鍋爐本體布置及熱力計(jì)算

1、第五章 鍋爐本體布置及熱力計(jì)算5.1 鍋爐蒸汽參數(shù)對鍋爐各受熱面布置的影響 5.2 爐膛輻射蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)布置5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算5.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)及其布置 返 回 5.5 對流受熱面的傳熱計(jì)算5.1 鍋爐蒸汽參數(shù)對鍋爐各受熱面布置的影響 第五章鍋爐本體包括：爐膛、對流煙道、各種受熱面。根據(jù)熱力計(jì)算目的不同分為： 設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)指定的燃料、蒸發(fā)量和蒸汽參數(shù)等，用于設(shè)計(jì)鍋爐校核計(jì)算：因燃料、蒸發(fā)量和蒸汽參數(shù)等改變，用于對原有鍋爐的改造熱力計(jì)算的理論基礎(chǔ)傳熱學(xué)理論（傳導(dǎo)、對流、輻射）水冷壁以輻射傳熱為主,省煤器、空氣預(yù)熱器以對流傳熱為主一、鍋爐熱力特性1. 鍋爐沿?zé)煔饬鞒谈魇軣?/p>

2、面之間的熱量分配原則： (1) 根據(jù)工程熱力學(xué)中的TS圖可知：給水在鍋爐中總吸熱量可分為三部分熱量，即：預(yù)熱熱Qyr，汽化熱Qqh和過熱熱Qgr； (2)鍋爐給水溫度及蒸汽參數(shù)的不同，其三部分熱量的分配比例也各不相同。 5.1 鍋爐蒸汽參數(shù)對鍋爐各受熱面布置的影響 2. 鍋爐各受熱面結(jié)構(gòu)布置及位置的設(shè)計(jì)原則：1）給水在鍋爐中總吸熱量的分配比例，隨給水溫度、蒸汽參數(shù)的變化而變化，三部分熱量的分配比例的變化，對鍋爐各受熱面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將產(chǎn)生很大的影響： 低參數(shù)小容量鍋爐因爐膛體積小，在確保燃料的燃燒溫度條件下， ，則爐內(nèi)水冷壁 (輻射蒸發(fā)受熱面)的吸熱量滿足不了蒸發(fā)量所需的汽化熱Qqh要求。必須在對

3、流煙道中布置一定量的鍋爐管束(對流蒸發(fā)受熱面)，才能滿足蒸發(fā)量所需的汽化熱 = 。 中參數(shù)小容量鍋爐因爐膛體積適中，爐內(nèi)水冷壁的吸熱量滿足了蒸發(fā)量所需的汽化熱Qqh要求，即： 。又確保燃料的燃燒溫度；由于有一定量的預(yù)熱熱Qyr和過熱熱Qgr要求，則在對流煙道中布置適量的省煤器，過熱器以滿足Qyr和Qgr。 第五章5.1 鍋爐蒸汽參數(shù)對鍋爐各受熱面布置的影響 高參數(shù)大容量鍋爐因爐膛體積大，其 ，而 若要對流傳熱量Qdl滿足Qyr和Qgr時(shí)，則在對流煙道中省煤器，過熱器布置面積相當(dāng)大，一般在鍋爐設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)布置上很困難，而且金屬消耗量增大；為此，在爐膛出口處或爐膛頂部布置半輻射式過熱器或輻射式過熱器

4、，吸收部分輻射熱以滿足過熱熱Qgr的需求： ；同時(shí)，增大省煤器受熱面積 ，并與空氣預(yù)熱器交叉布置以滿足予熱熱Qyr的需求。 超高參數(shù)大容量鍋爐，在高參數(shù)大容量鍋爐的基礎(chǔ)上，一般在尾部對流煙道中布置一定數(shù)量的再熱器，以滿足再熱熱Qgr。2）鍋爐燃料特性的影響 高Vdaf的燃料，爐膛體積較大，爐膛高度較低；低Vdaf而含碳量Car較高的燃料，爐膛體積較小，爐膛高度較高，熱空氣溫度較高，空氣預(yù)熱器受熱面面積布置的較大； 高水分Mzs的燃料，基本上同低Vdaf的燃料； 高灰分Azs的燃料，基本上同低Vdaf的燃料。 第五章 上聯(lián)箱低溫過熱器再熱器高溫省煤器高溫過熱器低溫省煤器低溫過熱器汽包屏式過熱器下

5、降管水冷壁燃燒器下聯(lián)箱5.2 爐膛輻射蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)布置 一、水冷壁的結(jié)構(gòu)布置及種類： 1水冷壁的作用 保護(hù)爐墻 強(qiáng)化換熱， 降低鍋爐金屬耗量與造價(jià)，應(yīng)合理布置，不要適得其反，造成爐膛溫度過低 2光管水冷壁： 低壓鍋爐： ； 中壓鍋爐： ； ； 。 高壓鍋爐： ； 3鰭片管水冷壁(膜式水冷壁)： ；其有效輻射角系數(shù)： 。第五章5.2 爐膛輻射蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)布置 二、爐膛幾何特性尺寸的確定基本步驟： (1) 根據(jù)鍋爐容量、蒸汽參數(shù)、燃料特性及燃燒方式，確定B和 (2) 選定qR、 qv或qf、qv，再確定：R、Vl或F、 Vl及Hl； (3)最后確定：爐膛寬度和爐膛深度，制定爐膛幾何特性尺寸

6、。 1爐膛容積Vl爐子火床表面至出口煙窗間的容積 底部火床表面 爐膛出口截面出口煙窗第一排水管中心線所在表面 四周及頂部2爐膛周界面積Fl包圍爐膛容積的所有周界封閉面積的總和 火床面積R; 全部水冷壁面積 Fi=bili 爐墻面積：前后墻、側(cè)墻、爐頂; 出口煙窗面積第五章5.2 爐膛輻射蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)布置 三、輻射蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)布置1. 有效輻射受熱面的面積：2. 爐內(nèi)輻射換熱計(jì)算中的系數(shù)：1）有效輻射角系數(shù)： 火焰投射到受熱面上的熱量Q/投射到爐壁上的熱量Qt；2）沾污系數(shù) 管壁灰污反方向輻射因子， 。 受熱面吸熱量Qf /火焰投射到受熱面上的熱量Q；3）熱有效系數(shù)： 受熱面吸熱量Qf

7、/投射到爐壁上的熱量 平均熱有效系數(shù)： ； 對未設(shè)置水冷壁的區(qū)域： 。 第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 一、爐內(nèi)輻射換熱計(jì)算方程傳熱學(xué)斯蒂芬波爾茨曼定律： (kW) 2. 煙氣側(cè)熱平衡方程： (kW) 1）爐膛有效吸熱量： (kJ/kg) 2）空氣帶入爐內(nèi)的熱量： 熱空氣帶入爐內(nèi)的熱量： (kJ/kg) 冷空氣帶入爐內(nèi)的熱量： (kJ/kg) 第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 3）理論燃燒溫度 ：假定燃料燃燒時(shí)放出的熱量未向外界傳熱而使煙氣所能達(dá)到的最高溫度，它與有效放熱量Ql相關(guān)。 因?yàn)? (kJ/kg) 則： (); 即： (K)。 4）煙氣平均熱容量：因?yàn)? 則： 二、爐膛

8、黑度1. 物理意義：爐膛黑度 ：火焰投射黑度，表示火焰與爐壁之間的輻射換熱關(guān)系 第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 高溫火焰輻射到水冷壁上的熱量，由于水冷壁不是絕對黑體，沾污的水冷壁自身具有一定的輻射能力，所以火焰輻射到水冷壁上的熱量并沒有全部被吸收，因此火焰黑度 不能直接應(yīng)用到爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算。 將爐內(nèi)火焰與水冷壁之間的輻射換熱關(guān)系，看成灰體包殼空腔與凸形灰體組成的封閉系統(tǒng)的輻射換熱關(guān)系：由傳熱學(xué)知道： ； 引出： 。 第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 代入斯蒂芬波爾茨曼定律得： 因?yàn)椋?將上兩式聯(lián)解得： ； 水冷壁(輻射蒸發(fā)受熱面)吸熱量： 水冷壁管壁之間相互輻射換熱量： 第五章

9、5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 則： 又因?yàn)椋?；則： ； 即： ；三、室燃爐爐膛黑度層燃爐爐膛黑度： 由于火床上的火焰和爐膛的火焰同時(shí)與爐壁有輻射換熱關(guān)系； 火床對爐壁的輻射角系數(shù)： ；第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 火床輻射換熱量： ；式中 相當(dāng)于室燃爐爐膛黑度中的 ，(室燃 爐的 R=0)；則：層燃爐爐膛黑度： 。四、火焰黑度ahy表示火焰的輻射能力：1影響火焰輻射能力的主要因素： 介質(zhì)濃度： 固體燃料：三原子氣體、灰粒子、焦炭粒子； 液體、氣體燃料：三原子氣體、碳黑粒子。第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 燃料的種類、燃燒方法及燃燒工況等。由傳熱學(xué)知道，火焰被認(rèn)為是灰體，

10、則； 式中：k火焰輻射減弱系數(shù)，即火焰中各介質(zhì)成分的輻射減弱系數(shù)代數(shù)和；p爐膛壓力，(微負(fù)壓鍋爐： )s有效輻射層厚度， (m) 。2固體燃料燃燒時(shí)的火焰黑度： 1）三原子氣體輻射減弱系數(shù)： 第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 三原子氣體總?cè)莘e份額： 三原子氣體分壓力： （Mpa）2）灰粒子輻射減弱系數(shù)： 煙氣密度： 煙氣中灰粒子平均直徑：層燃爐： ；煤粉爐(筒式球磨機(jī))： ?；伊Ｗ訜o因次濃度： 每公斤燃料燃燒生成的煙氣重量： 第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 3）焦炭粒子輻射減弱系數(shù)： 、 煤種、燃燒方式分別對焦炭粒子濃度的影響系數(shù)；液體、氣體燃料燃燒時(shí)的火焰黑度：式中：m與鍋爐容

11、積熱負(fù)荷有關(guān)的系數(shù) 發(fā)光火焰的黑度： 爐膛高度上的輻射傳熱熱負(fù)荷的計(jì)算： 式中： 在某一高度上的輻射傳熱熱負(fù)荷， 。 高度上輻射傳熱熱負(fù)荷分配不均勻系數(shù)。 爐膛中輻射受熱面的總和， 。第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 五、爐膛出口煙溫 ：1. 的計(jì)算： 式中：M 爐膛火焰中心位置系數(shù)。2. 的選擇范圍：1）燃用固體燃料時(shí)： 要求 ；由此，其高限一般取 。 為了保證燃料的燃燒溫度，其低限一般取 。2）燃用液、氣體燃料時(shí)：因 ，其高限一般可取 3） 為爐膛出口處凝渣管或屏式過熱器之前的煙溫，若凝渣管 時(shí)， 為凝渣管之后的煙溫。第五章5.3 爐膛輻射受熱面的熱力計(jì)算 4）鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方

12、法規(guī)定： 的計(jì)算誤差范圍為 。第五章5.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)及其布置 對流受熱面包括：鍋爐管束、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，受煙氣直接沖刷并通過對流換熱。一、鍋爐管束的結(jié)構(gòu)及布置1煙管2鍋爐管束二、過熱器的結(jié)構(gòu)及布置1過熱器的布置方式2對流式過熱器的結(jié)構(gòu)3對流式過熱器的布置型式 順流式 逆流式 混流式4氣溫調(diào)節(jié)及減溫器的布置第五章1123345 67788煙氣S2S1S1S2S25.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)及其布置 4氣溫調(diào)節(jié)及減溫器的布置作用：保證過熱器的安全工作，避免過熱器汽溫高出允許值。過熱汽溫升高的原因： 蒸汽負(fù)荷增加，燃料量增加 過量空氣系數(shù)增加，煙氣流速增加 給水溫度變化 鍋爐運(yùn)行狀況

13、變化 燃料變化面式減溫器：是利用給水作為冷卻介質(zhì)來降低氣溫的換熱器，通過介質(zhì)流量變化達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。布置方式有三種：第五章5.4 對流受熱面的結(jié)構(gòu)及其布置 過熱器的入口端：對過熱器及后管道沒有保護(hù)作用，汽溫調(diào)節(jié)不靈敏； 過熱器的出口端：氣溫調(diào)節(jié)靈敏，過熱器保護(hù)作用差 兩級過熱器之間：既有一定的靈敏度，又能保護(hù)過熱器。 三、尾部受熱面的結(jié)構(gòu)及布置1省煤器的結(jié)構(gòu)及布置分類：2空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)及布置3尾部受熱面的低溫腐蝕第五章煙氣再循環(huán)系統(tǒng)5.5 對流受熱面的傳熱計(jì)算一、對流受熱面?zhèn)鳠嵊?jì)算的基本公式1. 熱平衡方程式： 1) 煙氣側(cè)： (kJ/kg)2) 工質(zhì)側(cè)： (kJ/kg) 空氣預(yù)熱器工質(zhì)

14、側(cè)： (kJ/kg) 2. 傳熱方程式： (kJ/kg) 二、對流傳熱系數(shù)K的計(jì)算影響因素：煙氣、積灰、管壁、結(jié)垢和工質(zhì)，包括對流、輻射和傳導(dǎo)三種基本傳熱方式。 第五章5.5 對流受熱面的傳熱計(jì)算式中： 與 難以測定，在計(jì)算中一般以 、 、 來考慮灰污對管壁傳熱的影響。 1. 灰污系數(shù) 表示灰污引起的傳熱熱阻的增加。 則： 只對燃用固體燃料的錯(cuò)列管束考慮灰污對管壁傳熱的影響。 對流管束、省煤器：因?yàn)?，所以： ； 第五章5.5 對流受熱面的傳熱計(jì)算 過熱器：因?yàn)?很小，所以 很大； 錯(cuò)列管束橫向沖刷時(shí)， 與 、 、灰粒子分散度有關(guān)；由圖表分別查出 、 、 和 按下式計(jì)算： 2有效系數(shù) 表示受熱面有灰污與無灰污時(shí)的傳熱系數(shù)之比 在缺 計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)； 燃用固體燃料的順列管束； 燃用重油和氣體燃料室，所有受熱面(順列管束、錯(cuò)列管束)； 小型鍋爐的鍋爐管束。第五章5.5 對流受熱面的傳熱計(jì)算 因?yàn)椋?； 則： 鍋爐管束、省煤器：因?yàn)?很大，所以 。則 值可由查取。 3利用系數(shù) 表示受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)與無灰污并沖刷完全 時(shí)的傳熱系數(shù) 比值 空氣預(yù)熱器對流傳熱計(jì)算中，常用 考慮有灰污和沖刷不完 全對管壁傳熱的影響。 因?yàn)椋?；則： 的計(jì)算： 第五章5.5 對流受熱面的傳熱計(jì)算