、供热量是反映热水锅炉工作特性的物理量，是热水锅炉的基本的参数，一般容量0.7MW的热水锅炉相当于蒸发量1t/h的蒸汽锅炉的热功率，14MV的

18、热水锅炉相当于蒸发量为20t/h的蒸汽锅炉的热功率。由于热水锅炉不产生蒸汽，而 产生的热水的温度比蒸汽的温度低的多，所以热水锅炉的进水量比蒸汽锅炉大1020倍。额疋供热量Q14WM出水压力 P1.3MPa回水温度t h s70 C出水温度t cs130 C排烟温度V p y180C锅炉排污率Pp w5%气象条件邵阳市地处亚热带，属典型的中亚热带湿润季风气候。 夏季盛吹偏南风，高温多 雨，冬季盛吹偏北风，低温少雨；四季分明，光热充足，雨水充沛，且雨热同季，受 地貌地势的影响，气候复杂并垂直变化和地区差异明显。全市年平均气温16.117.1C, 7月最热，月平均气温 26.628.5 C； 1月最

19、冷，月平均气温 4.75.6 C, 本地最低大气压为100391Pa由于热水锅炉的应用方向，如供水，采暖，受季节影响较大，使热水锅炉具有 间歇性。夏天基本上不使用热水锅炉，在气候中，除夏季外，其它三个季度平均气温为12.613.3 C,平均水温为18C冷空气进来时，通过风机做功，必然要吸热，所以气温有所提高。同理，给水 温度也有所提高。所以设定下列参数。冷空气温度t i k 20C补给水温度t b s 20C2.2.3 燃料7本锅炉的设计燃料为：An，n类烟煤。Car = 46.55% , H ar = 3.06% , Oar = 6.11% , Nar = 0.86% , Sar = 1.9

20、4% , Aar =32.48% , War = 9% , Vdaf = 38.50% ; Qar,net,p= 18840kJ/kg。应用成分%CarHarOarSarNarAarWar46.553.066.111.940.8632.489可燃基挥发份Vdaf =38.50%应用基低位发热量 18840kJ/kg3热水锅炉结构设计计算锅炉的结构，是根据所给定的蒸发量或热功率、工作压力、蒸汽温度或额定进 出口水温，以及燃料特性和燃烧方式等参数， 并遵循蒸汽锅炉安全技术监察规程 热水锅炉安全技术监察规程及锅炉受压元件强度计算标准等有关规定确定的。 台合格的锅炉，不论属于那种形式，都应满足“安全运

21、行，高效低耗，消烟除尘，保 产保暖”的基本要求。83.1炉膛的尺寸初步计算在设计、改装锅炉时，为了较快的判断预先布置的锅炉结构形式和尺寸是否合 理，可采用简易估算法。在简易估算法中，没有考虑煤种和锅炉结构等因素的影响， 只能提供一些数值范围。以下是根据一些参考资料查到的估算表。 9表3.1炉膛容积估算燃烧设备手烧炉抛煤机炉链条炉往复炉振动炉蒸汽锅炉每1t/h蒸发量需炉膛容积(mi)343.5 4.5343434表3.2链条炉炉膛特性炉排面积 热强度2(KW/ m)炉排燃烧率(kg/m2 h)炉膛容积 热强度3(KW/ m )炉排有效长度(m)炉排有效宽度(m)n类烟煤7001500100200

22、2353503. 68. 2<5设计炉膛时，首先应保证具有足够的容积，使燃料能迅速着火并燃烧的比较完全, 同时又要保证能长期可靠地运行，炉膛结构还应紧凑，便于制造、安装、检修、和运 行，炉膛长度、宽度，应于炉排尺寸相配合。当锅炉运行工况改变时，对炉膛容积应 重新进行校核计算。3.2燃烧设备的设计321炉排的设计9第一台链条炉出现在1840年，至今已有一百多年的历史。由于技术不断更新， 使链条炉排不断改进，链条炉排运行可靠，燃烧稳定，燃料适应性广，广泛使用于锅 炉中。3.3。采用简易估算法估算炉排面积，估算值见表炉排由链轮带动链条，使炉排片缓慢行进。煤从炉排前端的煤斗均匀下落在炉排 上。煤

23、层的厚度用一煤闸门上下起落加以调节。随着炉排向后移动，煤由着火、燃烧 直至烧尽，最后被抛入炉排后面的灰渣斗中。也有不用煤斗给煤而用抛煤机把煤抛在 炉排后部而炉排向前移动的。炉排的速度依煤种和锅炉负荷的不同由齿轮变速器加以 调节。燃烧设备手烧炉抛煤机炉链条炉往复炉振动炉自然通风机械通风蒸汽锅炉每1t/h蒸发量所需1.81.50.91.21.31.1炉排面积（卅）2.21.81.251.61.71.32表3.3炉排面积估算为了保证链条炉排安全、经济运行，无论哪一种型式的链条炉排，都必须有以下辅助部件。（1）炉排的可调张紧装置。炉排的可调张紧装置，一般是炉排前轴的轴承做成可 移动的，用丝杆调节前后移

24、动。调整螺钉的结构。它的主要作用是调整炉排的松紧程 度和炉排前、后轴的平行度。为了不使炉排在运行时拱起，炉排必须有一定的张紧度; 炉排因安装或运行时受各种因素的影响，炉排跑偏时，进行炉排前、后轴的调整，保证炉排安全稳定运行。（2）挡渣装置。挡渣装置的主要作用有两个：一是为了不使炉渣落入后轴处翻开 着的炉排片之间和延长炉渣在炉排上的逗留时间，便于炉渣燃尽，即挡渣作用；二是为了防止锅炉尾部渣井处的漏风，提高锅炉的热效率。链条炉排上常用挡渣装置有两 种：老鹰铁。它位于链条炉排末端即将转弯处，形如鹰嘴，铸铁制成，因而得名。 它具有上述的第一个作用，但不能阻止尾部漏风，因此其热效率较差。由于它结构简 单

25、，制造方便，又不易出故障，故得到了广泛的应用。挡渣摆。挡渣摆安装于链 条炉排尾部上方，它具有上述挡渣装置两个作用。因此能提高锅炉效率。但其缺点是 结构比较复杂，使用不当时，炉排后部容易结渣并常常被烧坏，平时维修工作量大。 因此，它的应用不如老鹰铁广泛。(3) 侧密封装置。为保证链条炉排灵活移动，炉排与两侧静止框架(墙板)之间必 须留有一定的间隙，以免相互摩擦，阻碍炉排运行。但间隙不可太大、尽量避免空气漏入炉膛恶化炉内燃烧、降低锅炉热效率。因此，必须采用可靠的侧密封装置，尽 量减少漏风。炉排的侧密封装置，其具体结构可能稍有不同，其型式各样，如灰封式 侧密封，迷宫式侧密封等，其原理都是尽量避免漏风

26、而又不妨碍炉排运行。(4) 防焦箱。防焦箱位于炉排两侧，它的内部通以冷却水，是水冷壁管的下联箱， 是锅炉循环系统的一部分。其防焦的作用是保护炉墙，使之不受高温的磨损和侵蚀.同 时还可以避免紧贴火床的侧墙部位粘结渣瘤，保证炉内正常燃烧和炉排正常运转。锅炉中采用的链条炉排型式有链带式， 横梁式和鳞片式三种。链带式炉排适用于 10t/h以下的锅炉应用，鳞片式炉排一般适用于 10t/h以上的锅炉，横梁式炉排适 用于容量较大的锅炉。根据设计要要求，我选用鳞片式炉排。鳞片式炉排见图 3.1 o1JCQ Q J r 1图3.1 链带式炉排1-煤斗；2-链轮；3-风室；4-老鹰铁鳞片式炉排是用套管或滚筒将鳞片

27、状的炉排片串联成带以组成炉排面的链条炉 排。鳞片式炉排与链带式炉排在运行中相比具有如下特点：(1) 受热和力分开。鳞片式炉排的炉排片直接受炉膛热的作用而不受拉力，链条 只承受运行阻力而不直接受热的作用。（2）送风方式不同。 鳞片式炉排的鼓风是在炉外分流后分别从各自风道进入风室， 各风室互不窜风，调节方便。（3）炉排的拉紧程度不同。鳞片式炉排拉的较松，下部炉排呈下垂状态。而链带 式炉排拉的较紧，下炉排呈直线状态。（4）受力状况不同。链带式炉排在运行中靠前轴驱动，主动链所受的拉力在与链 轮刚进入啮合处最大， 与链轮脱离啮合处最小。 鳞片式炉排在运行中前轴只把下炉排 带上，上炉排的运动主要靠下炉排的

28、下垂直重力来拖动。3.2.2 分段送风为了适应链条炉排燃烧各区段需要不同风量的特点， 在炉排下面隔成几个风室进 行分段送风， 每个风室之间应严密不漏， 以防短路而失去调节作用。 为使整个炉排宽 度的风量分布均匀，宜采用双侧进风。每个风室的风量， 均用单独的挡风板分别调节。 各挡风板的开度， 需根据不同煤 种的特性，经过反复运行试验，找出使煤燃烧最佳的开启位置。当煤种变化时，还需 要重新调整，以达到最经济的运行效果。一台锅炉最多采用56个风室，送风分段越多，风量越容易符合燃烧需要，但分段过多，将使结构复杂，总的经济效果并不理 想。3.2.3 炉拱的设计 9 10链条炉的炉膛都设有炉拱，由燃烧过程

29、中可知，即使采用分区送风，炉膛上部 各部分的烟气成分仍是不均匀的。 炉排两端存在着过量空气， 而中部则不可避免要出 现还原区， 产生大量可燃气体。 这些可燃气体应当在炉膛中充分燃烧。 设置炉拱的主 要作用是储蓄热量，调整燃烧中心，提高炉膛温度，加速新煤着火。其次是延长烟气 流程，促进燃料充分燃烧。炉拱有前拱、中拱和后拱三种。其中经常使用的是前拱和后拱。（1）前拱。前拱位于炉排上方的前炉墙下部， 一般由引燃拱 （又称点火拱 ）和混合拱 （大拱）两部分组成。 引燃拱的位置较低， 靠近煤闸板， 一般距炉排面约 200 400mm， 主要作用是吸收高温烟气中的热量， 再反射到炉排前部， 加速新煤的着火

30、燃烧。 混合 拱的位置较高， 主要作用是促进烟气和空气良好混合， 延长烟气流程， 使其充分燃烧。（2）后拱。后拱位于炉排上方的后炉墙下部。 后拱的作用， 是将燃尽区的高温烟气 和过剩的空气引导到炉膛中部和前部， 以延长烟气流程，保证主燃烧区所需要的热量，以及促进新煤引燃，同时提高炉排后部温度，使灰渣中的固定炭燃尽。 采用简易估算法估算炉拱尺寸，估算值见表3.4 o表3.4链条炉炉拱估算尺寸名称前拱高度(m)前拱长度(m)后拱高度(m)后拱长度(m)烟煤D<15t/h120. 25L0. 70. 90. 25L0. 5L注：L炉排有效长度(m)3.3受热面的设计3.3.1 水冷壁一般由放置

31、于炉膛四周贴炉墙布置的并联钢管组成的蒸发受热面，称为水冷壁。水冷壁的主要作用有：10(1) 吸收燃料在炉膛燃烧时放出的辐射热，使水冷壁中的炉水得到加热，将其中的 一部分蒸发为饱和水蒸气，在水冷壁中形成汽水混合物。(2) 由于水冷壁是贴墙布置的，因此，可保护炉墙免受高温烟气烧坏。(3) 辐射换热效率高，可节省大量蒸发受热面金属。(4) 可降低炉膛和炉膛出口烟气温度，对防止炉膛及其出口以后受热面结渣有利。 水冷壁一般由多组紧贴燃烧室炉墙四周与地面垂直的钢管组成。管子上下端分别与上下联箱连接。下联箱与汽包水侧之间有不受热的降水管连通， 以便汽包中的炉 水流入水冷壁。水冷壁中的汽水混合物流入上联箱后，

32、 经上升管进入汽包。水冷壁可 分为光管式、膜式和销钉式三种。在这我选用的是光管式水冷壁。在蒸汽锅炉改为热水锅炉的循环回路中，由于采用联接管与锅筒联接，使上升管 的流动阻力增大，经计算联接管的阻力损失占为整个回路的压降的 30%多，降低了回 路的循环速度，因此应尽可能使水直接引入锅筒。由于在炉膛中配置了前、后拱，为了使炉拱的砌筑方便，通常设有前、后拱管 结构，在拱管上铺设耐火材料。对流管束以对流方式进行热交换的管群称为对流管束。对于低压水管锅炉，对流管束主 要是加热受热面。在双锅筒锅炉中，对流管束的管子和上、下锅筒相连。3.3.3 省煤器省煤器就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热的受热面，由于它吸收

33、的是比较低 温的烟气，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器水在省煤器中为强制流动，热水锅炉的水流量较大，为减少其流动阻力，多采 用并联结构。 通常使用铸铁省煤器， 由单根铸铁肋片管用铸铁弯头联接组合而成， 耐 腐蚀。采用省煤器的锅炉运行时必须连续给水，不能间歇给水。省煤器内工质的流速选取0.31.0 m/s为宜，过低时析出的气体不能带出，过 高则流动阻力增大。3.3.4 空气预热器空气预热器简称空预器。它的任务在于把冷空气预热成一定温度的热空气，再 送入炉内供燃料燃烧。 它与省煤器一样， 也是一种能有效降低排烟温度和提高锅炉效 率的辅助受热面。空气预热器还有它的独特作

34、用。其一是当锅炉房有相当数量的回水或采用热力 除氧时， 因给水温度较高而使省煤器作用受到限制； 此时设置空气预热器， 因进风温 度通常是锅炉房的冷空气温度， 就可以有效地把排烟温度降下来。 其二是预热空气可 以提高炉温， 改善燃料的着火和燃烧过程， 从而使燃烧效率和传热效果都进一步得以 提高。这对燃烧难易着火的燃料， 如多水分， 多灰分以及低挥发分等一类燃料意义更 为重大。空气预热器的管子数及管距取决于烟气流速。一般情况，烟气在1014m/s，空气流速为57 m/s。烟速过低，不利传热，也易导致烟灰沉积；烟速过高，流动 阻力增大， 使通风设备电耗增加。 为了使烟气对管壁放热系数接近于管壁到空气

35、的放 热系数，以获得空预器最高的传热系数， 设计时烟气流速应尽可能调整到空气流速的 两倍左右。3.3.4 受热面的配置（ 1 ）炉膛出口烟气温度炉膛出口是炉膛与对流烟道的分界处， 也是辐射受热面与对流受热面的分界处。 据计算，温度在12001300C以上时，辐射受热面的热流密度高于对流受热面的热 流密度，而在10001100C时，两者的热流密度相接近。考虑到辐射受热面面积的 计算方法和对流受热面面积的不同， 从节约受热面面积的角度看， 炉膛出口烟气温度 高一点好。如果炉膛出口烟气温度降到900C以下，既浪费燃料，又浪费钢材。因些, 将炉膛出口烟气温度定的过低是不经济的。 但为了避免融熔灰渣在受

36、热面上结渣， 炉 膛出口烟气温度应低与灰的变形温度，一般情况下，对于链条炉，要求出口温度在 9001100C的范围内。（2）排烟温度 排烟温度直接决定排烟热损失，对锅炉的效率有很大的影响。排烟温度并不是 越低越好， 由于烟温的降低， 传热的温差就要减少， 传同样多的热量所需的受热面积 就要增多，金属耗量增大，同时，烟气流通阻力也增大，风机耗电也多。所以，排烟 温度应取决于技术经济分析， 取决于合理的传热温差。 通常设计的的工业锅炉其排烟 温度取为160200 Eo4热水锅炉的热力计算1112水作为热水锅炉的工质，从水进入锅炉到出锅炉成为热水，其在锅炉中吸取的 热量，主要是在省煤器、锅炉管束、炉

37、膛水冷壁中吸取4.1燃烧计算锅炉受热面的过量空气系数及漏风系数过量空气系数、漏风系数 见表4.1。表4.1锅炉受热面的过量空气系数及漏风系数序号锅炉受热面入口过量空气系数漏风系数出口过量空气系数a'aa''1炉膛1 . 400. 101.502锅炉管束1 . 550. 101.653省煤器1 . 650. 101.754空气预热器1.750. 101.85理论空气量、理论烟气量的计算理论空气量、理论烟气容积的计算见表4.2。表4.2理论空气量、理论烟气量的计算序号名称符号单位计算公式结果1理论空气量Vk0m3N / kg0.0889(Cy 0.375Sy)0.265Hy

38、 0.333Oy4.8102二原子气体容积VRO2m3N / kg0.01866(Cy 0.375Sy)0.01866(56 0.375*1)0.8823理论氮气容积V0v N2m3N / kg0Ny0.79V0k 0.8* 1004.4880.7 9 5.5390.08 114理论水蒸气容积V0H2Om3N / kg0.111H y 0.0124Wy 0.161V0k0.529各受热面烟道中烟气特性表表4.3各受热面烟道中烟气特性名称符号单位计算公式炉膛锅炉管束省煤器空气预热器平均过量空气系数apja' ay21.501.601.701.80实际水蒸汽容积Vh2om3N / kgV0

39、h2o0.0161(ap 1)V0k0.5680.5760.5830.591烟气总容积Vym3N / kgVRO2 V0N2 Vh2O(apj1)V0k8.3438.8329.3209.809RQ容积份额ro2VRO2 /Vy0.1060.0990.0950.090H2 O容积份额rH 2OVH2O/Vy0.06810.06520.06260.0603二原子气体总份额rqrRO2rH2O0.17410.16420.15760.1503锅炉热平衡及燃料消耗量计算见表4.5表4.5锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名 称符号单位计算公式或依据数值1燃料地位发热值Qar,net, pkJ/kg给定188

40、402冷空气温度tlkC设计给定203冷空气理论热焓HikkJ/kgVl°(ct)lk1284排烟温度pykJ/kg设计给定1805设计给定HpykJ/kg根据 py1.75查烟气温焓（表5）23546固体不完全燃烧热损失q4%按教材表4-2选取107气体不完全燃烧热损失q3%按教材表4-2选取18排烟热损失q2%II 0pypy lk (100 q4)Qar ,net, p10.119散热损失q5%查教材表3-42.010灰渣漏煤比hz Im按教材表4-2取用0.811灰渣的焓(Ct)hzkJ/kgthz 100 C查教材表2-1056012灰渣物理热损失q6%hz lm (ct)

41、 hz Aar Qar ,net, p0.6713锅炉总热效率q%q2+q3+q4+q5+q623.7814锅炉热效率%100- q76.2215给水焓1 gskJ/kg按tgs 100 C查水蒸气性质表41916锅炉排污率Ppw%取值517锅炉有效利用热QgikJ/hDe103(igq igs)PpwDe103(ipw igs)4754110018燃料消耗量Bkg/hQ gl 100Q ar , net , p331019计算燃料消耗量Bjkg/hB(1 工)100297920保热系数1 q5q50.9744.3锅炉炉膛热力计算炉膛结构特性(2)炉膛包覆面积见图4.1侧墙A=2580X 26

42、3仁6787980=6.788 m2B= (2422.5+2580) X 158X 0.5=395198=0.3952 m2C= (2322+2631)X 0.5 X 1152=2852928=2.853 m2D=122X 2322=2815362=2.815m2E=438+ (1221+164+158 X 0.5 X 638=631939=0.632 m2F=300X 300=90000=0.09 m2G=( 1140+600)X 0.5 X 3795=3301650=3.302m2Fcq =6.788+0.3952+2.853+12.815+0.632+0.09+3.302=16.875

43、m2 后墙600mm=0.6mAB= ;37952 (1140 600)2 =3833=3.833m,见图 4.2B'C =309/sin15=1194=01.194 mB'B =1221-1152=69=0.069mCD =2580=2.58 mFhq =(0.6+3.833+1.194+0.069+2.58 ) X 2.4=24.83 m2前、顶墙438-300=138=0.0138 mHI =638/ cos60o =1.276 m，见图 4.3FG =158/ cos45o =0.2235 mGH =1152-164-158=0.83 mEF =2580-158=2.2

44、42 mED=158+2631=2.789mFqq= (0.0138+1.276+0.2235+0.83+2.242+2.789 ) X 3=22.12 m2炉壁总面积Fbz =2 X 16.875+25+22=80.75 m2(3) 炉排有效面积3795+2322+638=6755=6.755mR=6.755X 2=20.27 m2图4.3炉膛部分结构示意图(4) 炉膛容积Foq X 2.72=16.875 X 3.0=50.625 m2(5) 炉膛有效辐射受热面前顶DE+EF=2631+158+2423=5.212m 曝光)(1275+831+224+2423+2789 -521 仁2.3

45、31 m (覆盖耐火涂料层)S=205, d=51，e=25.5， n=23(根)，S/d=8.9， e/d=0.5查线算图x-i 0.2, x21H1= (23-1 ) X 0.205X 5.212 X 0.2=4.70 m2H2= (23-1 ) X 0.205X 2.331 X 1=10.51 m21 0.6, 2 0.2Hq =0.6 X 4. 7+0.2 X 10.51=4.922 m2 后墙DC+CBBB' =2580+1194+8 仁3.855mAB=3.833mS=205, d=51, e=25.5, n=23 (根)，S/d=8.9 , e/d=0.5 查线算图x10

46、.2,x211 2 Hh= (23-1 ) X 0.205 X 5.212 X 0. 2=4.700 m22 2Hh = (23-1 )X 0.205X 3.833 X 仁5.56 m21 0.6, 2 0.2Hh=0.6 X4.7 0+0.2 X 17.29=6.278 m2ED侧墙水冷壁 =2631X 2580=6787980=6.7888m2 =(2423+2580)X1 58 X 0.5=395237=0.395 m2 =(2322+2631)X 0.5 X 152=2852928=2.853m2 =2332X 1221=2835162=2.835m2由 S=165， d=51， e=

47、65， S/d=3.24 ， e/d=65/51=1.275 得 x1=0.68 ， x2=1二 hO= (6.788+0.395+2.853 )X 0.68=6.44 m2 22H o2 =2.835X 1=2.835 m21 0.6, 2 0.2Ho=0.6X6.44+0.2X2.835=4.55 m22H =10.51+4.804+4.55 X 2=24.414m2(6) 炉膛平均热有效系数1= H / Fb3 =24.414/80.75=0.302(7) 炉膛有效辐射层厚度S 3.6Vl /Fl=3.6X50.65/ (80.75+20.27 ) =1.80 m(8) 燃烧面与炉墙面积

48、之比R/ Fbz=20.27/80.75=0.251炉膛的热力计算表4.6炉膛的热力计算序号名称符号单位算式或依据结果1燃料低位发热值QdwkJ / kg燃料特性188402燃料消耗量B'kg /sB /36000.9193计算燃料消耗量Bjkg /sBj / 36000.834保热系数锅炉热平衡计算0.9745炉膛出口过量空气Hl设计给定见表4.11.50系数6炉膛漏风系数 l设计给定见表4.10.107冷空气焓101 IkkJ / kg设计给定1288空气带入炉内热量QkkJ / kg| l|；=0.10 X 12812.89炉膛有效放热量QikJ / kgQy 100 q3 q4

49、 q6 QJ dw,亠亠100 q418840 100110 O'6712.818503100 1010理论燃烧温度11oC1=1.5查温度焓表142211理论燃烧绝对温度T11k11 +273169512炉膛出口烟温II1oC先设定，后校核100013炉膛出口烟焓IIIlkJ / kg"=1.5查温度焓表1255414炉膛出口绝对温度IITiki +273127315烟气平均热容量(VC%kJ/kg CIIIIQ Q /T T1 111 1烟气特性表rRo2 + rHO14.0916二原子气体的容积rq0.1741份额17一原子气体总分压PqMParqP =0.1741 X

50、 0.10.01741力18炉膛有效辐射层厚Sm炉膛结构2.835度19一原子气体辐射力PqSMPa mPqS=0.01741 X 1.260.049520一原子气体辐射减kqq1/ MPa m1.08弱系数21烟气密度y3kg / m3N取定值1.3022烟气灰粒平均直径dhm取定值20续表4.6序号名称符号单位计算公式或依据数值23每公斤燃料烟气的Gykg / kg1 (Ay/100) 1.306 "Vko10.10重量24烟气中灰粒无因次hAy fh/100Gy0.0064浓度25灰粒的减弱系数kh1/ MPa m43000 y/护而268.2126焦灰粒的减弱系数kc1/ M

51、Pa m1027无因次数X1对于烟煤取值128无因次数X2对于层燃取值0.0329气体介质吸引力kpS(kqrq kh h kcX1X2)PS0.51530火焰黑度hy1 e kps0.40331炉膛黑度1ahy(1ahy)p1(1 ahy)(1l)(1p)0.8033233系数炉膛出口的烟气温Mnlo C0.59-0.5 Xm0.521000度34炉膛出口烟焓n1lkJ / kg"=1.5查温度焓表1523035炉膛辐射放热量QfkJ / kg(Ql Il")0.98 (18503 15230)318836燃烧面热强度qR2KW /mB'QdW/R 0.3 18840/20.27854B'Qdw/Vl37燃烧室热强度qVKW /m20.919 18840/50.62534238辐射受热面强度qf2KW /mBjQf / H f0.919 3181/51.8750.364.4锅炉管束热力计算锅炉管束结构特性锅炉管束的结构计算左下角耐火材料覆盖面积DG管段的长度 JH GHtg 35 0tg 350 1694 tg35° 1308mmJI 2457mmHI JI JH 2457 1038 1419mmDG DF