【正文】 風(fēng)系數(shù)，查表 11[3]漏風(fēng)系數(shù)和過量空氣系數(shù)查得為 ； （ 2）對應(yīng)于每千克燃料送入爐膛的熱量 Q1 Q1=Qrk4631 0 01 Qqqq ????????? ???= kJ/kg 式中 Qr——燃料的收到基低位發(fā)熱量，為 14580 kJ/kg； Qk——空氣帶入爐膛熱量； q3——化學(xué)未完全燃燒熱損失取用 %（見表 ）； q6——灰渣損失取用 %（見表 ）； q4——機械未完全燃燒熱損失取用 %（見表 ） 。是重要的修正系數(shù)之一，對計算結(jié)果影響很大，以下規(guī)定了 M 值的計算方法。若水冷壁管被灰污的越嚴(yán)重，其灰污層表面溫度越高，反輻射能力越強，水冷壁吸收的熱量越少，則灰污系數(shù)越小。首先應(yīng)保證燃料迅速點燃和穩(wěn)定燃燒。 關(guān)于熱空氣溫度 熱風(fēng)溫度主要依據(jù)燃燒方式的要求確定。爐膛出口煙 溫偏低，降低對流過熱器的平均傳熱溫差，又勢必會增大昂貴的對流過熱器受熱面。如噴燃器及人孔門的面積； （ 4） 爐膛有效輻射受熱面面積是指參與輻射換熱的面積。 對于本設(shè)計的實際情況暫不考慮 qf 的影響只作為參考。但是，爐膛內(nèi)局部的 qv 和 qA的值卻是十分不同的，特別是在燃燒器附近，燃料大 部分集中在這個區(qū)域內(nèi)燃燒，燃燒強度最大，火焰的溫度最高 ，即便整個爐膛德爾輻射受熱面面積是足夠的，在燃燒器區(qū)的水冷壁上仍然存在結(jié)渣的危險。 另外，爐膛容積熱負(fù)荷增大會使?fàn)t膛面積相對減少，可布置的受熱面減少，輻射傳熱量降低，火焰平均溫度提高，容易在受熱面上結(jié)渣。對著火和燃燒性能較差的煤 ，趨向于選擇較高的截面熱負(fù)荷，過低的截面熱負(fù)荷會造成燃燒器區(qū)域溫度下降，不利于正常著火。 對于本設(shè)計 qA選取為 MW/ m2，爐膛的寬度和深度的比例應(yīng)保持在 1~ 的范圍內(nèi)。 為了考慮燃料燃燒和爐內(nèi)傳熱過程對室燃爐爐膛的限制，設(shè)計鍋爐時 通常用爐膛熱負(fù)荷這一參數(shù)表示，爐膛熱負(fù)荷是一個大尺度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，他能夠從某種程度上反映燃燒和傳熱對爐膛 幾何尺寸的要求，但是由于爐內(nèi)燃燒溫度和傳熱計算的復(fù)雜性，爐膛熱負(fù)荷僅僅是一種經(jīng)驗性的參數(shù)。 爐膛容積熱負(fù)荷的取值越小，則折算到單位爐膛容積內(nèi)的放熱量越大；反之，則越小。 爐膛結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)與鍋爐的設(shè)計容量、燃料特性、爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛截面熱負(fù)荷 、燃燒區(qū)域受熱面熱負(fù)荷、爐膛輻射受熱面熱負(fù)荷、爐膛出口煙氣溫度等設(shè)計參數(shù)密切相關(guān)。 綜上鍋爐爐膛及相關(guān)受熱面已經(jīng)布置完畢，接下來將進行熱力校核計算。在鍋爐熱力計算中它是煙氣輻射換熱和對流傳熱的分界面，自此以后煙氣流過的受熱面均勻的流過受熱面。為了使粘附在凝 管上的灰渣不至于 連成片，凝渣管的橫縱向節(jié)距都應(yīng)設(shè)計的較大。它的作用是確保煙氣下游行程中的對流受熱面不發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象。由于上輻射區(qū)存在工質(zhì)的蒸干點，為了使水冷壁金屬耗材有足夠的冷卻條件，設(shè)計時管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速選取較高。為了使下輻射區(qū)出來的汽水混合物能均勻的分配至中輻射區(qū)的并行管子，兩端之間設(shè)置有汽水分離器。 折煙角可以增加水平煙道的長度，可以在不改變鍋爐深度的條件下布置更多的對流過熱器受熱面。 另外，如果相鄰鰭片熱負(fù)荷不均勻，鰭片越寬，兩端的溫差越大，由此產(chǎn)生的附加熱應(yīng)力也越大，可能造成鰭片焊口的斷裂，是水冷壁失效，在目前焊接工藝條件下不允許相鄰管子的金屬溫差超過 50oC。水冷壁管有光管或鰭片管兩種形式， 在中小鍋爐中，水冷壁多由光管組成。 爐膛燃燒器的布置方式 對于室燃爐的爐膛根據(jù)燃燒器的類型和布置方式可分為下圖幾種方案。鍋爐德爾構(gòu)架和廠房建筑高度比較低。 圖中 (a)通常稱為“ ? ”型布置，他是國內(nèi)外大中型鍋爐應(yīng)用的最為廣泛的一種布置型式。鍋爐外型的布置與鍋爐參數(shù)、燃燒設(shè)備的型式以及制造工藝條件等因素有關(guān)，還與鍋爐房的建筑模式及其他設(shè)備的配合等方面的要求有關(guān)。 （ 2）受熱面熱力計算：其中包含為熱力計算提供結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的各受熱面的結(jié)構(gòu)計算。 （ 15）實際燃料消耗量 B B=100 )( r ?? =42100 kg/h 式中 Q——鍋爐有效利用 熱效率； ?——鍋爐熱效率； Qr——鍋爐輸入熱量， 近似等于 。各受熱面的傳熱溫差設(shè)計較小，因此經(jīng)濟排煙溫度也較低。堵灰嚴(yán)重時，引風(fēng)機的壓頭不能保證爐膛和各個煙道正常的負(fù)壓狀態(tài)，還會危及到鍋爐的出力和 機組的正常運行。 在 設(shè)計鍋爐時，合理的取用鍋爐排煙溫度是一個關(guān)系鍋爐長期經(jīng)濟可靠工作的實際問題。 （ 2）鍋爐散熱損失 q5 根據(jù)經(jīng)驗取用 %。 對于煤粉爐， hr相對數(shù)值較小。oC)； tr——燃料溫度， oC； to——基準(zhǔn)溫度，取送風(fēng)機入口空氣溫度， oC。在受熱面的傳熱計算中，必須分別計算各個受熱面所在部位的煙氣焓并制成焓溫表，根據(jù)過量空氣系數(shù)和煙氣溫度，可求出煙氣的焓； 反之，也可以由過量空氣系數(shù)和煙氣的焓查出煙氣的溫度 [14]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 11 頁 共 43 頁 由于22 SOCO VV ??，且兩者的比熱容接近，故取22 )()( CORO cc ?? ?。 空氣和煙氣的焓 要進行鍋爐受熱面的傳熱計算必須知道如何計算空氣 和煙氣的焓，在這里空氣和煙氣的焓在定壓條件下將 1kg 燃料所需的空氣量或所產(chǎn)生的煙氣量從 0oC 加熱到 toC（空氣）或 ? ℃ （煙氣）時所需的熱量，單位為 kJ/kg。 （ 2）煙氣特性計算：各受熱面的煙道平均過量空氣系數(shù)、干煙氣容積、水蒸氣積、煙氣總?cè)莘e、 RO2容積份額、三原子氣體和水蒸氣容積份額、容積飛灰濃度、煙氣質(zhì)量、質(zhì)量飛灰濃度等。 鍋爐的空氣量熱平衡見表 11[1]。對燃料來說，要求提供以下原始資料： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 7 頁 共 43 頁 （ 1） 煤的應(yīng)用基元素成分； （ 2） 用測熱計測取的煤的應(yīng)用基低位發(fā)熱量； （ 3） 煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量； （ 4） 灰的熔融特性參數(shù)（ t t t3） 值； （ 5） 煤的可磨性系數(shù) 以上數(shù)據(jù)均已在前言中燃料特性中說明。這些計算圖（表）的計算稱為鍋爐熱力計算的輔助設(shè)計計算或準(zhǔn)備計算。由于過量空氣系數(shù)引起的熱損失主要是排煙熱損失 q2 但在一定范圍內(nèi)還可以使 q q4減少，使鍋爐效率降 低。繪 制鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖，爐膛及其中各受熱面平面圖、剖面圖及管道布置圖 [9]。 Love 等人最早將其引入到一維平板輻射換熱問題的求解中。其基本思想是對微元體的發(fā)射、吸收和散射以及邊界壁面的發(fā)射、吸收和反射過程作概率模擬。 零維模型粗糙 ,但形式簡單、使用方便、適合爐膛初步設(shè)計使用。 鍋爐爐膛傳熱計算常用方法 由于輻射換熱在工程領(lǐng)域中的普遍存在及其求解的重要意義 ,國外鍋爐爐膛傳熱設(shè)計一直在發(fā)展，一些新的爐膛傳熱計算方法和模型仍在不斷涌現(xiàn)。迄今為止 ,工程界和學(xué)術(shù)界提出的爐膛傳熱計算方法和模型各式各樣、名目繁多。它常常伴隨著燃料的燃燒、火焰和煙氣的流動以及水冷壁管外表面輻射特性的變化等。 在進行爐膛設(shè)計時，爐膛結(jié)構(gòu)尺寸主要包括 :爐膛截面深 a 和寬 b， 燃燒器上下一次風(fēng)中心噴嘴距離 h， 上排一次風(fēng)噴嘴中心至屏下緣距離 L。 爐膛設(shè)計需要充分考慮使用燃料的特性。 爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。 鍋爐爐膛 的 設(shè)計 鍋爐是中國重要的熱能動力設(shè)備 ,中國是當(dāng)今世界燃煤鍋爐生產(chǎn)和使用得最多的國家之一。 1． 2 鍋爐爐膛 鍋爐爐膛的概念 鍋爐爐膛是用來燃燒燃料和空氣的有限空間。 火力發(fā)電廠中，鍋爐是主要生產(chǎn)設(shè)備之一，它隨著電力事業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展，其發(fā)展趨勢大體上可按下述幾方面來說明： （ 1）鍋爐容量 世界工業(yè)先進國家為了適應(yīng)電力需要的增長，大多盡快擴大發(fā)電機組的單機容量。鍋爐燃燒所需的空氣，由送風(fēng)機進入鍋爐后部的空氣預(yù)熱器，經(jīng)預(yù)熱提高溫度后分段送到爐排下，穿過爐排縫隙進入煤層助燃。最后過熱蒸汽經(jīng)出汽總管輸送到使用地點 。 上鍋筒內(nèi)的爐水，連續(xù)的沿著處在煙氣溫度較低區(qū)域的對流管束流入下鍋筒（下汽包）。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。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。 鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為 生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機械能， 再通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能 [1]。鍋爐包括鍋和爐兩大部分， 鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場所 。 鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。 鍋爐 結(jié)構(gòu) 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。 （ 1） 汽水 系統(tǒng) 經(jīng)過水處理設(shè)備軟化處理符合質(zhì)量要求的給水，由給水本送至省煤器，經(jīng)預(yù)熱器提高溫度后進入上 鍋筒（上汽包 ） 。再上過桶內(nèi)匯集并凈化的飽和蒸汽，經(jīng)出氣管進入過熱器繼續(xù)受熱，提高溫度和除去水分，成為過熱蒸汽。爐排后部的爐渣進入灰斗進入灰坑，有除渣機除去。 鍋爐 的發(fā)展 隨著生產(chǎn)的發(fā)展蒸汽鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)或熱力發(fā)電廠中的使用越來越多，在國民經(jīng)濟中的地位也更為重要，因此如何提高鍋爐的安全性、經(jīng)濟性，降低其造價，增長其使用壽命，減少其對環(huán)境的污染等等，已成為鍋爐發(fā)展和研究的重大問題 [1]。 （ 2）蒸汽參數(shù) 隨機組容量的增大，提高電廠的熱效率就變得更為迫切，提高蒸汽參數(shù)和采用蒸汽再熱提高電廠熱效率的有效措施。因此，分析爐膛的傳熱特征和研究傳熱計算的方法是鍋爐工作者的重要任務(wù) [4]。尤其自改革開放以來 ,隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展 ,全國有上千家持有各級鍋爐制造許可證的企業(yè) ,可以生產(chǎn)各種不同等級的鍋爐 [5]。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈?[6]。為了適應(yīng)設(shè)計者的習(xí)慣 ,從理論上給出鍋爐燃燒穩(wěn)定性及燃盡性能公式 ,并令新爐與樣 機爐兩者性能相等 ,從而解出欲求的新爐設(shè)計數(shù)據(jù)，按此法設(shè)計 ,保證新爐的性能與樣機爐一致。這種熱交換過程是相當(dāng)復(fù)雜的。 關(guān)于鍋爐爐膛傳熱計算方法的研究已有 100 多年的歷史。在此基礎(chǔ)上 ,指出 目前工程設(shè)計計算中應(yīng)優(yōu)先選用的方法以及今后爐膛傳熱計算方法研究的方向。由于此方法當(dāng)時在實際計算中有較高的準(zhǔn)確性 ,于 1957年和 1973年 2次寫入前蘇聯(lián)鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法中。 （ 1） 蒙特卡洛法 蒙特卡洛法作為一種概率模擬方 法 ,自 Howell 將其引入到輻射傳熱計算領(lǐng)域中以來 ,已有很長的一段歷史。 （ 3） 離散坐標(biāo)法 輻射傳遞方程的離散坐標(biāo)解法是 Chandrasekhar 研究星際和大氣輻射問題時首先提 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 5 頁 共 43 頁 出的 ， 并被 Lathrp 等人應(yīng)用于中子傳輸問題。 1． 4 本次爐膛設(shè)計方法及目的 本次設(shè)計 主要采取 零維模型 法， 先 要 完成鍋爐整體的校核熱力計算 ，之后完成煤種改變后爐膛及其中各受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計及熱力計算，總結(jié)煤種改變對爐膛的傳熱影響。 1． 5 設(shè)計的基本 參數(shù) 鍋爐 參數(shù) 鍋爐額定蒸發(fā)量： De=220t/h=220103kg/h 給水 溫度： tgs=215oC 過熱蒸汽壓力（表壓）： pgs= 過熱蒸汽溫度： 540oC 制粉系統(tǒng)：中間倉式（熱空氣做干燥劑、鋼球筒式磨煤機） 燃燒方式：四角切圓燃燒 排渣方式：固態(tài) 環(huán)境溫度： 20oC 燃料特性 水分： Mar=24% 灰分： Aar=% 碳： Car=% 氫： Har=% 氧： Oar=% 氮： Nar=% 硫： Sar=% 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 6 頁 共 43 頁 收到基低位發(fā)熱量： =14580kJ/kg 干燥無灰基揮發(fā)分： Vdaf=37% 空氣干燥基水分 ： Mad=% BTH 法可磨性系數(shù)： Kkm= 變形溫度： 1150 oC 軟化溫度： 1300 oC 熔化溫度： 1360 oC 過量空氣系數(shù)和漏風(fēng)系數(shù) 選取過量空氣系數(shù)總的原則是在保證燃料穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)上，減少鍋爐的熱損失 。 非額定負(fù)荷時漏風(fēng)系數(shù) △α= ?????? DDe 式中 De——鍋爐額定負(fù)荷 D——鍋爐實際負(fù)荷 2 輔助計算 為了便于鍋爐各受熱面的熱力計算，往往在熱力計算開始之前，依據(jù)提供的原始資料和數(shù)據(jù)，將熱力計算中常用到的一些基本參數(shù)和數(shù)據(jù)，如鍋爐的各處煙氣量 、煙氣成分、煙氣特性參數(shù)以及煙氣焓溫表等，設(shè)計成計算圖或計算表，以便在以后的計算中隨時查用。 2． 1 燃料數(shù)據(jù)的分析和整理 燃料數(shù)據(jù)應(yīng)符合鍋爐設(shè)計熱力計算的規(guī)定和要求。在鍋爐熱力計算中，常用過量空氣系數(shù)來說明鍋爐爐膛和煙道的實際空氣量。 （ 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、理論煙氣 。計算 過程 中用到的受熱面出口過量空氣系數(shù)見表 15[3] 。有工程熱力學(xué)可知