【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫差減小，傳熱面積增大，金屬消耗量和設(shè)備的初投資增多。另外排煙溫度低還會(huì)引起末級(jí)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(shè)備的使用壽命，增加了煙氣的流動(dòng)阻力和引風(fēng)機(jī)的電功率消耗。堵灰嚴(yán)重時(shí)，引風(fēng)機(jī)的壓頭不能保證爐膛和各個(gè)煙道正常的負(fù)壓狀態(tài)，還會(huì)危及到鍋爐的出力和 機(jī)組的正常運(yùn)行。所以，排煙溫度的選擇是一個(gè)涉及到很多因素的復(fù)雜問(wèn)題。僅僅根據(jù)鍋爐設(shè)備的投資、運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備德爾補(bǔ)償年限等條件所確定的排煙溫度較經(jīng)濟(jì)排煙溫度，隨著鍋爐參數(shù)的提高，給水溫度的不斷增加，經(jīng)濟(jì)排煙溫度也不斷提高，給水溫度不斷增加，經(jīng)濟(jì)排煙溫度也不斷提高，對(duì)于中小型鍋爐雖然給水溫度低，但由于排煙過(guò)量空氣系數(shù)較大，經(jīng)濟(jì)排煙 溫度也較大。對(duì)于大中型鍋爐，由于燃料消耗量的絕對(duì)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(shè)計(jì)較小，因此經(jīng)濟(jì)排煙溫度也較低。 在進(jìn)行校核熱力計(jì)算時(shí)， 如果計(jì)算經(jīng)驗(yàn)不足，計(jì)算 q2 時(shí)，也可暫時(shí)按 表 27[3]選擇排煙溫度（我國(guó)電廠鍋爐排煙溫度推薦值）。 其中 arzsM = %4187. ?ararQM 對(duì)于本設(shè)計(jì)經(jīng)計(jì)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(jì)算 （ 1）鍋爐輸入熱量 Qr Qr? Qar,=14580 kJ/kg 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 15 頁(yè) 共 43 頁(yè) （ 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(xué)未完全燃燒損失 q3= （ 6） 機(jī)械未完全燃燒損失 q4= （ 7） 排煙處過(guò)量 空氣系數(shù) ? py查表 11[3]即低溫空預(yù)器出口過(guò)量空氣過(guò)量系數(shù) 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(shù) ? ?=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(guò)熱蒸汽焓依據(jù)高溫過(guò)熱蒸汽參數(shù)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(jù)低溫省煤器入口參數(shù)在附錄表中查得，其值將在表格中列出， 查表得 。 （ 15）實(shí)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(jì)算燃料消耗量 Bj Bj=B(1 100q4 )=41500 kg/h 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 16 頁(yè) 共 43 頁(yè) 煙氣特性如下表所示 表 煙氣特性表 序號(hào) 項(xiàng)目名稱 符號(hào) 單位 爐膛，屏，凝渣管 高溫過(guò)熱器 低溫過(guò)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(guò)量 空氣系數(shù) α 2 煙道平均過(guò)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(jì)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(jì)算） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁(yè) 共 43 頁(yè) 表 煙氣焓溫表（用于低溫空預(yù)器的計(jì)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(jì)算 3． 1 鍋爐的外形布置 校核熱力計(jì)算：校核熱力計(jì)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(shí)的速度和鍋爐效率、燃料消耗量等。校核熱力計(jì)算可以幫助人們正確制定出提高鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的和改造鍋爐的合理措施，同時(shí)也為鍋爐的其他計(jì)算，如鍋爐的通風(fēng)計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算及水動(dòng)力計(jì)算提供依據(jù) [10]。校核熱力計(jì)算的主要內(nèi)容包括： （ 1）鍋爐輔助設(shè)計(jì)計(jì)算：這部分計(jì)算的目的是為后面受熱面的熱力計(jì)算提供必要的基本 計(jì)算數(shù)據(jù)或圖表。 （ 2）受熱面熱力計(jì)算：其中包含為熱力計(jì)算提供結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的各受熱面的結(jié)構(gòu)計(jì)算。 （ 3）計(jì)算數(shù)據(jù)分析：這部分內(nèi)容往往是鑒定設(shè)計(jì)質(zhì)量、考核學(xué)生專業(yè)知識(shí)水平的主要依據(jù)。 整體校核熱力計(jì)算過(guò)程如下： （ 1）列出熱力計(jì)算的主要原始數(shù)據(jù)，包括鍋爐主要參數(shù)和燃料特性參數(shù)； （ 2）根據(jù)燃料、燃燒方式及鍋爐結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，進(jìn)行鍋爐通道空氣量平衡計(jì)算； （ 3）理論工況下（ a=1）的燃燒計(jì)算； （ 4）計(jì)算鍋爐通道內(nèi)煙氣的特性參數(shù)； （ 5）繪制煙氣溫焓表； （ 6）鍋爐熱平衡計(jì)算和燃料消耗量的估算； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁(yè) 共 43 頁(yè) （ 7）鍋爐爐膛熱力計(jì) 算； （ 8）按煙氣流向?qū)Ω魇軣崦嬉来芜M(jìn)行熱力計(jì)算；、 （ 9）鍋爐整體計(jì)算誤差的校驗(yàn)； （ 10）編制主要計(jì)算誤差的校驗(yàn)； （ 11）設(shè)計(jì)分析及結(jié)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(duì)各個(gè)受熱面布置得要求 。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)。 圖 3 大中型電站鍋爐的整體布置方案 對(duì)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。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(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)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(duì)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(guó)內(nèi)外大中型鍋爐應(yīng)用的最為廣泛的一種布置型式。因此本設(shè)計(jì)也采用這種布置型式。這種布置對(duì)于受熱面的布置比較簡(jiǎn)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(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備以及除塵設(shè)備都可以安置在地面基礎(chǔ)上。鍋爐德爾構(gòu)架和廠房建筑高度比較低。 本設(shè)計(jì) 國(guó)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]。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(shè) 計(jì) 第 19 頁(yè) 共 43 頁(yè) 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(wù)，在布置和設(shè)計(jì)爐膛時(shí)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?fàn)t膛中輻射受熱面的吸熱量達(dá)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(duì)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。 圖 4 室燃爐爐膛型式 對(duì)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(shí)一般為單爐膛型式，為了保證良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)結(jié)構(gòu)，爐膛橫截面的形狀應(yīng)盡可能的設(shè)計(jì)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(duì)減少，為了 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁(yè) 共 43 頁(yè) 充分利用爐膛面積，水冷壁 管的節(jié)距比較小，布置緊密。當(dāng)然這對(duì)保護(hù)爐墻的結(jié)構(gòu)影響很大。大容量鍋爐將光管或鰭片管焊接在一起，構(gòu)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(fù)荷時(shí)鰭端的金屬溫度升高，容易燒損。 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(guò) 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(jiǎn)化爐膛的結(jié)構(gòu)，減輕爐膛重量，有效的改善爐膛的密封性。 在現(xiàn)代大中型鍋爐中，為了改善爐內(nèi)的空氣動(dòng)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(zhǎng)度，可以在不改變鍋爐深度的條件下布置更多的對(duì)流過(guò)熱器受熱面。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(guò)熱器的空氣動(dòng)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(nèi)工質(zhì)一般為過(guò)冷水或干讀很小的汽水混合物狀態(tài)，在該區(qū)內(nèi)工質(zhì)存在從單相流體變成兩相流體的相變過(guò)程，為了獲得穩(wěn)定的兩相流體流動(dòng)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(nèi)工質(zhì)為汽水兩相狀態(tài)。為了使下輻射區(qū)出來(lái)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。中輻射區(qū)的管徑較大。該區(qū) 段是工質(zhì)完成蒸發(fā)的主要區(qū)段，一般情況下 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁(yè) 共 43 頁(yè) 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(zhì)的汽化過(guò)程并逐步使之過(guò)熱的輻射受熱面。由于上輻射區(qū)存在工質(zhì)的蒸干點(diǎn)，為了使水冷壁金屬耗材有足夠的冷卻條件，設(shè)計(jì)時(shí)管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速選取較高。工質(zhì)到達(dá)出口集箱時(shí)，蒸汽有 5oC~8oC。 爐膛水冷壁的設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)型式等。 鍋爐凝渣管的布置 現(xiàn)代鍋爐一種常見的對(duì)流蒸發(fā)受熱面時(shí)布置在 爐膛現(xiàn)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(duì)流受熱面不發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象。雖然爐膛出口的煙氣溫度再設(shè)計(jì)爐膛時(shí)已考慮到使其低于煤的灰熔點(diǎn)，但由于爐內(nèi)溫度場(chǎng)的不均勻，仍有可能在煙窗的局部區(qū)域煙氣溫度超過(guò)爐膛出口煙氣溫度，煙氣中的灰?？赡芴幱谌刍癄顟B(tài)。如果這些溶化的灰粒凝結(jié)在較密集的對(duì)流換熱面上，則容易粘結(jié)成片，堵塞煙氣通道，增加煙氣流動(dòng)阻力，影響鍋爐的正常運(yùn)行。布置凝結(jié)管束后可以使流過(guò)的煙氣溫度降低 50 oC ~80oC，飛灰會(huì)因此而全部凝固，不會(huì) 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(yīng)設(shè)計(jì)的較大。 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。后墻水冷壁管到達(dá)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(cuò)列布置的管束形式。雖然流過(guò)凝渣管束的工質(zhì)實(shí)際上是后墻水冷壁內(nèi)的工質(zhì)，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(jì)算方式也完全不同于水冷壁。在鍋爐熱