第12章 鍋爐熱力計算及其設(shè)計布置

第十二章鍋爐熱力計算及其設(shè)計布置

§1、鍋爐本體的典型布置

§2、鍋爐主要設(shè)計參數(shù)的選擇

§3、電廠鍋爐熱力計算的任務(wù)及順序

§4、爐膛熱力計算

§5、對流和半輻射受熱面的熱力計算2/3/20231PrinciplesofBoiler§1鍋爐本體的典型布置

1、Π型、Γ型布置鍋爐2、塔型、半塔型布置鍋爐3、影響鍋爐布置的因素2/3/20232PrinciplesofBoilerHG-亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐2/3/20233PrinciplesofBoiler強制循環(huán)鍋爐縱剖面布置圖2/3/20234PrinciplesofBoiler1、Π型布置鍋爐

Π型布置:應用范圍最廣。

Π型布置:

由垂直柱體爐膛、水平煙道和下行對流煙道組成。

Γ型布置:(Π型布置中取消了中間的走廊與水平煙道)緊湊省鋼材，但尾部煙道檢修不便。1/22/3/20235PrinciplesofBoilerΠ型布置特點高度較低，安裝方便；易布置成逆流傳熱方式；燃料進給設(shè)備和排煙口都在鍋爐底層，送風機、引風機、除塵器等笨重設(shè)備可布置在地面，減輕了廠房和鍋爐構(gòu)架的負載，可以采用簡便的懸吊結(jié)構(gòu)占地較大；煙道轉(zhuǎn)彎易引起飛灰對受熱面的局部磨損2/3/20236PrinciplesofBoiler

塔型布置鍋爐：對流煙道布置在爐膛的上方，鍋爐筆直向上發(fā)展，取消了不宜布置受熱面的轉(zhuǎn)彎室特點：占地面積??；對流煙道有自身通風作用；煙氣在對流受熱面中不改變流動方向，對于多灰燃料非常有利。適用于燃用煙煤以及正壓燃燒的燃油、燃氣鍋爐。2、塔型、半塔型布置鍋爐1/1

半塔型布置鍋爐:

空氣預熱器，送、引風機，除塵器等笨重設(shè)備布置在地面。2/3/20237PrinciplesofBoiler上海外高橋900MW超臨界煤粉鍋爐2/3/20238PrinciplesofBoiler2/3/20239PrinciplesofBoiler3、影響鍋爐布置的因素蒸汽壓力的影響鍋爐容量的影響燃料性質(zhì)對鍋爐布置的影響熱空氣溫度對尾部受熱布置影響1/52/3/202310PrinciplesofBoiler蒸汽壓力的影響加熱水熱、蒸發(fā)熱、過熱熱的比例發(fā)生變化

爐膛吸熱占鍋爐總吸熱量的65%

在中壓機組中，蒸發(fā)吸熱為66%，稍大于爐膛吸熱

在高壓機組中，蒸發(fā)吸熱為52%，小于爐膛吸熱

在超高壓機組中，蒸發(fā)吸熱為34%，大大小于爐膛吸熱

在亞臨界機組中，蒸發(fā)吸熱為25%，大大小于爐膛吸熱

2/52/3/202311PrinciplesofBoiler鍋爐容量的影響鍋爐容量隨著蒸汽壓力升高而增加,有對應關(guān)系。鍋爐容量對鍋爐布置的影響如果爐膛容積熱強度不變，那么爐膛容積正比于鍋爐容量。爐膛容積是長度的三次方，爐壁面積是長度的平方，爐壁面積增長的慢。大容量鍋爐的單位面積的爐壁要吸收更多的熱量，使用膜式水冷壁，內(nèi)螺紋管的水冷壁。

3/52/3/202312PrinciplesofBoiler燃料性質(zhì)對鍋爐布置的影響1．燃料的揮發(fā)分對鍋爐布置的影響：揮發(fā)分多的煤好燒。爐膛比較胖、矮；熱風溫度較低。揮發(fā)分少的煤。爐膛比較細高；熱風溫度要高。2．燃料水分的影響：水分多著火困難，熱風溫度要高，斷面熱強度要大。3．燃料灰分的影響：灰分多火焰中心上升，爐膛出口煙氣溫度上升，爐膛細長；熱風溫度要高。磨損嚴重，要在對流煙道中的受熱面上安裝防磨裝置。4、灰熔融特性、硫含量4/52/3/202313PrinciplesofBoiler熱空氣溫度對尾部受熱布置影響尾部受熱面采用兩級布置的原因，是因為煙氣的流量和比熱均比空氣為大。5/52/3/202314PrinciplesofBoiler§2鍋爐主要設(shè)計參數(shù)的選擇

1、爐膛熱強度

2、爐膛出口煙氣溫度

3、排煙溫度

4、熱空氣溫度

5、工質(zhì)與煙氣速度2/3/202315PrinciplesofBoiler1、爐膛容積熱強度qv1/4

表明在爐膛單位容積內(nèi)每小時燃料燃燒所釋放的熱量

式中

—爐膛容積，m3

過大

過小，水冷壁面積過小，鍋爐達不到出力爐膛及爐膛出口煙氣溫度高，易結(jié)渣；偏高，q2增大；煤粉氣流在爐膛停留的時間τ過小，（q3、q4）增大，均使減小的選取與鍋爐容量、燃燒方式、燃料特性等有關(guān)2/3/202316PrinciplesofBoiler爐膛容積熱強度qv

過?。哼^大，偏低，著火困難，燃燒不穩(wěn)定；造價高

2/4

爐膛容積熱強度的大小應能保證燃料燃燒完全（燃料在爐膛內(nèi)有足夠的停留時間），并使煙氣在爐膛內(nèi)冷卻到不使爐膛出口對流受熱面結(jié)渣的程度（爐膛內(nèi)布置足夠的受熱面）鍋爐容量增大，爐膛壁面面積的增加落后于容量的增加。為保證鍋爐安全運行，避免對流受熱面結(jié)渣，應以煙氣的冷卻條件來選取，故大容量鍋爐的要比中、小容量鍋爐選得小一些2/3/202317PrinciplesofBoiler爐膛截面熱強度qa

的選取與燃料性質(zhì)、燃燒方式和排渣方式等有關(guān)。

表示燃燒器區(qū)域爐膛單位截面上每小時燃料的釋熱強度

式中A、n-燃燒器區(qū)域爐膛截面積及燃燒器層數(shù)3/4

鍋爐設(shè)計時，可根據(jù)選用的、確定爐膛容積和截面積，并由此決定爐膛寬度、深度及高度

無煙煤值小，而值大，爐膛呈瘦高形，保證煤粉氣流及時著火，完全燃燒2/3/202318PrinciplesofBoiler燃燒器區(qū)域壁面熱強度qr4/4

愈大，火焰愈集中，燃燒器區(qū)域的溫度水平就愈高，對燃料的穩(wěn)定著火有利，但易造成燃燒器區(qū)域的壁面結(jié)渣

表示燃燒器區(qū)域單位爐壁面積上燃料每小時釋放的熱量

式中—燃燒器區(qū)域的爐壁面積，m2a、b—爐膛寬度和深度，mn—燃燒器的層數(shù)—各層燃燒器的間距，m2/3/202319PrinciplesofBoiler2、爐膛出口煙氣溫度1/1

爐膛出口煙氣溫度

凝渣管或屏式過熱器前的煙溫鍋爐受熱面的輻射和對流傳熱的最佳比值（輻射受熱面和對流受熱面的金屬耗量及總成本最?。募s為1250℃

為保證爐膛出口處對流受熱不結(jié)渣，不應超過灰分開始變形的溫度DT。如灰分軟化溫度ST與變形溫度DT之差小于100，則取

<(ST-100)℃

當爐膛出口處布置著屏式受熱面時，爐膛出口煙溫一般取1100～1200℃

對于易結(jié)渣的燃料，

應保持在1000～1050℃范圍2/3/202320PrinciplesofBoiler3、排煙溫度θpy1/1

排煙溫度

燃料費用和尾部受熱面金屬費用總和最少時所對應溫度排煙溫度低，排煙熱損失小，鍋爐熱效率高，節(jié)約燃料；但由于尾部受熱面?zhèn)鳠釡貕航档停饘俸牧吭龆?/p>

含硫量較高的燃料，排煙溫度應取較高值，以避免低溫腐蝕和堵灰對鍋爐工作可靠性的影響2/3/202321PrinciplesofBoiler4、熱空氣溫度trk1/1

熱空氣溫度

的選取主要取決于燃料的性質(zhì)

著火性能好和水分低的燃料，采用較低的；著火性能差或水分較多的燃料，采用較高的

熱空氣溫度的選擇還與制粉系統(tǒng)干燥劑種類、鍋爐排渣方式等有關(guān)。

2/3/202322PrinciplesofBoiler5、工質(zhì)質(zhì)量流速ρω1/1

受熱面中水和蒸汽的質(zhì)量流速

對受熱面運行的安全性和經(jīng)濟性有很大影響

質(zhì)量流速太低，工質(zhì)的傳熱能力下降，受熱面管壁溫度升高，影響受熱面的安全運行

質(zhì)量流速太高，工質(zhì)的流動阻力大（一般過熱器系統(tǒng)的總阻力應不大于過熱器出口壓力的10%；再熱系統(tǒng)的總阻力應不大于再熱蒸汽進口壓力的10%；省煤器中水的阻力應不大于汽包壓力的10%）對于非沸騰式省煤器，質(zhì)量流速的下限應避免受熱面內(nèi)部的氧腐蝕；對于沸騰式省煤器，則應避免管內(nèi)工質(zhì)的汽水分層2/3/202323PrinciplesofBoiler6、煙氣流速wy

煙氣流速

Wy影響受熱面運行的安全性和經(jīng)濟性

煙速Wy

過低，受熱面積灰加重，受熱面面積增加或傳熱下降

煙速Wy

過高，飛灰磨損加重

1/1

鍋爐額定負荷下，考慮磨損后，橫向沖刷受熱面的極限煙速

對于一般的煤為9～10m/s；對于灰多和灰分磨蝕性較強的燃料為7～8m/s；對于灰少和磨蝕性較弱的煤為10～12m／s2/3/202324PrinciplesofBoiler§3鍋爐熱力計算的任務(wù)及順序1、電廠鍋爐熱力計算的任務(wù)2、鍋爐熱力計算順序3、鍋爐熱力計算框圖2/3/202325PrinciplesofBoiler1、鍋爐熱力計算的任務(wù)設(shè)計計算的定義：根據(jù)給定的鍋爐容量、參數(shù)和燃料特性去確定鍋爐的尺寸。用于設(shè)計鍋爐校核計算的定義：在給定鍋爐負荷和燃料特性的前提下，按照已有的鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸去確定各個受熱面交界處的工質(zhì)和煙氣參數(shù)。用途：校核計算在鍋爐的設(shè)計和改造過程中經(jīng)常應用。2/3/202326PrinciplesofBoiler2、鍋爐熱力計算順序先校核原始數(shù)據(jù)、判斷煤種。燃燒計算。熱平衡計算。爐膛傳熱計算。沿煙氣流程計算各部件傳熱(換熱器)。2/3/202327PrinciplesofBoiler3、鍋爐熱力計算框圖1/32/3/202328PrinciplesofBoiler鍋爐熱力計算框圖2/32/3/202329PrinciplesofBoiler鍋爐熱力計算框圖3/32/3/202330PrinciplesofBoiler§4爐膛熱力計算1、爐內(nèi)輻射傳熱的基本概念2、爐內(nèi)傳熱計算的相似理論方法2/3/202331PrinciplesofBoiler本身輻射：E0=σ0*T4;E=aσ0*T4投射輻射(入射輻射)G：半球形范圍內(nèi)從各方向以各波長進入物體的單位面積的能量。有效輻射J：物體的總輻射能力。J=E+(1-a)G輻射熱傳遞q：離開物體表面的凈能量。Q=J-GkW/m2兩個平面平行系統(tǒng)的黑度as:=1/(1/a1+1/a2-1)兩個平面平行系統(tǒng)總輻射傳熱量：as*σ0*(T14-T24)1、爐內(nèi)輻射傳熱的基本概念1/7爐膛傳熱95%以上是輻射方式，對流可忽略G(1-a)GEJ2/3/202332PrinciplesofBoiler火焰黑度ahy—表示火焰的輻射能力影響火焰輻射能力的主要因素⑴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。⑵燃料的種類、燃燒方法及燃燒工況等。2/72/3/202333PrinciplesofBoiler爐膛黑度al爐內(nèi)一個假想黑度，用以表示火焰的有效輻射J1。J1=al*σ0*T143/72/3/202334PrinciplesofBoiler水冷壁污染系數(shù)

管壁灰污反方向輻射因子6/72/3/202335PrinciplesofBoiler水冷壁熱有效系數(shù)受熱面吸熱量占投射到爐壁上的熱量的比例。q=ΨJ1kW/m2

J1=al*σ0*T145/7X—角系數(shù)2/3/202336PrinciplesofBoiler2、爐內(nèi)傳熱計算的相似理論方法基本方法基本方程水冷壁受熱面積計算2/3/202337PrinciplesofBoiler1、爐膛內(nèi)全部熱量按照輻射的方式傳遞的。2、定性溫度：用爐膛出口煙氣溫度作為定性溫度。3、爐內(nèi)有效放熱量：包括修正后的1公斤燃料的有效放熱量、1公斤燃燒用空氣帶進爐膛的熱量。基本方法1/22/3/202338PrinciplesofBoiler基本方法假定燃料燃燒時放出的熱量未向外界傳熱而使煙氣所能達到的最高溫度，它與有效放熱量Ql相關(guān)。煙氣各個氣體成分的比熱是溫度的函數(shù)，不能直接計算，只能用試算迭代法計算。2/24、理論燃燒溫度2/3/202339PrinciplesofBoiler基本方程5、爐內(nèi)傳熱的方程組：1/22/3/202340PrinciplesofBoiler基本方程6、校核計算公式：2/2計算過程：1、假定θl’’2、用該公式計算θl’’3、檢驗假設(shè)2/3/202341PrinciplesofBoiler3、水冷壁受熱面積有效輻射受熱面的面積水冷壁面積：把與水冷壁相切的平面看作火焰的輻射表面，也是接受火焰輻射的水冷壁面積。1/12/3