【文章內容簡介】 溫差減小，傳熱面積增大，金屬消耗量和設備的初投資增多。另外排煙溫度低還會引起末級煙道中硫酸蒸 汽街路，使低溫受熱面腐蝕及堵灰，這樣縮短了設備的使用壽命，增加了煙氣的流動阻力和引風機的電功率消耗。堵灰嚴重時，引風機的壓頭不能保證爐膛和各個煙道正常的負壓狀態(tài)，還會危及到鍋爐的出力和 機組的正常運行。所以，排煙溫度的選擇是一個涉及到很多因素的復雜問題。僅僅根據鍋爐設備的投資、運行費用和設備德爾補償年限等條件所確定的排煙溫度較經濟排煙溫度，隨著鍋爐參數的提高，給水溫度的不斷增加，經濟排煙溫度也不斷提高，給水溫度不斷增加，經濟排煙溫度也不斷提高，對于中小型鍋爐雖然給水溫度低，但由于排煙過量空氣系數較大，經濟排煙 溫度也較大。對于大中型鍋爐，由于燃料消耗量的絕對值增大，為了節(jié)省燃料，需提高鍋爐的熱效率。各受熱面的傳熱溫差設計較小，因此經濟排煙溫度也較低。 在進行校核熱力計算時， 如果計算經驗不足，計算 q2 時，也可暫時按 表 27[3]選擇排煙溫度（我國電廠鍋爐排煙溫度推薦值）。 其中 arzsM = %4187. ?ararQM 對于本設計經計算得 arzsM =%3%；故排煙溫度選取為 125 oC。 鍋爐熱平衡及燃燒消耗計算 （ 1）鍋爐輸入熱量 Qr Qr? Qar,=14580 kJ/kg 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 15 頁 共 43 頁 （ 2） 排煙溫度 ? py 要先估后校取 125℃ （ 3）排煙焓 hpy 查焓溫表用插值法求 得為 kJ/kg （ 4） 冷空氣溫度 tlk tlk=20℃ （ 5） 化學未完全燃燒損失 q3= （ 6） 機械未完全燃燒損失 q4= （ 7） 排煙處過量 空氣系數 ? py查表 11[3]即低溫空預器出口過量空氣過量系數 可得 ? py= （ 8） 排煙損失 q2 q2=(100q4)(hpy? pyholk)/Qr= （ 9） 散熱損失 q5 q5= （ 10） 灰渣損失 q6 q6=0 （ 11） 鍋爐總損失 ∑q ∑q= q2 +q3+ q4+ q5+ q6= （ 12） 鍋爐熱效率 ? ?=100∑q= （ 13）保熱系數 ? ?=551 qq??? = （ 14）鍋爐有效利用熱 Q Q=Dgr( ggh? hgs) = 108 kJ/h 式中 Dgr=D=220103kg/h； ggh? ——過熱蒸汽焓依據高溫過熱蒸汽參數在附錄表中查得，其值將在表格中列出， 查表 得 ； hgs——給水焓依據低溫省煤器入口參數在附錄表中查得，其值將在表格中列出， 查表得 。 （ 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 。 （ 16）計算燃料消耗量 Bj Bj=B(1 100q4 )=41500 kg/h 本 科 畢 業(yè) 設 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 高溫空預器 低溫省煤器 低溫空預器 1 受熱面出口過量 空氣系數 α 2 煙道平均過量空 氣系數 αpj 3 干煙氣容積 Vgy m3/㎏ 4 水蒸氣容積 OHV2 m3/㎏ 5 煙氣總容積 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 煙氣質量 my ㎏ /㎏ 11 質量飛灰濃度 μ y ㎏ /㎏ 鍋爐內的燃燒計算 （ 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（用于低溫空預器的計算） 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 17 頁 共 43 頁 表 煙氣焓溫表（用于低溫空預器的計算） 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是在鍋爐容量和參數、燃料性質、鍋爐各部結構、和尺寸已知的情況下，確定各受熱面邊界處的水、風、煙溫度以及風、煙流經各受熱面時的速度和鍋爐效率、燃料消耗量等。校核熱力計算可以幫助人們正確制定出提高鍋爐安全經濟運行的和改造鍋爐的合理措施，同時也為鍋爐的其他計算，如鍋爐的通風計算、強度計算及水動力計算提供依據 [10]。校核熱力計算的主要內容包括： （ 1）鍋爐輔助設計計算：這部分計算的目的是為后面受熱面的熱力計算提供必要的基本 計算數據或圖表。 （ 2）受熱面熱力計算：其中包含為熱力計算提供結構數據的各受熱面的結構計算。 （ 3）計算數據分析：這部分內容往往是鑒定設計質量、考核學生專業(yè)知識水平的主要依據。 整體校核熱力計算過程如下： （ 1）列出熱力計算的主要原始數據，包括鍋爐主要參數和燃料特性參數； （ 2）根據燃料、燃燒方式及鍋爐結構布置特點，進行鍋爐通道空氣量平衡計算； （ 3）理論工況下（ a=1）的燃燒計算； （ 4）計算鍋爐通道內煙氣的特性參數； （ 5）繪制煙氣溫焓表； （ 6）鍋爐熱平衡計算和燃料消耗量的估算； 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 18 頁 共 43 頁 （ 7）鍋爐爐膛熱力計 算； （ 8）按煙氣流向對各受熱面依次進行熱力計算；、 （ 9）鍋爐整體計算誤差的校驗； （ 10）編制主要計算誤差的校驗； （ 11）設計分析及結論 [11]。 鍋爐的熱力系統(tǒng)確定之后需要選擇一定得鍋爐外型以滿足熱力系統(tǒng)對各個受熱面布置得要求 。鍋爐外型的布置與鍋爐參數、燃燒設備的型式以及制造工藝條件等因素有關，還與鍋爐房的建筑模式及其他設備的配合等方面的要求有關。 圖 3 大中型電站鍋爐的整體布置方案 對于中等參數和中等容量以上的電站鍋爐大多采用室然方式。室燃爐由于熱力循環(huán)效率的要求，給水溫度和蒸汽溫度都比較高 ，過熱器、省煤器、空氣預熱器等受熱面成為鍋爐熱力系統(tǒng)不可缺少的部件，而很少在布置鍋爐管束。鍋爐本體的外型取決于爐膛和尾部受熱面的相對位置，下圖給出了幾種常見的 本體布置方案。 圖中 (a)通常稱為“ ? ”型布置，他是國內外大中型鍋爐應用的最為廣泛的一種布置型式。因此本設計也采用這種布置型式。這種布置對于受熱面的布置比較簡便，各受熱面易于和煙氣成逆流形式。鍋爐排煙出口在底層，送、引風機等動力設備以及除塵設備都可以安置在地面基礎上。鍋爐德爾構架和廠房建筑高度比較低。 本設計 國產 220t/h 鍋爐采用這種方案可以節(jié)省鋼材約 250t，占結構用鋼的 15%[4]。然而，由于尾部煙道和爐膛后墻靠的太近，使尾部受熱面檢修空間減小，不利于維修。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 19 頁 共 43 頁 3． 2 鍋爐爐膛及輻射受熱面的布置 鍋爐爐膛兼有完成燃料燃燒和傳熱的任務，在布置和設計爐膛時首先要滿足燃料燃燒的要求，在此前提下考慮爐膛中合理布置輻射受熱面，使爐膛中輻射受熱面的吸熱量達到鍋爐熱力系統(tǒng)所分配的吸熱量的規(guī)定。 爐膛燃燒器的布置方式 對于室燃爐的爐膛根據燃燒器的類型和布置方式可分為下圖幾種方案。 圖 4 室燃爐爐膛型式 對于直流燃燒器多采采用四角切圓布置方式，如圖 32（ b） 所示。這種角置式直流燃燒器的爐膛在鍋爐容量小于 670t/h 時一般為單爐膛型式，為了保證良好的爐內空氣動力場結構，爐膛橫截面的形狀應盡可能的設計成正方形或接近正方形的矩形。 爐膛中輻射受熱面的布置 爐膛中的輻射受熱面主要是指爐膛的水冷壁。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。鍋爐容量增大后，爐膛面積相對減少，為了 本 科 畢 業(yè) 設 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。當然這對保護爐墻的結構影響很大。大容量鍋爐將光管或鰭片管焊接在一起，構成膜式水冷壁，如下圖所示，膜式水冷壁節(jié)距越大，水冷壁的管束越少，膜式壁的金屬耗材降低，但是由于鰭片寬度增加，在同樣的向火面熱負荷時鰭端的金屬溫度升高，容易燒損。 另外，如果相鄰鰭片熱負荷不均勻，鰭片越寬，兩端的溫差越大，由此產生的附加熱應力也越大，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。 由于采用膜式水冷壁，爐墻不直接與高溫火焰接觸，可省去笨重的耐火材料，只要輕便的保溫材料即可。這樣可以大大簡化爐膛的結構，減輕爐膛重量，有效的改善爐膛的密封性。 在現代大中型鍋爐中，為了改善爐內的空氣動力工況，減少煙氣死滯區(qū)，增加火焰的充滿度，都將后墻水冷壁上的靠近出口煙窗處彎制成折煙角，如圖 34 所示。 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。折煙角迫使煙氣流轉向，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。 圖 6 爐膛 折焰 角示意圖 水冷壁通常要分成幾段： （ 1）爐膛下部（亦稱下輻射區(qū)）的水冷壁管內工質一般為過冷水或干讀很小的汽水混合物狀態(tài)，在該區(qū)內工質存在從單相流體變成兩相流體的相變過程，為了獲得穩(wěn)定的兩相流體流動的穩(wěn)定性，水冷壁管采用不同的管徑 。 （ 2）爐膛中部（亦稱中輻射區(qū)）的受熱面是蒸發(fā)受熱面，管內工質為汽水兩相狀態(tài)。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，兩端之間設置有汽水分離器。中輻射區(qū)的管徑較大。該區(qū) 段是工質完成蒸發(fā)的主要區(qū)段，一般情況下 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 21 頁 共 43 頁 輻射區(qū)的干度約為 ～ 左右。 （ 3）爐膛上部（亦稱上輻射區(qū)）的水冷壁管是全部完成工質的汽化過程并逐步使之過熱的輻射受熱面。由于上輻射區(qū)存在工質的蒸干點，為了使水冷壁金屬耗材有足夠的冷卻條件，設計時管內工質的質量流速選取較高。工質到達出口集箱時，蒸汽有 5oC~8oC。 爐膛水冷壁的設計，除了要考慮其受熱特性外，還要考慮水循環(huán)的可靠性、熱膨脹位移的自由度及支撐吊掛的結構型式等。 鍋爐凝渣管的布置 現代鍋爐一種常見的對流蒸發(fā)受熱面時布置在 爐膛現戶口煙窗后的凝 渣管束。它的作用是確保煙氣下游行程中的對流受熱面不發(fā)生結渣現象。雖然爐膛出口的煙氣溫度再設計爐膛時已考慮到使其低于煤的灰熔點，但由于爐內溫度場的不均勻，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，煙氣中的灰粒可能處于熔化狀態(tài)。如果這些溶化的灰粒凝結在較密集的對流換熱面上，則容易粘結成片，堵塞煙氣通道，增加煙氣流動阻力，影響鍋爐的正常運行。布置凝結管束后可以使流過的煙氣溫度降低 50 oC ~80oC，飛灰會因此而全部凝固，不會 在粘附在下游的受熱面上。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)距都應設計的較大。 現代鍋爐的凝渣管多是由后墻水冷管（或后拱管）拉寬而成。后墻水冷壁管到達煙窗后有規(guī)則的移除后墻水冷壁的平面，形成 3~5 排的錯列布置的管束形式。雖然流過凝渣管束的工質實際上是后墻水冷壁內的工質，管外煙氣的流速也較低，但是他已不屬于 爐膛的輻射受熱面，他的傳熱計算方式也完全不同于水冷壁。在鍋爐熱