鍋爐熱力計(jì)算及其設(shè)計(jì)布置

第十二章鍋爐熱力計(jì)算及其設(shè)計(jì)布置

§1、鍋爐本體的典型布置

§2、鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

§3、電廠鍋爐熱力計(jì)算的任務(wù)及順序

§4、爐膛熱力計(jì)算

§5、對(duì)流和半輻射受熱面的熱力計(jì)算6/18/20231PrinciplesofBoiler§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6/18/20232PrinciplesofBoilerHG-亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐6/18/20233PrinciplesofBoiler強(qiáng)制循環(huán)鍋爐縱剖面布置圖6/18/20234PrinciplesofBoiler1、Π型布置鍋爐

Π型布置:應(yīng)用范圍最廣。

Π型布置:

由垂直柱體爐膛、水平煙道和下行對(duì)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。1/26/18/20235PrinciplesofBoilerΠ型布置特點(diǎn)高度較低，安裝方便；易布置成逆流傳熱方式；燃料進(jìn)給設(shè)備和排煙口都在鍋爐底層，送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、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(fù)載，可以采用簡(jiǎn)便的懸吊結(jié)構(gòu)占地較大；煙道轉(zhuǎn)彎易引起飛灰對(duì)受熱面的局部磨損6/18/20236PrinciplesofBoiler

塔型布置鍋爐：對(duì)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(diǎn)：占地面積??；對(duì)流煙道有自身通風(fēng)作用；煙氣在對(duì)流受熱面中不改變流動(dòng)方向，對(duì)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?xì)忮仩t。2、塔型、半塔型布置鍋爐1/1

半塔型布置鍋爐:

空氣預(yù)熱器，送、引風(fēng)機(jī)，除塵器等笨重設(shè)備布置在地面。6/18/20237PrinciplesofBoiler上海外高橋900MW超臨界煤粉鍋爐6/18/20238PrinciplesofBoiler6/18/20239PrinciplesofBoiler3、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(duì)鍋爐布置的影響熱空氣溫度對(duì)尾部受熱布置影響1/56/18/202310PrinciplesofBoiler蒸汽壓力的影響加熱水熱、蒸發(fā)熱、過(guò)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(jī)組中，蒸發(fā)吸熱為66%，稍大于爐膛吸熱

在高壓機(jī)組中，蒸發(fā)吸熱為52%，小于爐膛吸熱

在超高壓機(jī)組中，蒸發(fā)吸熱為34%，大大小于爐膛吸熱

在亞臨界機(jī)組中，蒸發(fā)吸熱為25%，大大小于爐膛吸熱

2/56/18/202311PrinciplesofBoiler鍋爐容量的影響鍋爐容量隨著蒸汽壓力升高而增加,有對(duì)應(yīng)關(guān)系。鍋爐容量對(duì)鍋爐布置的影響如果爐膛容積熱強(qiáng)度不變，那么爐膛容積正比于鍋爐容量。爐膛容積是長(zhǎng)度的三次方，爐壁面積是長(zhǎng)度的平方，爐壁面積增長(zhǎng)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。

3/56/18/202312PrinciplesofBoiler燃料性質(zhì)對(duì)鍋爐布置的影響1．燃料的揮發(fā)分對(duì)鍋爐布置的影響：揮發(fā)分多的煤好燒。爐膛比較胖、矮；熱風(fēng)溫度較低。揮發(fā)分少的煤。爐膛比較細(xì)高；熱風(fēng)溫度要高。2．燃料水分的影響：水分多著火困難，熱風(fēng)溫度要高，斷面熱強(qiáng)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(xì)長(zhǎng)；熱風(fēng)溫度要高。磨損嚴(yán)重，要在對(duì)流煙道中的受熱面上安裝防磨裝置。4、灰熔融特性、硫含量4/56/18/202313PrinciplesofBoiler熱空氣溫度對(duì)尾部受熱布置影響尾部受熱面采用兩級(jí)布置的原因，是因?yàn)闊煔獾牧髁亢捅葻峋瓤諝鉃榇蟆?/56/18/202314PrinciplesofBoiler§2鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

1、爐膛熱強(qiáng)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6/18/202315PrinciplesofBoiler1、爐膛容積熱強(qiáng)度qv1/4

表明在爐膛單位容積內(nèi)每小時(shí)燃料燃燒所釋放的熱量

式中

—爐膛容積，m3

過(guò)大

過(guò)小，水冷壁面積過(guò)小，鍋爐達(dá)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(shí)間τ過(guò)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)6/18/202316PrinciplesofBoiler爐膛容積熱強(qiáng)度qv

過(guò)?。哼^(guò)大，偏低，著火困難，燃燒不穩(wěn)定；造價(jià)高

2/4

爐膛容積熱強(qiáng)度的大小應(yīng)能保證燃料燃燒完全（燃料在爐膛內(nèi)有足夠的停留時(shí)間），并使煙氣在爐膛內(nèi)冷卻到不使?fàn)t膛出口對(duì)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(yùn)行，避免對(duì)流受熱面結(jié)渣，應(yīng)以煙氣的冷卻條件來(lái)選取，故大容量鍋爐的要比中、小容量鍋爐選得小一些6/18/202317PrinciplesofBoiler爐膛截面熱強(qiáng)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(shí)燃料的釋熱強(qiáng)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(jì)時(shí)，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(wú)煙煤值小，而值大，爐膛呈瘦高形，保證煤粉氣流及時(shí)著火，完全燃燒6/18/202318PrinciplesofBoiler燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)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(duì)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(shí)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，m6/18/202319PrinciplesofBoiler2、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(guò)熱器前的煙溫鍋爐受熱面的輻射和對(duì)流傳熱的最佳比值（輻射受熱面和對(duì)流受熱面的金屬耗量及總成本最?。?duì)應(yīng)的約為1250℃

為保證爐膛出口處對(duì)流受熱不結(jié)渣，不應(yīng)超過(guò)灰分開(kāi)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(dāng)爐膛出口處布置著屏式受熱面時(shí)，爐膛出口煙溫一般取1100～1200℃

對(duì)于易結(jié)渣的燃料，

應(yīng)保持在1000～1050℃范圍6/18/202320PrinciplesofBoiler3、排煙溫度θpy1/1

排煙溫度

燃料費(fèi)用和尾部受熱面金屬費(fèi)用總和最少時(shí)所對(duì)應(yīng)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?，金屬耗量增?/p>

含硫量較高的燃料，排煙溫度應(yīng)取較高值，以避免低溫腐蝕和堵灰對(duì)鍋爐工作可靠性的影響6/18/202321PrinciplesofBoiler4、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(lèi)、鍋爐排渣方式等有關(guān)。

6/18/202322PrinciplesofBoiler5、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(duì)受熱面運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)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(yùn)行

質(zhì)量流速太高，工質(zhì)的流動(dòng)阻力大（一般過(guò)熱器系統(tǒng)的總阻力應(yīng)不大于過(guò)熱器出口壓力的10%；再熱系統(tǒng)的總阻力應(yīng)不大于再熱蒸汽進(jìn)口壓力的10%；省煤器中水的阻力應(yīng)不大于汽包壓力的10%）對(duì)于非沸騰式省煤器，質(zhì)量流速的下限應(yīng)避免受熱面內(nèi)部的氧腐蝕；對(duì)于沸騰式省煤器，則應(yīng)避免管內(nèi)工質(zhì)的汽水分層6/18/202323PrinciplesofBoiler6、煙氣流速wy

煙氣流速

Wy影響受熱面運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性

煙速Wy

過(guò)低，受熱面積灰加重，受熱面面積增加或傳熱下降

煙速Wy

過(guò)高，飛灰磨損加重

1/1

鍋爐額定負(fù)荷下，考慮磨損后，橫向沖刷受熱面的極限煙速

對(duì)于一般的煤為9～10m/s；對(duì)于灰多和灰分磨蝕性較強(qiáng)的燃料為7～8m/s；對(duì)于灰少和磨蝕性較弱的煤為10～12m／s6/18/202324PrinciplesofBoiler§3鍋爐熱力計(jì)算的任務(wù)及順序1、電廠鍋爐熱力計(jì)算的任務(wù)2、鍋爐熱力計(jì)算順序3、鍋爐熱力計(jì)算框圖6/18/202325PrinciplesofBoiler1、鍋爐熱力計(jì)算的任務(wù)設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)鍋爐校核計(jì)算的定義：在給定鍋爐負(fù)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(gè)受熱面交界處的工質(zhì)和煙氣參數(shù)。用途：校核計(jì)算在鍋爐的設(shè)計(jì)和改造過(guò)程中經(jīng)常應(yīng)用。6/18/202326PrinciplesofBoiler2、鍋爐熱力計(jì)算順序先校核原始數(shù)據(jù)、判斷煤種。燃燒計(jì)算。熱平衡計(jì)算。爐膛傳熱計(jì)算。沿?zé)煔饬鞒逃?jì)算各部件傳熱(換熱器)。6/18/202327PrinciplesofBoiler3、鍋爐熱力計(jì)算框圖1/36/18/202328PrinciplesofBoiler鍋爐熱力計(jì)算框圖2/36/18/202329PrinciplesofBoiler鍋爐熱力計(jì)算框圖3/36/18/202330PrinciplesofBoiler§4爐膛熱力計(jì)算1、爐內(nèi)輻射傳熱的基本概念2、爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法6/18/202331PrinciplesofBoiler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(zhǎng)進(jìn)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(kāi)物體表面的凈能量。Q=J-GkW/m2兩個(gè)平面平行系統(tǒng)的黑度as:=1/(1/a1+1/a2-1)兩個(gè)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(duì)流可忽略G(1-a)GEJ6/18/202332PrinciplesofBoiler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(lèi)、燃燒方法及燃燒工況等。2/76/18/202333PrinciplesofBoiler爐膛黑度al爐內(nèi)一個(gè)假想黑度，用以表示火焰的有效輻射J1。J1=al*σ0*T143/76/18/202334PrinciplesofBoiler水冷壁污染系數(shù)

管壁灰污反方向輻射因子6/76/18/202335PrinciplesofBoiler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)6/18/202336PrinciplesofBoiler2、爐內(nèi)傳熱計(jì)算的相似理論方法基本方法基本方程水冷壁受熱面積計(jì)算6/18/202337PrinciplesofBoiler1、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(jìn)爐膛的熱量?；痉椒?/26/18/202338PrinciplesofBoiler基本方法假定燃料燃燒時(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)。煙氣各個(gè)氣體成分的比熱是溫度的函數(shù)，不能直接計(jì)算，只能用試算迭代法計(jì)算。2/24、理論燃燒溫度6/18/202339PrinciplesofBoiler基本方程5、爐內(nèi)傳熱的方程組：1/26/18/202340PrinciplesofBoiler基本方程6、校核計(jì)算公式：2/2計(jì)算過(guò)程：1、假定θl’’2、用該公式計(jì)算θl’’3、檢驗(yàn)假設(shè)6/18/202341PrinciplesofBoiler3、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。1/16/18