毕业设计说明书-锅炉设计

摘要在SHL10-1.25/250-AⅢ型锅炉设计中，我们通过设计任务书给定的设计参数以及参考相关设计资料，进行初步设计与热力计算。该设计的内容包括燃料与燃烧计算、锅炉热平衡计算、锅炉炉膛、防渣管、过热器、锅炉管束等设备的热力计算。在热力计算中，利用先假设后校核，逐次逼近法，进行计算，同时确定炉体及相关部件的尺寸和各个受热面面积及布置形式。在设计当中，查阅了许多有关链条锅炉方面的资料，这种锅炉在现代工业开展中被普遍运用，而且技术越来越成熟，所以为本课题的链条锅炉设计提供了很大的帮助，进而完成了本次双锅筒横置式链条炉排锅炉的初步热力计算和根本结构设计。本次设计还包括任务说明书，计算说明书、锅炉本体图，空气预热器零件图，省煤器零件图。关键词:链条炉；锅炉炉膛；热力计算。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.目录TOC\o"1-3"\h\u261861绪论 1252951.1设计题目的提出 125441.1.1工业锅炉的概述 1223231.1.2燃煤工业锅炉燃烧现状 175311.2国内外研究现状 279161.3设计内容与研究方法 2172411.3.1设计主要内容 3109951.3.2研究方法 3180371.3.3校核热力计算主要内容 3189861.3.4热力计算步骤 453221.3.5设计中遇到的主要问题及解决方法 4272322设计任务书 6258992.1设计题目 6282422.2原始资料 6250142.3燃料特性 6104193炉膛热力计算 7182243.1烟道空气系数及受热面漏风系数 7195943.2辅助计算 8103613.2.1理论空气与烟气的特性计算 8259563.2.2燃烧产物容积和焓的计算 10159803.2.3锅炉热平衡及燃料消耗量计算 12159133.2.4锅炉热平衡及燃料消耗量计算 21122573.3炉膛几何特性及热力计算 2150213.3.1燃烧室尺寸假定与校核 23232173.3.2炉膛传热计算参数 2860904对流受热面的热力计算 36117574.1锅炉的对流受热面的概述 36138064.1.1对流过热面 36262714.1.2对流传热过程 36170564.2对流受热面传热的计算公式 36194124.3防渣管结构特性及热力计算 43251544.4过热器结构特性及热力计算 47112054.5锅炉管束结构特性及热力计算 4794.6省煤器和空气预热器结构特性及热力计算 48110815热力计算汇总与校核 49169146结论 5016904致谢 512917参考文献 521绪论1.1设计题目的提出1.1.1工业锅炉的概述我国为了与发电用的大型锅炉相区别，把容量65吨/时以下为工业生产供热、为建筑物供暖的锅炉称为工业锅炉。工业锅炉目前是中国主要的热能动力设备，工业锅炉多于层燃链条炉排锅炉，目前由于种种原因，如结构设计部合理，制造质量不良，辅机配套不协调，可用煤种与设计部符，运行操作不当等，都会造成锅炉出力缺乏，热效率底下和输出参数不合格等问题，结果是能源耗量过大，甚至不能满足生产要求，所以仍采用的手烧加煤、间歇燃烧方式的小型固定炉排锅炉，必将淘汰，取而代之以新开发的新型锅炉。1.1.2燃煤工业锅炉燃烧现状我国燃煤工业锅炉在燃烧方面存在着许多问题我国燃煤工业锅炉在燃烧方面存在着许多问题，应该引起我们足够的重视，并且应当加速实施节能改造，目前锅炉在燃烧方面存在的主要问题：〔1〕锅炉热效率低我国工业锅炉的设计效率一般不超过75～80%，由于种种原因的影响，工业锅炉的效率一般平均在60%～70%之间，锅炉运行效率与设计效率相差10～15个百分点。而兴旺国家工业锅炉的使用效率一般高于80%，我国与国际水平相差10～20个百分点。年耗煤3～5亿吨，平均燃料浪费率在15～20%之间。〔2〕烟尘污染严重我国每年向大气中排放烟尘量高达3000万吨，全国城市中总悬浮物日均值为0.089～0.849mg，超出国家规定的标准。而且烟尘中含有大量的有害物质，黑烟中含有致癌的苯并芘，人吸入该物质容易得肺癌；烟气中的CO气体人吸入后,重者损害神经系统导致死亡；烟气中的气体浸入人体后，重者产生心脑血管疾病，形成酸雨或酸雾后，对生态和建筑物都会造成严重的腐蚀危害；烟气中的NO气体对人体危害最大，NO2气体形成的光化学烟雾将对人类、生物、建筑物等带来灾难性的危害；烟气中的CO2气体是造成全球气温变暖的主要物质，是全球产生温室效应的有害气体。〔3〕锅炉出力缺乏我国工业锅炉平均出力在70～80%左右，而链条炉和往复炉出力缺乏，增减负荷缓慢问题比拟普遍。燃烧是制约锅炉出力的主要因素，燃烧不完全，煤的发热量缺乏，炉温降低，锅炉运行满足不了工艺要求，造成锅炉出力缺乏，而锅炉增减负荷缓慢与锅炉燃烧调节有关。〔4〕燃烧设备故障多锅炉运行时，燃烧设备故障最多，经常被烧毁引起事故的部件有：炉排侧密封体、煤斗、老鹰铁、炉排片、煤闸板等。主要表现为：炉排片断裂脱离正常位置、炉排部件烧毁卡住炉排而停止运行、运行漏煤造成固体损失、燃烧漏风造成炉温低,燃烧工况低下,锅炉燃烧设备故障,即降低了锅炉平安运行的可靠性，又降低了锅炉燃烧效率，造成锅炉出力缺乏，影响锅炉正常运行。(5)企业规模小,产品容量低全国持有锅炉制造许可证的企业近600余家，其中生产热水锅炉的小型企业占60%左右〔不含常压锅炉及茶炉企业〕。锅炉单台容量小，平均为2.4t/h；劳动生产率低，全员劳动生产率人均为0.54t/h；锅炉房小而多，装机容量按两台炉合计为4.54t/h。我国是一个能源消耗大国，随着我国经济的持续开展，能源供给的紧缺，特别是石油资源短缺的矛盾更显得突出。到2005年底我国各级锅炉知道许可证的企业有1349家，其中C级以上的有639家，年生产量18万蒸吨左右。工业锅炉行业协会的70家企业，2005年生产63020万蒸吨。据2005年统计，全国在工业锅炉近60台、165万蒸吨，接近电站锅炉装机容量的2倍。其中约48万台锅炉为燃煤工业锅炉。工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，比国外先进水平低15～20%。所以对工业锅炉的改良势在必行。1.2国内外研究现状目前我国能源利用效率不高,仅为33%,比兴旺国家低约10个百分点,能耗水平与国际先进水平相比还有很大差距。由于锅炉效率不高,能源浪费相当严重,工业锅炉平均运行效率仅65%左右,比国外水平低约15个百分点,平均每年多耗煤6300多万吨。另外,锅炉燃烧排放大量烟尘以及SO2等污染物,已是我国大气主要煤烟型污染源之一,锅炉成为我国开展节能环保主要对象之一。工业锅炉节能改造技术：(1)加装燃油锅炉节能器；(2)安装冷凝型燃气锅炉节能器；(3)采用冷凝式余热回收锅炉技术；(4)锅炉尾部采用热管余热回收技术；(5)采用防垢、除垢技术；(6)采用燃料添加剂技术；(7)采用新燃料；(8)采用富氧燃烧技术；(9)采用旋流燃烧锅炉技术；(10)采用空气源热泵热水机组替换技术；1.3设计内容与研究方法1.3.1设计主要内容本设计的主要内容包括以下几方面的内容：(1)明确设计任务及其要求；(2)明确给定燃料及其特性；(3)锅炉主要参数的选取，如锅炉蒸发量、给水压力、过热蒸汽的温度和压力等；(4)了解锅炉概况，如锅炉结构的根本特点及其系统、燃烧及排渣方以及连续排污量等；(5)确定各受热面和烟道的尺寸；(6)炉膛、过热器及其他部件的热力计算和校核；(7)画出锅炉结构简图、烟气和汽水系统流程简图等。1.3.2研究方法根据热力计算任务的不同，可分为设计〔结构〕热力计算和校核热力计算两种。设计热力计算：进行设计新锅炉时的热力计算成为设计热力计算，简称设计计算。设计热力计算的任务是，根据给定的蒸发量、蒸汽和给水参数、煤质资料和选定的效率、燃烧设备型式等，确定锅炉各局部的受热面面积和主要结构尺寸以及耗煤量、送风量、排烟量等。设计计算一般和锅炉结构设计交互进行。设计计算将为空气动力计算、水动力计算、强度计算等其他计算以及辅机的选择提供参数。校核热力计算：校核热力计算是在产品设计业已存在、或锅炉实体已经存在、或主要结构尺寸已经确定的情况下使用的方法，目的是：按已有的结构尺寸和给定的蒸发量、蒸汽和给水参数、煤质资料等实际运行条件，校核锅炉的效率、燃煤量、送风量、排烟量、各受热面前后的烟气和工质的温度、各受热面中的烟气和工质的流速等，从而校核锅炉到达要求的蒸发量和蒸汽参数的可能性及锅炉的经济性、可靠性。设计计算和校核计算在计算方法上是相同的，计算时所依据的传热原理、公式和图表也都是相同的，仅计算任务和所求数据不同。一般来说，对已有的锅炉进行改造估算时常用校核热力计算，设计制造新锅炉时用设计热力计算。但随着人们对锅炉认识的不断加深，已积累了相当多的成熟经验。因此，在设计制造新锅炉时，也多是先将锅炉结构等初步布置好，然后依校核热力计算方法来进行修正，并不直接采用设计热力计算了。1.3.3校核热力计算主要内容在进行校核计算时，需要预先估计排烟温度和热空气温度，然后进行热平衡、炉膛传热等各项计算。如果计算得到的排烟温度与预先估计值相差不超过,计算得到的热空气温度和预先估计值相差不超过,那么认为计算合格。然后以计算得到的温度为初始值，重新进行热平衡计算，校准排烟损失、锅炉效率、耗煤量和炉膛辐射吸热量。如果计算得到的排烟温度或热空气温度与预先估计值的差值超过上述规定，那么应重新假定排烟温度和热空气温度，重复计算过程，知道满足要求为止。如果前后两次计算中，因排烟温度不同引起的计算耗煤量的变动不超过，那么在进行后的一次计算时，允许不重新计算各个对流受热面的传热系数，只需校准温度、温压及吸热量。对于层燃炉来说，在结束热力计算时，可按下式来确定热力计算的误差：〔1-1〕式中：：锅炉输入热量，：锅炉效率，%：固体不完全燃烧损失，%、、、、、分别表示炉膛、防渣排管、过热器、锅炉管束、省煤器、空气预热器的吸热量，他们是根据各个受热面的热平衡方程求得的。如果计算正确，应满足以下条件：〔1-2〕1.3.4热力计算步骤热力计算可按照如下内容和步骤进行：确定原始数据空气特性和烟气特性计算热平衡计算炉膛传热计算防渣排管计算过热器计算锅炉管束计算省煤器计算空气预热器计算热力计算重要数据汇总1.3.5设计中遇到的主要问题及解决方法本设计存在的主要问题与解决方法有：〔1〕对工业锅炉链条炉排锅炉的总体概况很模糊，通过对《电厂锅炉》课本重新预习和从图书馆借阅的相关资料，使自己对工业锅炉的前景和开展状况有了一个新的认识。〔2〕在进行热力计算制作表格的时候遇见了一些常识性问题，通过翻阅《计算机应用根底》对所遇到的问题逐一解决，使我们更加快捷的掌握Excel表格制作技巧。〔3〕防渣管、过热器、锅炉管束、省煤器以及空气预热器的结构尺寸确实定先参照实际选取或者选定，然后根据后面的热力计算来进一步校核总之，在相关资料和参考文献的帮助下，要与理论学习和相关实习相结合，根据实例设计模板进行热力计算和绘图，通过反复计算和校正，最终得出合理的设计数据。2设计任务书2.1设计题目SHL10-1.25/250-AⅢ型锅炉热力计算及初步设计2.2原始资料1.锅炉蒸发量：D=102.过热蒸汽压力:P=1.253.过热蒸汽温度：tgr=2504.给水温度:tgs=1055.冷空气温度:tlk=2056.排污率：Pw=5%2.3燃料特性煤种：Ⅲ类烟煤〔辽宁抚顺烟煤〕收到基成分〔%〕碳=55.82氢=4.95氧=8.77氮=1.04硫=0.51水分=12.2灰分=16.71挥发份=46.04燃料收到基低位发热量Qar=24300kJ/kg3炉膛热力计算3.1烟道空气系数及受热面漏风系数层燃炉的烟道一般处于负压状态，空气可以通过门、孔及炉墙不严密处漏入烟道。在设计时，一般情况下各受热面烟道的漏风系数可按下表3-1选取。但根据炉墙结构的具体条件，允许采用不同于推荐值的漏风系数。那么炉膛、防渣管、蒸汽过热器、锅炉管束、省煤器、空气预热器的漏风系数分别为：0.1、0、0.05、0.1、0.1、0.1。3-1额定负荷下锅炉各段烟道中的漏风系数烟道名称漏风系数层燃炉机械化炉0.1流化床炉膛沸腾城/密相区0悬浮层/稀相区0.1对流烟道过热器0.05第一锅炉管束0.05第二锅炉管束0.1省煤器钢铁式0.1铸铁式0.15空气预热器0.1除尘器多管式锅炉后的烟道钢制烟道0.01砌砖烟道0.05受热面后的过量空气系数等于受热面前的过量空气系数加漏风系数，即：〔3-1〕在进行锅炉设计时，层燃炉炉膛出口处的过量空气系数可按附录B4选取，那么根据课题是双筒横置式链条炉排锅炉，所以选取锅炉出口处的过量空气系数为=1.5。对流受热面中的烟气速度和成分按该受热面进口和出口处过量空气系数的算术平均值计算，即，〔3-2〕那么可计算出各受热面的进出口的过量空气系数如以下图表3-2表3-2锅炉各受热面的漏风系数和空气过剩系数过量空气系数漏风系数序号锅炉受热面入口处a1出口处a21炉膛1.41.50.12防渣管1.51.503蒸汽过热器1.51.550.054锅炉管束1.551.650.15省煤器1.651.750.16空气预热器1.751.850.13.2辅助计算3.2.1理论空气与烟气的特性计算在标准状态下〔00C、101.325Kpa〕下。1m3气体的体积称为1m3〔标〕。在计算气体的热比容和体积时，认为它们是理想气体，即在标准状态下1Kg分子量气体的体积时22.41m3。3.2.1.1空气量的计算1Kg煤完全燃烧所需要的干空量称为理论空气量，这是烟气中没有不完全燃烧产物和过氧量存在。理论空气量可以用体积或质量表示，按公式〔3-3〕、〔3-4〕计算：〔3-3〕〔3-4〕实际空气量和理论空气量之比称为过量空气系数，用符号表示。因此，实际干空两为：〔3-5〕如果空气的湿度等于10g/kg，湿空气体积为：〔3-6〕3.2.1.2烟气量的计算燃料在理论空气量〔=1〕下完全燃烧后生成的烟气体积叫做理论烟气量，它由氮、二氧化碳和二氧化硫、水蒸气组成，即：〔3-7〕式中：、、分别表示理论氮气量、二氧化碳和二氧化硫量、理论水蒸气量，它们分别可按式〔3-8〕、〔3-9〕、〔3-10〕计算：〔3-8〕〔3-9〕〔3-10〕由上面已查得：碳=55.82、氢=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那么理论空气与烟气量如下表3-3。表3-3理论空气量、烟气理论容积计算序号名称单位计算公式结果1理论空气量VOm3/kg0.0889*(Car+0.375*Sar)+0.265*Har-0.0333*Oar5.9992理论容积m3/kg1.866*(Car+0.375*Sar)/1001.0453理论容积m3/kg0.111*Har+0.0124*Mar+0.0161*VO0.7974理论容积m3/kg0.79*V0+0.8*Nar/1004.7483.2.2燃烧产物容积和焓的计算3.2.2.1燃烧产物的实际容积实际锅炉运行时的过量空气系数总是大于1的，实际烟气量：〔3-11〕式中：表示实际水蒸气体积：〔3-12〕二氧化碳和二氧化硫、水蒸气的容积份额〔3-13〕〔3-14〕三原子气体体积份额〔3-14〕那么通过受热面炉膛、防渣管、过热器、锅炉管束、省煤器、空气预热器平均过量空气系数、实际水蒸气容积、实际烟气量、水蒸气的容积、二氧化塔和二氧化硫、三原子气体体积份额如下表：表3-4各受热面烟道中烟气特性计算名称公式炉膛与防渣管过热器锅炉管束省煤器空预器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烟气的焓计算1燃料的烟气焓〔3-15〕式中：、分别表示理论烟气焓和理论空气焓：〔3-16〕〔3-17〕1〔标〕气体的焓、、、且制作焓温表如热力计算表。3.2.3锅炉热平衡及燃料消耗量计算3.2.3.1锅炉热平衡计算锅炉的热平衡是指在稳定工况下锅炉的输入热量和输出热量及各项热损失之间的平衡。通过热平衡计算锅炉热效率和燃料消耗量。热平衡以1kg固体或液体燃料，或0、1MP的1气体燃料为根底进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉效率和燃料消耗量，以检查锅炉的设计质量和运行水平，并分析产生热损失的主要原因，及时调整、改良，提高效率。(1)热平衡方程式从能量守恒的角度考虑，对整个锅炉机组而言，输入锅炉的热量应等于输出锅炉的热量，写成数学表达式如下：〔3-18〕式中：：锅炉输入热量，：锅炉有效利用的热量，：排烟热损失，：气体不完全燃烧损失，：固体不完全燃烧热损失，：灰渣物理热损失，各项热量可用它占输入热量的百分率表示，例如：热平衡方程那么可表示为：式中：锅炉输出热百分率，%；排烟热损失，%；气体不完全燃烧热损失，%；固体不完全燃烧热损失，%；散热损失，%；灰渣物理热损失，%。(2)输入锅炉热量锅炉输入热量是由锅炉范围以外输入的热量，不包括锅炉范围内循环的热量，它由以下各项组成：〔3-19〕式中：：燃料的收到基低位发热量，：燃料的物理显然，：外热源加热空气时带入的热量，：雾化燃油所用蒸汽带入的热量，如式〔3—19〕中忽略不计，且、为零，那么〔3-20〕当燃料为煤时，其物理热：式中：煤的比热容，kJ/(kg·℃)；煤的温度，℃;如果煤未经预热，只有当煤的水分符合以下条件时才需要考虑煤的物理热，这时煤的温度一般可取为20℃。〔3-21〕(3)锅炉有效利用热锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。空气在空气预热器吸热后又回到炉膛，这局部热量属于锅炉内部热量，不应计入。锅炉有效利用热为：〔3-22〕式子中：、、、：过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用蒸汽量和排污量，；、、、、、：过热蒸汽出口焓、再热蒸汽出口焓、入口焓、汽包压力下饱和水焓、给水焓和自用蒸汽焓，(4)锅炉输出热量锅炉输出热量是指工质的总焓和给水焓之差：对于过热锅炉：〔3-23〕式中：B：燃料耗量，kg/hD：锅炉蒸发量，kg/h：锅炉自用蒸发量，kg/h：锅炉排污量，kg/h：过热蒸汽焓，kJ/kg：自用蒸汽焓，kJ/kg：饱和水焓，kJ/kg：给水焓，kJ/kg当锅炉排污量小于锅炉蒸发量的2%时，排污的热量可以略去不计。锅炉的出力为扣除自用蒸汽量的蒸发量。在计算锅炉效率时，输出热量中仍包括自用蒸汽热量，而在计算锅炉净效率时应给予扣除。(5)各项热损失及锅炉效率①排烟热损失排烟热损失是锅炉排出烟气造成的物理热损失占输入热量的百分率，按锅炉出口的烟气焓和冷空气焓之差确定。式中：相应于排烟过量空气系数和排烟温度条件下的烟气焓，kJ/kg；排烟出口处烟气的过量空气系数；理论冷空气焓，kJ/kg；一般情况下，可去冷空气温度为20℃。经过计算的处=7.892%。在设计锅炉的同时我们也应当了解影响排烟损失的主要因素有：排烟温度和烟气容积。排烟唯独越高那么排烟损失越大，一般排烟温度升高10-20°但是排烟温度的降低会引起空气预热器金属耗量和烟气流动阻力的增大，同时可能照成尾部受热面的低温腐蚀，因此合理的排烟温度，应通过技术经济比拟才能确定。烟气容积增大，排烟损失越大。而影响烟气容积的主要因素主要为炉膛过量空气系数和各处的漏风吸收，而炉膛出口的过量空气系数最正确值和推荐值的限制，不能过于降低，因此尽量减少漏风，以降低排烟热损失。②固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失是指燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，所以固体不完全燃烧也称为机械未完全燃烧热损失，影响固体不完全燃烧热损失的主要因素主要有：燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、炉膛温度、炉膛负荷、运行水平、燃料在炉膛内的停留时间和与空气的混合情况等。显然然来哦的挥发分越多，煤粉越细，燃烧和燃尽越容易，固体不完全燃烧热损失越小。固体不完全燃烧热损失可按以下式子计算。〔3-24〕其中：烟道灰是指从锅炉烟道中别离出来并能连续或定期经常排除的灰。在进行锅炉设计计算时，可按表3-5选取，如果对各项灰的份额和可燃物含量有可靠数据，也可按照上列式子计算。由于烟气中各项飞灰量在运行时很难测准，那么我们做设计可根据该课题的要求进行选取，=11%。表3-5固体不完全燃烧损失热力特性层燃炉链条炉排往复炉排炉抛煤机机械炉排炉固体不完全燃烧损失褐煤8-127-108-12烟煤Ⅰ10-159-12Ⅱ7-10Ⅲ贫煤8-12无烟煤Ⅰ10-159-1210-15ⅡⅢ③气体不完全燃烧热损失气体不完全燃烧热损失是指烟气中残留的可燃气体成分因未放出其燃烧热，而造成的热量损失占输入热量的百分率，也称化学部完全燃烧损失。影响气体不完全燃烧的主要因素有：燃料的挥发份、炉膛过量空气系数、炉膛温度和炉内空气动力工况等。一般挥发份越多的燃料气体不完全燃烧损失相对较大，这时更应注意炉内燃烧工况，应使可燃气体及时获得充分的氧气，减少不完全燃烧损失。同时炉内的温度也不能过低，否那么将影响CO的燃尽。在正常燃烧的时候气体不完全燃烧热损失的值很小，所以在进行锅炉设计时可按燃料的种类和燃烧方式选取，在表3-6选取。那么选取=0.5%。表3-6固体不完全燃烧损失热力特性层燃炉链条炉排往复炉排炉抛煤机机械炉排炉固体不完全燃烧损失褐煤烟煤ⅠⅡⅢ贫煤无烟煤ⅠⅡⅢ④散热损失散热损失是由于锅炉炉墙、汽包、联箱、汽水管道、烟风管道的温度高于环境温度而散失的热量。对于小于或等于2t/h〔1.4MW〕的快装、组装锅炉，按照以下式子计算：〔3-25〕式中：锅炉燃料消耗量，kg/h;F锅炉散热面积，m2。锅炉容量在2t/h〔1.4MW〕以上，可按以下表格选取。表3-7蒸汽锅炉散热损失额定蒸发量Dt/h461015203565没有尾部受热面2.11.5有尾部受热面2.92.41.71.51.31.00.8表3-8热水锅炉散热损失锅炉过热量MW≤2.84.27.010.5142936q52.11.91.71.51.31.10.8当锅炉的实际蒸发量或实际供热量与额定蒸发量或额定供热量相差大于25%时，按以下式子换算：〔3-26〕〔3-27〕式中：额定蒸发量或额定供热量时的散热损失，%；按表额定蒸发量，kg/h；实际蒸发量，kg/h；额定供热量,MW；实际供热量,MW。影响散热损失的主要因素有：锅炉外外表积的大小、外外表温度、炉墙结构、保温隔热性能及环境温度等。本课题所设计锅炉是蒸汽锅炉，且锅炉蒸汽量D=10，那么由表3-5选取。进行锅炉热力计算时，需要涉及各段受热面所在烟道的散热损失。当烟气里流过某个受热面时所放出的热量，其中绝大局部被受热面中的工质吸收，很少一局部热量那么是以散热方式损失掉了。通常烟气放出的热量被受热面吸收的程度用保热系数来考虑。即：〔3-28〕式中：锅炉热效率，%。上式可改写成：〔3-29〕称为散热系数，它表示受热面所在烟道的散热程度。上面式子适用于无空气预热器时的情况，如果有空气预热器可近似取用。由公式〔3-28〕计算得Cbr=0.979。⑤灰渣物理热损失在大容量锅炉中，由于某些部件〔如尾部受热面的支撑梁等〕需要用水和空气冷却，而水和空气吸收的热量又不能送回锅炉系统中应用时，就造成了冷却热损失。由于冷却热损失在锅炉设计时可以不与考虑，所以暂不做处理。那么灰渣物理热损失是炉渣或溢流灰排出锅炉时带走的热量占输入热量的百分率。〔3-30〕式中：1kg灰的焓，kJ/kg；层燃炉的炉渣温度一般可取600℃；灰渣含灰量占入炉煤总量的百分比；链条炉排取0.8。经计算取灰渣热焓,那么计算⑥锅炉效率锅炉效率即为锅炉的有效利用热与锅炉送入热量之比，即〔3-31〕上述计算热效率的方法称为正平衡法。在锅炉设计或热效率试验事常使用反平衡法，即求出各项热损失后，用下式求得锅炉效率：〔3-32〕那么计算得。3.2.4锅炉热平衡及燃料消耗量计算(1)锅炉单位时间的实际燃料消耗量B用以下式子计算：〔3-33〕式中：Qel:工质〔水，蒸汽〕的总有效利用热，kJ/s。由条件可得：B=2542.746kJ/s。(2)计算燃料料消耗量扣除造成的影响，实际参加燃烧的燃料量为：〔3-34〕称为计算燃料消耗量，在锅炉热力计算中均以进行计算。由公式〔3-34〕可得。3.3炉膛几何特性及热力计算锅炉炉膛既是一个燃烧室，又是一个换热设备，布置在炉膛四周的受热面所吸收的热量通常占锅炉总吸热量的50%左右，因此，炉内辐射受热面是非常重要的受热面。工业锅炉受热面的合理设计和布置，对锅炉的设计和改造而言，都是最重要的问题之一。它直接关系到能否到达锅炉设计和改造所要求的热工参数，也关系到锅炉运行的平安性、可靠性和经济性，以及锅炉的制造、安装、维护和检修。按锅炉传热方式的特点，工业锅炉受热面可分为辐射受热面和对流受热面。因此，工业锅炉受热面热力计算也相应地分为辐射受热面热力计算和对流受热面热力计算。辐射受热面是布置在锅炉炉膛内吸收辐射热的那一局部受热面，主要是水冷壁受热面。辐射受热面传热又称为炉膛传热，炉膛传热计算的任务为：〔1〕根据给定的或选定的炉膛出口烟气温度，确定炉膛内需要布置多少辐射受热面。〔2〕根据炉膛内布置的受热面的数量，确定炉膛出口烟气温度。实际工作中，在进行锅炉设计计算时，为了计算上的方便，往往采用校核计算的方法。炉膛传热计算通常采用校核计算法，即先确定炉膛的结构和几何特性，然后求出炉膛出口温度。计算步骤如下：〔a〕计算炉膛的几何特性；〔b〕计算入炉热量，确定、；〔c〕估取，计算烟气的平均热容量和系统黑度；〔d〕选取m值，计算，求得计算出炉膛出口烟气温度、〔e〕由焓温表查出炉膛出口烟气焓，由热平衡方程计算对应于1kg燃料的辐射受热面吸热量和辐射受热面热流密度；如果计算求得的和估取值相差不大于100℃，那么可认为计算合格，否那么应重新估取，重复计算，直到适宜为止。之所以将炉膛出口烟气温度作为校核的基准，是因为它具有极其重要的意义。炉膛出口烟气温度是反映炉膛内辐射传热量多少的参数，决定着锅炉中辐射受热面与对流受热面之间传热量的比例关系。如炉膛内辐射传热量大，那么炉膛出口烟气温度低，炉膛中火焰平均温度降低，这将造成辐射传热效果降低，在经济上是不合算的；炉膛温度降低以后，对燃烧不利，造成增大，甚至造成燃料的着火困难以及燃烧不稳定。反之，炉膛辐射传热量少，那么炉膛出口烟气温度过高，这将引起受热面结渣，影响锅炉运行的平安性。因此，炉膛出口烟气温度应从经济性和平安性两方面来确定。根据技术经济综合比拟，燃煤锅炉炉膛出口烟气温度宜低于1150℃，但最低不应低于900℃。为了确定炉膛受热面，那么必须先确定炉膛尺寸。3.3.1燃烧室尺寸假定与校核3.3.1.1燃烧室尺寸的假定在锅炉设计中，我们在确定燃烧室的尺寸时，我们是遵循先假定后校核的原那么，所以假定炉膛宽度d、炉排宽度d1如下：d=3.2md1=2.7m锅炉的整体尺寸如以下图：图3-1炉膛结构特性3.3.1.2燃烧室尺寸的校核图3-2炉膛包覆面积(1)炉膛侧墙总面积:经过根本计算可得：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)后墙总面积图3-3后墙辐射受热面AJ=0.47m、AB=3.32m、BC=2.28m、CD=3.85m=(AJ+AB+BC+CD)*d=31.744m2(3)前、顶前顶墙总面积图3-4前墙顶辐射受热面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)炉排有效面积由图A1图可知炉排的长度为s=0.32+0.92+0.595+3.285=5.12m那么炉排有效面积R=s*d1=13.824m2(5)炉膛周界面积为包围上述炉膛容积的所有周界面封闭面积的总和，它包括了火床面积R、全部炉墙面积和出口烟窗面积。对于链条炉排，火床面积由煤闸门道挡渣器与炉排接触处为止。对于没有挡渣器的其他炉排，火床面积由煤闸门道炉排终了处为止。炉膛周界面积为：〔3-35〕式中：R火床面积，m2；除火床面积以外的其余周界面积，m2。(6)炉膛容积炉膛容积为由火床外表至烟气出口窗之间的容积。炉膛容积的周界按如下规那么确定：底部为火床外表；四周及顶部为水冷壁管中心所在面，假设水冷壁管覆盖有耐火涂料或耐火砖，那么为后者的向火外表，在未布置水冷壁的地方那么为炉墙内壁面；出口截面为出口窗处最前一排管子中心线所在面。在计算炉膛尺寸时，炉排上的煤层厚度一般取为150mm。如果炉膛内有后拱，后部火床上的烟气沿着后拱向炉前流动，那么对于链条炉排，炉膛容积计算到挡渣器和炉排接触处的垂直平面为止；对于没有挡渣器的其他炉排，炉膛容积计算到炉排终了处的垂直平面为止。带有燃烬室时，炉膛和燃烬室应分别计算。那么炉膛容积(7)校核锅炉运行过程中，炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、锅炉热效率、以及各项热损失等是反映锅炉燃烧工况的主要热力特性参数。①炉膛容积热负荷炉膛容积热负荷是指单位炉膛容积燃料燃烧放热的热功率。炉膛容积热负荷是锅炉炉膛设计和运行中的重要的热力特性参数之一。在锅炉炉膛设计时，炉膛容积热负荷的取值应根据燃料的特性、燃烧方式及锅炉容量等因素决定。炉膛热负荷的值是确定室燃锅炉炉膛体积的主要依据。炉膛容积热负荷可按下式计算：〔3-36〕式中：Qar:燃料的收到基低位发热量，KJ/KgB:单位小时内的燃料消耗量，kg/hV:炉膛的体积，m3由公式〔3-36〕得到炉膛的容积热负荷炉膛容积热负荷值过大，那么炉膛体积相对过小说明在较小体积的炉膛内燃烧更多的燃料，释放更多的热量，炉内温度就更高，由于温度过高而导致燃煤锅炉炉内结渣，且由于燃料在炉内行程过短，因而逗留时间过短，燃尽下降，造成固体不完全燃烧热损失、气体不完全燃烧热损失增大。反之，炉膛容积热负荷值过小，那么炉膛体积相对过大，炉内温度下降，是的燃烧不稳定，影响锅炉平安、经济运行。而且使锅炉体积不必要的增加，投资增加，造成浪费。因此，炉膛容积热负荷取值应在一个范围内。见表3-9。表3-9工业锅炉热力特性热力特性层燃炉链条炉往复炉排炉抛煤机炉自然通风固定炉排炉kw/m3无烟煤230-350230-350230-350290-408贫煤烟煤褐煤有表3-9可以看出，计算出来的炉膛容积热负荷在要求的范围内，那么以上设计满足要求。在层燃炉中，由于绝大局部燃料在炉排上燃烧，只有少量的可燃物在炉膛空间燃烧，要分别测量出燃料在炉排上和炉膛空间燃烧放热量是非常困难的，所以在炉排面积热负荷和炉膛容积热负荷计算时，都是以全部燃料燃烧的放热量作为计算依据。②炉膛截面热负荷炉膛截面热负荷是指室燃炉燃烧器区段单位炉膛截面上燃料燃烧放热的热功率，用下面计算：〔3-37〕式中：Qar:燃料的收到基低位发热量，KJ/Kg；B:单位小时内的燃料消耗量，kg/h；F：炉排有效面积，m2；由公式〔3-37〕计算出炉膛截面热负荷。影响炉膛截面热负荷值的因素主要有燃料特性、燃烧方式、锅炉容量。在锅炉炉膛〔燃烧室〕设计时，炉膛截面热负荷值过大，那么燃烧器区段炉膛横截面积相对过小，该区段化学反响强烈，温度高，炉内易结渣；反之，炉膛截面热负荷值过小那么燃烧器区段炉膛横截面积相对过大，温度水平低，造成燃烧不稳定。对于小于220t/h的室燃炉，根据其他有关参数确定的锅炉燃烧器区段炉膛横截面积教用确定的横截面积大。根据我国多年积累的锅炉炉膛截面热负荷的大量数据，归纳的取值在一定范围内，如下表3-10。表3-10工业锅炉的燃烧特性热力特性层燃炉链条炉排往复炉排炉抛煤机机械炉排炉kw/m2褐煤600-850600-8501050-1650烟煤ⅠⅡ700-1100760-930Ⅲ贫煤无烟煤Ⅰ600-850580-810ⅡⅢ经表3-10校核，在要求范围内，所以以上设计假设满足要求。3.3.2炉膛传热计算参数3.3.2.1炉膛周界面之水冷壁辐射受热面辐射受热面是布置在锅炉炉膛内吸收辐射热的那一局部受热面，主要是水冷壁受热面。对于靠墙水冷壁，其所占据的炉墙面积为水冷壁管中心线所在面的面积，他等于水冷壁边界管中心线的间距b与水冷壁管受热长度l的乘机，即：F=blm2〔3-38〕当炉内布置有双面曝光水冷壁时，其所占据的面积也是炉膛周界面的组成局部，应作为炉墙面积计算在内。它按双面水冷壁所在面面积的两倍计算，即:F=2blm2〔3-39〕当水冷壁管覆盖有耐火涂料层或耐火砖时，炉墙面积即为其向火外表面积。每片水冷壁的辐射受热面面积H：〔3-40〕式中为水冷壁的角系数，经查取确定。如果没有燃烬室，炉膛出口窗的角系数去1。但应注意到这局部辐射热量中只有一局部被出口窗处的管束所吸收，其余热量那么穿过该管束辐射到其后面的受热面上。出口窗的角系数取等于出口窗管束的角系数。出口窗处管束的角系数：〔3-41〕式中：为出口窗处各排管的角系数，按附图C2中曲线5查得。膜式水冷壁的角系数去1。对于覆盖有耐火涂料层或耐火砖的水冷壁，其辐射受热面面积按以下算式折算：覆盖耐火涂料层时H=0.3Fm2覆盖耐火砖时H=0.15Fm2炉内辐射受热面总面积为：〔3-42〕炉膛的水冷度为：〔3-43〕炉膛的有效辐射层厚度S：〔3-44〕3.3.2.2炉内热量平衡参数〔1〕入炉热量对应于1kg燃料带入炉膛的热量称为入炉热量，由以下式子求得。〔3-45〕式中：燃料低位发热量；用外部热源加热空气并带入锅炉的热量；空气带入炉膛的热量；〔3-46〕式中：炉膛出口窗过量空气系数；炉膛漏风系数；分别表示理论热空气焓和理论冷空气焓，冷空气温度一般取为20℃。燃料在绝热条件下燃烧过能到达的温度称为绝热燃烧温度，此时烟气的焓即等于入炉热量，根据可以从焓温表求得绝热燃烧温度，其单位是℃。〔2〕炉膛的热量平衡方程炉膛的热量平衡方程〔3-47〕式中：对应于1kg燃料的辐射受热面吸热量；保热系数，按式〔3-29〕计算；炉膛出口处的烟气焓，kJ/kg，它对应于和炉膛出口处烟气温度。炉膛热平衡方程也可写作：〔3-48〕式中：为在至温度区间内1kg燃料所产生烟气的平均热容量，kJ/〔kg·℃〕：kJ/〔kg·℃〕〔3-49〕〔3〕烟气黑度在层燃炉中，烟气内具有辐射能力的成分主要是三原子气体〔RO2和H2O〕及悬浮的固体颗粒〔燃烧的煤粒和灰粒〕。炉内烟气的黑度〔又称火焰黑度〕：〔3-50〕式中：e自然对数的底；k烟气的辐射减弱系数，1/〔m·MPa〕；p炉内介质的压力，MPa，对非正压燃烧的炉膛，一般取为0.1MPa；S有效辐射层厚度，m。烟气黑度也可以经查取确定。〔4〕烟气的辐射减弱系数k烟气的辐射减弱系数k由三原子气体辐射减弱系数和固体颗粒辐射减弱系数构成，即：,1/〔m·MPa〕〔3-51〕①三原子气体辐射减弱系数三原子气体辐射减弱系数由下次计算得：1/〔m·MPa〕〔3-52〕或,1/〔m·MPa〕〔3-53〕式中T烟气温度，K；在炉膛传热计算中取它等于炉膛出口烟气温度；为三原子气体的总容积份额；②固体颗粒辐射减弱系数固体颗粒辐射减弱系数由飞灰辐射减弱系数和考虑煤粒燃烧的修正系数C构成，即：,1/〔m·MPa〕〔3-54〕C为煤粒燃烧的修正系数，对于低挥发份煤种〔无烟煤、贫煤〕，取C=0.306；对于高挥发份煤种，取C=0.153。式中飞灰辐射减弱系数按以下式子求得。,1/〔m·MPa〕〔3-55〕或,1/〔m·MPa〕〔3-56〕式中T烟气温度，K；对于炉膛传热计算，取它等于炉膛出口烟气温度；烟气中的飞灰浓度，kg/kg。〔5〕系统黑度炉膛的系统黑度：〔3-57〕式中：水冷壁外表的黑度，可取0.8；炉膛的水冷度；烟气黑度；火床与炉墙面积之比，即：〔3-58〕3.3.2.3炉膛传热计算炉膛传热计算的根本方程是辐射换热四次方温差公式：〔3-59〕式中：绝对黑体辐射常数，；计算燃料消耗量，kg/h；炉内烟气〔火焰〕的有效平均温度，K：〔3-60〕式中：n反映燃烧工况对炉内温度场的影响，对于抛煤机炉取n=0.6，对于其他层燃炉取n=0.7；绝热燃烧温度，K；炉膛出口烟温，K；水冷壁管外积灰层外表温度,K：〔3-61〕式中：水冷壁管金属壁温，取为工作压力下水的饱和温度，K；管外积灰层热阻，取决于燃料性质和炉内燃烧工况，一般可取，m2·℃/W；辐射受热面热流密度：〔3-62〕炉膛传热计算的目的一般是计算炉膛出口烟气温度。为了使计算方便，对于层燃炉，可以将传热方程改写成如下形式：〔3-63〕〔3-64〕式中m系考虑水冷壁积灰层外表温度对炉膛传热的影响。对于层燃炉，当，对应于一定的工质温度，可近似取m为常数。m的数值可按表3-11查取。表3-11系数m的数值锅筒工作压力0.71.01.251.62.53.8m值0.130.140.150.160.180.21将式〔3-63〕与热平衡方程〔3-64〕合并，可得到炉内传热无因此方程式。〔3-65〕式中：:波尔兹曼准那么,；:平均无因此温度,；:无因此温度,。表3-12水冷壁的结构面积确实定及传热计算名称结果单位水冷壁管管径dg按结构设计0.051m前顶墙水冷壁：管节距s1按结构设计0.17m管中心到墙距离e1按结构设计0.0255m管根数n1按结构设计16根曝光长度L11DE+EF-(4.4-3.956)4.87m覆盖耐火涂料层长度L12(4.4-3.956)+FG+GH+HI3.53m后墙水冷壁：管节距s2按结构设计0.17m管中心到墙距离e2按结构设计0.0255m管根数n2按结构设计16根曝光长度L21DC+CB-烟窗高度1.54.63m覆盖耐火涂料层长度L22AB3.32m烟窗管节距s3按结构设计0.34m有效角系数x3按出口烟窗1管长L3即烟窗高度1.5m管根数n3按结构设计8根侧墙水冷壁管节距s4按结构设计0.105m管中心到墙距离e4按结构设计0.026m4对流受热面的热力计算4.1锅炉的对流受热面的概述4.1.1对流过热面锅炉中的对流受热面是指锅炉管束、过热器、省煤器、防渣管等在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热，所以成为对流受热面。锅炉出口后烟气行程中所有用来交换烟气热量的受热面称之为锅炉的对流受热面，例如，防渣管、对流式过热器、省煤器及空气预热器等。这些受热面的结构形式、工质的种类和热工状态以及所处的烟气温度范围等方面有很大的差异，但是它们的传热过程都是相同的，即以对流换热为主的复合传热过程，它们的传热计算可以用同样的方法进行，所以均成为对流受热面。布置在炉膛上部烟囱附近的某些屏式过热器，虽然与其烟气的辐射换热量有明显的增加〔它们往往直接吸收炉膛烟气的辐射热量，同时又吸收屏间高温烟气的热辐射〕〕但是由于馆内工质的热力状态不同于水冷壁，馆内工质以对流放热的形式换热；管外烟气的流速比炉膛烟气流速高些，也有一定的对流换热能力。本章主要介绍对流过热器传热计算所需的参数及各个对流受热面的传热计算。4.1.2对流传热过程受热面的传热过程一般包括串联的三个环节：从热流体〔烟气〕到壁面高温侧的热量传递；从壁面侧刀壁面低温侧的热量传递；从壁面低温侧到冷流体的传热。在稳定传热过程中，通过串联着的各环节的热流量Q是恒定的。在锅炉的受热面中热量从壁面高温侧到壁面低温侧的传递过程中不仅有穿过管外壁的积灰及管内壁的水垢层的导热。锅炉对流受热面的传热过程的一个显著特点是：从烟气到壁面高温侧的传递并不是一个纯对流换热的过程，而是包含有辐射换热的复合换热过程。在工程上，由于烟气中含有三原子气体以及飞灰，他们具有一定的辐射能力，因此除对流放热以外，还要考虑来之炉膛的辐射放热量。4.2对流受热面传热的计算公式屏式过热面和直接布置在对流过热器不仅以对流方式获得热量，而且还直接受到锅炉炉膛的辐射热，这局部受热面称为辐射对流受热面。对辐射对流受热面惊醒计算时，采用受热面的计算方法，同时考虑炉膛直接辐射热。本节主要介绍对计算对流受热面计算方法所需参数。传热方程在对流受热面中，热量从烟气向被加热介质〔水、蒸气、空气〕传递时以对流方式进行的，传递的热量用下式确定即传热方程：〔4-1〕式中：：对应于1kg燃料，受热面的吸热量，kj/kg；：计算段的传热系数，w/m3；:平均温压，；：燃料计算消耗量，kg/s；:修正系数，对过热器取1.0～1.3，其它的取1；：受热面的计算面积，m2；在计算对流管束的受热面时，除管式空气预热器外，等于烟气侧的管子平均外表。空气预热器的受热面等于空气侧和烟气外表积的算术平均值。再生式空气预热器的受热面等于所有蓄热板两侧的外表积。在指定的热力状态下，烟气放出的热量等于被加热介质〔水、蒸汽、空气〕的吸热量。烟气对对流受热面所放出来的热量〔千焦耳/米3〕，等于：〔4-2〕式中：：热量暴热系数；：受热面进口处的烟焓，千焦耳/米3；：计算段的烟道漏风风量；：理论空气量需要漏入空气温度下的空气焓，千焦耳/米3。对于空气预热器，把空气的平均温度〔在空气预热器计算范围内〕作为漏入空气的温度，烟道的其他局部，那么把冷空气的温度作为漏入空气的温度。空气的平均比热。对流受热面从炉膛获得的辐射热量对流受热面从炉膛获得的辐射热量由以下公式确定：〔4-3〕式中：：烟窗处的炉膛辐射热流密度分布系数，按下述原那么取用：如烟窗设在整个一面炉墙的上部，=0.6；如烟窗设在炉墙的一侧，且沿整个炉膛高度，=0.8；对燃尽室的烟窗=1.0；：炉膛辐射受热面的平均热流密度，w/m2按〔3-62〕计算：烟窗面积，m2x:烟窗处对流受热面管束的角系数，按〔3-41〕计算。〔3〕传热系数根本的计算方式。对于锅炉的板式受热面和光管管束的传热系数，用下式计算：〔4-4〕式中：：烟气对管壁的热阻力，；：管壁对被加热介质的热阻力，；：金属壁的热阻力，；：烟气侧污染层热阻力，；：被加热介质侧污染层的热阻力，。金属壁的热阻力非常小，在计算传热系数时可以不计。当前，广泛采用非金属材料〔如玻璃管〕的空气预热器，玻璃管壁的热阻力是重要的，计算传热系数时必须加以考虑。被加热介质〔水、蒸汽、空气〕侧所能形成的污染中，只有沸腾管内侧的水垢才会恶化传热计算，但运行技术规那么规定，锅炉须在无垢下运行。因此，计算传热系数时，被加热介质侧的污染层的热阻力也可不必考虑。沸腾管受热面和省煤器受热面，由于放热系数值较大，那么热阻力很小，可以不计。烟气侧污染层的热阻力称为污染系数。它与烟气流速、管子直径及布置等因素有关。在与诸因素的依赖关系的研究尚不充分时，无法以直接的形式引进到计算中来。此时，确定传热系数时要考虑受热面的热有效系数。系数是用试验方法获得的，即测得污染管与未污染管的传热系数之比。那么，传热系数可简化为：〔4-5〕热有效系数，考虑受热面的积灰、冲刷情况等对对热的影响，一般看按表4-1选取。表4-1热有效系数受热面名称热有效系数备注过热器积灰少、冲刷好的受热面去上限锅炉管束及省煤器流化床锅炉的各对流受热面去上限空气预热器有管板的空气预热器取下限烟气管内纵向冲刷〔4〕对流放热系数对流放热系数与许多因素有关，如气流速度和温度、定性尺寸、管束中管子的布置方式、受热面外表形状、受热面冲刷情况〔纵向、横向或斜向冲刷〕、冲刷介质的物理性质以及与管壁温度等等。气流横向冲刷顺列管束时的对流放热系数：〔4-6〕式中：：管束几何布置方式的修正系数，它与纵向相对节距及横向相对节距有关，按下式计算：〔4-7〕式中：,；当，式中值仍取为3；气流行程方向上管束排数z2的修正系数，其值与所求管束的各个管组的平均排数有关，按式〔4-8〕求取。〔4-8〕：气流平均温度下的导热系数，W∕(m•℃);v：气流平均温度下的运动黏度系数，㎡∕s；d：管子外径，m；w气流速度，㎡∕s；Pr:气流速度温度下的普朗特数。横向冲刷顺列管束的对流放热系数也可以查得.温度及气体成分等物理性质对放热系数的影响用系数C1考虑。假设管束中一局部管子为错列布置，另一局部为顺列布置，那么利用整个管束的平均烟气温度及速度，先分别求出各局部的放热系数，然后按各局部受热面积大小求得全部管束的放热系数。〔4-9〕烟气流通面积当烟气或空气横向或斜向冲刷布置在等截面烟道中的管束时，同流截面积等于管子中心线所在平面的烟道截面积与管子肋片在该平面上的所占的面积之差，即：〔4-10〕式中：b：管子中心所在烟道的尺寸，m；Z：每排管子的根数；d、l：管子的外径和长度，如系弯管，那么取其投影长度作为管长。(6)辐射放热系数在对流管束的传热计算中必须考虑高温烟气的辐射。辐射放热系数按下式计算：〔4-11〕式中：：受热面的热流密度，w/m2；:烟气温度，；：积灰状态下管子外表温度，；即：〔4-12〕式中：：烟气平均温度，K；：积灰状态下受热面外表温度，K，且；积灰状态下受热面外表的黑度；一般取=0.8；：烟气黑度，按下式计算：〔4-13〕条件辐射放热系数也可查取。(7)烟气的辐射减弱系数k〔4-14〕：三原子气体辐射减弱系数，按照〔3-53〕计算；：飞灰辐射减弱系数，对于层燃炉按照式子〔3-54〕计算；在计算三原子气体和飞灰的辐射减弱系数时，飞灰的辐射减弱系数可以忽略不计，另一方面以上各式中的烟气温度应当取烟道的平均温度。(8)烟气有效辐射层厚度S〔4-15〕对于光管的管束，管间有效辐射厚度为：〔4-16〕式中：S1:管子横向节距；S2：管子纵向节距；d:管子外径；(9)温压所谓温压是指参与换热的两种介质之间的在整个受热面中的平均温差。温差大小与两种介质的相对流动方向有关。倘假设某一介质的温度在受热面范围内是不变的，如锅炉管束，这时温压与两介质的相对流动方向无关。〔4-17〕：把连接系统看作逆流时的平均温压，0C；：考虑到系统不是逆流的温压修正系数。4.2.2对流受热面传热计算方法在进行各对流受热面的设计计算前，可以根据给定的蒸汽参数、给水温度、选定的排烟温度、热风温度、省煤器出口水温等预先估算各受热面的吸热量和受热面前后的烟温。在各受热面计算完毕后，再对选定的数据进行适当的调整。对流过热面设计计算的方法是：受热面的吸收热量、工质的进、出口温度，确定受热面的面积。但受热面的结构尺寸都是预先选定。设计计算的步骤：根据烟气和工质的进、出口温度，以及它们的相对流向，确定平均温压、工质平均温度及烟气平均温度，然后求得烟气平均流速及工质平均流速；确定对流放热系数及辐射放热系数；确定烟气侧的放热系数，对于空气预热器还需要确定工质侧的放热系数；根据不同情况选取有效系数，并确定传热系数；根据传热方程式确定受热面积；进行受热面的布置，如实际布置的受热面积和计算值有出入，应根据实际布置的受热面积校核受热面吸热量、烟气和工质的出口温度。校核方法：受热面的结构特性、工质入口温度、计算燃料消耗量、烟气入口温度、漏风系数和漏风焓等，确定受热面的传热面的传热量和烟气、工质的出口温度。计算步骤：先假设受热面的烟气出口温度，并由焓温表查得出口焓；按烟气侧的热平衡方程算出烟气放热量；按工质侧的热平衡方程式求得工质出口焓及温度，对蒸发受热面那么例外；按传热方程求得受热面传热量；检验某受热面的烟气出口温度假定的是否合理，可按下式计算烟气放热量和传热量的误差百分数：〔4-18〕计算结束后，对于无减温器的过热器，有减温器的过热器、锅炉管束、省煤器及空气预热器，，防渣管为。如果两个热量之差超过上诉范围，那么必须重新假定烟气出口温度再次进行计算。如果第二次假定温度与第一次假定温度相差小于500C,那么传热系数可不必重算，只需温压以及和然后再校核，直至于规定范围。4.3防渣管结构特性及热力计算后墙水冷壁管穿过炉膛出口烟窗时，由于管子横向节距较小，管排较密集，当锅炉燃烧煤或其他固体燃料且炉膛出口烟温较高时，会造成管排结渣，以致堵塞炉膛出口烟窗。为此，必须增加管子的横向节距以防发生结渣事故。工业锅炉一般采用将后墙水冷壁在炉膛出口出拉稀成为炉排，层燃锅炉的凝渣管一般拉稀成2排，煤粉锅炉拉稀成2～3排。蒸汽锅炉的凝渣管与水冷壁一样为蒸发受热面。凝渣管可以保护其后密集的蒸汽过热器不结渣堵塞，因此也成为防渣管。设计防渣管的尺寸假定如以下图。图4-1发渣管结构示意图防渣管的结构尺寸预定，由下4-2表出。表4-2防渣管结构特性名称计算公式结果单位管径d按结构设计0.051m管长l按结构设计1.5m1.2排〔错列局部〕横向节距Sch按结构设计0.34m管根数nch按结构设计8根/排3.4排(顺列局部)横向节距Scl按结构设计0.17m管根数ncl按结构设计16根/排计算对于防渣管，受热面积取管子烟气侧外表积，即按管子的外径计算。由上表得防渣管的尺寸，那么可由公式防渣管的受热面面积错列局部：烟气的流通面积按公式〔4-9〕：由图C2插得有效角系数xch=0.2顺列局部烟气的流通面积按公式〔4-9〕：由图C2插得有效角系数xcl=0.41那么防渣管总的受热面积H得那么烟气平均流通截面积得：fav=3.23m2由公式〔4-13〕计算有效辐射厚度S：防渣管的传热计算由炉膛计算知：防渣管进口烟温：其焓值为假定出口温度tck=10170C其焓值为Ick=14877.9kJ/kg其平均烟温：tpj=1032.68650C那么由公式〔4-2〕得烟气对流放热量=793.01kJ/kg由P=1.45MP,t=196.660C那么平均温压表4-3修正系数的选择名称结果单位错条件对流放热系数a095W/m2.℃列修正系数Cz0.82部修正系数Cw0.91分修正系数Cs0.97顺条件对流放热系数a085W/m2.℃列修正系数Cz0.908部修正系数Cw0.975分修正系数Cs0.95按公式〔4-6〕计算出顺列错列局部的条件对流放热系数分别为：由公式〔4-9〕得对流放热系数那么按公式〔3-53〕得三原子气体辐射减弱系数：按公式〔4-11〕烟气黑度=0.1676从而计算出辐射放热系数：烟气对管壁的放热系数是由辐射放热系数与对流放热系数之和，那么由以上条件按公式〔4-3〕可得由〔4-3〕得，有效系数取0.6那么传热系数k=52.18W/m2.℃由〔4-1〕的传热方程可得传热量校核：,在误差范围之内，满足设计要求。4.4过热器结构特性及热力计算蒸汽过热器是将饱和蒸汽加热称为具有一定温度的过热蒸汽的装置。使用过热蒸汽能提高蒸汽动力装置的热机效率，满足某些生产工艺对蒸汽温度的特殊要求，减少蒸汽在输送过程中的凝结损失。因此，在有些工业锅炉中安装蒸汽过热器用以供给过热蒸汽。在过热器的设计中，过热器的计算顺序取决于过热器在锅炉中的布置。如果锅炉仅布置对流过热器，且装在锅炉管束之后，那么计算这些受热面之后再计算过热器。如果锅炉中布置不同型式的过热器〔辐射或屏式〕，那么按烟气流程进行计算，先计算辐射或辐射对流过热器，在计算对流过热器。如果在辐射或屏式过热器与对流过热器之间，布置有蒸发受热面，计算这些受热面之后，再计算对流过热器。现代锅炉上，配备的都是定型过热器。这些过热器在结构上依燃料特性的不同，预先考虑了变动受热面的可能性。因此，对于工作条件与标准条件不同的锅炉，设计或改造时用校核计算，以确定定型锅炉在新的工作条件下能否工作的可能性。如果设计任务书中的条件与定型锅炉的技术特性差异很大，为了到达定型锅炉给出的蒸汽过热温度，那么应进行结构上的变更。为此，要进行锅炉结构上的变更。为此，要进行锅炉结构计算。过热器结构特性及热力计算见附表。4.5锅炉管束结构特性及热力计算对于低压锅炉，由于汽化所需焓较大，仅在炉膛内布置辐射受热面—水冷壁管还不能满足需要，必须在对流烟道内布置对流蒸发受热面—锅炉管束。锅炉管束就是布置在上、下锅筒之间的密集管束。管束与锅筒可以采用胀接连接。锅炉管束内的水或汽水混合物靠自然循环流动。通常在管束中用耐火砖或铸铁板将烟