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1、第十二章第十二章 锅炉热力计算及锅炉热力计算及其设计布置其设计布置1第1页，本讲稿共70页12.1 电厂锅炉整体布置及其主要设计参数的选择电厂锅炉整体布置及其主要设计参数的选择一、电厂锅炉整体布置 指锅炉炉膛、蒸发受热面、过热受热面指锅炉炉膛、蒸发受热面、过热受热面(包括辐射、半辐射包括辐射、半辐射和对流受热面和对流受热面)和尾部受热面之间的相互位置关系。和尾部受热面之间的相互位置关系。2第2页，本讲稿共70页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置型布置型布置 组组成成：垂垂直直柱柱体体炉炉膛膛、水水平平烟烟道道和下行对流烟道。和下行对流烟道。优点：优点：锅锅炉炉和和厂厂房房的的高高度度都都
2、较较低低，转转动动机机械械和和笨笨重重设设备备均均可可作作低低位位布布置置(建建筑筑在在地地面面上上)，减减轻轻了了厂厂房和锅炉构架的负载；房和锅炉构架的负载；在在水水平平烟烟道道中中，可可以以采采用用支支吊吊方方式式比比较较简简便的悬吊式受热面；便的悬吊式受热面；3第3页，本讲稿共70页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置缺点：缺点：占地面积较大；占地面积较大；烟气从炉膛进入对流烟道时要改变流动烟气从炉膛进入对流烟道时要改变流动方向，造成烟气速度场和飞灰浓度场的不方向，造成烟气速度场和飞灰浓度场的不均匀性影响受热面的传热性能，加速受均匀性影响受热面的传热性能，加速受热面局部磨损。热面局部
3、磨损。在下行对流竖井中，受热面易于布置成逆流传热方式且便于尾部受热面的检修。4第4页，本讲稿共70页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置型布置型布置 优点：优点：节省钢材节省钢材缺点：缺点：取消炉膛后墙与下行对流取消炉膛后墙与下行对流烟道前墙之间的走廊，对烟道前墙之间的走廊，对受热面的检修和管式空气受热面的检修和管式空气预热器的支撑带来不便。预热器的支撑带来不便。5第5页，本讲稿共70页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置塔型布置塔型布置 优点：优点：取消了转弯室，锅炉炉墙表面积和占地面积均较小；取消了转弯室，锅炉炉墙表面积和占地面积均较小；对流烟道有自身通风作用，烟气阻力有所下降；对
4、流烟道有自身通风作用，烟气阻力有所下降；烟烟气气在在对对流流受受热热面面中中不不改改变变流流动动方方向向，受受热热面面的的局局部磨损减轻。部磨损减轻。缺缺点点：高高度度高高，过过热热器器、再再热热器器和和省省煤煤器器都都布布置置在在高高处处，汽汽水水管管道道较长，空气预热器、送引风机、除尘器等都采用高位布置。较长，空气预热器、送引风机、除尘器等都采用高位布置。6第6页，本讲稿共70页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置箱型布置箱型布置 优优点点：布布置置紧紧凑凑，炉炉膛膛容容积积相相对对较较小小，省去或简化凝渣管束。省去或简化凝渣管束。7第7页，本讲稿共70页二、影响锅炉布置的主要因素二、
5、影响锅炉布置的主要因素蒸汽参数蒸汽参数 锅炉工质吸热量的分配比例蒸汽参数及给水温度总焓增（kJ/kg）吸热量比例（）汽压p（MPa）汽温t（）给水温度tgs（）加热Qjr蒸发Qzf过热Qgr3.82450150269017.962.419.79.81540215255020.449.530.113.72540/5402402820/43021.233.829.8/15.216.69540/5402702650/43423.523.736.4/16.48第8页，本讲稿共70页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素中参数锅炉受热面布置1汽包；2水冷壁；3集中下降管；4凝渣管簇；5高温
6、对流过热器；6低温对流过热器；7省煤器；8空气预热器9第9页，本讲稿共70页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素高参数锅炉受热面布置1汽包；2水冷壁；3集中下降管；4屏式过热器；5顶棚过热器；6高温对流过热器；7低温对流过热器；8省煤器；9空气预热器10第10页，本讲稿共70页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素锅炉容量 锅锅炉炉容容量量越越大大，能能布布置置水水冷冷壁壁的的炉炉内内表表面面积积相相对对减减少少，为为限限制制炉炉膛膛出出口口烟烟温温，在在炉炉膛膛内内布布置置足足够够的的辐辐射射面面和和屏屏式式受受热热面面，甚甚至至需需在炉膛中装设双面水冷壁。在炉
7、膛中装设双面水冷壁。随随着着锅锅炉炉容容量量的的增增大大，炉炉膛膛宽宽度度（尾尾部部烟烟道道宽宽度度）相相对对减减小小，就就会会影影响响到到尾尾部部受受热热面面的的布布置置。为为使使尾尾部部受受热热面面的的工工质质流流速速不不因因尾尾部部烟烟道道宽宽度度的的相相对对减减小小而而增增大大，尾尾部部省省煤煤器器和和空空气气预预热热器器均均采采用用双双级级双双流布置流布置。对对于于超超高高参参数数以以上上的的锅锅炉炉，有有时时就就将将空空气气预预热热器器移移至至炉炉外外，且且采采用用比比较较紧紧凑凑的的回回转转式式空空气气预预热热器器，而而省省煤煤器器则则采采用用单单级级的非沸腾式结构布置在尾部烟道
8、内。的非沸腾式结构布置在尾部烟道内。11第11页，本讲稿共70页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素燃料性质 燃料水分燃料水分 燃燃烧烧水水分分较较多多的的煤煤，炉炉内内燃燃烧烧温温度度低低，烟烟气气量量增增大大，炉炉膛膛辐辐射射传传热热量量减减少少，烟烟道道对对流流传传热热量量增增多多；着着火火热热较较大大，空空气气预预热热器器的受热面积随之增加。的受热面积随之增加。燃料灰分燃料灰分 燃燃烧烧灰灰分分多多的的煤煤应应采采用用较较低低的的烟烟气气速速度度或或其其他他减减轻轻磨磨损损的的措措施施，而而灰灰的的熔熔化化特特性性影影响响炉炉膛膛出出口口烟烟温温的的选选择择，而而炉炉膛
9、膛出出口口烟烟温温的的变变化化使使锅炉中辐射对流传热份额发生变化。锅炉中辐射对流传热份额发生变化。12第12页，本讲稿共70页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素燃料挥发分 挥挥发发分分少少，着着火火困困难难，要要求求炉炉膛膛容容积积较较大大，炉炉膛膛横横断断面面较较小小，炉炉膛膛呈呈瘦瘦高高型型，并并在在燃燃烧烧器器区区辐辐射射卫卫燃燃带带，空空气气预预热热器器的的受受热热面面较多。较多。主要影响烟气的露点，所以，硫分不同，应选取不同的排烟温度和主要影响烟气的露点，所以，硫分不同，应选取不同的排烟温度和低温受热面结构。低温受热面结构。燃料硫分燃料硫分 13第13页，本讲稿共7
10、0页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素热空气温度对省煤器和空气预热器布置的影响 热热电电气气温温度度低低于于300-350时时采采用用单单级级布布置置方方式式；高高于于此此温温度度时时采采用用两两级级布布置置方方式式。管管式式空空气气预预热热器器时时，双双级级布布置置与与省省煤煤器器交交错错布布置置；回回转式空气气预热器采用两级布置时，第二级采用管式空气预热器。转式空气气预热器采用两级布置时，第二级采用管式空气预热器。14第14页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛热强度（热负荷）包包括括容容积积热热强强度度qV、截截面面热热强强度度qA、
11、燃燃烧烧器器区区域域热热强强度度qr和和炉炉膛壁面热强度膛壁面热强度qlb。15第15页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择容积热强度qV 指指锅锅炉炉输输入入热热量量占占炉炉膛膛容容积积的的比比值值，即即单单位位炉炉膛膛容容积积的的热热功功率。率。qV越越大大，燃燃料料和和烟烟气气在在炉炉内内的的停停留留时时间间越越短短；qV越越大大，炉炉膛膛容容积积越越小小，炉炉内内能能布布置置的的水水冷冷壁壁受受热热面面面面积积越越少少，烟烟气气在在炉炉膛膛出出口处烟温越高。口处烟温越高。qV应应保保证证炉炉内内布布置置有有足足够够的的水水冷冷壁壁受受热热面面积积，使使燃
12、燃烧烧产产物物在炉膛出口处能冷却到给定温度。在炉膛出口处能冷却到给定温度。16第16页，本讲稿共70页炉膛容积热强度qv的推荐值（kW/m3）燃料种类固态排渣炉液态排渣炉开式炉膛半开式炉膛熔渣段煤无烟煤116151145169523698贫煤116163151186163198528698烟煤（洗中煤）140198186198640756褐煤93151油233349天然气349三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择17第17页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择截面热强度qA 指锅炉输入热量占炉膛截面积的比值，即单位截面积上的热功率。指锅炉输入热量
13、占炉膛截面积的比值，即单位截面积上的热功率。qA反反映映了了燃燃烧烧器器区区域域的的温温度度水水平平。qA越越大大，炉炉膛膛断断面面积积过过小小，燃燃烧烧器器区区燃燃料料燃燃烧烧放放出出大大量量热热量量没没有有足足够够的的水水冷冷壁壁受受热热面面吸吸收收，燃燃烧烧器器区域的局部温度过高，易引起燃烧器区域结渣。区域的局部温度过高，易引起燃烧器区域结渣。18第18页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择燃烧器多层布置时，一层燃烧器的断面热强度：qA值值的的选选取取，与与燃燃料料的的性性质质、炉炉子子的的排排渣渣方方式式、燃燃烧烧器器的的型型式式和和布布置置等等因因素素
14、有有关关。还还应应考考虑虑防防止止水水冷冷壁壁内内发发生生膜膜态态沸沸腾腾以及对水冷壁管内质量流速的影响。以及对水冷壁管内质量流速的影响。19第19页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择qA的推荐值（10-6W/m2）锅炉蒸发量（t/h）220400，410670切向燃烧褐煤和易结渣煤（t21350）2.092.562.913.373.263.72烟煤2.332.672.794.073.724.65无烟煤、贫煤2.673.493.024.543.724.65前墙或对冲燃烧2.212.793.023.723.494.07油和天然气4.074.774.195.235
15、.236.1620第20页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择燃烧器区域热强度qr式中式中 a、b炉膛宽度和深度；炉膛宽度和深度；n燃烧器的层数；燃烧器的层数；sr各层燃烧器之间的间距；各层燃烧器之间的间距；Fr燃烧器区域的炉墙面积。燃烧器区域的炉墙面积。qr值越大，火焰越集中，燃烧器区域的温度水平越高。值越大，火焰越集中，燃烧器区域的温度水平越高。21第21页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛壁面热强度qlb 也也称称为为炉炉膛膛辐辐射射受受热热面面的的热热强强度度（或或热热流流密密度度），是是单单位位炉炉膛膛壁面所吸收的
16、炉内辐射热量的平均值。壁面所吸收的炉内辐射热量的平均值。qlb越越大大，单单位位壁壁面面所所吸吸收收的的热热量量越越大大，炉炉内内烟烟气气平平均均温温度度的的水水平平越高；越高；qlb的数值是判断膜态沸腾是否发生的主要指标之一。的数值是判断膜态沸腾是否发生的主要指标之一。22第22页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛主要尺寸 炉炉膛膛深深度度b的的选选取取应应保保证证火火焰焰在在炉炉膛膛断断面面内内自自由由发发展展，使使高高温温火火焰焰核核心心不不致致冲冲刷刷炉炉墙墙水水冷冷壁壁，并并保保证证炉炉内内良良好好的的空空气气动动力力工工况况；b的的数数值值与燃
17、烧器的型式和燃烧器的布置情况有关。与燃烧器的型式和燃烧器的布置情况有关。炉膛宽度炉膛宽度a与锅炉容量和燃料的种类有关，还应考虑燃烧器的型式。与锅炉容量和燃料的种类有关，还应考虑燃烧器的型式。对四角布置燃烧器的炉膛，炉膛横截面的宽深比例不大于对四角布置燃烧器的炉膛，炉膛横截面的宽深比例不大于1.2，最好，最好是正方形。是正方形。23第23页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择 冷灰斗的形状冷灰斗的形状一般变化不大，取倾斜角不小于一般变化不大，取倾斜角不小于50，以便灰渣，以便灰渣能自行下滑。其下口大小根据锅炉容量大小选取，能自行下滑。其下口大小根据锅炉容量大小选取
18、，一船取一船取0.61.4m。炉顶的形状炉顶的形状：采用悬吊结构的水冷壁和敷管炉墙时，炉顶呈：采用悬吊结构的水冷壁和敷管炉墙时，炉顶呈方形，由水平的顶棚过热器组成。炉膛出口有屏式过热器（如方形，由水平的顶棚过热器组成。炉膛出口有屏式过热器（如220t/h高压锅炉），有的在炉膛正中的上部装有前屏过热器（如高压锅炉），有的在炉膛正中的上部装有前屏过热器（如400t/h超高压中间再热锅炉）。超高压中间再热锅炉）。24第24页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择 折焰角的长度折焰角的长度一般取炉膛深度的一般取炉膛深度的1/3左右。上倾斜角取左右。上倾斜角取200450,
19、下倾斜角取下倾斜角取200300。炉膛出口高度炉膛出口高度由烟气温度和流速来决定，烟气流速一般取由烟气温度和流速来决定，烟气流速一般取6m/s左右。左右。25第25页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择 在炉顶与冷次斗的结构确定以后，即可确定炉膛主体高度。26第26页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛出口烟气温度 大容量锅炉，是指屏式过热器前的烟温。大容量锅炉，是指屏式过热器前的烟温。最最经经济济的的炉炉膛膛出出口口烟烟温温为为12500C；当当炉炉膛膛出出口口布布置置屏屏式式受受热热面面时时，炉炉膛膛出出口口烟烟温温一一般
20、般为为110012000C；对对于于易易结结渣渣的的燃燃料料，一一般般为为100010500C。27第27页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择排烟温度 最佳排烟温度是燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少所对应的温度；还与锅炉给水温度、燃料性质（燃料的水分和硫分）、省煤器与空气预热器的金属价格等因素有关。选用较低的排烟温度会使锅炉效率提高，减小燃料消耗量，降低选用较低的排烟温度会使锅炉效率提高，减小燃料消耗量，降低锅炉运行费用；但会使尾部受热面烟气侧与工质侧的温差减小，增锅炉运行费用；但会使尾部受热面烟气侧与工质侧的温差减小，增加受热面的金属消耗量，锅炉造价也会
21、增大，运行中风机所消耗的加受热面的金属消耗量，锅炉造价也会增大，运行中风机所消耗的电能也随之而增高，还会引起空气预热器的严重低温腐蚀。电能也随之而增高，还会引起空气预热器的严重低温腐蚀。28第28页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择大、中容量锅炉（D75t/h）的最经济排烟温度（）燃料tgs=150tgs=215235tgs=265干燃料（Wzsar3）110120120130130140湿燃料（Wzsar420）120130140150150160很湿的燃料（Wzsar20）13014016017017018029第29页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数
22、的选择三、锅炉主要设计参数的选择热空气温度 室燃炉热空气温度的选取，主要取决于燃料的性质。室燃炉热空气温度的选取，主要取决于燃料的性质。着着火火性性能能好好、水水分分低低的的燃燃料料，采采用用较较低低的的热热空空气气温温度度；着着火火性性能能差差、水分较多的燃料，采用较高的热空气温度。水分较多的燃料，采用较高的热空气温度。电厂锅炉的热风温度燃料无烟煤贫煤、劣质烟煤褐煤烟煤洗中煤重油天然气热风干燥剂烟气干燥剂热风温度trk（）380480330380350400300350280350250300空气预热器布置方式双级布置单级或双级布置单级布置30第30页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选
23、择三、锅炉主要设计参数的选择工质的质量流速 31第31页，本讲稿共70页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择烟气速度 烟烟气气速速度度的的选选取取与与受受热热面面的的布布置置面面积积和和受受热热面面的的灰灰分分污污染染、受热面的磨损等因素有关。受热面的磨损等因素有关。一般，横向冲刷的对流受热面，一般，横向冲刷的对流受热面，wy应大于应大于6m/s；当当烟烟温温小小于于7000C时时，按按磨磨损损条条件件确确定定的的横横向向冲冲刷刷错错列列布布置置受受热热面面的的极极限限烟烟速速，一一般般煤煤910m/s；灰灰分分多多和和灰灰分分磨磨蚀蚀型型较较强强的的煤煤78m/s；灰灰分小和
24、磨蚀型较弱的煤分小和磨蚀型较弱的煤1012 m/s。32第32页，本讲稿共70页12.2 电厂锅炉热力计算的任务及顺序电厂锅炉热力计算的任务及顺序 一、热力计算的任务 锅锅炉炉热热力力计计算算的的任任务务是是确确定定锅锅炉炉受受热热面面与与燃燃烧烧产产物物和和工工质质参参数数之之间间的的关关系系，通通常常按按锅锅炉炉受受热热面面的的传传热热特特点点进进行行热热力力计计算算，大大致致可可分为分为辐射受热面辐射受热面、半辐射受热面半辐射受热面和和对流受热面对流受热面计算三部分。计算三部分。33第33页，本讲稿共70页一、热力计算的任务一、热力计算的任务 按计算任务不同，又可分为按计算任务不同，又可
25、分为设计计算设计计算和和校核计算校核计算。设设计计计计算算：在在给给定定的的给给水水温温度度和和燃燃料料特特性性的的前前提提下下，为为达达到到额额定定蒸蒸发发量量和和蒸蒸汽汽参参数数以以及及选选定定的的经经济济指指标标，计计算算、确确定定锅锅炉炉机机组组的的炉炉膛膛尺尺寸寸及及各各个个受受热热面面的的结结构构和和尺尺寸寸，并并确确定定锅锅炉炉的的热热效效率率和和燃燃料料消消耗耗量量、各各受受热热面面进进出出口口处处的的烟烟温温和和工工质质温温度度、吸吸热热量量以以及及烟烟速速和和工工质质流流速速等等，为为选选择择辅机设备和进行上述其他各项提供原始资料。辅机设备和进行上述其他各项提供原始资料。3
26、4第34页，本讲稿共70页一、热力计算的任务一、热力计算的任务校核计算：在已定的锅炉结构和受热面积条件下，对锅炉负荷、燃料、运行工况或某些结构变化时，求取各受热面进出口处的工质温度和速度、烟气温度和速度、锅炉热效率、燃料消耗量、空气和烟气量等。35第35页，本讲稿共70页一、热力计算的任务一、热力计算的任务36第36页，本讲稿共70页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序炉膛辐射受热面热力计算方法 假设传热过程与燃烧过程分开，必须考虑燃烧工况影响时，引入经验系数修正；对流传热忽略不计；火焰和烟气的辐射传热量按某一平均温度计算；只有辐射传热和热平衡两个代数方程式。炉膛校核热力计算中：先
27、假设炉膛出口烟温，再与最后计算处的烟温比较，直到误差不超过1000C时为止。37第37页，本讲稿共70页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序壁式过热器和再热器、前屏等辐射受热面：合并在炉膛传热计算中同一计算，但要考虑辐射面积的计算方法和沿高度方向热力不均。半辐射和对流受热面热力计算方法 半辐射受热面：炉膛上部或出口烟窗的大屏和后屏受热面。对流受热面：凝渣管束、锅炉管束、对流过热器、再热器、省煤器、空气预热器和附加受热面等。38第38页，本讲稿共70页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序设计计算顺序：先确定受热面的布置型式及设计参数（受热面工质的进、出口温度），计算所需的
28、传热量，再根据已确定的进、出口烟气温度，计算所需的受热面积。校核计算顺序：先进行结构特性计算，为传热计算提供结构数据。在进行校核计算中，先假设出口烟温或工质进口（出口）温度。式中式中 Qdf用热平衡公式计算出的烟气对流放热量；用热平衡公式计算出的烟气对流放热量；Qcr用传热公式计算出的对流传热量。用传热公式计算出的对流传热量。39第39页，本讲稿共70页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序锅炉机组热力计算顺序 列出与计算任务相应的原始数据。设计计算时应列出锅炉的蒸发量和蒸汽参数、给水参数等；校核计算应给出炉膛及各受热面的尺寸以及所校核的负荷工况；不论设计计算或校核计算，都应给出燃料
29、的特性数据；选取各烟道的过量空气系数，计算三原子气体的容积和容积份额、烟气和空气的焓。预先估计排烟温度和热风温度，用以确定热损失、锅炉效率和燃料消耗量。40第40页，本讲稿共70页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序计算炉膛传热，求出炉膛出口处的烟温，再用逐步逼近法计算各对流受热面的烟温，按烟气流动方向顺序计算。如果计算出的排烟温度与起初估计的排烟温度之差为超过100C，而热空气温度之差未超过400C，则可认为锅炉机组的换热计算结束。如果尾部受热面为双级布置：计算第二级省煤器时按已知的进口烟温和估算的出口工质焓，第二级空气预热器按已知的进口烟温和假定的热风温度，第一级省煤器按已知的
30、进口烟温和进口水温，第一级空气预热器按已知41第41页，本讲稿共70页式中式中 Q除空气预热器外的各级受热面的热平衡吸热量总和；除空气预热器外的各级受热面的热平衡吸热量总和；gl锅炉效率；锅炉效率；Qr锅炉输入热量。锅炉输入热量。二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序的进口烟温和进口空气温度，分别用逐次逼近法求出口烟温和进口（出口）工质温度。按下式确定锅炉机组热平衡计算的误差：42第42页，本讲稿共70页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序热力计算相对误差标准：整个锅炉机组主要计算数据汇总表。43第43页，本讲稿共70页 12.3 炉膛热力计算炉膛热力计算 一、炉膛几何尺
31、寸的计算 设计新锅炉时，先按燃烧要求，根据选取的炉膛容积热负荷和断面热负荷确定炉膛容积及炉膛截面积，并根据选用的燃烧器型式、数目、布置方式等确定炉膛的深度、宽度和高度。锅炉校核计算时，先布置炉膛辐射受热面（可采用简易估算法），并给出炉膛结构草图，进行炉膛结构特性计算，若经炉膛传热计算后，校核的炉膛出口烟温不合理，应对炉膛结构和辐射受热面进行修正后再进行计算。44第44页，本讲稿共70页一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算炉膛容积计算 容积边界：水冷壁管中心线所在的平面或是绝热保温层的向火表面，不敷设水冷壁的地方为炉膛的壁面。炉膛出口边界：通过屏式过热器、凝渣管或锅炉排管的第一排管子中心
32、线所在平面。炉膛下部边界：炉底，当有冷灰斗时，以冷灰斗等分水平面为炉膛容积边界。45第45页，本讲稿共70页一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算炉壁面积计算 炉膛容积含屏时 炉壁面积等于空容积的炉壁面积、屏的面积和屏区水冷壁面积之和，并应考虑屏和水冷壁的曝光不完全性。F1=Fk+FpZp+FpbZpb Zp=ap/ak Zpb=apb/ak 46第46页，本讲稿共70页一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算辐射受热面面积计算 F=xiFli Fli=bl双面曝光水冷壁和屏：Fli=2bl炉膛容积含屏时，屏和屏区水冷壁的有效辐射受热面积：炉膛容积含屏时，屏和屏区水冷壁的有效辐射受热
33、面积：Fyx,p=Fp Zpxp Fyx,pb=Fpb Zpbxpb式中式中 xp、xpb屏及屏区水冷壁的角系数屏及屏区水冷壁的角系数 47第47页，本讲稿共70页二、炉膛传热计算的基本方程二、炉膛传热计算的基本方程 高温烟气与辐射受热面间的辐射换热方程：高温烟气与辐射受热面间的辐射换热方程：高温烟气在炉内放热的热平衡方程：高温烟气在炉内放热的热平衡方程：48第48页，本讲稿共70页二、炉膛传热计算的基本方程二、炉膛传热计算的基本方程炉膛内的热平衡方程 热平衡方程式：高温烟气与辐射受热面间的辐射换热量等于高温烟气在炉内的放热量 炉炉膛膛换换热热影影响响因因素素：炉炉膛膛黑黑度度a1、辐辐射射受
34、受热热面面平平均均热热有有效效系系数数、辐射受热面积辐射受热面积F1及火焰平均温度及火焰平均温度T。49第49页，本讲稿共70页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法炉膛传热计算方法 基本假设：基本假设：忽略了炉膛内的对流换热；忽略了炉膛内的对流换热；假假设设存存在在一一个个燃燃料料在在进进入入炉炉腔腔后后瞬瞬间间完完成成燃燃烧烧放放热热过过程程且且不不对对外外进进行行热热交交换换所所能能达达到到的的最最高高温温度度，称称为为理理论论燃燃烧烧温温度度Ta。对对换换热热起起决决定定性性作作用用的的是是炉炉膛膛火火焰焰温温度度，并并且且在在计计算算中中将将炉炉内内温温度看作是
35、均匀的；度看作是均匀的；全部计算均以炉膛出口温度作为定性温度；全部计算均以炉膛出口温度作为定性温度；将水冷壁的投影面作为火焰的辐射表面，称为将水冷壁的投影面作为火焰的辐射表面，称为水冷壁面积水冷壁面积。50第50页，本讲稿共70页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法无因次火焰平均温度：无因次火焰平均温度：无因次炉膛出口烟气温度：无因次炉膛出口烟气温度：波尔兹曼准则：波尔兹曼准则：带入炉膛热平衡方程，带入炉膛热平衡方程，51第51页，本讲稿共70页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法由试验得知：所以所以 由试验和准则方程可得炉内辐射传热的准则方程式
36、：由试验和准则方程可得炉内辐射传热的准则方程式：式式中中 M经经验验系系数数，与与燃燃料料的的性性质质、燃燃烧烧方方式式和和燃燃烧烧器器布布置置得得相相对对高度、炉内火焰平均温度和理论温度等因素有关。高度、炉内火焰平均温度和理论温度等因素有关。52第52页，本讲稿共70页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法炉膛出口温度：水冷壁的面积水冷壁的面积F1：53第53页，本讲稿共70页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法炉膛黑度的计算 炉膛黑度a1 表示火焰有效辐射热流的一个假想黑度 火焰黑度 炉膛中的辐射传热由燃料燃烧形成的高温火焰和烟气流通过辐射向受
37、热面进行的热量传递。火焰中具有辐射能力的成分分为4种：三原子气体54第54页，本讲稿共70页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法 三原子气体的辐射带有选择性，主要集中在红外线的波长范围内，其辐射力取决于温度、辐射成分的分压力和辐射层的有效厚度等。这种肉眼看不到的三原子气体组成的火焰称为不发光火焰。焦炭粒子 焦炭粒子在未燃尽前悬浮在火焰气流中，具有很强的辐射能力，使火焰发光，是一种主要的辐射成分。灰粒 灰粒在高温火焰中也以一定的辐射能力使火焰发光，含有焦炭粒子和灰粒的火焰称为半发光火焰。碳黑颗粒 以固体表面辐射的方式呈现很强的辐射能力，使火焰发光。在燃烧器附近含有大量碳黑
38、粒子的火焰称为发光火焰。55第55页，本讲稿共70页12.4 对流和半辐射受热面的热力计算对流和半辐射受热面的热力计算 对流受热面：指凝渣管束、锅炉蒸发管束、对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器以及以对流换热为主体的屏式受热面。一、基本方程一、基本方程包括：包括：烟气的对流放热公式烟气的对流放热公式、工质的对流吸热公式工质的对流吸热公式和和对流传热公式对流传热公式。对流受热面的传热公式对流受热面的传热公式 对流受热面的传热两取决于对流受热面的传热面积、传对流受热面的传热两取决于对流受热面的传热面积、传热温差和传热系数。热温差和传热系数。56第56页，本讲稿共70页一、基本方程一、基本方程1k
39、g燃料为基准：烟气的对流放热量公式烟气的对流放热量公式 对流受热面的工质吸热公式对流受热面的工质吸热公式 对对流流吸吸热热量量为为受受热热面面本本身身工工质质的的吸吸热热量量和和受受热热面面所所在在区区域的附加受热面工质的吸热量。域的附加受热面工质的吸热量。57第57页，本讲稿共70页一、基本方程一、基本方程附加受热面的吸热量：烟气的对流放热量公式烟气的对流放热量公式 对于主受热面：对于主受热面：对于附加受热面：对于附加受热面：58第58页，本讲稿共70页二、传热系数二、传热系数 传热系数K 管式受热面的传热系数按多层屏壁的传热系数计算管式受热面的传热系数按多层屏壁的传热系数计算 灰污热阻：灰
40、污热阻：59第59页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压传传热热温温压压t是是参参与与热热交交换换的的两两种种介介质质在在整整个个受受热热面面中中的的平平均均温差。温压的大小均两种介质的流动方向有关。温差。温压的大小均两种介质的流动方向有关。流流动动方方式式：顺顺流流、逆逆流流、串串联联混混合合流流、平平行行混混合合流流和和交交叉叉混混合合流。流。60第60页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压顺流和逆流 顺流系统：两种介质在受热面连接系统中彼此同向平行流动。逆流系统：两种介质彼此按相反方向平行流动。61第61页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压顺流平均温压：逆流平均温压：若若t
41、sl0.92tnl，任何复杂系统的传热温压都可表示为：，任何复杂系统的传热温压都可表示为：62第62页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压串联混合流系统 是指受热面由两部分组成，两种介质均串联连接，由受热面的一部分过渡到另一部分时，介质相互流动的方向发生变化。63第63页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压串联混合流系统串联混合流的传热温压：64第64页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压并联混合流系统 是指受热面由几部分组成，一种介质为多流程串联连接，另一种介质为单流程并联连接。无论加热介质或被加热介质是单流程的其传热温压的计算是相同的。并联混合流系统的温压：65第65页，本讲稿
42、共70页三、传热温压三、传热温压交叉流系统 指两种介质的流动相互交叉，流程数不超过4的系统。交叉流系统假设了介质在各自行程内自身没有混合，只在行程间才有均匀混合。交叉流系统的温压：66第66页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压复杂系统 复杂系统的传热温压的计算按各区段受热面分别进行，假定受热面范围内的传热系数为定值，给定分区段界面上的中间温度，再按热平衡方程决定另一介质的中间温度，按这些温度计算分段的温压，中间温度需满足下述条件：整个受热面的平均温压：67第67页，本讲稿共70页三、传热温压三、传热温压 介质发生相变时：对每一个区段分别计算温压，在区段内，总热容量不变。平均温压：68第6
43、8页，本讲稿共70页十、对流受热面热力计算方法说明十、对流受热面热力计算方法说明假设受热面的烟气出口温度，并求出出口烟气焓，求出烟气放热量Qdf，对于接受炉内直接辐射热的受热面，还要计算以辐射方式从炉内获得的热量Qf；根据烟气和工质的热平衡求出受热面另一端工质的焓，并由水蒸汽表查出相应的温度；求出烟气平均温度、工质平均温度及传热温压；69第69页，本讲稿共70页十、对流受热面热力计算方法说明十、对流受热面热力计算方法说明求出各放热系数：求出各放热系数：d、f、1和和2；根根据据燃燃料料种种类类和和受受热热面面布布置置情情况况，求求出出污污染染系系数数或或热热有有效系数，并计算传热系数效系数，并计算传热系数K；求出传热量。求出传热量。70第70页，本讲稿共70页