【正文】 均勻，仍有可能在煙窗的局部區(qū)域煙氣溫度超過爐膛出口煙氣溫度，煙氣中的灰?？赡芴幱谌刍癄顟B(tài)。 高壓鍋爐過熱蒸汽溫度較高，通常都布置有屏式過熱器，這時爐膛出口煙氣首先經(jīng)過后屏，凝 渣管的作用可以由后屏來代替。鍋爐爐膛設(shè)計中，參照設(shè)計規(guī)范中推薦的取值范圍和選取原則，再接合以往經(jīng)驗來決定這些參數(shù)的合理取值。 爐膛截面熱負(fù)荷 爐膛容積確定后，再根據(jù)表 42 推薦的爐膛斷面熱負(fù)荷 qA，并參考以往經(jīng)驗，計算爐膛截面尺寸： A=AarqBQ. m2 截面熱負(fù)荷從另一角度反映了爐膛內(nèi)的溫度水平和燃料在爐膛內(nèi)的停留時間，彌補了爐膛容積熱負(fù)荷僅能夠確定爐膛容積而不能其形狀的不足。但同時還需要考慮煤燃燒時的結(jié)渣特性，如果截面熱負(fù)荷較高，則將沒有足夠的受熱面吸收燃燒器區(qū)域燃料燃燒釋放的熱量，是局部溫度過高，引起燃燒器附近區(qū)域結(jié)渣。所以進一步設(shè)計爐膛時還應(yīng)考慮到燃燒器附近的局部特性。在爐膛熱力計算中，它為一假想的連續(xù)平面，而其面積數(shù)值的大小，在吸熱方面與沾污的輻射受熱面相當(dāng)； （ 5）爐膛有效輻射受熱面 與爐墻面積的比值稱為爐膛水冷壁水冷程度： X=S/A 它是個反映爐膛結(jié)構(gòu)布置特性的參數(shù)，其物理意義相當(dāng)于整個爐膛的平均輻射角系數(shù)。首先應(yīng)保證燃料迅速點燃和穩(wěn)定燃燒。 灰污系數(shù)的大小與多種因素有關(guān)，在爐膛設(shè)計計算中可參照表 47[3]取用。 相關(guān)系數(shù)計算 （ 1）火焰中心相對高度系數(shù) X 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 29 頁 共 43 頁 X= xH ??1rh= 式中 hr——燃燒器的布置高度，即從爐底（平爐底的爐膛）或冷灰斗中間平面（爐底為冷灰斗的爐膛）至燃燒器軸線的高度，為 4962mm； H1——冷 灰斗中間平面至爐膛出口煙窗中部， H1=2217640922083=20170mm； Δx——火焰最高溫度點的相對位置修正值，其值見表 49[3]，取用 0； （ 2）火焰中心位置修正系數(shù) M M=ABX= 式中 A、 B——與燃料種類和爐膛結(jié)構(gòu)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)， 其值見表 46[3]； A 取 ，B 取 ； X——火焰中心相對高度系數(shù)為 。Mpa) 式中 kq——三原子氣體輻射減弱系數(shù)； r——三原子氣體和水蒸氣容積總份額； kh——灰粒輻射減弱系數(shù)； x1——燃料種類修正系數(shù)，取用 ； x2——燃燒方法修正系數(shù)，對室燃爐取用 ； μy——煙氣質(zhì)量飛灰濃度 ，見表 煙氣特性表； 黑度計算 （ 1） 火焰黑度 h? h? =1ekps= 式中 k——煤粉火焰輻射減弱系數(shù)； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 31 頁 共 43 頁 s——爐膛有效輻射層厚度 ，見表 44[3]； p——爐膛內(nèi)壓力 。 （ 2）爐膛容積熱強度 qV qV= Bj ? ?1r VQ ?? =119136 W/m2 式中 Bj——計算燃料消耗量 41500kJ/h,見表 ； Qr——燃料的收到基低位發(fā)熱量，為 14580kJ/kg； V1——爐膛容積 。相對縱向節(jié)距很小，一般 s2/d=~。s)z 這是 為提高屏式受熱面的安全性，首先應(yīng)當(dāng)采用較高的質(zhì)量流速 ,，以保證管子的冷卻；對于接受爐內(nèi)輻射熱最多的外圈管子，常采用比其他管子高一級的鋼材制造，并以所謂 “短路法 ”來增加其蒸氣速度；對于管子較長、彎曲次數(shù)較多的管屏，用雙 U 型管屏來代替 W 型管屏，增加依稀中間混合。有時發(fā)現(xiàn)平行管子的蒸汽溫度和管壁溫度，相差竟達(dá) 80~90oC。 Δhld——頂棚蒸汽焓增。 100 oC）范圍內(nèi)。 （ 7）三原子氣體輻射減弱系數(shù) kq Kq= ????????????????? ???10 0 . 2r ps 1OH 2 T= 1/(m對煤粉爐 M 值一般不大于 。 電站鍋爐熱風(fēng)溫度的推薦值見表 46[3]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 27 頁 共 43 頁 此外，爐膛出口煙溫還首先應(yīng)保證鍋爐出口不結(jié)焦。 確定爐膛容積邊界的一般原則 （ 1）貼墻水冷壁管中心線所在的平面； （ 2）絕熱保護層的向火表面，未敷設(shè)水冷壁的地方為爐墻內(nèi)壁面； （ 3）爐墻出口斷面：通過后屏過熱器或凝渣對流管束的第一排管子中心線的所在 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 25 頁 共 43 頁 平面； （ 4）爐膛底部：冷灰斗高度一半處的水平面；當(dāng)采用平爐底時的爐底平面； （ 5）當(dāng)屏式過熱器占據(jù)整個爐膛頂部或布置于爐膛出口煙窗處而占據(jù)部分爐膛容積時，則為屏式過熱器與爐膛的交界面； 若屏式過熱器布置于爐膛中部或兩側(cè)，以及布置在爐膛上部或前側(cè)時，則屏式過熱器所占空間應(yīng)計入爐膛容積內(nèi)（此時屏式過熱器作為爐膛容積內(nèi)的輻射受熱面）； （ 6）對于爐膛中狹長容積的部分，去深度為 。如果選取過低，爐膛容積過大 ，使鍋爐結(jié)構(gòu)不緊湊，降低了爐膛的火焰溫度水平，不利于燃料的穩(wěn)定燃燒。爐膛的高度尺寸主要受燃料在爐膛內(nèi)停留的時間的影響，爐膛越高，燃料可停留時間越長，煤粉燃盡幾率越大。顯然爐膛容積熱負(fù)荷決定了爐膛內(nèi)的整體溫度水平，同時也決定了燃料在爐膛內(nèi)的停留時間。 4 爐膛 的 熱力計算 4． 1 爐膛校核熱力計算的步驟 爐膛校核熱力計算可以按以下步驟進行： （ 1）計算爐膛結(jié)構(gòu)尺寸及煙氣有效輻射層厚度 ； （ 2）選取熱風(fēng)溫度，并依據(jù)有關(guān)條件計算隨每千克燃料進入爐膛的有效熱量； （ 3）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； （ 4）估計爐膛出口煙溫，計算爐膛煙氣平均熱容量； （ 5）計算爐膛受熱面輻射換熱特性參數(shù)，如水冷壁的灰污系數(shù) ζ 、輻射角系數(shù) x、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 22 頁 共 43 頁 熱有效系數(shù) ψ 等； （ 6）根據(jù)燃料和燃燒方式計算火焰黑度和爐膛黑度； （ 7）計算爐膛出口煙溫； （ 8）核對爐膛出口煙溫誤差； （ 9）計算爐膛熱力參數(shù)，如爐膛容積熱強度等； （ 10）爐膛內(nèi)其他輻射受熱面的換熱計算，如屏式過熱器等。 現(xiàn)代鍋爐的凝渣管多是由后墻水冷管（或后拱管）拉寬而成。工質(zhì)到達(dá)出口集箱時，蒸汽有 5oC~8oC。折煙角迫使煙氣流轉(zhuǎn)向，防止煙氣短路流入水平煙道，改善煙道沖刷屏式過熱器的空氣動力特性，增加橫向沖刷作用，是煙氣流速沿水平煙道高度分布趨于均勻，折煙角入爐膛的深度約占爐膛深度的 1/3~1/2，一 般取 α =25o~45o， β =45o~75o。鍋爐容量增大后，爐膛面積相對減少，為了 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 20 頁 共 43 頁 充分利用爐膛面積，水冷壁 管的節(jié)距比較小，布置緊密。 本設(shè)計 國產(chǎn) 220t/h 鍋爐采用這種方案可以節(jié)省鋼材約 250t，占結(jié)構(gòu)用鋼的 15%[4]。 圖 3 大中型電站鍋爐的整體布置方案 對于中等參數(shù)和中等容量以上的電站鍋爐大多采用室然方式。 （ 16）計算燃料消耗量 Bj Bj=B(1 100q4 )=41500 kg/h 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 16 頁 共 43 頁 煙氣特性如下表所示 表 煙氣特性表 序號 項目名稱 符號 單位 爐膛，屏，凝渣管 高溫過熱器 低溫過熱器 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) α 2 煙道平均過量空 氣系數(shù) αpj 3 干煙氣容積 Vgy m3/㎏ 4 水蒸氣容積 OHV2 m3/㎏ 5 煙氣總?cè)莘e Vy m3/㎏ 6 RO2 容積份額 OR2r 7 水蒸氣容積份額 OH2r 8 三原子氣體和水蒸氣容積總份額 r 9 容積飛灰濃度 μ v g/m3 10 煙氣質(zhì)量 my ㎏ /㎏ 11 質(zhì)量飛灰濃度 μ y ㎏ /㎏ 鍋爐內(nèi)的燃燒計算 （ 1） 理論空氣量 Vo Vo=(Car+)+= m3/kg （ 2） 理論氮容積 VoN2 VoN2= += m3/kg （ 3） RO2容積 VRO2 VRO2= + = m3/kg （ 4）理論干煙氣容積 Vgyo Vgyo= VoN2+VRO2= m3/kg （ 5） 理論水蒸氣容積 VoH2O VoH2O= 100arH + 100arM +(dk=)= m3/kg （ 6） 飛灰份額 α fh 查表 24[3]可得 煙氣焓溫表（用于低溫空預(yù)器的計算） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 43 頁 表 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hoy(kJ/kg) 理論空氣焓hok(kJ/kg) 理論煙氣焓增 (每100℃ )Δ hoy 低溫空預(yù)器 ?? = hy Δ hy 100 — — 200 300 400 500 600 — — 3 鍋爐爐膛 受熱面的布置 及 其熱力計算 3． 1 鍋爐的外形布置 校核熱力計算：校核熱力計算的任務(wù)是在鍋爐容量和參數(shù)、燃料性質(zhì)、鍋爐各部結(jié)構(gòu)、和尺寸已知的情況下，確定各受熱面邊界處的水、風(fēng)、煙溫度以及風(fēng)、煙流經(jīng)各受熱面時的速度和鍋爐效率、燃料消耗量等。所以，排煙溫度的選擇是一個涉及到很多因素的復(fù)雜問題。 （ 3）灰渣物理熱損失 q6 灰渣物理熱損失是指鍋爐排出的爐渣、飛灰與沉降所攜帶的熱量未被利用而引起的熱損失。 計算鍋爐輸入熱量 依照燃料及設(shè)備分別查取或計算 q q4 假定排煙溫度，計算排煙損失 q2 分別查取或計算 q q6 計算總熱損失 ∑ q 及鍋爐熱效率 η 計算鍋爐有效利用熱 計算實際燃料消耗量 B 求出計算燃料消耗量 B 圖 2 鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算方框圖 計算完低溫空氣預(yù)熱器后，來校驗排煙溫度 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 13 頁 共 43 頁 固體燃料比熱容 =cdr1 0 01 8 0 01 0 0 arar MM ??? kJ/(kg （ 4）實際煙氣的焓 實際煙氣的焓 hy 等于理論空氣焓 oyh 、過量空 氣焓（ α1） okh 和煙氣中灰飛焓 hfh 之和，即 hy= oyh +（ α1） okh +hfh kJ/kg 其中飛灰焓 hfh 為 ： hfh=hfhar cA )(100 ?? kJ/kg 式中 hc)(? ——1kg 灰在 Co? 時的焓（見表 ）。 計算中 需注意的是，由于本爐屏和凝渣管的漏風(fēng)系數(shù)為 0，故爐膛、屏式過熱器、凝渣管的出口過量空氣系數(shù)均相同，可直接取爐膛出 口過量空氣系數(shù)；爐膛、屏式過熱器、凝渣管平均過量空氣系數(shù)也直接取爐膛出口過量空氣系數(shù)；其他受熱面的平均過量空氣系數(shù)則取該受熱面的進、出口過量空氣系數(shù)的算術(shù)平均值。 2． 2 鍋爐的空氣量平衡 在負(fù)壓下工作的鍋爐機組，爐外的冷空氣不斷地漏入爐膛和煙道內(nèi)，致使?fàn)t膛和各個煙道內(nèi)的空氣量、煙氣量、溫度和焓值 相應(yīng)的發(fā)生變化。過量空氣系數(shù)也與燃煤種類有關(guān)，對于固體燃料的鍋爐過量空氣系數(shù)應(yīng)較大。最近 ， Truelove、 Fiveland 和 Jamaluddin 對離散坐標(biāo)法在三維輻射傳熱計算中的應(yīng)用進行了研究。 多維模型 自 50 年代末 Hottel 等人提出輻射換熱的區(qū)域法模型以來 ,目前已有許多輻射換熱的計算方法 ,常見的主要有 :蒙特卡羅法、熱流法、離散坐標(biāo)法等。由于爐內(nèi)傳熱過程復(fù)雜、相關(guān)因素很多 ,現(xiàn)有的爐膛傳熱計算方法和模型難免存在這樣或那樣的問題。其它尺寸則參考樣機由設(shè)計者自行決定。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形?，F(xiàn)代鍋爐的爐膛既是一個燃燒室，又是一個換熱設(shè)備。燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓F(xiàn)將一部分熱量傳給爐膛四周的水冷壁管，然后高溫?zé)煔鈴臓t膛上部經(jīng)過立式過熱器往后折轉(zhuǎn)與對流管束， 在進入后煙道、省煤器和空氣預(yù)熱器，進一步放出熱量。下鍋筒內(nèi)的爐水 ，一部分進入爐膛四周的水冷壁下集箱和水冷壁管；另一部分進入煙氣溫度較高的對流管束。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸