【正文】 鍋爐機組的設(shè)計一、 設(shè)計概述鍋爐機組的熱力計算，一般都從燃料的燃燒和熱平衡計算開始，然后按煙氣的流向?qū)﹀仩t機組的各個受熱面（爐膛、屏式過熱器、對流過熱器等）進(jìn)行計算。鍋爐熱力計算分為設(shè)計計算和校核計算。兩者的計算方法基本相同，其區(qū)別在于計算任務(wù)和所需求的數(shù)據(jù)不同。 設(shè)計計算 設(shè)計計算的任務(wù)是根據(jù)給定的鍋爐容量、參數(shù)和燃料特性去確定鍋爐機組的爐子尺寸和各個部件各受熱面面積，并確定鍋爐的燃料消耗量、鍋爐效率、各受熱面交界處的溫度和焓、各受熱面的吸熱量和介質(zhì)速度等參數(shù)，為選擇輔助設(shè)備和進(jìn)行空氣動力計算、水動力計算、管子金屬壁溫計算和強度計算等提供原始資料。 校核計算 校核計算的任務(wù)是在給定鍋爐負(fù)荷和燃料特性的前提下，按鍋爐機組已有的結(jié)構(gòu)和尺寸，去確定各個受熱面交界處的水溫、汽溫、空氣和煙氣溫度、鍋爐效率、燃料消耗量以及空氣和煙氣的流量和流速。進(jìn)行校核計算是為了估計鍋爐機組按指定燃料運行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，尋求必要的改進(jìn)鍋爐結(jié)構(gòu)的措施，選擇輔助設(shè)備（或檢驗原有輔助設(shè)備的適用性）以及為空氣動力、水動力、壁溫和強度等計算提供原始資料。 對鍋爐機組作校核計算時，不僅煙氣的中間溫度和內(nèi)部介質(zhì)溫度是未知數(shù)，而且排煙溫度和熱空氣溫度（空預(yù)器出口的空氣溫度），有時連過熱蒸汽的溫度也是未知數(shù)。因此，在進(jìn)行計算時，上述溫度須先假定，然后用漸近法（漸次逼近法）去確定。 對鍋爐機組的各個部件也分為設(shè)計計算和校核計算兩種方法，但經(jīng)常采用后一種方法，即先布置好各個部件的受熱面，然后用校核——漸近計算法去確定它們的吸熱量。二、 鍋爐的設(shè)計計算 設(shè)計計算的步驟設(shè)計熱力計算一般按以下步驟進(jìn)行：1) 按計算任務(wù)書列出原始數(shù)據(jù)。2) 根據(jù)燃料燃燒方式、受熱面布置（指有幾級過熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等）進(jìn)行空氣平衡計算。3) 計算理論空氣量、根據(jù)各受熱面的平均過量空氣系數(shù)計算煙氣特性表，根據(jù)各受熱面出口過量空氣系數(shù)，計算煙氣、空氣焓溫表。4) 熱平衡計算。即根據(jù)燃料燃燒方式（指煤粉燃燒、循環(huán)流化床燃燒，以及燃燒器的布置等）決定q3及q4的數(shù)值。根據(jù)排煙溫度和排煙過量空氣系數(shù)決定q2，根據(jù)鍋爐容量決定q5，以及根據(jù)燃燒方法決定q6，最后決定鍋爐熱效率η，燃料消耗量B和保熱系數(shù)φ等。5) 依據(jù)所選取的爐膛容積熱負(fù)荷qv決定爐膛容積VL。決定爐膛截面尺寸和形狀，并布置水冷壁、爐內(nèi)輻射受熱面及懸吊管、蒸汽冷卻管等。6) 根據(jù)選取的空氣預(yù)熱溫度進(jìn)行爐膛傳熱計算（例題為下爐膛計算）。7) 進(jìn)行爐膛內(nèi)輻射受熱面的傳熱計算，并決定各受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸。8) 依次進(jìn)行水平煙道、尾部豎井煙道內(nèi)的對流受熱面的傳熱計算，并決定各受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸。9) 確定鍋爐機組熱平衡計算誤差。10) 編制整臺鍋爐熱力計算數(shù)據(jù)匯總表。 輔助計算和熱平衡計算在進(jìn)行鍋爐設(shè)計，決定爐膛尺寸、各受熱面的面積和結(jié)構(gòu)之前，必須預(yù)先決定燃料消耗量、煙氣在各受熱面處的成分等主要數(shù)據(jù)，設(shè)計步驟中的第4項即完成這些任務(wù)，這些計算屬于輔助計算。輔助計算前要先選定鍋爐的總布置，一般常見的是“П”型布置?？諝馄胶庥嬎?，即根據(jù)布置方案選取爐膛出口過量空氣系數(shù)，各段煙道中及制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)系數(shù)，可參照原蘇聯(lián)熱力計算標(biāo)準(zhǔn)（1998），（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)）表ⅩⅫ進(jìn)行，或者根據(jù)國內(nèi)鍋爐制造廠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定。然后確定各受熱面入口過量空氣系數(shù)和出口過量空氣系數(shù)。計算煙氣容積、制定煙氣特性表時，要明確各公式、各步驟的意義。煙氣各特性對應(yīng)的過量空氣系數(shù)一定要代入所計算受熱面平均的過量空氣系數(shù)（即進(jìn)口與出口的算術(shù)平均值），這是因為煙氣特性計算的主要目的，是要決定各受熱面煙氣流量和煙氣流速的平均值。按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，爐膛的平均過量空氣系數(shù)例外，應(yīng)代入爐膛出口過量空氣系數(shù)。1） 燃燒計算：需計算出理論空氣量、理論氮容積、RO2容積、理論干煙氣容積、理論水蒸汽容積等。計算結(jié)果見表21燃燒計算表序號項目名稱符號數(shù)值單位 （標(biāo)準(zhǔn)狀況下）計算公式及數(shù)據(jù)結(jié)果1理論空氣量V0m3/kg(Car+)+2理論氮容積V0N2m3/kg*Nar/100+3R02容積VRO2m3/kg*Car/100+*Sar/1004理論干煙氣容積V0gym3/kgV0N2+VRO25理論水蒸氣容積V0H2Om3/kg*Har/100+*Mar/100+6飛灰份額αfh　　查表242） 煙氣特性計算：需要計算出各受熱面的煙道平均過量空氣系數(shù)。干煙氣容積、水蒸汽容積，煙氣總?cè)莘e、RO2容積份額、三原子氣體和水蒸汽容積總份額、容積飛灰濃度、煙氣質(zhì)量、質(zhì)量飛灰濃度等。22煙氣特性表序號項目名稱符號單位 （標(biāo)準(zhǔn)狀況下）爐膛，屏凝渣管高過低過高溫省煤器高溫空預(yù)器低溫省煤器低溫空預(yù)器1受熱面出口過量空氣系數(shù)（查表15）α_2煙道平均過量空氣系數(shù)αpj_3干煙氣容積 V0gy+(αpj1)v0Vgym3/kg4水蒸氣容積V0H2O+(αpj1)V0VH2Om3/kg5煙氣總?cè)莘e Vgy+VH2OVym3/kg6RO2容積份額 VRO2/VYr RO2_7水蒸氣容積份額 VH2O/Vyr H2O_8三原子氣體和水蒸汽溶劑總份額 rRO2+r H20r_9容積飛灰濃度 10Aarαfh/Vyμνg/m310煙氣質(zhì)量 1Aar/100+mykg/kg11質(zhì)量飛灰濃度 αfhAar/(100my)μykg/kg3） 煙氣焓、空氣焓、蒸汽焓的計算：爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器、高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器、低溫省煤器、低溫空氣預(yù)熱器等所在煙氣區(qū)域的煙氣在不同溫度下的焓，并列成表格作為溫焓表。具體見表11116計算焓溫表時，各煙氣焓所對應(yīng)的過量空氣系數(shù)一定要代入所計算受熱面出口的過量空氣系數(shù)，而不可以代受熱面的平均的過量空氣系數(shù)，這是因為煙氣焓溫計算的目的是要決定各受熱面的煙氣放熱量。焓溫計算時飛灰的焓在某些條件下可以忽略不計，但有時要計入。如果是手工進(jìn)行焓溫計算，應(yīng)先考慮用得到的煙氣范圍，以減小不必要的計算量。一般可參考以下給出的區(qū)間：爐膛：1600℃~2200℃和800℃~1400℃；以上第一個溫度區(qū)間用于理論燃燒溫度計算，第二個溫度區(qū)間用于爐膛出口煙溫計算；屏式過熱器：700℃~1200℃；對流式過熱器（轉(zhuǎn)向室前）：900℃~1100℃；對流式過熱器（轉(zhuǎn)向室后）：500℃~900℃；省煤器：300℃~500℃；空氣預(yù)熱器：100℃~200℃。對在鍋爐受熱面的各個部位的蒸汽或者空氣的焓值進(jìn)行計算，列成表格，作為溫焓表。具體見下表23煙氣焓溫表—用于爐膛、屏、高過的計算煙氣或空氣溫度（℃）理論煙氣焓（kj/kg）理論空氣焓（kj/kg）理論煙氣焓增(kj/kg)爐膛、屏，凝渣管高溫過熱器==hy△hy400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020002100220024煙氣焓溫表—用于低溫過熱器、高溫省煤器的計算煙氣或空氣溫度（℃）理論煙氣焓（kj/kg）理論空氣焓()理論煙氣焓增(kj/kg)低溫過熱器高溫省煤器==30040050060070080025煙氣焓溫表—用于高溫空預(yù)器、低溫省煤器的計算煙氣或空氣溫度（℃）理論煙氣焓（kj/kg）理論空氣焓()理論煙氣焓增(kj/kg)高溫空預(yù)器低溫省煤器==10020030040050060026煙氣焓溫表—用于低溫空預(yù)器的計算煙氣或空氣溫度（℃）理論煙氣焓（kj/kg）理論空氣焓()理論煙氣焓增(kj/kg)低溫空預(yù)器=100200300400500600(3）鍋爐熱平衡及燃料消耗量見下表27熱平衡及燃料消耗量計算序號名稱符號單位公式結(jié)果1鍋爐輸入熱量QrkJ/kg式（28）Qr≌2排煙溫度Θpy℃先估后算3排煙焓hpykJ/kg查焓溫表用插值法求4冷空氣溫度tlk℃取用5理論冷空氣焓h0lkkJ/kgh0lk=(ct)kV06化學(xué)未完全燃燒損失q3%取用7機械未完全燃燒損失q4%取用8排煙處過量空氣系數(shù)αpy　查表29即低溫空預(yù)器出口過量空氣過量系數(shù)9排煙損失q2%（100q4)(hpyαpyh0lk)/Qr10散熱損失q5%取用11灰渣損失q6%式（213）12鍋爐總損失∑q%q2+q3+q4+q5+q613鍋爐熱效率η%100∑q14保熱系數(shù)φ　1q5/(η+q5)15過熱蒸汽焓hggkJ/kg查附錄BB7， 高溫過熱器出口參數(shù) p=(查表16），t=540℃16給水溫度tgs℃給定17給水焓hgskJ/kg查附錄BB7， 低溫省煤器入口參數(shù) p=(查表16），t=215℃18鍋爐有效利用熱QkJ/hDgr(hgghgs)19實際燃料消耗量Bkg/h100*Q/(ηQr)20計算燃料消耗量Bjkg/hB(1q4/100)爐膛校核熱力計算計算爐膛結(jié)構(gòu)尺寸及煙氣有效輻射層。選取熱風(fēng)溫度、并依據(jù)有關(guān)條件計算隨每kg燃料進(jìn)入爐膛的有效熱量。根據(jù)燃料種類、燃燒設(shè)備的形式和布置方式，計算火焰中心位置的系數(shù)M。估計爐膛出口煙溫，計算爐膛煙氣平均熱容量。計算爐膛受熱面輻射換熱特性參數(shù)。根據(jù)燃料和燃燒方式計算火焰黑度和爐膛黑度。計算爐膛出口煙溫。核對爐膛出口煙溫誤差。計算爐膛熱力參數(shù)。爐膛內(nèi)其他輻射受熱面的換熱計算。 31爐膛的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表序號名稱符號單位結(jié)果1前墻總面積Aqm178。2側(cè)墻總面積2Acm178。3后墻總面積Ahm178。4噴燃?xì)饧伴T孔面積Aycm178。5爐頂面積Aldm178。6爐膛與屏交界面積A2m178。7爐墻總面積A1m178。8爐膛截面面積AAm178。9水冷壁管外徑dmm10水冷壁管節(jié)距Smm11管子至墻中心距emm12水冷壁角系數(shù)Xsl　13爐頂角系數(shù)Xld　14出口煙囪角系數(shù)Xyc　15爐膛容積V1m179。16冷灰二等分平面到出口煙囪中心線的距離H1m17冷灰二等分平面到爐的距離H0m18冷灰二等分平面到燃燒器中心線距離Hrm19爐膛總有效輻射受熱面Alzm178。20爐膛水冷程度X　21爐膛有效輻射層厚度SM32爐膛熱力校核計算表序號名稱符號單位公式結(jié)果1爐膛出口過量空氣系數(shù)α1　查表15漏風(fēng)系數(shù)和過量空氣系數(shù)2爐膛漏風(fēng)系數(shù)Δα1　查表15漏風(fēng)系數(shù)和過量空氣系數(shù)