电站锅炉炉膛设计解读

引言锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能［1］。1．1锅炉简介及发展状况锅炉简介将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。燃烧设备以提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备［2］。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。将固体燃料放在炉排上，进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炉［3］。锅炉结构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［3］。锅炉中有汽水系统和煤烟系统两大部分。（1）汽水系统经过水处理设备软化处理符合质量要求的给水，由给水本送至省煤器，经预热器提高温度后进入上锅筒（上汽包）。上锅筒内的炉水，连续的沿着处在烟气温度较低区域的对流管束流入下锅筒（下汽包）。下锅筒内的炉水，一部分进入炉膛四周的水冷壁下集箱和水冷壁管；另一部分进入烟气温度较高的对流管束。由于高温作用，在水冷壁内受热汽化，汽化混合物上升至上集箱或上锅筒；进入烟气温度较高区域对流管束内的水也受热汽化，汽水混合物也上升进入上锅筒。再上过桶内汇集并净化的饱和蒸汽，经出气管进入过热器继续受热，提高温度和除去水分，成为过热蒸汽。最后过热蒸汽经出汽总管输送到使用地点。（2）煤烟系统锅炉所需的燃煤，在经过筛选和破碎后，经斗式提升机、皮带输送机送到锅炉前部的煤仓。煤仓内的煤通过煤闸门，随着链条炉排的移动，连续的落到炉排上进入炉膛内燃烧。炉排后部的炉渣进入灰斗进入灰坑，有除渣机除去。锅炉燃烧所需的空气，由送风机进入锅炉后部的空气预热器，经预热提高温度后分段送到炉排下，穿过炉排缝隙进入煤层助燃。燃料燃烧产生的高温烟气，现将一部分热量传给炉膛四周的水冷壁管，然后高温烟气从炉膛上部经过立式过热器往后折转与对流管束，在进入后烟道、省煤器和空气预热器，进一步放出热量。此时烟气温度已经大大降低，不再利用，经除尘器、引风机和烟囱排放至大气［2］。锅炉的发展随着生产的发展蒸汽锅炉在工业生产或热力发电厂中的使用越来越多，在国民经济中的地位也更为重要，因此如何提高锅炉的安全性、经济性，降低其造价，增长其使用寿命，减少其对环境的污染等等，已成为锅炉发展和研究的重大问题［1］。火力发电厂中，锅炉是主要生产设备之一，它随着电力事业的发展而不断发展，其发展趋势大体上可按下述几方面来说明：（1）锅炉容量世界工业先进国家为了适应电力需要的增长，大多尽快扩大发电机组的单机容量。机组容量增大则每千瓦的设备费用降低，金属耗量减少，基建投资节省。在其他条件相同时，锅炉容量增大一倍，每吨的金属用量金属减少5-20%，所需要管理人员也减少。（2）蒸汽参数随机组容量的增大，提高电厂的热效率就变得更为迫切，提高蒸汽参数和采用蒸汽再热提高电厂热效率的有效措施。1．2锅炉炉膛锅炉炉膛的概念锅炉炉膛是用来燃烧燃料和空气的有限空间。现代锅炉的炉膛既是一个燃烧室，又是一个换热设备。锅炉中工质的总吸热量有一半左右是通过布置在炉膛四周的受热面完成的。因此，分析炉膛的传热特征和研究传热计算的方法是锅炉工作者的重要任务［4］。锅炉炉膛的设计锅炉是中国重要的热能动力设备,中国是当今世界燃煤锅炉生产和使用得最多的国家之一。但我国对锅炉设计的起步较晚，发展较慢，尽管如此，广大热工技术人员还是做了大量研究工作。中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。尤其自改革开放以来,随着国民经济的蓬勃发展,全国有上千家持有各级锅炉制造许可证的企业,可以生产各种不同等级的锅炉［5］。炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。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［6］。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行的经济性和可靠性都可能降低锅炉炉膛设计的一种方法是参照本厂或其它厂已经投运的性能良好的锅炉（即所谓样机炉）结构尺寸及其性能,比较新炉的燃料与样机炉的燃料特性差别,适当调整样机锅炉的结构尺寸及工况参数,从而作为新炉的设计依据。为了适应设计者的习惯,从理论上给出锅炉燃烧稳定性及燃尽性能公式,并令新炉与样机炉两者性能相等,从而解出欲求的新炉设计数据，按此法设计,保证新炉的性能与样机炉一致。在进行炉膛设计时，炉膛结构尺寸主要包括:炉膛截面深a和宽b,燃烧器上下一次风中心喷嘴距离h，上排一次风喷嘴中心至屏下缘距离L。其它尺寸则参考样机由设计者自行决定。1．3锅炉炉膛的传热锅炉炉膛的传热概述炉膛的传热过程主要是指炉膛内火焰与水冷壁管间的热交换过程。这种热交换过程是相当复杂的。它常常伴随着燃料的燃烧、火焰和烟气的流动以及水冷壁管外表面辐射特性的变化等。但是，它传热的主要形式却是辐射换热［6］。炉膛结构的几何特征主要包括：（1）炉膛容积；（2）炉膛内炉墙总面积；（3）炉膛有效辐射受热面的面积；（4）炉膛火焰有效辐射层厚度；（5）炉膛水冷程度。关于锅炉炉膛传热计算方法的研究已有100多年的历史。迄今为止,工程界和学术界提出的炉膛传热计算方法和模型各式各样、名目繁多。由于炉内传热过程复杂、相关因素很多,现有的炉膛传热计算方法和模型难免存在这样或那样的问题。为便于从现有的众多计算方法和模型中选用合适的计算方法和模型,因此要对炉膛传热计算方法的发展状况及现有的主要计算方法进行分析。在此基础上,指出目前工程设计计算中应优先选用的方法以及今后炉膛传热计算方法研究的方向。锅炉炉膛传热计算常用方法由于辐射换热在工程领域中的普遍存在及其求解的重要意义,国外锅炉炉膛传热设计一直在发展，一些新的炉膛传热计算方法和模型仍在不断涌现。这些模型各有优劣,对不同的问题所能获得的解的精度和适用性各不相同。零维模型Hudson最早进行锅炉炉膛传热试验研究，并于1890年提出了锅炉炉膛传热计算的经验公式,后由Orrok加以修正,得到如下形式的经验关系式：1001+話#式中卩炉膛吸热率,％L——空气与燃料的质量比,kg/kgB——以优质烟煤为基准计算的燃料量,kg/hFl——辐射受热面投影面积,Mullikin根据辐射传热的Stefan-Boltzmann定律提出了如下形式的炉内辐射传热计算公式：Q=aHo（Thy4-Tb4）式中a黑度aStefan-Boltzmann常数Thy——火焰平均温度,KTb——壁面温度,KH——有效辐射受热面积,前苏联中央汽轮机锅炉研究所（UKTH）以ryPBHH为首的研究小组在综合了大量的试验数据的基础上，提出了锅炉炉膛传热计算的半经验方法，称为UKTH法。由于此方法当时在实际计算中有较高的准确性,于1957年和1973年2次写入前苏联锅炉机组热力计算标准方法中。零维模型粗糙,但形式简单、使用方便、适合炉膛初步设计使用。多维模型自50年代末Hottel等人提出辐射换热的区域法模型以来,目前已有许多辐射换热的计算方法,常见的主要有:蒙特卡罗法、热流法、离散坐标法等。这些方法各有优劣,所能获得的解的精度及详细程度以及网格与流动计算的相容性也不相同。（1）蒙特卡洛法蒙特卡洛法作为一种概率模拟方法，自Howell将其引入到辐射传热计算领域中以来,已有很长的一段历史。其基本思想是对微元体的发射、吸收和散射以及边界壁面的发射、吸收和反射过程作概率模拟。通过概率模拟跟踪每个能束的发射、吸收、散射和反射的情况,直到吸收为止,并统计每个微元吸收能束的数目。（2）热流法热流法将微元体界面上复杂的半球空间热辐射简化成垂直于此界面的均匀热流,使积分-微分形式的辐射传递方程简化为一组有关热通量的线性微分方程,然后用通用的输运方程求解方法求解。（3）离散坐标法辐射传递方程的离散坐标解法是Chan-drasekhar研究星际和大气辐射问题时首先提出的，并被Lathrp等人应用于中子传输问题。Love等人最早将其引入到一维平板辐射换热问题的求解中。最近，Truelove、Fiveland和Jamaluddin对离散坐标法在三维辐射传热计算中的应用进行了研究。离散坐标法基于对辐射强度的方向变化进行离散，将辐射传递方程中的内向散射项用数值积分近似代替，通过求解覆盖整个4n立体角的一套离散方向上的辐射传递方程而得到问题的解［8］。1．4本次炉膛设计方法及目的本次设计主要采取零维模型法，先要完成锅炉整体的校核热力计算，之后完成煤种改变后炉膛及其中各受热面的结构设计及热力计算，总结煤种改变对炉膛的传热影响。绘制锅炉本体结构图，炉膛及其中各受热面平面图、剖面图及管道布置图［9］。通过对某型号电站锅炉炉膛的设计，让学生通过具体的实践，进一步深入理解、掌握和综合运用所学的专业课知识，进一步拓宽知识面，通过一定的技能训练，培养分析和解决实际问题的能力，使学生得到基本的训练，达到本科生培养目标的要求。通过毕业设计进一步提高和训练学生工程制图、计算机应用和文献阅读、外文翻译、摘要书写的能力；熟悉有关设计规范、技术手册和工具书；增强本科生毕业后到生产第一线工作的适应能力。1．5设计的基本参数锅炉参数锅炉额定蒸发量：De=220t/h=220xl03kg/h给水温度：tgs=215oCgs过热蒸汽压力（表压）：pgs=9.8Mpa过热蒸汽温度：540oC制粉系统：中间仓式（热空气做干燥剂、钢球筒式磨煤机）燃烧方式：四角切圆燃烧排渣方式：固态环境温度：20oC燃料特性水分：M=24%ar灰分：A=2l.3%ar碳：Car=39.3%ar氢：H=2.7%ar氧：O=ll.2%ar氮：N=0.6%ar硫：S=0.9%ar收到基低位发热量：Qt=14580kJ/干燥无灰基挥发分：Vdaf=37%daf空气干燥基水分：Mad=1.6%adBTH法可磨性系数：Kkm=1.3变形温度：1150oC软化温度：1300oC熔化温度：1360oC过量空气系数和漏风系数选取过量空气系数总的原则是在保证燃料稳定燃烧的基础上，减少锅炉的热损失。由于过量空气系数引起的热损失主要是排烟热损失q2但在一定范围内还可以使q3、q4减少，使锅炉效率降低。过量空气系数也与燃煤种类有关，对于固体燃料的锅炉过量空气系数应较大。设计锅炉时一般以炉膛出口烟窗处的过量空气系数作为选取基点，它主要与炉膛中燃料的燃烧效率有关，燃烧效率越高，炉膛出口烟窗处的过量空气系数选取的较小。（De\0.5非额定负荷时漏风系数厶a=——kD丿式中De——锅炉额定负荷D锅炉实际负荷辅助计算为了便于锅炉各受热面的热力计算，往往在热力计算开始之前，依据提供的原始资料和数据，将热力计算中常用到的一些基本参数和数据，如锅炉的各处烟气量、烟气成分、烟气特性参数以及烟气焓温表等，设计成计算图或计算表，以便在以后的计算中随时查用。这些计算图（表）的计算称为锅炉热力计算的辅助设计计算或准备计算。显然，锅炉辅助计算将直接影响锅炉热力计算的质量［13］。辅助计算包括以下内容：（1）燃料数据的分析和整理；（2）锅炉漏风系数的确定和空气量平衡；（3）燃料的燃烧计算及烟气特性参数的确定；（4）锅炉热平衡及锅炉热效率、燃料消耗量的估算。2．1燃料数据的分析和整理燃料数据应符合锅炉设计热力计算的规定和要求。对燃料来说，要求提供以下原始资料：（1）煤的应用基元素成分；（2）用测热计测取的煤的应用基低位发热量；（3）煤的干燥无灰基挥发分含量；（4）灰的熔融特性参数（t厂t2、t3）值；（5）煤的可磨性系数以上数据均已在前言中燃料特性中说明。2．2锅炉的空气量平衡在负压下工作的锅炉机组，炉外的冷空气不断地漏入炉膛和烟道内，致使炉膛和各个烟道内的空气量、烟气量、温度和焓值相应的发生变化。对于炉膛和烟道各处实际空气量的计算称为锅炉的空气量平衡。在锅炉热力计算中，常用过量空气系数来说明锅炉炉膛和烟道的实际空气量。锅炉的空气量热平衡见表1-1[1]。2．3燃料燃烧计算计算内容燃烧计算是以单位质量或体积的燃量为基础。燃料燃烧计算包括：燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算。（1）燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论烟气。（2）烟气特性计算：各受热面的烟道平均过量空气系数、干烟气容积、水蒸气积、烟气总容积、RO2容积份额、三原子气体和水蒸气容积份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。计算中需注意的是，由于本炉屏和凝渣管的漏风系数为0，故炉膛、屏式过热器、凝渣管的出口过量空气系数均相同，可直接取炉膛出口过量空气系数；炉膛、屏式过热器、凝渣管平均过量空气系数也直接取炉膛出口过量空气系数；其他受热面的平均过量空气系数则取该受热面的进、出口过量空气系数的算术平均值。（3）烟气焓的计算需要分别计算炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温空气预热器、低温省煤器等所在烟气区域的烟气不同温度下的焓，并列成表格，做成所谓的焓温表，以备以后计算查用。计算过程中用到的受热面出口过量空气系数见表1-5[3]。空气和烟气的焓要进行锅炉受热面的传热计算必须知道如何计算空气和烟气的焓，在这里空气和烟气的焓在定压条件下将1kg燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0oC加热到toC（空气）或°C（烟气）时所需的热量，单位为kJ/kg。（1）理论空气焓

图1燃料燃烧计算方框图根据理想气体焓的计算方法，理论空气量的焓为ho为kho=Vo(ct)kkJ/kg

kk2)实际空气量的焓实际空气量的焓hk的计算式为k

hk=他o=pVo（ct）kkJ/kgk式中（叫——1m3标准状态下的干空气连同其携带的水蒸气在温度toC时的焓。（3）理论烟气焓理论烟气是多种成分的混合气。有工程热力学可知，其焓值等于各组成成分焓的总和，所以理论烟气的焓ho的计算式为yho=V（c9）+V。（c9）+V。（c9）kJ/kgyRO2RO2N2N2H2OH2O烟气焓温表

表2.6烟气焓温表（用于炉膛、屏式过热器、高温过热器的计算）烟气或空气温度U（°C）理论烟气焓ho（kJ/y熄）理论空气焓h（（kJ/k熄）理论烟气焓增（每100C）Ah0y炉膛、屏、凝渣管高温过热器a"=1.2a"=1.225hAhhAh4002595.612096.61——3014.933067.35696.04806.25820.025003291.652647.663821.183887.37714.67827.36841.456004006.323211.094648.544728.82733.12848.12862.497004739.443786.105496.665591.31749.29866.01880.608005488.734369.706362.676471.91762.29880.87895.699006251.024962.587243.547367.60775.29895.24910.2410007026.315562.358138.788277.84787.32909.29924.5411007813.636172.229048.079202.38797.24919.96935.3012008610.876785.819968.0310137.68808.17932.64948.1913009419.047408.1510900.6711085.87713.60938.95954.62140010232.648034.9011839.6212040.49821.79947.72963.46150011054.438664.5412787.3413003.95828.55955.47971.34160011882.989299.1513742.8113975.29836.40963.69979.60170012719.389935.6114706.5014954.89838.20965.54981.46180013557.5810572.3015672.0415936.35843.75972.989893311218.4716645.0216925.49847.17976.23992.36200015248.5011863.7717621.2517917.85854.88985.081001.35210016103.3812514.7718606.3318919.20852.94982.86999.10220016956.3213164.3519589.1919918.30式中（c9）、c9）、c9）理论烟气中各成分在温度9oc时的焓值。RO2N2H2O本科毕业设计本科毕业设计第页共43页烟气特性如下表所示表2.5烟气特性表序项目名称符号单位炉膛，屏，高温过低温过高温省高温空低温省低温空号凝渣管热器热器煤器预器煤器预器1受热面出口过量空气系数烟道平均过量空a"1.21.2251.251.271.321.341.392气系数a.pj1.21.21251.23751.261.2951.331.3653干烟气容积Vgym3/kg4.57324.6224.71824.80524.945.0765.2114水蒸气容积VH2Om3/kg0.67240.67320.67480.67620.67840.68050.68275烟气总容积Vym3/k5.24565.29525.3935.48145.625.7615.89376ro2容积份额rR2O0.140.1410.1370.1350.1320.1280.1267水蒸气容积份额rH2O0.1280.1270.1250.1230.1210.1180.1168三原子气体和水蒸气容积总份额r0.270.2670.2610.2570.2530.2460.249容积飞灰浓度Mvg/m337.3637.2636.3435.7534.8734.0233.2510烟气质量myk/k6.856.917.0367.157.3277.5037.6811质量飞灰浓度k/k0.0290.0280.0280.0270.0270.0260.0252.4.5锅炉内的燃烧计算1)理论空气量VoVo=0.0889(C+0.375S)+0.265H-0.033O=3.87m3/kgarararar2)理论氮容积VoN2%=0.8扫+0.79心06m3/kgRO2容积%2CS%=1・866而+%=0.74m3/kg理论干烟气容积VogyVgyo=VoN2+VRO2=3.81m3/kg理论水蒸气容积VoH2O%=11.1伫+1.24Mar+1.61d,W(d=0.01kg/kg)=0.66m3/kgH2O100100kk(6)飞灰份额a仏查表2-4[3]可得0.92fh烟气焓温表(用于低温空预器的计算)表2.7烟气焓温表（用于低温空预器的计算）锅炉炉膛受热面的布置及其热力计算3．1锅炉的外形布置校核热力计算：校核热力计算的任务是在锅炉容量和参数、燃料性质、锅炉各部结构、和尺寸已知的情况下，确定各受热面边界处的水、风、烟温度以及风、烟流经各受热面时的速度和锅炉效率、燃料消耗量等。校核热力计算可以帮助人们正确制定出提高锅炉安全经济运行的和改造锅炉的合理措施，同时也为锅炉的其他计算，如锅炉的通风计算、强度计算及水动力计算提供依据［10］。校核热力计算的主要内容包括：（1）锅炉辅助设计计算：这部分计算的目的是为后面受热面的热力计算提供必要的基本计算数据或图表。（2）受热面热力计算：其中包含为热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算。（3）计算数据分析：这部分内容往往是鉴定设计质量、考核学生专业知识水平的主要依据。整体校核热力计算过程如下：（1）列出热力计算的主要原始数据，包括锅炉主要参数和燃料特性参数；（2）根据燃料、燃烧方式及锅炉结构布置特点，进行锅炉通道空气量平衡计算；（3）理论工况下（a=1）的燃烧计算；（4）计算锅炉通道内烟气的特性参数；（5）绘制烟气温焓表；（6）锅炉热平衡计算和燃料消耗量的估算；

（7）锅炉炉膛热力计算；（8）按烟气流向对各受热面依次进行热力计算；、（9）锅炉整体计算误差的校验；（10）编制主要计算误差的校验；（11）设计分析及结论［11］。锅炉的热力系统确定之后需要选择一定得锅炉外型以满足热力系统对各个受热面布置得要求。锅炉外型的布置与锅炉参数、燃烧设备的型式以及制造工艺条件等因素有关还与锅炉房的建筑模式及其他设备的配合等方面的要求有关。对于中等参数和中等效率的要求，给：为锅炉热力系统不C温度和U可缺少的部件和尾部受热面的相对位置，图中（a）通常称为“

型式。因此本设计也采用图布置出布置型大中型电站锅炉的整彳炉大多采用室，过热器、布置锅炉常见的内外大中种布置对于受热面的■布上的电站锅度都比较高，而很少在种对于中等参数和中等效率的要求，给：为锅炉热力系统不C温度和U可缺少的部件和尾部受热面的相对位置，图中（a）通常称为“

型式。因此本设计也采用图布置出布置型大中型电站锅炉的整彳炉大多采用室，过热器、布置锅炉常见的内外大中种布置对于受热面的■布上的电站锅度都比较高，而很少在种国然方式。室燃炉由于热力循环「、空气预热器等受热面成本的外型取决于炉膛省布置方案寸广泛的一种布置较简便，各受热面易于和烟气成逆流形式。锅炉排烟出口在底层，送、引风机等动力设备以及除尘设备都可以安置在地面基础上。锅炉德尔构架和厂房建筑高度比较低。本设计国产220t/h锅炉采用这种方案可以节省钢材约250t，占结构用钢的15%［4］。然而，由于尾部烟道和炉膛后墙靠的太近，使尾部受热面检修空间减小，不利于维修。

3．2锅炉炉膛及辐射受热面的布置锅炉炉膛兼有完成燃料燃烧和传热的任务，在布置和设计炉膛时首先要满足燃料燃烧的要求，在此前提下考虑炉膛中合理布置辐射受热面，使炉膛中辐射受热面的吸热量达到锅炉热力系统所分配的吸热量的规定。炉膛燃烧器的布置方式对于室燃炉的炉膛根据燃烧器的类型和布置方式可分为下图几种方案。图4室燃炉炉膛型式对于直流燃烧器多采采用四角切圆布置方式，如图3-2(b)所示。这种角置式直流燃烧器的炉膛在锅炉容量小于670t/h时一般为单炉膛型式，为了保证良好的炉内空气动力场结构，炉膛横截面的形状应尽可能的设计成正方形或接近正方形的矩形。炉膛中辐射受热面的布置炉膛中的辐射受热面主要是指炉膛的水冷壁。水冷壁管有光管或鳍片管两种形式，在中小锅炉中，水冷壁多由光管组成。锅炉容量增大后，炉膛面积相对减少，为了充分利用炉膛面积，水冷壁管的节距比较小，布置紧密。当然这对保护炉墙的结构影响很大。大容量锅炉将光管或鳍片管焊接在一起，构成膜式水冷壁，如下图所示，膜式水冷壁节距越大，水冷壁的管束越少，膜式壁的金属耗材降低，但是由于鳍片宽度增加，在同样的向火面热负荷时鳍端的金属温度升高，容易烧损。另外，如果相邻鳍片热负荷不均匀，鳍片越宽，两端的温差越大，由此产生的附加热应力也越大，可能造成鳍片焊口的断裂，是水冷壁失效，在目前焊接工艺条件下不允许相邻管子的金属温差超过50oC。由于采用膜式水冷壁，炉墙不直接与高温火焰接触，可省去笨重的耐火材料，只要轻便的保温材料即可。这样可以大大简化炉膛的结构，减轻炉膛重量，有效的改善炉膛的密封性。在现代大中型锅炉中，为了改善炉内的空气动力工况，减少烟气死滞区，增加火焰的充满度，都将后墙水冷壁上的靠近出口烟窗处弯制成折烟角，如图3-4所示。折烟角可以增加水平烟道的长度，可以在不改变锅炉深度的条件下布置更多的对流过热器受热面。折烟角迫使烟气流转向，防止烟气短路流入水平烟道，改善烟道冲刷屏式过热器的空气动力特性，增加横向冲刷作用，是烟气流速沿水平烟道高度分布趋于均匀，折烟角入炉膛的深度约占炉膛深度的1/3〜1/2,—般取a=25。〜45。，0=45。〜75。。水冷壁通常要分成几段：⑹（1）炉膛下部（亦称下辐射区）的水冷壁管内工质一般为过冷水或干读很小的汽水混合物状态，在该区内工质存在从单相流体变成两相流体的相变过程，为了获得稳定的两相流体流动的稳定性，水冷壁管采用不同的管径。（2）炉膛中部（亦称中辐射区）的受热面是蒸发受热面，管内工质为汽水两相状态。为了使下辐射区出来的汽水混合物能均匀的分配至中辐射区的并行管子，两端之间设置有汽水分离器。中辐射区的管径较大。该区段是工质完成蒸发的主要区段，一般情况下辐射区的干度约为0.7〜0.85左右。（3）炉膛上部（亦称上辐射区）的水冷壁管是全部完成工质的汽化过程并逐步使之过热的辐射受热面。由于上辐射区存在工质的蒸干点，为了使水冷壁金属耗材有足够的冷却条件，设计时管内工质的质量流速选取较高。工质到达出口集箱时,蒸汽有5oC~8oCo炉膛水冷壁的设计，除了要考虑其受热特性外，还要考虑水循环的可靠性、热膨胀位移的自由度及支撑吊挂的结构型式等。锅炉凝渣管的布置现代锅炉一种常见的对流蒸发受热面时布置在炉膛现户口烟窗后的凝渣管束。它的作用是确保烟气下游行程中的对流受热面不发生结渣现象。虽然炉膛出口的烟气温度再设计炉膛时已考虑到使其低于煤的灰熔点，但由于炉内温度场的不均匀，仍有可能在烟窗的局部区域烟气温度超过炉膛出口烟气温度，烟气中的灰粒可能处于熔化状态。如果这些溶化的灰粒凝结在较密集的对流换热面上，则容易粘结成片，堵塞烟气通道，增加烟气流动阻力，影响锅炉的正常运行。布置凝结管束后可以使流过的烟气温度降低50oC~80oC，飞灰会因此而全部凝固，不会在粘附在下游的受热面上。为了使粘附在凝管上的灰渣不至于连成片，凝渣管的横纵向节距都应设计的较大。现代锅炉的凝渣管多是由后墙水冷管（或后拱管）拉宽而成。后墙水冷壁管到达烟窗后有规则的移除后墙水冷壁的平面，形成3~5排的错列布置的管束形式。虽然流过凝渣管束的工质实际上是后墙水冷壁内的工质，管外烟气的流速也较低，但是他已不属于炉膛的辐射受热面，他的传热计算方式也完全不同于水冷壁。在锅炉热力计算中它是烟气辐射换热和对流传热的分界面，自此以后烟气流过的受热面均匀的流过受热面。高压锅炉过热蒸汽温度较高，通常都布置有屏式过热器，这时炉膛出口烟气首先经过后屏，凝渣管的作用可以由后屏来代替。而后墙水冷壁管则通过特制的后墙引出管将烟气引出锅炉的水平烟道。后墙水冷壁引出管节距较大，它的主要作用是承受后墙水冷壁和炉墙的重量，但热力计算时要单独计算其对流吸热量。综上锅炉炉膛及相关受热面已经布置完毕，接下来将进行热力校核计算。炉膛的热力计算4．1炉膛校核热力计算的步骤炉膛校核热力计算可以按以下步骤进行：（1）计算炉膛结构尺寸及烟气有效辐射层厚度；（2）选取热风温度，并依据有关条件计算随每千克燃料进入炉膛的有效热量；（3）根据燃料种类、燃烧设备的形式和布置方式，计算火焰中心位置的系数M；（4）估计炉膛出口烟温，计算炉膛烟气平均热容量；（5）计算炉膛受热面辐射换热特性参数，如水冷壁的灰污系数Z、辐射角系数x、

热有效系数/等；（6）根据燃料和燃烧方式计算火焰黑度和炉膛黑度；（7）计算炉膛出口烟温；（8）核对炉膛出口烟温误差；（9）计算炉膛热力参数，如炉膛容积热强度等；（10）炉膛内其他辐射受热面的换热计算，如屏式过热器等。图9炉膛校核热力计算方框图4・2炉膛几何特征的计算炉膛结构的几何特征参数及其影响因素炉膛结构的几何特征主要包括：（1）炉膛容积；（2）炉膛内炉墙总面积；（3）炉墙有效辐射受热面的面积；（4）炉前火焰有效辐射层厚度；（5）炉墙水冷程度。炉膛结构几何特征参数与锅炉的设计容量、燃料特性、炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、燃烧区域受热面热负荷、炉膛辐射受热面热负荷、炉膛出口烟气温度等设计参数密切相关。锅炉炉膛设计中，参照设计规范中推荐的取值范围和选取原则，再接合以往经验来决定这些参数的合理取值。炉膛容积热负荷炉膛容积和尺寸的确定，根据燃料特性及燃烧方法等工况条件，按下表推荐的数值范围，并参考以往的经验选择炉膛容积热负荷qv的数值，然后再求炉膛的容积。炉膛容积为:V=qv根据本设计的实际情况取q=0.12MW/m3。炉膛容积热负荷的取值越小，则折算到±V单位炉膛容积内的放热量越大；反之，则越小。显然炉膛容积热负荷决定了炉膛内的整体温度水平，同时也决定了燃料在炉膛内的停留时间。但二者的影响规律相反，炉膛整体温度高。则燃料停留时间短；反之，锅炉整体温度低，则燃料停留时间长。为了考虑燃料燃烧和炉内传热过程对室燃炉炉膛的限制，设计锅炉时通常用炉膛热负荷这一参数表示，炉膛热负荷是一个大尺度的统计数据，他能够从某种程度上反映燃烧和传热对炉膛几何尺寸的要求，但是由于炉内燃烧温度和传热计算的复杂性，炉膛热负荷仅仅是一种经验性的参数。炉膛截面热负荷炉膛容积确定后，再根据表4-2推荐的炉膛断面热负荷qA,并参考以往经验，计算炉膛截面尺寸：A=m2qA截面热负荷从另一角度反映了炉膛内的温度水平和燃料在炉膛内的停留时间，弥补了炉膛容积热负荷仅能够确定炉膛容积而不能其形状的不足。炉膛容积热负荷和截面热负荷的结合可以合理的确定炉膛的容积、形状和尺寸。在相同的炉膛容积条件下，选取较高的截面热负荷可以得到较高的炉膛，而选取较低的截面热负荷可以得到相对较大的炉膛截面和较低的炉膛高度。对于本设计qA选取为2.45MW/m2，炉膛的宽度和深度的比例应保持在1~1.1的范围内。炉膛的高度尺寸主要受燃料在炉膛内停留的时间的影响，炉膛越高，燃料可停留时间越长，煤粉燃尽几率越大。故经计算和经验的炉膛宽度为8622mm，深度为7983mm。表4.2炉膛截面热负荷qA统计值MW/m2锅炉蒸发量D（t/h）220〜230400~41067010002000切向燃烧褐煤和易结渣煤2.10〜2.562.91~3.373.20〜3.723.20〜3.783.30〜3.83烟煤2.33〜2.672.79〜4.073.72~4.654.37~5.404.80〜5.62无烟煤、贫煤2.20〜3.482.58〜3.502.73〜4.00~4.98前墙或对冲布置2.21〜2.793.02〜3.723.49〜4.07油、气4.07〜4.774.19~5.235.23~6.166.12~7.797.09〜8.14截面热负荷取决于燃料的燃烧特性和灰渣特性等因素。对着火和燃烧性能较差的煤，趋向于选择较高的截面热负荷，过低的截面热负荷会造成燃烧器区域温度下降，不利于正常着火。但同时还需要考虑煤燃烧时的结渣特性，如果截面热负荷较高，则将没有足够的受热面吸收燃烧器区域燃料燃烧释放的热量，是局部温度过高，引起燃烧器附近区域结渣。对固态排渣炉，当然用灰熔融温度较高的煤种时，qA可取较高数值，对灰熔融温度较低的煤，qA应适当降低。截面热负荷的选择还应考虑到水冷壁内工质冷却能力的影响，避免局部水冷壁热负荷过高，对亚临界锅炉，工质冷却能力较差，局部偏高的热负荷会使水冷壁金属温度升高到危险温度。另外，炉膛容积热负荷增大会使炉膛面积相对减少，可布置的受热面减少，辐射传热量降低，火焰平均温度提高，容易在受热面上结渣。如果选取过低，炉膛容积过大，使锅炉结构不紧凑，降低了炉膛的火焰温度水平，不利于燃料的稳定燃烧。以上讨论的是从锅炉总体平均的角度。根据炉内燃烧和传热的特点得到的一些结果。但是，炉膛内局部的q和qA的值却是十分不同的，特别是在燃烧器附近，燃料大部分集中在这个区域内燃烧，燃烧强度最大，火焰的温度最高，即便整个炉膛德尔辐射受热面面积是足够的，在燃烧器区的水冷壁上仍然存在结渣的危险。所以进一步设计炉膛时还应考虑到燃烧器附近的局部特性。工程上通常用燃烧器区域的炉膛断面热负荷qf来表示他的燃烧和传热过程的特性。如果设计选用的q/直越小，释放相同德尔燃料燃烧的炉膛横截面积越大，燃烧区域锅炉炉膛所具有的辐射受热面积越多，受热面的传热能力较强，越不易发生炉壁结渣现象。对于本设计的实际情况暂不考虑qf的影响只作为参考。4.2.4确定炉膛容积边界的一般原则（1）贴墙水冷壁管中心线所在的平面；（2）绝热保护层的向火表面，未敷设水冷壁的地方为炉墙内壁面；（3）炉墙出口断面：通过后屏过热器或凝渣对流管束的第一排管子中心线的所在平面；（4）炉膛底部：冷灰斗高度一半处的水平面；当采用平炉底时的炉底平面；（5）当屏式过热器占据整个炉膛顶部或布置于炉膛出口烟窗处而占据部分炉膛容积时，则为屏式过热器与炉膛的交界面；若屏式过热器布置于炉膛中部或两侧，以及布置在炉膛上部或前侧时，则屏式过热器所占空间应计入炉膛容积内（此时屏式过热器作为炉膛容积内的辐射受热面）；（6）对于炉膛中狭长容积的部分，去深度为0.5m处的截面。4.2.5计算过程中的具体问题（1）计算炉膛容积，可将炉膛容积划分为几个简单的几何体分别计算，然后求其和；（2）炉墙总面积即包覆炉膛容积的总面积，含炉膛内辐射受热面的形体表面积，对于双面水冷壁和前屏过热器，以其边界管中心线和管子曝光长度所围成的面积的两倍计入炉内炉墙总面积；（3）炉膛辐射受热面多布置在炉墙表面上，所以炉墙内总面积是计算炉内换热的基础。计算炉墙内总面积时，应扣除炉墙尚未敷设管子的区段。如喷燃器及人孔门的面积；（4）炉膛有效辐射受热面面积是指参与辐射换热的面积。在炉膛热力计算中，它为一假想的连续平面，而其面积数值的大小，在吸热方面与沾污的辐射受热面相当；（5）炉膛有效辐射受热面与炉墙面积的比值称为炉膛水冷壁水冷程度：X=S/A它是个反映炉膛结构布置特性的参数，其物理意义相当于整个炉膛的平均辐射角系数。（6）炉膛介质的有效辐射层厚度，在炉膛容积内不含有屏式过热器时，计算如下：s=3.6—mA14.2.5锅炉炉膛结构数据炉膛结构的基本数参见CAD图（1）前墙总面积AqqA=8・622[（1.395+0・905）+3・955/2]+22.176X（6.83+2X1.267）=250.43m2q（2）侧墙总面积2AccAc1=（7.983+4.491）X2.081X0.5Ac2=6.191X12.976c2Ac3=[6.191+（7.983-0.896-1.76）]X1.016X0.5Ac4=（7.983-0.896-1.76）X0.344Ac5=[（7.983-0.896-1.76）+4.461]X0.86X0.5A=6.874X4.461c62A=2（A+A+A+A+A+A丿=271.72m2cc1c2c3c4c5c6

3)后墙总面积AhhAh=8.622X[(5.433/2+4.491/2)]+12.976X(6.83+2X1.276)+8.622X2.032=181.86m2喷燃器总面积AycycA=6m2yc炉顶面积AldAld=(4.461+0.896)X8.622-2X0.5X0.896X0.896=45.47m2炉膛与屏交界面积A2A2=(6.874+0.225+0.344)X8.622=64.17m2炉墙总面积A1A=A+2A+A+A+A=813.65m21qchld2炉膛截面面积AAA=7.983X8.622-0.8962X2=67.23m2A(9)水冷壁管外径d10）水冷壁管节距10）水冷壁管节距SS=6411）管子至墙中心距ee=012）水冷壁角系数XslXsl=0.98slsl13）炉顶角系数XldXld=0.98ldld14）出口烟窗角系数XycXyc=1\o"CurrentDocument"ycyc（15）炉膛容积V1V1=AcX8.622+（8.622+6.83）X0.896X0.5X（22.176+12.976）=1414.72m3（16）二等分平面到出口烟窗中心线的距离H1=20.17m（17）冷灰斗二等分平面到炉顶的距离H0=24.26m（18）冷灰斗二等分线平面到燃烧器中心线的距离Hr=5.28mr（19）炉膛总有效辐射受热面AlzlzAlz=0.98X（A1-A2-Ayc）+1XA2=792.78m2（20）炉膛水冷程度XX=S/A=0.97lz1（21）炉膛有效辐射层厚度ss=3.6XV1/A1=6.26m4．3炉膛热力计算中的几个问题4.3.1关于炉膛出口烟气温度炉膛出口烟气温度，中小型锅炉指凝渣管前的烟温，大容量锅炉通常指屏式过热器前烟温。炉膛出口烟温的高低，决定了锅炉机组辐射热量和对流换热量的比例份额。炉膛出口烟温偏低，降低对流过热器的平均传热温差，又势必会增大昂贵的对流过热器受热面。此外，炉膛出口烟温还首先应保证锅炉出口不结焦。为此，炉膛出口烟温应低于燃料灰分的软化温度（一般ST低100oC）。通常在进行锅炉设计时，燃煤锅炉出口烟温的选择，以对流受热面而不结焦为前提，表4-5[3]提供了燃煤锅炉炉膛出口烟温的推荐值。关于热空气温度热风温度主要依据燃烧方式的要求确定。首先应保证燃料迅速点燃和稳定燃烧。但热风温度过高，将使空气预热器的结构过于庞大，尾部烟道布置困难，设备初投资及运行费用高。热风温度主要依据燃烧方式的要求确定。首先应保证燃料迅速点燃和稳定燃烧。电站锅炉热风温度的推荐值见表4-6[3]。一般液态排渣炉和燃用高水分燃料用热风作为干燥剂的制粉系统，需要用较高的热风温度。灰污系数灰污系数是考虑受热面反向辐射对换热影响的系数，其数值的物理意义表示火焰辐射到受热面上的热量最终为受热面所吸收的份额。若水冷壁管被灰污的越严重，其灰污层表面温度越高，反辐射能力越强，水冷壁吸收的热量越少，则灰污系数越小。灰污系数的大小与多种因素有关，在炉膛设计计算中可参照表4-7[3]取用。双面水冷壁及炉膛容积内的屏式过热器，其灰污系数比贴墙管水冷壁的灰污系数小0.1；而满焊双面壁比贴墙非膜式要小0.05。火焰中心位置修正系数系数M是被用来考虑沿炉膛高度方向温度最高处的相对位置对炉内换热影响的参数。是重要的修正系数之一，对计算结果影响很大，以下规定了M值的计算方法。对煤粉炉M值一般不大于0.5。M=A-B（x+Ax）x=H/HrrL工nBHH=_rur乙nBii式中A、B——与燃料种类和炉膛结构有关的经验系数，其值见表4-8[3],A取用0.56,B取0.5；x——燃烧器的相对高度；rA—火焰最高温度点的相对位置修正值，其值见表4-9[3]，取用0；Hl——炉膛高度，即从炉底或冷灰斗中间平面至炉膛出口烟窗中部的高度，m；H——燃烧器的布置高度，即从炉底（平炉底的炉膛）或冷灰斗中间平面（炉r底为冷灰斗的炉膛）至燃烧器轴线的高度，m；B.——对应每层燃烧器的燃煤量，kg/s；H.对应于每层燃烧器的布置高度，m；rin.——该层燃烧器的数量。.5炉膛及炉膛顶部受热面的校核热力计算5．1炉膛校核热力计算5.1.1理论热、冷风焓锅炉理论热风焓ho查表2.6烟气焓温表利用插值法计算得等于1827.51kJ/kg；而rk冷风焓ho由锅炉热平衡及燃料消耗量计算表（表2.3）查得等于102.36kJ/kg。lk5.1.2相关热量计算（1）空气带入炉膛热量QkQ=（a〃—Aa-Aho+(Aa+Aaho=1934.24kJ/kgzfrk1zflk式中h0rk理论热风焓ho=1827.51kJ/kg；rkh0——理论冷风焓ho=102.36kJ/kg；lklk炉膛出口过量空气系数，查表1-1[3]漏风系数和过量空气系数查得为1.2；Aa——炉膛漏风系数，查表1-1[3]漏风系数和过量空气系数查得为o.o5；1制粉系统漏风系数，查表1-1[3]漏风系数和过量空气系数查得为0.1；2）Aazf对应于每千克燃料送入炉膛的热量Q1Q=Q仁q+q'Q厂Qr1——311rl100—q丿4+Q=66440.23kJ/kgk式中Q式中QrQkq3q6q4燃料的收到基低位发热量，为14580kJ/kg；空气带入炉膛热量；化学未完全燃烧热损失取用0.5%（见表2.3）灰渣损失取用0.086%（见表2.3）；机械未完全燃烧热损失取用1.5%（见表2.3）5.1.3相关系数计算1）火焰中心相对高度系数XX=^^+Ax=0.25H1式中h——燃烧器的布置高度，即从炉底（平炉底的炉膛）或冷灰斗中间平面（炉r底为冷灰斗的炉膛）至燃烧器轴线的高度，为4962mm；H——冷灰斗中间平面至炉膛出口烟窗中部，Hl=22176-4092-2083=20170mm；

Ax—火焰最高温度点的相对位置修正值，其值见表4-9[3]，取用0；（2）火焰中心位置修正系数MM=A-BX=0.469式中A、B——与燃料种类和炉膛结构有关的经验系数，其值见表化⑶；A取0.56,B取0.5；X——火焰中心相对高度系数为0.39。（3）水冷壁热有效系数屮sl屮=匚x=0.441slslsl式中匚——水冷壁污染系数0.45，见表4-7[3]；slX——水冷壁角系数0.98，见表4-4[3]；sl（4）屏、炉交界面的污染系数匚yc匚=肚=0.441ycsl式中0取用0.98；匚——水冷壁污染系数0.45，见表4-7[3]。sl（5）屏、炉交界面的热有效系数屮yc屮=匚x=0.441ycycyc式中匚——屏、炉交界面的污染系数；ycX——屏、炉交界面的角系数，取用1。yc（6）平均热有效系数屮pj屮A+屮A+屮A

屮=_slyc2r_yc.=0.441pjA1式中屮水冷壁有效热系数；sl

屮——屏、炉交界面的热有效系数；ycA喷燃器及门孔面积6m2,见表4-4[3]；yc屮——燃烧器及门孔的热有效系数0；rA2——炉膛与屏交界面积64.17m2，见表4-4[3]；A——A=A+2A+Ah+A-A，式中各值见表4-4⑶。7）7）三原子气体辐射减弱系数kqqKq=10.2X0.78+1.6rh^-0.11-0.37\10.2rps=3.2121/(m・Mpa)1000丿式中r——水蒸气容积份额，见表2.5烟气特性表；H2Os炉膛有效辐射层厚度6.26m，见表4-4⑶；r——三原子气体和水蒸气容积总份额0.27，见表2.5烟气特性表;T"——炉膛出口烟温1423K（估值）；1p——炉膛内压力0.1MP。8）灰粒辐射减弱系数khkh=55900=79.921/g・Mpa）

3T〃2d21h式中T〃——炉膛出口烟温1423K（估值）；1dh——灰粒平均直径，通常取13Mm；h（9）煤粉火焰辐射减弱系数kk=kr+k卩+10xx=3.6851/（m・Mpa）qhy12式中k——三原子气体辐射减弱系数；qr—三原子气体和水蒸气容积总份额；kh——灰粒辐射减弱系数；hx1——燃料种类修正系数，取用0.5；x2——燃烧方法修正系数，对室燃炉取用0.1；M——烟气质量飞灰浓度0.03kg/kg，见表2.5烟气特性表;5.1.4黑度计算（1）火焰黑度aha=1-e-kps=0.855h式中k—煤粉火焰辐射减弱系数；s炉膛有效辐射层厚度6.26m，见表4-4⑶;p——炉膛内压力0.1MP。（2）炉膛黑度a1aa=f—h—\——=0.93ia+\1-a如

hhsl式中a——火焰黑度；h屮水冷壁有效热系数。sl炉膛出口烟温及误差（1）炉膛出口烟温3（计算值）13〃=T273=1076.5oC1（3600ca屮AT3）0.6M01pj10+1jc式中T0——理论燃烧绝对温度2151.95*；M火焰中心位置修正系数；A1炉墙总面积813.65m2；B.——计算燃料消耗量41500kJ/h,见表2.3；j屮平均热有效系数0.438；pj（P——保热系数0.9946，见表2.3；Q-h"Vc——烟气平均热容量Vc=313"=9.51kJ/(kg。0。3-3""01(2)计算误差A3A3=3-3（估）=73.5oCv100在允许误差（±100。0范围内。11辐射放热及热负荷1）炉膛有效热辐射放热量QflQf=pfQ-h")=7564.1kJ/kgllyl式中（p——保热系数0.9946，见表2.3；Q1——对应于每千克燃料送入炉膛的热量;h”——炉膛出口烟气焓8834.2kJ/kg，查焓温表，有插值法求得。yl(2)辐射受热面平均热负荷qSq=B.xQf(3.6xA)=110534W/m2SJl'LZ式中B.——计算燃料消耗量41500kJ/h，见表2.3；JQf——炉膛有效热辐射放热量；lAl——炉膛总有效辐射受热面792.78m2，见表4-4。］。lz相关强度计算炉膛截面热强度qAqA=BxQ(3.6xA)=2528065.89W/m2Jr'A式中B.——计算燃料消耗量41500kJ/h，见表2.3；Qr——燃料的收到基低位发热量，为14580kJ/kg；AA——炉膛截面面积67.23m2，见表4-4O］。炉膛容积热强度qVqV=B.xQ(3.6xV)=119136W/m2Jr■1式中B———计算燃料消耗量41500kJ/h，见表2.3；Q———燃料的收到基低位发热量，为14580kJ/kg；V1——炉膛容积1414.72m3。5．2炉膛顶部辐射受热面及工质焓增的计算炉膛顶部相关热量及流量计算(1)炉膛顶棚总辐射吸热量QddQd(r3.6nhqAd(r8930000kJ/h式中nh——炉膛顶棚热负荷分配不均匀系数，取用0.68；qs——辐射受热面平均热负荷；sAld——炉膛顶棚面积32.11m2。ld(2)炉膛顶棚蒸汽流量DldldDld=D-D.w=21000kg/h式中D——锅炉额定蒸发量，D=220x103kg/h；D.w——减温水总流量，取用9000kg/h；顶棚蒸汽进出口焓及温度(1)顶棚蒸汽焓增Ahdld吩Qi/Did=43.32kJ/kg式中Dld——炉膛顶棚蒸汽流量；id

Qld—炉膛顶棚总辐射吸热量。(2)炉膛顶棚出口蒸汽焓h〃ldh"=h'+Ah“=1946.68kJ/kgldldld式中h'——炉膛顶棚进口蒸汽焓1906.36kJ/kg,其值根据蒸汽参数、汽包压力对应ld的干饱和蒸汽在运用插值法求得。叽—顶棚蒸汽焓增。ld6屏式过热器6．1屏式过热器概述半幅射式过热器和半幅射式再热器是指布置在炉膛上部或炉膛出口烟囱出,即接受炉内直接辐射热,也吸收烟气的对流热的受热面,通常称为屏式过热器。他是有许多管子紧密排列的管片(管屏)所组成。烟气在屏与屏之间的空间流过,屏间距离(即横向节距)较大,一般在s1=600mm~1200mm之间。相对纵向节距很小,一般s2/d=1.1~1.2。在大型锅炉中,布置在炉子出口烟窗处的屏式受热面,在防止过热器结渣方面还有取代凝渣管的作用。在屏式受热面区域中，烟气温度在900oC~1200oC之间，烟气流速一般在5~6m/s左右,除吸收炉膛直接辐射热外,还吸收烟气的对流热。因此屏式受热面的热负荷是相当高的；管片中平行工作管子所接受的炉内辐射热及所接触的烟气温度有明显差别，也就是说，平行工作管子间的管长相差较大，导致各管中蒸汽流量不同。有时发现平行管子的蒸汽温度和管壁温度，相差竟达80~90oC。还有，在机组启动时，屏式受热面也容易出现管壁超温现象。这些现象说明，屏式过热器受热面时过热器系统安全运行的薄弱环节。pe=700〜1200kg/(m2・s)z这是为提高屏式受热面的安全性，首先应当采用较高的质量流速,，以保证管子的冷却；对于接受炉内辐射热最多的外圈管子，常采用比其他管子高一级的钢材制造，并以所谓“短路法”来增加其蒸气速度；对于管子较长、弯曲次数较多的管屏，用双U型管屏来代替W型管屏，增加依稀中间混合。为了减小管屏之间的流量偏差，屏式过热器的受热面整体连接最好采用H型而不是Z型或者U型连接方式。6.2屏式过热器的结构尺寸6.2.1屏的结构数据计算1)管子外径(2)屏的片数Z取12d=©42mmX5mmn=4X10=40L=2.076m6)一片屏的平面面积ApA=13.5m2p7)屏的横向节距S1S=591mm18)比值b1b=S/d=14.1119)屏的纵向节距S2S=46mm210)比值bb2=S/d=1.092211)屏的角系数Xpx=0.98p12)屏的计算受热面积AA=2AxZ=317m2pjpjpp13)屏区顶棚面积AA=宽乂深X角系数=17.5m2dpdp14)屏区两侧水冷壁面积AsiA=高乂深X角系数X2=30.1m2si15)屏区附加受热面面积AA=A+A=47.6m2h=7.4mpfj3)4)5)每片屏的管子排数n屏的深度L屏的平均高度hpfjdpsl16)烟气进屏流通面积A'pA'=(6.424+1.76)-12X0.042X(6.424+1.76)=p58.8m217)烟气出屏流通面积A''pA''=(6.424+0.55)-12X0.042X(6.424+0.55)=50m2p18)烟气平均流通面积AyA=2XyA'A''pp=54m2A'+A''pp19)蒸汽流通面积AltAA=12X10X兀X叮

it4(其中d=0.042-2X0.005，单位为m)=0.097m2n20)烟气有效辐射层厚度s1.81__1__1++-hLS1注：S单位为m)=0.779m121)屏区进口烟窗面积A'ch查表得A'=64.17m2ch(22)屏区出口烟窗面积A〃A"=8.622X6.424=55.4m2chch6．3屏式过热器的热力计算6.3.1屏式过热器热力计算特点屏式过热器，在热力计算中有以下特点：(1)在换热方式上，即受烟气冲刷，又吸收炉膛及屏间的高温烟气的辐射；屏式过热器多属于中间过热器，其进出口处的工质参数，在进行屏的计算时往往为未知数；(3)屏与屏之间横向节距大，烟气流速地。且冲刷不完善。所以，某些交换参数如利用系数、传热系数等的计算方法，不同于一般的受热面。；(4)若屏进出口工质参数均为未知数，需先在过热器系统中分级定温，然后计算另一端的工质参数。假设的参数是否准确，需在相应的受热面热力计算之后校核；(5)进行屏的热力计算时，应该注意混合式减温器对屏入口工质参数的影响［4。］屏的校核热力计算屏的热力计算列为方框图如下：图10屏的热力计算方框图6.3.3热量的计算（1）屏的对流吸热量QdpQd=p(h—h"+Aaho)一Qd=1022kJ/kg

pypyplkpfj式中h"——烟气进屏焓，查炉膛校核热力计算表即炉膛出口烟焓8751.64kJ/kgyph""——烟气出屏焓，查焓温表7422.6kJ/kg；ypQd——屏区附加受热面对流吸热量，先估后较取300kJ/kg。pfj炉膛出口烟窗射入屏区的炉膛辐射热量Q"fpQ"f=卩耳p(Q—h)A"/A=505.77kJ/kgpyc1ypchlz式中0——炉膛与屏相互换热系数，取用1；yc炉膛出口烟窗的沿高度热负荷分配系数，取用yc炉膛出口烟窗的沿高度热负荷分配系数，取用0.8；A"——屏区进口烟窗面积，见表6-1［3］。chQ：f(l-aQ：f(l-a)xQp0caA"T48+__chpjr=92.53kJ/kgB/3600式中j式中Q"f——炉膛出口烟窗射入屏区的炉膛辐射热量;pcc=5.67x10-11W/(m2•K4)；008——燃料种类修正系数；取用0.5；ra——屏区烟气黑度，见表623］。屏区附加受热面吸收的辐射热量QfpjqAQf=Qfpfj=53.95kJ/kgpjqpqA+Apjpfj式中Qf——屏区吸收的炉膛热负荷，Qf=Q"f—Q"f=413.24kJ/kg；pqpqppA——屏区附加受热面面积，见表6-1［3］；pfjA——平的计算受热面积，见表6-1［3］。pj屏区水冷壁吸收的辐射热量Qfpsl

AQf=Qfsi=34.12kJ/kg

psipqA+Apjpfj式中Qf——屏区吸收的炉膛热负荷，Qf=Qf-Q"f=413.24kj/kg；pqpqppA——屏区两侧水冷壁面积，见表6-1[3]。si⑹屏区顶棚吸收的辐射热量QpwAQf=Qfdp=19.8kJ/kg

pidpqA+Apjpfj式中A——屏区顶棚面积，见表6-1[3]。dp(7)屏的对流传热量Qdp3.6AAtkQd=再丄=1008kJ/kg式中pB

j式中A——屏的计算受热面积，见表6-1[3]；pjAt——平均传热温差，9-1=568.12oC；1pjpjk对流传热系数，k=k对流传热系数，k=1+(1a1Qf+—pqQdp=64.52W/(m2・oC)。)(8+丄)aa12(8)屏区水冷壁对流吸热量QdA丄A丄=146.56kJ/kg3.6kAtQd=2psiB式中j式中At——平均传热温差，9-t=668.1oC。2pj6.3.4相关系数计算(1)三原子气体辐射减弱系数kqk=0.2(0.78+1.6h2o-0.1)(1-0.37^j)=1141/(m・MPa)10.2rps1000式中s屏间烟气有效辐射层厚度0.779m，查表6-1⑶；P——屏间烟气压力，取用0.1MPa；r——三原子气体和水蒸气容积总份额0.27，查烟气特性表。55900l/(m・MPa)2)灰粒的辐射减弱系数55900l/(m・MPa)kh==86.363：'(9+273)2d2PPjh式中9——烟气平均温度，(9'+9〃)/2=993.7WPjppdh灰粒平均直径，通常取用13pm。烟气的辐射减弱系数kk=kr+k卩=5.471/(m・MPa)qhy式中卩——烟气质量飞灰浓度0.029kg/m3，查烟气特性表。y屏进口对出口的角系数xx=：(士)2+1-—=0.14ss'11式中L——屏的深度，见表6-1[3]；S——屏的纵向节距，见表6-1[3]。1烟气侧放系数a1兀da=匚(a+a)=194.21W/(m2•oC)1d2sxf2式中:——利用系数，取用1；a——烟气侧对流放热系数，a=aCCC=49W/(m2.oC)；dd0zswa——辐射放热系数，a=aa=122.5W/(m2・。0。ff06.3.5温度及焓值计算(1)蒸汽出屏焓h''Ph''=h'+BQ/D=3295.36kJ/kgPpjpP式中h'——蒸汽进屏焓3032.27kJ/kg；pQ——屏吸收的总热量，Qd+Qf=1382kJ/kg；PppDP——屏中蒸汽流量，D-D=2200