【正文】 (5)我國(guó)工業(yè)鍋爐以燃煤為主，相信在對(duì)環(huán)保越來(lái)越重視的今天，型煤蓄熱蒸汽鍋爐一定會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用空間。(4)變壓蓄熱鍋爐按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行時(shí)效率最低。計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)蓄熱特性良好，可以在一定范圍內(nèi)起到平衡負(fù)荷波動(dòng)，穩(wěn)定組織燃燒的效果。另外,還能得出如下結(jié)論:(1)鍋爐設(shè)計(jì)中爐膛、對(duì)流管束、煙管、空氣預(yù)熱器的熱力計(jì)算部分的誤差均滿足精度要求；鍋爐本體部分的強(qiáng)度和安全性能均滿足要求。本設(shè)計(jì)通過(guò)改進(jìn)型煤鍋爐的爐膛及煙道結(jié)構(gòu)布置，同時(shí)將變壓蓄熱技術(shù)和型煤鍋爐本體相結(jié)合，完成了4t/h型煤蒸汽鍋爐的設(shè)計(jì)。這樣就可以克服用汽量增加時(shí)帶來(lái)的出力不足的問(wèn)題。4）將鍋爐本體結(jié)構(gòu)與蓄熱技術(shù)相結(jié)合，采用比較大的鍋筒增加蓄熱能力。本設(shè)計(jì)采用水冷爐排的方式，避免了上述情況的發(fā)生。1－給風(fēng)口2－風(fēng)室3－水冷爐排4－前部水冷 爐 排下部空間5－下層煙道6－對(duì)流煙道與鍋爐 管束7－煙管8－鍋筒圖41鍋爐煙道布置方式3）點(diǎn)火區(qū)空氣預(yù)熱。這樣就通過(guò)強(qiáng)化間隙火焰對(duì)流換熱的方法對(duì)新入爐的型煤進(jìn)行加熱，改善了爐內(nèi)的燃燒條件，強(qiáng)化了燃燒。兩個(gè)爐膛的中間設(shè)置煙道5和6，煙道分為上下兩層，上層6布置對(duì)流管束，下層5煙道有開口與前部（爐門側(cè)）水冷爐排下部空間4相連接。下面以本設(shè)計(jì)為例介紹一種全新的強(qiáng)化對(duì)流換熱的方法。上文中提到，煤層之間的熱傳遞主要是靠間隙火焰的對(duì)流和輻射進(jìn)行。一般的型煤鍋爐強(qiáng)化燃燒的方式是增加后拱，以加強(qiáng)返火拉長(zhǎng)火焰，增加對(duì)新入爐煤的火焰輻射，改善型煤的著火條件，強(qiáng)化燃燒。2）改進(jìn)燃燒設(shè)備，改善爐內(nèi)的燃燒條件。另外，對(duì)蜂窩煤來(lái)說(shuō)，可以進(jìn)行兩個(gè)正交方向開孔，這樣可以增加型煤的比表面積，促進(jìn)通風(fēng)和熱量交換。總體來(lái)說(shuō)，減小爐排面積最根本的是要強(qiáng)化型煤燃燒，提高型煤的燃燒速率和燃燒強(qiáng)度。這樣對(duì)于鍋爐的制造、安裝和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)受到較大的沖擊，同時(shí)鍋爐房的占地面積也會(huì)比較大。所以一般的型煤鍋爐只能適用于低溫長(zhǎng)供的熱水鍋爐，并且鍋爐的爐排面積比一般的散燒爐要大。從表中可見虛熱鍋爐各受熱面換熱量都有所增加，總的增量占設(shè)計(jì)壓力下?lián)Q熱量的份額很小，%，故在動(dòng)態(tài)供汽計(jì)算時(shí)忽略該增量是可行的。該計(jì)算基于下面兩個(gè)條件：①忽略爐水的欠焓，認(rèn)為在降壓過(guò)程中金屬受熱面系統(tǒng)的工質(zhì)都處于相應(yīng)壓力下的飽和狀態(tài)；②忽略受熱面溫度相對(duì)于工質(zhì)溫度的滯后性，認(rèn)為在降壓過(guò)程中受熱面金屬的溫度等于工質(zhì)的溫度。在運(yùn)行中，蓄熱鍋爐無(wú)論是處于蓄熱過(guò)程（升壓）或者是放熱過(guò)程（降壓），循環(huán)回路中的壓力都低于設(shè)計(jì)壓力，工質(zhì)的溫度也就相應(yīng)地低于設(shè)計(jì)壓力時(shí)工質(zhì)的溫度，因此除尾部受熱面外，各部受熱面的傳熱溫差總是高于設(shè)計(jì)時(shí)的傳熱溫差，故使換熱量增加，相應(yīng)的鍋爐運(yùn)行效率也得到提高。但同時(shí)我們也應(yīng)看到，由于鍋筒的體積受到影響，其調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力還是有限的，限制了其在一些負(fù)荷波動(dòng)較大的場(chǎng)合的應(yīng)用。這兩種是極端運(yùn)行情況，中間運(yùn)行情況可參看圖35。鍋爐按設(shè)計(jì)工況穩(wěn)定燃燒，煙氣傳給工質(zhì)的有效熱量完全用于飽和水的蒸發(fā)。表32 鍋爐供汽量、給水量、及可持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間T(min)供汽量 D(t/h)給水量 Dgs(t/h)46536688132264∞265132886653443833說(shuō)明：因鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)為P=（表壓）、給水溫度為tgs=20℃，而供氣參數(shù)為P= MPa（表壓），所以供氣4t/h，理論上經(jīng)過(guò)無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)間后鍋爐由最低水位升到最高水位。（2）當(dāng)給定供汽量時(shí)，可得 （311）（311）便可求得蓄熱鍋爐在最大供汽量范圍內(nèi)，任何供汽量所需的給水量及所能持續(xù)的時(shí)間。于是式（32）可以簡(jiǎn)化為 （39）將方程方程（31）、（32）和（39）聯(lián)立，便可求解變壓蓄熱鍋爐的供汽量、給水量和相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間。則其熱平衡方程為： 可得：式中：——P1，P2對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽焓值，kJ/kg——P2壓力下產(chǎn)生的蒸汽量，kg蒸汽/kg單位飽和蒸汽蓄熱量，可表示如下 （37）式中：——P1壓力下飽和蒸汽的比體積，m3/kg于是得到鍋筒內(nèi)，汽空間的飽和蒸汽蓄熱量為 （38）式中：——鍋筒內(nèi)蒸汽空間的體積，m3我們下面來(lái)比較一下，單位飽和水容積蓄熱量和單位飽和蒸汽蓄熱量的大小關(guān)系。單位飽和蒸汽蓄熱量的物理意義就是單位體積的飽和蒸汽壓力由P1降至P2時(shí)，其釋放的熱量完全被飽和水吸收所能產(chǎn)生的蒸汽量。則其熱平衡方程為： 可得：式中：——分別為P1，P2 壓力下的飽和溫度，K——P2壓力下的產(chǎn)生的蒸汽量，kg蒸汽/kg單位金屬蓄熱量，可用下式表示： （35）式中：——金屬的密度，kg/m3于是鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)受熱面金屬蓄熱量為 （36）式中：——參與蓄熱的金屬體積，m3——為單位金屬蓄熱量，kg蒸汽/m3，～，如圖32所示[10]。②同時(shí)我們忽略金屬比熱隨溫度和壓力的變化。從理論上講，金屬只有在無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到新的飽和溫度，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在很短的時(shí)間內(nèi)，工質(zhì)和金屬件就交換了蓄熱量的75%～80%。則其熱平衡方程為： 可得：式中：——分別為P1和P2 壓力下的飽和水焓，kJ/kg——P2壓力下產(chǎn)生的蒸汽量，kg蒸汽/kg單位飽和水容積蓄熱量，可表示如下： （33）式中：——P1壓力下飽和水比體積，m3/kg——單位水容積蓄熱量，kg蒸汽/m3 于是可得蓄熱器內(nèi)飽和水的蓄熱量為 （34）式中 ——最高水位時(shí)蓄熱器容器內(nèi)飽和水的容積，m3 [8]讓我們首先認(rèn)識(shí)一下單位金屬蓄熱量，其物理意義是蒸汽蓄熱器蒸發(fā)受熱面系統(tǒng)金屬在某一初壓和壓降（或壓升）下的蓄熱能力，即單位體積金屬在該壓力下釋放的熱量為平均壓力下的飽和水吸收所產(chǎn)生的蒸汽量，單位為kg蒸汽/m3。（1）基于質(zhì)量守恒原理，變壓蓄熱鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡方程式 （31）式中：　——供汽負(fù)荷，kg/h——給水量，kg/h——鍋爐排污率，%——極限水位之間工質(zhì)的變化量,kg,水位升高(蓄熱)為正,水位下降(放熱)為負(fù)T——水位變動(dòng)持續(xù)時(shí)間,h（2）基于能量守恒原理，變壓蓄熱鍋爐的熱平衡方程為 （32）式中：——平均壓力下飽和蒸汽焓和飽和水焓，kJ/kg——給水的比焓，kJ/kg——蒸汽濕度，%——T時(shí)間內(nèi)鍋爐的蓄熱量，kJ,蓄熱為正，放熱為負(fù)式中——T時(shí)間內(nèi)飽和水自蒸發(fā)增加的儲(chǔ)蓄熱量，kJ——T時(shí)間內(nèi)金屬釋放或增加的儲(chǔ)蓄熱量，kJ——T時(shí)間內(nèi)飽和蒸汽釋放或增加的儲(chǔ)蓄熱量，kJ首先給出單位飽和水容積蓄熱量的物理意義，單位體積的飽和水有壓力P1降到壓力P2所能產(chǎn)生的蒸汽的質(zhì)量，單位為kg蒸汽/m3。(3)與飽和水直接接觸的金屬因蓄熱器壓降隨溫度下降而放出的熱量。蓄熱鍋爐的蓄熱量主要由以下四部分組成： (1)鍋筒