【正文】 一次風(fēng)量的確定是否合理，直接關(guān)系到喂煤系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)、煤粉計量的準(zhǔn)確性、煤耗的高低、熱工制度的穩(wěn)定等問題，應(yīng)引起注意。 二、燃燒器 的空氣量和 一、二次風(fēng)量計算 通過燃燒器的總空氣量 Vr(Nm3/h)或 (m3/s)和通過燃燒器送入的 燃料燃燒所需的理論空氣量 BjV0(Nm3/h)的比值，稱為燃燒器的過量空氣系數(shù) α r： rr 0jVBV?? （ 42） 一次風(fēng)量和 V1和 BjV0(Nm3/h)的比值 稱為一次風(fēng)供給系數(shù) α 1，同理也有二次風(fēng)供給系數(shù) α 2。 4）在低負(fù)荷或鍋爐啟停時，需要切換或啟停一些燃燒器，如果單只燃燒器熱功率過大，對防止?fàn)t膛火焰偏斜有不利的影響。單只熱功率不變還有利于燃燒器的設(shè)計和制造，便于采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的部件。 2）理論研究和實踐經(jīng)驗均表明，對于旋流燃燒器，采用熱功率較小數(shù)量較多時，有利于在不增加機(jī)械不完全燃燒損失的情況下減少煙氣中 NOx的生成量。鍋爐在額定負(fù)荷下的燃料消耗量也是已知的， 將數(shù)值代入公式 （ 41）可得： Br=B/Zr=(kg/h)=(kg/s) 將 Br折算為燃料在單位時間內(nèi)通過燃燒器燃燒所釋放的熱量 Qrs，也就是單只燃燒器的熱功率： Qrs=BrQar,p= 22415=(kW) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 30 隨著鍋爐容量的不斷增大，爐膛容積和單只燃燒器的出力或熱功率也相應(yīng)的增大。 對于切向燃燒直流煤粉燃燒器，所謂的燃燒器數(shù)目是指一次風(fēng)噴口的數(shù)目。 一、單只燃燒器的出力 Br 鍋 爐在一定負(fù)荷下需要吸收的熱量是一定，鍋爐熱效率也是一定的。所以選用正壓直吹式制粉系統(tǒng)。單元制制粉系統(tǒng)一般分兩大類：一類是直吹式制粉系統(tǒng)，即磨成的煤粉直接吹入爐膛，一般配用中速和高速磨煤機(jī)，直吹式制粉系統(tǒng)分為負(fù)壓系統(tǒng)和正壓系統(tǒng)；另一類是中儲式制粉系統(tǒng)，即磨成的煤粉先儲存在中間煤粉倉，隨后再根據(jù)負(fù)荷要求再由煤粉倉送 入爐膛。 磨煤機(jī)型式選定后，要結(jié)合鍋爐的燃燒要求，選擇相應(yīng)的制粉系統(tǒng)。例如，當(dāng)采用直吹式制粉系統(tǒng)時，為防止磨煤機(jī)軸承向外漏粉，磨煤機(jī)中或磨煤機(jī)出口的風(fēng)壓不能太大；在采用風(fēng)扇磨煤機(jī)，攜帶煤粉的一次風(fēng)壓常由風(fēng)扇磨煤機(jī)本身南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 29 提供，而風(fēng)扇式磨煤機(jī)總提升壓頭一般為很小，再去掉消耗于磨煤機(jī)入口通風(fēng)阻力及出口的煤粉分離器后能用于克服燃燒器一次風(fēng)阻力的壓頭就 更小了，因此，采用直吹式制粉系統(tǒng)時，常選用一次風(fēng)阻力較小的燃燒器。然后再根據(jù)燃煤性質(zhì)及磨煤機(jī)型式選擇制粉系統(tǒng) [8,9]。又是還 必須考慮煤種和煤質(zhì)可能的變化。 制粉系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)燃煤特性和鍋爐容量等考慮，同時，系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后做出決定。燃燒器噴口總高度和寬度 Hr/br在 4~6 之間，燃燒煙煤或褐煤時，高寬比適當(dāng)取得高點。燃燒器中心線和爐膛對角線之間的夾角 Δχ j= 4?~6?. 圖 3 切向燃燒時直流煤粉燃燒器的布置方式 大容量鍋爐燃燒器均為多層布置，布置層數(shù)、燃燒器只數(shù)和熱功率可參考文獻(xiàn) [6]的表 831。 直流是燃燒器理想 的布置方案是將爐膛的橫截面積設(shè)計成正方形（這一點在上一章的爐膛結(jié)構(gòu)尺寸中已經(jīng)做到了），燃燒器正四角布置切圓燃燒，如圖 4。 采用不同的燃燒方式就會采用不同的燃燒器和燃燒方式，由于本設(shè)計采用的是直流燃燒器，所以宜采用四角布置的切向燃燒方式。 除此之外，切向直流式燃燒器對煤種的適應(yīng)性好，所以現(xiàn)在的電站鍋爐也多采用這種燃燒器，這也是本設(shè)計將它作為研究對象的原因。例如，揮發(fā)分 Vdaf40%的煙煤或褐煤時，也有些制造廠喜歡用切向直流煤粉燃燒器，因為這種燃燒器對沒種的適應(yīng)性強(qiáng)。 一、燃燒器型式的選擇 本設(shè)計要求的是直流煤粉燃燒器，因此在此 做 簡單的說明選擇的原因：煤粉燃燒器總的可以分為直流和旋流兩種，具體選擇的是直流還是旋流燃燒器，需要根據(jù)所燃煤種的性質(zhì)，包括煤種的發(fā)熱量、工業(yè)分析尤其是干燥無灰基揮發(fā)分 Vdaf(%)、煤種的燃燒特性和灰熔點等。 煤粉燃燒器選用和計算的主要內(nèi)容有：選用煤粉燃燒器的型式和布置方式、確定每臺鍋爐 所用燃燒器的數(shù)目和燃燒器的熱功率，計算一、二 和三 次風(fēng)量，計算燃燒器出口截面積和結(jié)構(gòu)尺寸，計算燃燒器的阻力 [8,9]。同時， 對爐膛的內(nèi)各個系數(shù)，包括輻射減弱系數(shù)， 水冷壁角系數(shù)和污染系數(shù)， 屏的 角系數(shù)和熱有效系數(shù)，爐膛黑度等最終確定，完成了爐膛的出口煙溫的校核，保證下一步的計算的正確進(jìn)行。 至此校核完畢后，可以進(jìn)行燃燒器的計算。Mpa) p— 爐膛火焰壓力，對平衡通風(fēng)負(fù)壓燃燒的爐膛取 p= s— 有效輻射層厚度， m 將以上數(shù)值代入 公式 （ 35） 可得 α h=1－ e－ kps=1－ e－ =(m 灰粒的輻射減弱系數(shù) kh： h 2 2 2 233lh559 00 559 00k( 273 ) d ( 117 0 273 ) 1379. 17 ( 1 / ( m Mpa ) )??? ? ? ? ?? 燃料種類修正系數(shù)，根據(jù)煙煤選取： x1= 燃燒方式修正系數(shù)，根據(jù)室燃爐選?。?x2= 煤粉火焰輻射減弱系數(shù) k： k=kdr+khμ y+10x1x2=++10 = 爐膛火焰黑度 h? ：火焰 黑度表示爐內(nèi)高溫介質(zhì)的輻射能力，工程火焰的輻射是一個十分復(fù)雜的現(xiàn)象，在現(xiàn)行鍋爐熱功計算中將這一復(fù)雜問題作了簡化。 煙氣質(zhì)量my可以用公式 my=1－ Aar/100+ pjV0,求得 my=。這一系數(shù)根據(jù)表（水冷壁污 染系數(shù) [9]）選取 ζ sl= 水冷壁角系數(shù) Xsl： Xsl= 水冷壁熱有效系數(shù) ψ sl： sl sl slX 0. 45 0. 98 0. 44? ? ? ? ? ? ? 屏、爐交界面的污染系數(shù) ζ pl： ζ pl=ζ sl== 屏、爐交界面的角系數(shù) Xpl：選 Xpl=1 屏、爐交界面的熱有效系數(shù) ψ pl： ψ pl=ζ pl Xpl= 1= 燃燒器及門孔的熱有效系數(shù) ψ r： ψ r= 平均熱有效系數(shù) ψ pj： ψ pj=[ψ pl(Aq+2Ac+Ah+Ald－ Ars)+ ψ r(Ajj+6Ars)]/Az 0 . 4 4 ( 8 5 7 . 7 5 + 2 8 8 0 . 0 4 + 1 0 7 4 . 6 8 + 1 8 6 . 8 5 1 1 . 6 0 ) 0 . 4 5 ( 3 7 7 . 8 7 6 1 1 . 6 0 )4 2 5 7 . 2 30 . 4 5? ? ? ? ? ? ??? 火焰中心的位置系數(shù) M：火焰中心的位置系數(shù) M是用來考慮爐膛高度方向溫度最高處的相對位置對爐內(nèi)換熱影響的參數(shù) ，其計算公式 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 24 M=A－ B(xr+Δx) 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)，根據(jù)設(shè)計煤種是撫順煙煤，A=， B=； xr— 燃燒器的相對高度， xr=Hr/Hl； x? — 火焰最高溫度點的相對位置修正值，水平、四角切向布 置的燃燒器x? =0。所以除了氣體輻射外，煤粉爐還要考慮到灰粒和焦炭粒子的輻射對總輻射帶來的影響 [9]。煤粉火焰中的碳粒是以焦炭粒子和炭黑粒子的形式存在的。另外，氣體介質(zhì)的散射輻射能力很弱，因此在爐內(nèi)換熱計算中散射可以忽略不計， CO2和 H2O可以認(rèn)為是純的吸收性介質(zhì)。其中 N O2 等二原子氣體發(fā)射和吸收輻射熱的能 力很微弱，即可認(rèn)為 N O2等是透明的，而 SO2和 CO 的濃度很低，所以他們對于總輻射能的減弱也可以忽略不計。 理論冷空氣焓： h0 lf= kJ/kg 空預(yù)器出口過量空氣系數(shù)ky???：空氣預(yù)熱器出口的過量空氣系數(shù)是在爐膛出口的過量空氣系數(shù)減去爐膛漏風(fēng)和制粉漏風(fēng)的值，即 k y z f 1 .2 0 0 .5 0 0 .1 2 1 .0 3?? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 22 空氣帶入爐膛的熱量 Qk： Qk=β kyh0 rf+(Δα ″ +Δα zf)h0 rf = +(+) =(kJ/kg) 每千 克燃料送入鍋爐的熱量 Ql： Ql=Qr(100－ q3－ q4－ q6)/(100－ q4)+Qk =22415 (100－ － － 0)/(100－ )+ =(kJ/kg) 根據(jù)煙氣溫焓表查得理論燃燒溫度 0rs? ： 0rs 9 C? ? ? 理論燃燒絕對溫度 T0： T0= 0rs? += 根據(jù)以往經(jīng)驗和給定設(shè)計煤種的熔融特性，先假定爐膛出口煙氣溫度（后校核）為： l 1170 C? ? ? ，如果溫差超過 20℃需要將計算得到的爐膛出口煙溫帶入此處進(jìn)行重新設(shè)計計算。從理論上來講，熱空氣溫度 trf越高越好，但是當(dāng)熱空氣溫度到達(dá)一定數(shù)值后，對于強(qiáng)化燃燒的作用相對減弱，反而要消耗過多的空氣預(yù)熱器受熱面，并且增加尾部受熱面布置的難度，所以熱空氣溫度只需能使燃料穩(wěn)定燃燒便可，不必太高。 爐膛出口過量空氣系數(shù) α ″ ： α ″ = 爐膛漏風(fēng) 系數(shù) Δα ： Δα = 制粉系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù) Δα zf： Δα zf= 在進(jìn)行傳熱計算時，還需要估計一個熱空氣溫度。綜上約束，選 θ 1=1192℃（先估后校） [15] 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 19 爐膛出口流通截面積 Ach： jy 1chyBV 273 1192+273A 3600 273 3600 273? ?? ?? ? ? ??? (m )? 爐膛出口高度 hch： hch=Ach/=(m) 屏過高度 hpg ： hpg===(m) 水平煙道煙氣流速 ω sy： ω sy=水平煙道高度 hsy： jy 1sys y l kBV 273 2 5 3 9 5 6 .3 5 7 .7 2 1 1 9 2 + 2 7 3h3 6 0 0 H 2 7 3 3 6 0 0 1 3 .3 2 1 5 .6 2 7 31 4 .0 4 ( m )?? ?? ? ?? ? ?? （ⅱ）折焰角部分的尺寸確定 折焰角使?fàn)t內(nèi)火焰分布更加均勻，完善爐內(nèi)高溫?zé)煔鈱t膛出口受熱面的沖刷程度，減少爐膛上部的死滯區(qū)；另外，折焰角延長了爐膛的水平煙道，便于鍋爐布置更高溫對流受熱面。 屏過管徑及厚度 dδ ： dδ =51 7mm； 屏過管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流量 ρω ： 蒸汽速度選的太低，蒸汽的傳熱能力下降，過熱器管道的溫度很高，將影響過熱器的安全運(yùn)行；反之，如果蒸 汽的速度選的太高，蒸汽流動的阻力就會很大，對傳熱也不利，因此， ρω = kg/(m2s)。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 17 圖 2 爐膛主體高度決定方法示意圖 Hl的計算公式 d h dl V (V V )H A??? （ 33） 其中 Vd— 爐頂容積，單位 m3 Vhd— 冷灰斗容積 , 單位 m3。爐膛主要尺寸和熱 強(qiáng)度是緊密聯(lián)系的。在相同的爐膛容積條件下，選取較高的截面熱負(fù)荷可以得到較高的爐膛，而選取較低的截面熱負(fù)荷，則可以得到相對較大的爐膛截面積和較低的爐膛高度。 本設(shè)計取 qA=6600kW/m2（先估后校） [8]， 將數(shù)值代入 公式 （ 32） 可得： 5 22 . 5 7 8 1 0 2 2 4 1 5A 2 4 3 . 4 2 ( m )6 6 0 0 1 0 0 0????? 截面熱負(fù)荷熱從另一個角度反映了爐膛內(nèi)的溫度水平和燃料在爐膛內(nèi)的停留時間，彌補(bǔ)了爐膛容積熱負(fù)荷僅能夠確定爐膛容積而不能確定其形狀的不足。截面熱負(fù)荷的選擇還應(yīng)考慮到水冷壁管內(nèi)工質(zhì)冷卻能力的影響。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來吸收燃燒區(qū)域燃料燃燒釋放的熱量，使局部溫度過高，引起燃燒器附近區(qū)域結(jié)渣。 根據(jù)煤種的軟化溫度 ST 以及鍋爐南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 論文 ） 16 的容量，可知本設(shè)計煤種 的爐膛截面熱負(fù)荷 qA的取值范圍在 ，并參考以往經(jīng)驗由下面公式計算爐膛截面積： a r . ne t . p 2ABQAmq? （ 32） 截面熱負(fù)荷取決于燃料的燃燒特 性和灰渣特性等因素。 qA 的值選的太高，說明爐膛斷面積過小，在燃燒器區(qū)域燃料燃燒釋放出的大量熱量沒有足夠的水冷壁受熱面來吸收，就會使燃燒器區(qū)域的局部溫度過高，引起燃燒器區(qū)域的結(jié)渣。爐膛斷面熱強(qiáng)度 qA是爐膛主要的計算特性，它反映了燃燒器區(qū)域的溫度水平。但二者的影響規(guī)律相反，爐膛整體溫度高，則燃料停留時間短；反之，爐膛整體溫度低，燃料停留時間長。爐膛容積 V ,ar 3vBQVmq? （ 31） 將 B 和 公式 （ 31） 計算可得： 5 32 . 5 7 8 1 0 2 2 4 1 5V 1 4 2 1 7 . 6 5 ( m )1 1 3 1 0 0 0????? 爐膛容積熱負(fù)荷取值越小，則折算到單位爐膛容積內(nèi)