3t燃油鍋爐畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鍋爐作為一種重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備得到了廣泛的研究和長(zhǎng)足的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。燃油鍋爐與燃煤鍋爐相比，沒有機(jī)械燃燒熱損失，不產(chǎn)生爐渣，比較清潔。綜合考慮現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外鍋爐的研究情況，本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)10t/h燃油蒸汽鍋爐，燃油采用大慶石油，并且采用臥式濕背式三回程結(jié)構(gòu)。在鍋爐設(shè)計(jì)的過程中，主要考慮的因素是保證爐內(nèi)著火，爐膛內(nèi)有足夠的輻射熱量，在整個(gè)鍋爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，要確保有一定的氣密性來保證爐膛內(nèi)進(jìn)行的燃燒。影響鍋爐管束傳熱效果的主要因素是煙氣溫度、速度等。本文設(shè)計(jì)的鍋爐煙氣走管程，第一管束采用螺紋管，傳熱效果比較好；第二管束采用光管，不易磨損和積灰，容易

2、清理。本文對(duì)鍋爐爐膛和第一、第二管束做了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱力計(jì)算，鍋爐煙氣走管程，第一管束采用螺紋管，傳熱效果比較好；第二管束采用光管，不易磨損和積灰，容易清理。經(jīng)過校核，該鍋爐可以在額定條件下良好運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：燃油鍋爐；臥式濕背式三回程；螺紋煙管；波紋爐膽 abstractwith the development of national economy, the boiler as an important energy conversion equipment has been widely research and development,has been widely used in in

3、dustrial production。compared with coal-fired boiler fuel boiler, no mechanical combustion heat loss, do not produce the slag, more clean。considering nowadays at home and abroad research situation of boiler, this paper designed a 10 t/h steam boiler fuel, fuel oil using daqing petroleum, and adopts h

4、orizontal wet type structure of three return back.in the process of boiler design, the main consideration is to ensure that the furnace fire, heat furnace with enough radiation, in the process of the whole structure of the boiler design, be sure to have a certain air tightness toguarantee within the

5、 combustion chamber of a stove or furnace.main factors influencing the heat transfer effect of the boiler tube bundle is the fluegas temperature, velocity, etc.in this paper, design of boiler flue gas tube side, the first bundle using thread tube, the heat transfer effect is better;second bundle usi

6、ng light tube, not easy to wear and dust, easy to clean.in this paper, the boiler furnace and first and second bundle of structure design and thermal calculation, boiler flue gas tube side, the first bundle using thread tube, the heat transfer effect is better;second bundle using light tube, not eas

7、y to wearand dust, easy to clean.after checking, the boiler can be running under the rated conditions keywords: fuel boiler;horizontal wet type three return back;screw thread smoke tube;corrugated furnace目錄摘 要iabstractiv1.緒論11.1我國(guó)能源的形式與問題11.2燃油燃?xì)忮仩t發(fā)展簡(jiǎn)史11.3燃油燃?xì)忮仩t發(fā)展方向52.燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)及其工作流程72.1燃油燃?xì)忮仩t整體結(jié)構(gòu)72.

8、2燃油燃?xì)忮仩t工作流程83.設(shè)計(jì)的初步數(shù)據(jù)103.1設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)象103.2燃料特性表103.3理論空氣量及燃燒產(chǎn)物113.4溫焓表114.10噸燃油鍋爐設(shè)計(jì)的熱力計(jì)算134.1. 鍋爐的熱平衡計(jì)算134.2. 爐膽傳熱計(jì)算194.3. 對(duì)流受熱面的計(jì)算295.技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析445.1燃油燃?xì)忮仩t供暖的經(jīng)濟(jì)性445.2不同形式供暖的經(jīng)濟(jì)比較44結(jié)論48致謝49參考文獻(xiàn)50附錄511緒論1.1我國(guó)能源的形式與問題眾所周知，能源是人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最基本條件，也是不可缺少的最重要條件，我國(guó)在過去基本上依賴單一能源維持國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以來一直跟不上我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提

9、高。我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)65%左右為煤炭，大量使用煤炭，使66%的中國(guó)城市大氣中顆粒物含量以及22%的城市空氣二氧化硫含量超過國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期以來這種以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和單一的能源消費(fèi)模式帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)能源需求量將至少增加108t標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，如何減少煤炭資源的消耗及不斷開發(fā)可再生能源已經(jīng)成為我國(guó)解決能源矛盾的主要方向。但是石油天然氣等較少，新能源中核能、風(fēng)能、地?zé)崮?、光能等其它新能源起步晚，雖然發(fā)展很快，但所占份額還是很少。所以至少在21世紀(jì)前半葉我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將不會(huì)作出很大改變。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)

10、的發(fā)展，使得人類對(duì)綠色生活的觀念越來越強(qiáng)，對(duì)生活質(zhì)量和生存環(huán)境的要求日益增加，而油、天然氣作為優(yōu)質(zhì)潔凈的燃料和原料也越來越引起人們的重視。因此，加快油和天然氣的合理開發(fā)利用是緩解我國(guó)能源供需矛盾和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要措施。1.2燃油燃?xì)忮仩t發(fā)展簡(jiǎn)史 鍋爐的產(chǎn)生是人們對(duì)液體進(jìn)行加熱的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。采用燃燒的方式對(duì)液體的加熱大體上可分為直接加熱和間接加熱。所謂間接加熱，就是高溫火焰或者煙氣與加熱的物料不直接接觸或者用固定導(dǎo)熱體隔開。鍋爐就是采用間接加熱原理加熱介質(zhì)的。対圓筒中的水進(jìn)行直接火焰加熱，即把鍋筒直接放置在燃燒設(shè)備上方加熱，就是間接加熱的一種，這種簡(jiǎn)單的加熱方式熱效率較低，為45

11、%55%，一般只能用作廚房燃具。以后在此基礎(chǔ)上形成了火管式鍋爐和水管式鍋爐。所謂直接加熱，就是高溫火焰或者煙氣與被加熱的物料直接接觸。這種加熱方式一般有三類：一類是用短火焰或者高溫?zé)煔庵苯雍婵竟腆w，對(duì)固體進(jìn)行局部性快速加熱，如熱處理爐加熱；二類是高溫?zé)煔夂捅患訜岬囊后w介質(zhì)進(jìn)行混合，將低溫的氣體物質(zhì)加熱成高溫介質(zhì)如直燃式的暖風(fēng)機(jī)；三類是高溫?zé)煔夂捅患訜岬囊后w介質(zhì)進(jìn)行混合加熱，如侵沒燃燒加熱。對(duì)于一些小型的采暖鍋爐，當(dāng)燃用比較清潔的氣體燃料時(shí)，也可直接將鍋爐尾部的煙氣和冷水相接觸，將水加熱以供應(yīng)熱水，同時(shí)最大限度地利用鍋爐尾部余熱。 從鍋爐技術(shù)的發(fā)展史可以看出，鍋爐的發(fā)展可以歸納為兩個(gè)不同的方向，

12、這兩個(gè)方向都是在對(duì)液體間接加熱的基礎(chǔ)上演變而來。了解這一鍋爐的發(fā)展淵源，對(duì)我們更好地開發(fā)新產(chǎn)品會(huì)有一定的指導(dǎo)作用。 一個(gè)方向是在圓筒形鍋爐的基礎(chǔ)上，在圓筒內(nèi)部增加受熱面積，開始是在一個(gè)大圓筒內(nèi)部增加了一個(gè)火銅，燃料在火筒燃燒。以后增加到兩個(gè)火筒。再以后從兩個(gè)火筒發(fā)展到很多小直徑的煙管，后來容量增大后發(fā)展為臥式的火筒。這些鍋爐因?yàn)槿剂先紵蟮母邷責(zé)煔庠诨鹜埠蜔煿苤辛鲃?dòng)，所以統(tǒng)稱為火管或者鍋殼式鍋爐。如下圖1.1所示 （a）圓筒鍋爐 （b）雙火筒鍋爐 （c）純煙管 圖1.1 火管鍋爐 另一個(gè)方向是在圓筒形鍋爐的基礎(chǔ)上，在圓筒外部增加水筒的數(shù)目，燃料在筒外燃耗。和火管式鍋爐的發(fā)展相類似，水管的數(shù)目不

13、斷增加，發(fā)展成為很多小直徑的水管。也有一開始就采用盤旋的一次直流水管直接快速地加熱工質(zhì)。這些鍋爐因?yàn)樗诠苤辛鲃?dòng)，所以統(tǒng)稱為水管式鍋爐。如下圖1.2所示 （a）圓筒鍋爐 （b）多水管鍋爐 （c）整集箱式鍋爐圖1.2 水管鍋爐 燃油燃?xì)忮仩t就其本體結(jié)構(gòu)而言可分為火管鍋爐和水管鍋爐。火管鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水及蒸汽容量大，對(duì)負(fù)荷變動(dòng)適應(yīng)性好，對(duì)水質(zhì)的要求比水管鍋爐低，多用于小型企業(yè)生產(chǎn)工藝和生活采暖上。水管鍋爐的受熱面布置方便，傳熱性能好，在結(jié)構(gòu)上可用于大容量和高參數(shù)的工況，但是對(duì)水質(zhì)和運(yùn)行水平要求較高。水火管鍋爐是在火管鍋爐和水管鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)水質(zhì)要求和水管鍋爐相似?；鸸苠?/p>

14、爐因?yàn)槿萘枯^小，結(jié)構(gòu)緊湊，一般制成快裝式鍋爐，容量不大的水管鍋爐也可制成快裝鍋爐，以便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝。中小型燃油燃?xì)忮仩t的發(fā)展，大體上可分為三個(gè)不同的時(shí)期： （1）從燃煤過路的基礎(chǔ)上法則而來，鍋爐結(jié)構(gòu)仍然保留著燃煤鍋爐的特點(diǎn)。它只是去除了燃煤的燃燒設(shè)備，對(duì)爐膛稍加改裝后，加裝燃油燃?xì)馊紵b置而成的。 （2）第二次世界大戰(zhàn)后，小型燃油鍋爐得到了很大發(fā)展，這些鍋爐是按照燃油船用鍋爐的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展均受到船用鍋爐空間的限制，燃油燃?xì)馊紵饕矝]有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，在其它工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。 （3）專門按照燃油燃?xì)獾娜紵魈攸c(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的燃油燃?xì)忮仩t。隨著工業(yè)化的發(fā)展，對(duì)燃油燃?xì)忮仩t的

15、容量和參數(shù)提出了更高的要求。另外，鑒于城市大氣污染日趨嚴(yán)重，因此國(guó)家對(duì)鍋爐的排放物提出了日益嚴(yán)格的限制，很多國(guó)家的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。因此，70年代以來，發(fā)達(dá)國(guó)家中小型鍋爐燃用輕質(zhì)油、天然氣等清潔的份額日漸增多，燃油燃?xì)忮仩t進(jìn)入獨(dú)立開發(fā)的發(fā)展時(shí)期。1.3燃油燃?xì)忮仩t發(fā)展方向 隨著我國(guó)改革開放的不斷深化，全國(guó)各地經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，城市高層民用建筑的快速崛起，國(guó)家對(duì)環(huán)保工作提出的更高要求，油氣資源的大力開發(fā)，燃油燃?xì)忮仩t應(yīng)用逐年上升，可以預(yù)見未來幾年燃油燃?xì)忮仩t將會(huì)更大比例的取代燃煤鍋爐來作為主流。所以綜觀最近幾年燃油燃?xì)忮仩t的改造發(fā)展，我們可以總結(jié)出未來的發(fā)展方向如下： （1）鍋爐效率

16、越來越高。燃油燃?xì)忮仩t的高效率意味著可以節(jié)約日益緊張和昂貴的能源。 （2）結(jié)構(gòu)越來越簡(jiǎn)單。采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)構(gòu)成的受熱面，減少同種材料的不同使用規(guī)格。 （3）使用更加簡(jiǎn)易的配套輔機(jī)。給水泵、重油泵、重油加熱器、鼓風(fēng)機(jī)和其他一些輔機(jī)要和鍋爐本體一起裝配，且要保證運(yùn)輸?shù)目煽啃?。特別是快裝鍋爐，應(yīng)盡可能地避免采用引風(fēng)機(jī)。 （4）自動(dòng)化程度將更加高并且配有多級(jí)保護(hù)系統(tǒng)。燃油和燃?xì)忮仩t不僅要保證高效率，還有使其操作簡(jiǎn)單、可靠，不僅要配有完善的全自動(dòng)燃燒控制裝置，更要配有多級(jí)安全保護(hù)系統(tǒng)，還要具有鍋爐缺水、超壓、超溫、熄火保護(hù)、點(diǎn)火程序控制及聲、光。電報(bào)警等系統(tǒng)。 （5）配備燃燒器、送風(fēng)機(jī)、和煙道消音系統(tǒng)，減低

17、鍋爐的運(yùn)行噪音，給工作人員以及周邊人員更加祥和的生存環(huán)境，更加人性化。 （6）配備其他的監(jiān)測(cè)裝置和限制裝置，使其可以保證鍋爐24小時(shí)無監(jiān)督安全的運(yùn)行。 2燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)及其工作流程2.1燃油燃?xì)忮仩t整體結(jié)構(gòu) 1.鍋爐筒體 2.前煙箱 3.爐膽 4.蒸汽出口 5.煙囪 6.后煙室 7.防爆門 8.對(duì)流管束 9.熱風(fēng)道圖2.1鍋爐整體結(jié)構(gòu)圖 鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個(gè)最主要的部件是爐膛和鍋筒。 爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在

18、爐排上，進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風(fēng)爐。 爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔猓誀t膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈帷?爐膛設(shè)計(jì)需要充分考慮使用燃料的特性。每臺(tái)鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計(jì)的燃料。燃用特性差別較大的燃料時(shí)鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都可能降

19、低。 鍋筒是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡(jiǎn)體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。 鍋筒的主要功能是儲(chǔ)水，進(jìn)行汽水分離，在運(yùn)行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進(jìn)入過熱器和汽輪機(jī)中。 鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開來，并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件，中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，還用百頁(yè)窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離

20、。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。2.2燃油燃?xì)忮仩t工作流程 燃油燃?xì)忮仩t接通電源后，首先進(jìn)行安全檢查，自動(dòng)檢測(cè)電源是否正常，傳感器是否正常，水位是否處于安全位置，鍋爐本體是否處于過熱狀態(tài)，通過安全檢查后，燃燒設(shè)備開始吹掃、點(diǎn)火。鍋爐升溫后，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度的80后，控制系統(tǒng)啟動(dòng)循環(huán)水泵使系統(tǒng)正常運(yùn)行，鍋爐停機(jī)時(shí)，首先關(guān)閉燃燒設(shè)備，再關(guān)閉循環(huán)水泵，最后整機(jī)停止工作。 燃油燃?xì)忮仩t爐體內(nèi)的工作流程卻是極其簡(jiǎn)單，鍋爐給水先經(jīng)過省煤器加熱升溫后流入鍋爐爐體儲(chǔ)存，燃油或者燃?xì)饨?jīng)過燃燒器霧化，燃?xì)獠恍枰F化，噴入爐膛內(nèi)點(diǎn)燃燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馐惯^冷水變成飽和蒸汽飽和蒸汽由蒸汽出口流出輸送到又需

21、要的用戶使用而高溫?zé)煔鈩t依次流經(jīng)第一煙管。過熱器。第二煙管和空氣預(yù)熱器，最后排放到環(huán)境中去?？梢杂孟旅鎴D形圖2.2完美表現(xiàn)出來： 圖2.2鍋爐流程圖 3設(shè)計(jì)的初步數(shù)據(jù)3.1設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)象 鍋爐額定蒸發(fā)量 =10 鍋爐額定蒸汽壓力 =1.25 鍋爐飽和蒸汽溫度 =194 給水溫度 =105 排污率 =5 蒸汽帶水率 =3 冷空氣溫度 =20 熱空氣溫度 =20 設(shè)計(jì)燃料 大慶石油 燃燒方式 室燃 鍋爐形式 鍋殼式燃油汽濕背式3.2燃料特性表表3.1燃料特性表83.97612.230.5680.21.00.0262.00404453.3理論空氣量及燃燒產(chǎn)物表3.2理論空氣量及燃燒產(chǎn)物理論空氣量10.

22、708理論氮?dú)馊莘e8.4613理論水蒸氣容積1.5547ro2容積1.57403.4溫焓表表3.3煙氣溫焓表溫度理論煙焓空氣焓爐膛出口=1.1煙管出口=1.110015981417173917392003235285035201828352018283004916431053471877534718774006644580072241927722419275008419732491521976915219766001024088821113020231113020237001210010470131502066131502066800140101209015220210515220210590

23、015950137401732021411732021411000179201541019460217219460217211001993017090216302199216302199120021950188002383022232383022231300240102051026060224426060224414002608022240283002263283002263150028170239803056022793056022791600302702573032840229432840229417003239027480351402308351402306180034520292503

24、745023223745023221900366603103039770233439770233420003882032820421002346421002346210040990346104445023564445023562200431603642046800468004.10噸燃油鍋爐設(shè)計(jì)的熱力計(jì)算4.1 鍋爐的熱平衡計(jì)算4.1.1 熱平衡 燃油燃?xì)忮仩t熱力計(jì)算的主要目的是確定足夠的受熱面，以保證鍋爐合理的出力和熱效率。油、氣燃料的燃燒過程和燃燒后產(chǎn)生的煙氣和固體燃料相比，有許多不同之處，因而燃油燃?xì)忮仩t的性能、結(jié)構(gòu)和熱力計(jì)算和燃煤鍋爐相比，也有其特點(diǎn)。燃油燃?xì)忮仩t的熱力計(jì)算主要包括：（

25、1） 鍋爐的熱平衡計(jì)算；（2） 爐膛（爐膽）的受熱面積計(jì)算；（3） 對(duì)流受熱面積計(jì)算。鍋爐系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算，是為了保證送入鍋爐機(jī)組的熱量與有效利用熱和和各項(xiàng)熱損失的總和相平衡，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出鍋爐機(jī)組的熱效率和燃料消耗量。熱平衡計(jì)算是在鍋爐機(jī)組處于穩(wěn)定的熱力工況下進(jìn)行的。對(duì)燃油、燃?xì)忮仩t，一般均以標(biāo)態(tài)下1kg燃油或1氣體燃料為基準(zhǔn)計(jì)算。鍋爐機(jī)組熱平衡方程的普遍形式為：=+ kj/kg或kj/ （4.1）式中送入鍋爐系統(tǒng)的熱量； 鍋爐系統(tǒng)的有效利用熱； 排煙帶走的熱量； 氣體不完全燃燒（又稱化學(xué)不完全燃燒）損失的熱量； 固體不完全燃燒（又稱機(jī)械不完全燃燒）損失的熱量； 鍋爐系統(tǒng)向周圍空氣散失的

26、熱量； 燃料中灰渣帶走的熱量。4.1.2 鍋爐輸入熱量相對(duì)于1kg燃料油或1燃?xì)馑腿脲仩t系統(tǒng)的熱量（kj/kg或kj/）是指鍋爐范圍以外輸入的熱量，可按下式計(jì)： =+ （4.2） 式中燃料的低位發(fā)熱量值，kj/kg或kj/； 用鍋爐系統(tǒng)以外的熱量加熱送入鍋爐的空氣時(shí)，相應(yīng)于每kg燃油或每燃?xì)馑哂械臒崃浚琸j/kg或kj/； 油或燃?xì)獾奈锢盹@熱，kj/kg或kj/。 霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量，kj/kg。4.1.3 排煙損失在燃油燃?xì)忮仩t中最主要的損失是排煙損失，它決定于排煙溫度和排煙量。對(duì)于一定的燃料，排煙量決定于過剩空氣系數(shù)的大小，而過剩空氣系數(shù)又是和燃燒狀況有關(guān)的。排煙熱損失可用鍋爐機(jī)

27、組的排煙和冷空氣的焓差計(jì)算：=100=100 （4.3）式中在排煙過?？諝庀禂?shù)及排煙溫度下，相應(yīng)于1kg燃料油或1燃?xì)獾呐艧煹撵?，kj/kg或kj/。 排煙的過?？諝庀禂?shù)； 在送入鍋爐的空氣溫度下，1kg燃料油或1燃?xì)馑枰睦碚摽諝忪剩琸j/kg或kj/。4.1.4 氣體不完全燃燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失是指排煙中未完全燃燒或燃盡的可燃?xì)怏w所帶走的熱量占送入鍋爐輸入熱的份額。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)燃油鍋爐可取11.5，對(duì)燃用天然氣、油氣伴生氣和焦?fàn)t煤氣的鍋爐，可取=0.5；對(duì)燃用高爐煤氣的鍋爐，取=1，木屑鍋爐中取=0.5。對(duì)運(yùn)行鍋爐，借排煙處煙氣成分的分析，不少鍋爐運(yùn)行中此項(xiàng)損失往往可接近于零

28、。氣體不完全燃燒熱損失大小主要取決于燃燒成分、爐膛過剩空氣系數(shù)、所用燃燒器、燃燒器與爐膛匹配是否適當(dāng)以及運(yùn)行操作是否合理。一臺(tái)運(yùn)行的鍋爐，此項(xiàng)熱損失究竟多大，要靠煙氣分析的結(jié)果確定。4.1.5 機(jī)械不完全燃燒損失機(jī)械不完全燃燒熱損失是指部分因燃料顆粒在爐內(nèi)未能燃盡就被排出爐外而造成的熱損失。但是對(duì)燃油鍋爐來說，并不存在顆粒狀物體，因?yàn)橛褪且后w，所以在燃油鍋爐過程的設(shè)計(jì)中。機(jī)械不完全燃燒損失為零，在計(jì)算過程中可以忽略不計(jì)。4.1.6 散熱損失散熱損失是指鍋爐圍護(hù)結(jié)構(gòu)和鍋爐機(jī)組范圍內(nèi)的氣、水管道以及煙風(fēng)道等，受外部大氣對(duì)流冷卻和向外熱輻射所散失的熱量。它與周圍大氣的溫度（露天布置時(shí)的室外溫度、室內(nèi)

29、布置時(shí)的室內(nèi)溫度）、風(fēng)速、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫情況以及散熱表面積的大小、形狀等有關(guān)，同時(shí)還與鍋爐的額定容量和運(yùn)行負(fù)荷的大小有關(guān)，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和近似計(jì)算的辦法確定。4.1.7 鍋爐有效利用熱鍋爐有效利用熱是指鍋爐供出工質(zhì)的總焓與給水焓的差值，對(duì)飽和蒸汽鍋爐為：=（+）（-）+（-） kj/s （4.4）對(duì)于過熱蒸汽鍋爐：=(-）+（-）+（-） kj/s （4.5）式中 鍋爐蒸發(fā)量，kj/s； 鍋爐自用蒸發(fā)量，kj/s； 鍋爐排污量，kj/s； 飽和蒸汽焓，kj/kg； 過熱蒸汽焓，kj/kg； 自用蒸汽焓，kj/kg； 飽和水焓，kj/kg； 給水焓，kj/kg； 蒸汽濕度，；按飽和蒸汽的質(zhì)量標(biāo)

30、準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于水管鍋爐，飽和蒸汽的蒸汽濕度不大于3；對(duì)于鍋殼式鍋爐，飽和蒸汽的蒸汽濕度不大于5；當(dāng)鍋爐的排污量小于2時(shí)，排污水的熱耗可以忽略不計(jì)。對(duì)熱水鍋爐：=（-） mw （4.6）式中熱水鍋爐的輸出熱量，mw; 循環(huán)水流量，kj/s； 水的比熱，mj/(kg.)，一般取0.0041868mj/(kg。)； 熱水溫度，； 回水溫度，。4.1.8 鍋爐的熱效率和燃料消耗量 鍋爐的熱效率為： （4.7） 鍋爐的燃料消耗量為：=100 kg/s或/s （4.8）式中燃料消耗量，kg/s或/s；考慮到燃料消耗量中有一部分隨機(jī)械不完全燃燒損失帶出，這一部分沒有產(chǎn)生煙氣，應(yīng)從中扣除，這樣可以計(jì)算燃料消耗量

31、：= kg/s或/s （4.9）式中計(jì)算燃料消耗量，kg/s或/s。 所謂計(jì)算燃料消耗量指的是單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際參加燃燒產(chǎn)生煙氣的燃料量，對(duì)燃油燃?xì)忮仩t來講，=。在熱力計(jì)算中，空氣或煙氣的體積是按實(shí)際參加燃燒的燃料量來計(jì)算的，在應(yīng)用空氣或煙氣的體積來計(jì)算溫焓表時(shí)都應(yīng)該采用計(jì)算燃料消耗量。表4.1鍋爐熱平衡計(jì)算表序號(hào)名稱符號(hào)單位公式結(jié)果1燃料低位發(fā)熱量kj/kg設(shè)計(jì)給定404452冷空氣溫度設(shè)計(jì)給定203冷空氣焓kj/kg查焓溫表270.64排煙溫度取定2005排煙焓kj/kg查焓溫表32356機(jī)械不完全燃燒損失估取07氣體不完全燃燒損失估取1.08排煙損失7.2639散熱損失估取1.010燃料物理

32、熱損失估取0.011鍋爐總熱損失+9.26312鍋爐效率=10090.73713給水焓kj/kg查物性表441.114飽和水焓kj/kg查物性表822.615飽和氣焓kj/kg查物性表2783.9716鍋爐排污率設(shè)計(jì)給定5.017蒸汽帶水率設(shè)計(jì)給定3.018汽化潛熱kj/kg查物性表1977.6519額定蒸發(fā)量kj/h設(shè)計(jì)給定10000.020鍋爐有效利用熱kj/s11641.821鍋爐燃料消耗量kj/h1142.0222計(jì)算燃料消耗量kj/h1142.0223保熱系數(shù)_0.9894.2爐膽傳熱計(jì)算4.2.1爐膽的傳熱過程爐膛傳熱過程是與爐內(nèi)燃燒過程同時(shí)進(jìn)行的。爐內(nèi)既有燃燒反應(yīng)的化學(xué)過程，又有

33、物質(zhì)交換的物理過程，因此爐膛傳熱過程十分復(fù)雜。目前，我國(guó)采用的爐膛熱力計(jì)算方法是運(yùn)用了“相似理論”分析，并通過大量實(shí)驗(yàn)而綜合得出的半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多研究人員試圖借助于數(shù)學(xué)模型用解析法來研究和計(jì)算爐膛換熱過程，已取得一定進(jìn)展。爐膛傳熱計(jì)算的任務(wù)是確定輻射受熱面的吸熱量和爐膛出口煙氣溫度。爐膛傳熱過程主要是高溫火焰和水冷壁之間的輻射換熱。爐內(nèi)煙氣流速較小，因而對(duì)流傳熱較弱，所占爐膛換熱份額很少，計(jì)算時(shí)可以忽略。4.2.2 爐膛傳熱的基本方程爐膛傳熱計(jì)算也就是計(jì)算火焰與被火焰包圍著的水冷壁之間的輻射換熱量。根據(jù)斯蒂芬-波爾茨曼定律輻射換熱量為： =（） （4.10

34、）式中 絕對(duì)黑體輻射常數(shù)，其值為5.67 有效輻射受熱面面積，； 火焰平均溫度，k； 水冷壁表面溫度，k； 爐膛系統(tǒng)黑度煙氣在爐膛內(nèi)放出的熱量應(yīng)等于燃料在爐膛內(nèi)有效放熱量與爐膛出口煙氣帶走的熱量之差，即=() （4.11） 式中爐膛有效放熱量，kj/kg； 爐膛出口處煙氣的焓，kj/kg； 保熱系數(shù)； 每秒鐘的計(jì)算燃料耗量，kg/s。4.2.3 有效輻射受熱面 爐內(nèi)吸熱是借爐膛內(nèi)布置了輻射受熱面水冷壁管來達(dá)到。水冷壁的輻射受熱面面積并不等于所有管子的表面積，這是因?yàn)樗浔诠芤话愣际强匡B墻布置，只有曝光的一面受到爐火焰的輻射，而其背部只受到顱墻的反射輻射，所以不能完全利用。我們稱火焰投射到管壁受

35、熱面的總熱量與投射到爐墻的熱量之比為有效角系數(shù)，即： （4.12）它涉及了火焰輻射，與爐膛反射作用，的數(shù)值與管子的相對(duì)截距及管子中心線離開爐墻的相對(duì)距離有關(guān)。在一定的下，增加，則被爐墻反射后再落到水冷壁管子上的輻射熱量也增加，即增大了有效角系數(shù)；但當(dāng)后，被爐墻反射后落到水冷壁管上的輻射份額不再變化。在一定的下，增加，火焰落到水冷壁管上的份額減少，既值下降。對(duì)蝸殼式燃油燃?xì)忮仩t來講，火焰輻射熱量全部落在水冷壁上，有效角系數(shù)為l。爐膛出口煙囪對(duì)爐膛而言，可取=1，這是因?yàn)闋t膛火焰輻射投射在出口煙囪上的輻射熱，陸續(xù)通過煙囪后各派管子，不會(huì)有反射，全部被吸收。三回程蝸殼式鍋爐燃室的煙囪出口，不是官排組

36、成，而是煙管的入口，也可取=1。有效角系數(shù)與爐膛壁面積的乘積成為有效輻射受熱面： （4.13）式中 布置有水冷壁爐墻壁面積，。如果某一區(qū)域的爐墻壁面積為，有效角系數(shù)為；則該區(qū)域的有效輻射受熱面為；由于各區(qū)域布置水冷壁有效角系數(shù)不盡一樣，爐膛總的有效輻射受熱面為： （4.14）整個(gè)爐膛的平均有效角系數(shù)也稱為爐膛水冷程度，即 （4.15）在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管壁積灰層的表面溫度升高及黑度減小，以至不能忽略管壁本身的輻射，也就是導(dǎo)致水冷壁受熱面吸熱量的減少。因此，在計(jì)算中引入水冷壁管的沾污系數(shù)，即 = （4.16）在實(shí)際計(jì)算爐膛傳熱時(shí)，綜合考慮沾污系數(shù)和有效角系數(shù)對(duì)傳熱的影響，

37、即采用熱有效系數(shù)：= （4.17）這樣，熱有效系數(shù)、沾污系數(shù)和有效角系數(shù)三者的關(guān)系為： = （4.18）值越大，表示受熱面吸收的熱量越多。由于水冷壁不是絕對(duì)黑體，火焰和高溫?zé)煔馔渡涞剿浔诘臒崃?，其中有一部分又被水冷壁反射到火焰，此外，水冷壁受熱面由于被沾污，表面溫度升高，本身具有相?dāng)?shù)妮椛淠芰Α?.2.4 火焰黑度計(jì)算爐膛輻射換熱時(shí)，涉及了系統(tǒng)黑度。它與爐膛中火焰黑度和水冷壁黑度有關(guān)。在爐膛中，沿著火焰的行程，火焰中具有輻射能力的介質(zhì)如三原子氣體、灰粒、焦炭粒的濃度也是改變的，并且隨著燃料種類、燃燒方法、燃燒工況的變化而不同。在爐膛傳熱計(jì)算中，只得采用平均的火焰黑度，而且以爐膛出口煙溫和成分

38、作為計(jì)算依據(jù)。在傳熱學(xué)中將火焰作為灰體，火焰黑度原則上可按下式計(jì)算： （4.19）式中火焰輻射減弱系數(shù)，是火焰中各輻射介質(zhì)的減弱系數(shù)的代數(shù)和，； 爐膛壓力，一般供熱鍋爐在常壓下燃燒，故 =0.1； （4.20） 有效輻射層厚度，可由下式計(jì)算： =3.6 ; （4.21） 爐膛有效容積，； 爐膛包覆面積，。在燃用氣體、重油時(shí)的火焰中，主要輻射介質(zhì)是三原子氣體和及懸浮在火焰中細(xì)微的碳黑粒子。4.2.5 爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度在爐膛內(nèi)存在著燃燒放熱和輻射受熱面的吸熱，有關(guān)輻射受熱面的一些特性已在上面述及了，在燃燒放熱方面，這里要引出量與質(zhì)的概念。在數(shù)量方面用爐膛有效放熱量來表示；在質(zhì)量方面用理

39、論燃燒溫度來表示。爐膛有效放熱量是對(duì)每或者每完全燃燒的燃料（計(jì)算燃料）而言，并計(jì)及了加入爐膛的各種熱量，即： ， （4.22）式中，各項(xiàng)已在熱平衡計(jì)算中有了說明。是燃燒所需空氣帶入爐膛的熱量。是每或者每燃料帶入爐膛的熱量，在燃燒中由于有一定熱損失，所以燃燒后的有效放熱量為 （4.23）而折算到每或者每計(jì)算燃料時(shí)，燃料在爐膛內(nèi)有效放熱量為：= （4.24）通?？梢哉J(rèn)為就是燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量。根據(jù)爐膛有效放熱量就可求出爐膛理論燃燒溫度。所謂理論燃燒溫度，是假定在絕熱情況下將作為煙氣的理論焓而得到理論燃燒溫度，由 （4.25）式中在 情況下每或者每燃料燃燒后的煙氣容積，；煙氣從到溫度范圍內(nèi)的平均

40、容積比熱，。求得后，根據(jù)可方便地從燃料燃燒計(jì)算所得的煙氣焓溫表中求得。顯然俞高，反映了爐膛溫度水平俞高，有利于改善燃燒和增強(qiáng)傳熱。對(duì)發(fā)熱量搞的燃料也較高。對(duì)一定的燃料而言，減少，提高送風(fēng)溫度也有利于提高。不過應(yīng)當(dāng)指出，由于爐膛內(nèi)傳熱過程的存在，燃料燃燒并不是在絕熱條件下進(jìn)行，故實(shí)際上爐膛煙氣達(dá)不到理論燃燒溫度，僅作為爐膛傳熱計(jì)算的一個(gè)參數(shù)。4.2.6 爐膛黑度從爐膛傳熱的基本方程式可知，在均布水冷壁的爐膛內(nèi)，火焰與水冷壁之間的輻射換熱可視作空腔和內(nèi)包凸形物體組成的封閉系統(tǒng)之間的輻射換熱?？涨坏谋诿孀鳛榛鹧娴妮椛涿?，壁面面積是爐膛面積，表面黑度為火焰黑度，壁面溫度是火焰的平均溫度。內(nèi)包物體的面積

41、是水冷壁有效輻射受熱面，黑度為，表面溫度是。4.2.7 爐內(nèi)溫度場(chǎng)與火焰平均溫度爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)是比較復(fù)雜的，各處不盡相同，在爐內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著燃燒的放熱和受熱面的吸熱過程，他們的比值決定了爐內(nèi)各點(diǎn)的溫度變化規(guī)律。沿著爐子的高度方向，當(dāng)燃燒放熱大于受熱吸熱時(shí)，火焰溫度就上升，反之溫度就下降。因此，爐內(nèi)最高溫度是發(fā)生在放熱等于吸熱的時(shí)候。4.2.8 爐膛傳熱計(jì)算的步驟爐膛傳熱計(jì)算按照計(jì)算的目的可分為設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算兩種。設(shè)計(jì)計(jì)算是先選定爐膛出口煙氣溫度，然后需要計(jì)算布置的輻射受熱面。但是，通常遇到的是校核計(jì)算，即在已布置好輻射受熱面的情況下，校核爐膛出口煙氣溫度看其是否在合理的范圍之內(nèi)。如據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先

42、布置好輻射受熱面，然后進(jìn)行校核計(jì)算，爐膛傳熱計(jì)算是在燃燒計(jì)算和熱平衡計(jì)算之后進(jìn)行的，爐膛傳熱計(jì)算（校核計(jì)算）的步驟如下：（1） 根據(jù)已有爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸或者根據(jù)預(yù)先擬定好的爐子大致尺寸的布置草圖確定爐膛的結(jié)構(gòu)特性。計(jì)算爐膛各面爐壁的總面積、爐膛包覆面積和爐膛容積；確定水冷壁的結(jié)構(gòu)特性并計(jì)算爐內(nèi)有效輻射受熱面積、爐膛的平均熱有效系數(shù)以及爐膛容積；確定水冷壁的結(jié)構(gòu)特性并計(jì)算爐內(nèi)有效輻射受熱面積、爐膛的平均熱有效系數(shù)以及爐膛的有效輻射層厚度。（2） 計(jì)算燃料在爐內(nèi)的有效放熱量，在選定爐子過量空氣系數(shù)和的情況下，由焓溫表求得理想燃燒溫度。（3） 先假定一個(gè)爐膛出口溫度，在溫焓表中求得相應(yīng)的，從而可求得煙

43、氣的平均溫度。（4） 計(jì)算爐膛出口溫度，其結(jié)果應(yīng)當(dāng)與求煙氣平均熱容時(shí)所假定的溫度值基本相同。如誤差不大于100，則計(jì)算可以認(rèn)為滿足要求；如誤差大于100則須再假定，并重新計(jì)算，直至誤差小于100為止，最后以計(jì)算所得為準(zhǔn)。（5） 計(jì)算輻射受熱面面積平均熱強(qiáng)度和容積平均熱強(qiáng)度。 （4.26） （4.27）表4.2 鍋爐爐膽傳熱計(jì)算匯總表序號(hào)名稱符號(hào)單位公式結(jié)果1鍋爐輸入熱量設(shè)計(jì)給定404452計(jì)算燃料消耗量熱平衡計(jì)算1142.023保熱系數(shù)熱平衡計(jì)算0.9894爐膽出口過量空氣系數(shù)選取1.105爐膽漏風(fēng)系數(shù)選取0.006冷空氣溫度設(shè)計(jì)207冷空氣焓查溫焓表270.68熱空氣溫度設(shè)計(jì)209熱空氣焓查

44、溫焓表270.610空氣帶入爐內(nèi)熱量267.6211爐膽入爐熱量40308.212絕熱燃燒溫度查溫焓表192313絕熱燃燒絕熱溫度+273219614爐膽出口溫度假定120015爐膽出口絕對(duì)溫度+273147316火焰絕對(duì)平均溫度1653.7517爐膽壁溫28418爐膽絕對(duì)壁溫+27355719爐膽出口煙焓查溫焓表2383020輻射和對(duì)流換熱系數(shù)設(shè)計(jì)選取1521輻射和對(duì)流的有效面積計(jì)算16.8322煙氣放熱量16296.923煙氣傳熱量16318.124計(jì)算誤差0.134.3 對(duì)流受熱面的計(jì)算4.3.1 計(jì)算考慮因素鍋爐中的對(duì)流受熱面是指鍋爐管束、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等。在這些受熱面中，

45、高溫?zé)煔庵饕詫?duì)流的方式進(jìn)行放熱，所以稱之為對(duì)流受熱面。由于煙氣中含有三原子氣體及飛灰，他們具有一定的輻射能力，因此除對(duì)流放熱外還要考慮煙氣的輻射放熱。此外對(duì)布置在爐膛出口處的對(duì)流受熱面，還需考慮來自爐膛的輻射熱量。對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算，都是以燃燒1或者1燃料時(shí)，煙氣的放熱量或工質(zhì)的吸熱量為計(jì)算基礎(chǔ)。由此可得出對(duì)流受熱面的傳熱方程式和熱平衡方程式。傳熱方程式： ， (4.28)熱平衡方程式：煙氣側(cè)： ， (4.29)工質(zhì)側(cè)： ， (4.30)式中在某一對(duì)流受熱面匯總，每或每計(jì)算燃料產(chǎn)生的煙氣放給受熱面的熱量，在穩(wěn)定傳熱情況下，他等于工質(zhì)的吸熱量也就是經(jīng)過受熱面的傳熱量，。式中在某一對(duì)流受熱面中

46、，有管外煙氣至管內(nèi)工質(zhì)的傳熱系數(shù)，； 某一對(duì)流受熱面的計(jì)算傳熱面積，； 平均溫差，； 每秒鐘計(jì)算燃料消耗量，或； 計(jì)及散熱損失的保熱系數(shù)； 煙氣進(jìn)入和離開此受熱面時(shí)的焓，或； 工質(zhì)在受熱面進(jìn)口和出口處的焓，； 每秒工質(zhì)的流量，； 工質(zhì)所吸收來自爐膛的輻射熱量，。 以上三式是對(duì)流受熱面計(jì)算的基本方程式。在已知對(duì)流受熱面的傳熱面積情況下，需要確定煙氣經(jīng)放熱后的焓及相應(yīng)的溫度，這時(shí)計(jì)算的關(guān)鍵在于確定傳熱系數(shù)。4.3.2 傳熱系數(shù)的計(jì)算 對(duì)流受熱面的一側(cè)是煙氣，另一側(cè)是工質(zhì)水、蒸汽或空氣。而煙氣側(cè)的表面上不可避免地有一層積灰，水或蒸汽側(cè)的表面上患有水垢，這就增加了傳熱熱阻，鍋爐對(duì)流受熱面的傳熱系數(shù)可用

47、下式表示： kw/() (4.31) 式中煙氣對(duì)有灰污層管壁的放熱系數(shù)，kw/()； 灰污層的熱阻，； 金屬管壁的熱阻，在傳熱計(jì)算中往往可以略去不計(jì)； 管壁內(nèi)表面水垢層的熱阻，在鍋爐正常工作時(shí)，不允許有較厚的水垢存在，因此在傳熱計(jì)算中可不計(jì)算；水垢層對(duì)內(nèi)部工質(zhì)的放熱系數(shù)，由于鍋爐正常運(yùn)行不允許有較厚水垢層，因此可采用干凈管壁對(duì)工質(zhì)的放熱系數(shù)來代替。式子可簡(jiǎn)化為： kw/() (4.32)由于煙氣對(duì)灰污層的放熱熱阻以及灰污層的熱阻都很難單獨(dú)測(cè)定，因此計(jì)算時(shí)往往根據(jù)下述不同情況，用灰污系數(shù)，有效系數(shù)或利用系數(shù)來考慮灰污對(duì)傳熱的影響。4.3.3 對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算由傳熱學(xué)得知，在受壓迫流動(dòng)情況下，放

48、熱的準(zhǔn)則關(guān)系式為： (4.33)即 (4.44) 式中 稱為努歇爾特準(zhǔn)則； 成為雷諾準(zhǔn)則； 稱普朗特準(zhǔn)則。根據(jù)相似原理通過大量實(shí)驗(yàn)研究，可以得到各種不同沖刷換熱條件下準(zhǔn)則之間的關(guān)系式，從而可以求出相應(yīng)的對(duì)流放熱系數(shù)。4.3.4 對(duì)流傳熱溫壓 在對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算中，除了需要確定傳熱系數(shù)以外，還須確定傳熱溫差。由于換熱介質(zhì)沿受熱面有著溫度變化，因此他們之間的溫差是不等的，在實(shí)際計(jì)算中，就需要確定平均溫差。從傳熱學(xué)中我們知道，平均溫差和受熱面兩側(cè)介質(zhì)的相對(duì)流向有關(guān)。從相同的進(jìn)、出口溫度條件下，逆流具有最大的平均溫差，而順流的平均溫差最小。在實(shí)際的對(duì)流受熱面布置中，往往不是純逆流，通常采用的是混合流動(dòng)系數(shù)?；旌狭鲃?dòng)系數(shù)包括：1、串聯(lián)混合流沿?zé)煔饬髁飨蛴写?lián)的順流和逆流；2、平行混合流順溜和逆流并列在煙道中；3、