【正文】 AlzAlz=(A1A2Ayc)+1A2=（20）爐膛水冷程度XX= Slz/A1=（21）爐膛有效輻射層厚度ss=V1/A1=4．3 爐膛熱力計(jì)算中的幾個(gè)問題 關(guān)于爐膛出口煙氣溫度爐膛出口煙氣溫度，中小型鍋爐指凝渣管前的煙溫，大容量鍋爐通常指屏式過熱器前煙溫。如噴燃器及人孔門的面積； （4）爐膛有效輻射受熱面面積是指參與輻射換熱的面積。 計(jì)算過程中的具體問題 （1）計(jì)算爐膛容積，可將爐膛容積劃分為幾個(gè)簡單的幾何體分別計(jì)算，然后求其和； （2）爐墻總面積即包覆爐膛容積的總面積，含爐膛內(nèi)輻射受熱面的形體表面積，對于雙面水冷壁和前屏過熱器，以其邊界管中心線和管子曝光長度所圍成的面積的兩倍計(jì)入爐內(nèi)爐墻總面積； （3）爐膛輻射受熱面多布置在爐墻表面上，所以爐墻內(nèi)總面積是計(jì)算爐內(nèi)換熱的基礎(chǔ)。對于本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況暫不考慮qf 的影響只作為參考。工程上通常用燃燒器區(qū)域的爐膛斷面熱負(fù)荷qf來表示他的燃燒和傳熱過程的特性。但是，爐膛內(nèi)局部的qv和qA的值卻是十分不同的，特別是在燃燒器附近，燃料大部分集中在這個(gè)區(qū)域內(nèi)燃燒，燃燒強(qiáng)度最大，火焰的溫度最高，即便整個(gè)爐膛德爾輻射受熱面面積是足夠的，在燃燒器區(qū)的水冷壁上仍然存在結(jié)渣的危險(xiǎn)。以上討論的是從鍋爐總體平均的角度。另外，爐膛容積熱負(fù)荷增大會使?fàn)t膛面積相對減少，可布置的受熱面減少，輻射傳熱量降低，火焰平均溫度提高，容易在受熱面上結(jié)渣。對固態(tài)排渣爐，當(dāng)然用灰熔融溫度較高的煤種時(shí)，qA可取較高數(shù)值，對灰熔融溫度較低的煤，qA應(yīng)適當(dāng)降低。對著火和燃燒性能較差的煤，趨向于選擇較高的截面熱負(fù)荷，過低的截面熱負(fù)荷會造成燃燒器區(qū)域溫度下降，不利于正常著火。故經(jīng)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)的爐膛寬度為8622mm，深度為7983mm。 MW/ m2，爐膛的寬度和深度的比例應(yīng)保持在1~。爐膛容積熱負(fù)荷和截面熱負(fù)荷的結(jié)合可以合理的確定爐膛的容積、形狀和尺寸。為了考慮燃料燃燒和爐內(nèi)傳熱過程對室燃爐爐膛的限制，設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)通常用爐膛熱負(fù)荷這一參數(shù)表示，爐膛熱負(fù)荷是一個(gè)大尺度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，他能夠從某種程度上反映燃燒和傳熱對爐膛幾何尺寸的要求，但是由于爐內(nèi)燃燒溫度和傳熱計(jì)算的復(fù)雜性，爐膛熱負(fù)荷僅僅是一種經(jīng)驗(yàn)性的參數(shù)。但二者的影響規(guī)律相反，爐膛整體溫度高。爐膛容積熱負(fù)荷的取值越小，則折算到單位爐膛容積內(nèi)的放熱量越大；反之，則越小。 爐膛容積熱負(fù)荷爐膛容積和尺寸的確定，根據(jù)燃料特性及燃燒方法等工況條件，按下表推薦的數(shù)值范圍，并參考以往的經(jīng)驗(yàn)選擇爐膛容積熱負(fù)荷qv的數(shù)值，然后再求爐膛的容積。爐膛結(jié)構(gòu)幾何特征參數(shù)與鍋爐的設(shè)計(jì)容量、燃料特性、爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛截面熱負(fù)荷、燃燒區(qū)域受熱面熱負(fù)荷、爐膛輻射受熱面熱負(fù)荷、爐膛出口煙氣溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)。假定熱風(fēng)溫度trk計(jì)算對應(yīng)每千克燃料送入爐膛的熱量Q1計(jì)算出理論燃燒溫度To計(jì)算火焰中心位置修正系數(shù)M假設(shè)爐膛出口煙氣溫度(估)計(jì)算爐膛出口煙氣溫度(計(jì)數(shù)值)判斷計(jì)算誤差：（計(jì)算值）（估）≤177。綜上鍋爐爐膛及相關(guān)受熱面已經(jīng)布置完畢，接下來將進(jìn)行熱力校核計(jì)算。而后墻水冷壁管則通過特制的后墻引出管將煙氣引出鍋爐的水平煙道。在鍋爐熱力計(jì)算中它是煙氣輻射換熱和對流傳熱的分界面，自此以后煙氣流過的受熱面均勻的流過受熱面。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。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。如果這些溶化的灰粒凝結(jié)在較密集的對流換熱面上，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。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(jié)渣現(xiàn)象。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。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。該區(qū)段是工質(zhì)完成蒸發(fā)的主要區(qū)段，～。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(shè)置有汽水分離器。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。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。這樣可以大大簡化爐膛的結(jié)構(gòu)，減輕爐膛重量，有效的改善爐膛的密封性。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50oC。當(dāng)然這對保護(hù)爐墻的結(jié)構(gòu)影響很大。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。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。 爐膛燃燒器的布置方式對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。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。鍋爐德爾構(gòu)架和廠房建筑高度比較低。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。圖中(a)通常稱為“”型布置，他是國內(nèi)外大中型鍋爐應(yīng)用的最為廣泛的一種布置型式。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(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)。整體校核熱力計(jì)算過程如下：（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；（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]。（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。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]。（15）實(shí)際燃料消耗量B B=100=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。其中 =對于本設(shè)計(jì)經(jīng)計(jì)算得=%3%；故排煙溫度選取為125 oC。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。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，對于中小型鍋爐雖然給水溫度低，但由于排煙過量空氣系數(shù)較大，經(jīng)濟(jì)排煙溫度也較大。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)，還會危及到鍋爐的出力和機(jī)組的正常運(yùn)行。但是，排煙溫度降低卻使尾部受熱面中煙氣與工質(zhì)的傳熱溫差減小，傳熱面積增大，金屬消耗量和設(shè)備的初投資增多。 在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，合理的取用鍋爐排煙溫度是一個(gè)關(guān)系鍋爐長期經(jīng)濟(jì)可靠工作的實(shí)際問題。Q6= kJ/kg或 q6=式中 ——灰渣中灰分的份額，； ——灰渣溫度，當(dāng)不能直接測量時(shí)，固態(tài)煤粉排渣爐可取600OoC；液態(tài)排渣煤粉爐可取tlz=FT3+100oC（FT3為煤灰的熔化溫度） ——1kg灰渣在oC時(shí)的焓，kJ/kg當(dāng)燃煤的折算灰分小于10%（即Azs=）時(shí)，固態(tài)排渣爐可忽略爐渣德爾物理熱損失；液態(tài)排渣爐、旋風(fēng)爐可忽略飛灰的物理熱損失；對燃油及燃?xì)忮仩t，q6=0。 （2）%。（2）外來熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量Qwr Qwr= kJ/kg式中 ——空氣預(yù)熱器入口的過量空氣系數(shù)； ——按加熱后空氣溫度計(jì)算理論空氣的焓，kJ/kg； ——基準(zhǔn)溫度下的理論空氣焓，kJ/kg。對于煤粉爐，hr相對數(shù)值較小。oC)式中 cdr——燃料干燥基比熱容，kJ/(kgoC)； tr——燃料溫度，oC； to——基準(zhǔn)溫度，取送風(fēng)機(jī)入口空氣溫度，oC。由于計(jì)算時(shí)涉及的排煙溫度為假定溫度，所以計(jì)算出的燃料消耗量實(shí)為估算值[15]。在受熱面的傳熱計(jì)算中，必須分別計(jì)算各個(gè)受熱面所在部位的煙氣焓并制成焓溫表，根據(jù)過量空氣系數(shù)和煙氣溫度，可求出煙氣的焓；反之，也可以由過量空氣系數(shù)和煙氣的焓查出煙氣的溫度[14]。 飛灰的焓數(shù)值較小，因此只有在滿足以下條件時(shí)才計(jì)算： 在鍋爐煙道中，沿著煙氣溫度的流程。由于，且兩者的比熱容接近，故取。 1 m3空氣、各種氣體及1kg灰的焓氣體溫度二氧化碳氮?dú)馑魵飧煽諝怙w灰、灰渣kJ/(Nm3)kJ/(kg)10020030040036050060070080090010009841100109612001206130013601400157115002166219317581600183017002066180021841900235820002965300225122100264022002760 （3）理論煙氣焓理論煙氣是多種成分的混合氣。 空氣和煙氣的焓 要進(jìn)行鍋爐受熱面的傳熱計(jì)算必須知道如何計(jì)算空氣和煙氣的焓，在這里空氣和煙氣的焓在定壓條件下將1kg燃料所需的空氣量或所產(chǎn)生的煙氣量從0oC加熱到toC（空氣）或℃（煙氣）時(shí)所需的熱量，單位為kJ/kg。（3）煙氣焓的計(jì)算需要分別計(jì)算爐膛、屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器、高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器、低溫空氣預(yù)熱器、低溫省煤器等所在煙氣區(qū)域的煙氣不同溫度下的焓，并列成表格，做成所謂的焓溫表，以備以后計(jì)算查用。（2）煙氣特性計(jì)算：各受熱面的煙道平均過量空氣系數(shù)、干煙氣容積、水蒸氣積、煙氣總?cè)莘e、RO2容積份額、三原子氣體和水蒸氣容積份額、容積飛灰濃度、煙氣質(zhì)量、質(zhì)量飛灰濃度等。燃料燃燒計(jì)算包括：燃燒計(jì)算、煙氣特性計(jì)算、煙氣焓計(jì)算。 鍋爐的空氣量熱平衡見表11[1]。對于爐膛和煙道各處實(shí)際空氣量的計(jì)算稱為鍋爐的空氣量平衡。對燃料來說，要求提供以下原始資料：（1） 煤的應(yīng)用基元素成分；（2） 用測熱計(jì)測取的煤的應(yīng)用基低位發(fā)熱量；（3） 煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量；（4） 灰的熔融特性參數(shù)（ttt3）值；（5） 煤的可磨性系數(shù) 以上數(shù)據(jù)均已在前言中燃料特性中說明。輔助計(jì)算包括以下內(nèi)容：（1） 燃料數(shù)據(jù)的分析和整理；（2） 鍋爐漏風(fēng)系數(shù)的確定和空氣量平衡；（3） 燃料的燃燒計(jì)算及煙氣特性參數(shù)的確定；（4） 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率、燃料消耗量的估算。這些計(jì)算圖（表）的計(jì)算稱為鍋爐熱力計(jì)算的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算或準(zhǔn)備計(jì)算。設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)一般以爐膛出口煙窗處的過量空氣系數(shù)作為選取基點(diǎn)，它主要與爐膛中燃料的燃燒效率有關(guān)，燃燒效率越高，爐膛出口煙窗處的過量空氣系數(shù)選取的較小。由于過量空氣系數(shù)引起的熱損失主要是排煙熱損失q2但在一定范圍內(nèi)還可以使qq4減少，使鍋爐效率降低。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高和訓(xùn)練學(xué)生工程制圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和文獻(xiàn)閱讀、外文翻譯、摘要書寫的能力；熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)手冊和工具書；增強(qiáng)本科生畢業(yè)后到生產(chǎn)第一線工作的適應(yīng)能力。繪制鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖，爐膛及其中各受熱面平面圖、剖面圖及管道布置圖[9]。離散坐標(biāo)法基于對輻射強(qiáng)度的方向變化進(jìn)行離散，將輻射傳遞方程中的內(nèi)向散射項(xiàng)用數(shù)值積分近似代替，通過求解覆蓋整個(gè)4π立體角的一套離散方向上的輻射傳遞方程而得到問題的解[8]。Love等人最早將其引入到一維平板輻射換熱問題的求解中。（2）熱流法熱流法將微元體界面上復(fù)雜的半球空間熱輻射簡化成垂直于此界面的均勻熱流,使積分微分形式的輻射傳遞方程簡化為一組有關(guān)熱通量的線性微分方程,然后用通用的輸運(yùn)方程求解方法求解。其基本思想是對微元體的發(fā)射、吸收和散射以及邊界壁面的發(fā)射、吸收和反射過程作概率模擬。這些方法各有優(yōu)劣,所能獲得的解的精度及詳細(xì)程度以及網(wǎng)格與