第十二章 锅炉热力计算及其设计布置精选文档.ppt

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1、第十二章第十二章 锅炉热力计算锅炉热力计算及其设计布置及其设计布置1本讲稿第一页，共七十页12.1 电厂锅炉整体布置及其主要设计参数的选择电厂锅炉整体布置及其主要设计参数的选择一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置 指锅炉炉膛、蒸发受热面、过热受热面指锅炉炉膛、蒸发受热面、过热受热面(包括辐射、半辐包括辐射、半辐射和对流受热面射和对流受热面)和尾部受热面之间的相互位置关系。和尾部受热面之间的相互位置关系。2本讲稿第二页，共七十页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置型布置型布置 组组成成：垂垂直直柱柱体体炉炉膛膛、水水平平烟烟道和下行对流烟道。道和下行对流烟道。优点：优点：锅锅炉炉和和厂厂

2、房房的的高高度度都都较较低低，转转动动机机械械和和笨笨重重设设备备均均可可作作低低位位布布置置(建建筑筑在在地地面面上上)，减轻了厂房和锅炉构架的负载；减轻了厂房和锅炉构架的负载；在在水水平平烟烟道道中中，可可以以采采用用支支吊吊方方式式比比较较简简便的悬吊式受热面；便的悬吊式受热面；3本讲稿第三页，共七十页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置缺点：缺点：占地面积较大；占地面积较大；烟气从炉膛进入对流烟道时要改变流动方烟气从炉膛进入对流烟道时要改变流动方向，造成烟气速度场和飞灰浓度场的不均匀向，造成烟气速度场和飞灰浓度场的不均匀性影响受热面的传热性能，加速受热面局性影响受热面的传热性能，加

3、速受热面局部磨损。部磨损。在下行对流竖井中，受热面易于布置成逆流传热方式且便在下行对流竖井中，受热面易于布置成逆流传热方式且便于尾部受热面的检修。于尾部受热面的检修。4本讲稿第四页，共七十页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置型布置型布置 优点：优点：节省钢材节省钢材缺点：缺点：取消炉膛后墙与下行对流取消炉膛后墙与下行对流烟道前墙之间的走廊，对烟道前墙之间的走廊，对受热面的检修和管式空气受热面的检修和管式空气预热器的支撑带来不便。预热器的支撑带来不便。5本讲稿第五页，共七十页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置塔型布置塔型布置 优点：优点：取消了转弯室，锅炉炉墙表面积和占地面积均较小；

4、取消了转弯室，锅炉炉墙表面积和占地面积均较小；对流烟道有自身通风作用，烟气阻力有所下降；对流烟道有自身通风作用，烟气阻力有所下降；烟烟气气在在对对流流受受热热面面中中不不改改变变流流动动方方向向，受受热热面面的的局局部部磨磨损损减轻。减轻。缺缺点点：高高度度高高，过过热热器器、再再热热器器和和省省煤煤器器都都布布置置在在高高处处，汽汽水水管管道较长，空气预热器、送引风机、除尘器等都采用高位布置。道较长，空气预热器、送引风机、除尘器等都采用高位布置。6本讲稿第六页，共七十页一、电厂锅炉整体布置一、电厂锅炉整体布置箱型布置箱型布置 优优点点：布布置置紧紧凑凑，炉炉膛膛容容积积相相对对较较小小，省省

5、去或简化凝渣管束。去或简化凝渣管束。7本讲稿第七页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素蒸汽参数蒸汽参数 锅炉工质吸热量的分配比例蒸汽参数及给水温度总焓增（kJ/kg）吸热量比例（）汽压p（MPa）汽温t（）给水温度tgs（）加热Qjr蒸发Qzf过热Qgr3.82450150269017.962.419.79.81540215255020.449.530.113.72540/5402402820/43021.233.829.8/15.216.69540/5402702650/43423.523.736.4/16.48本讲稿第八页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影

6、响锅炉布置的主要因素中参数锅炉受热面布置中参数锅炉受热面布置1 1汽汽包包；2 2水水冷冷壁壁；3 3集集中中下下降降管管；4 4凝凝渣渣管管簇簇；5 5高高温温对对流流过过热热器器；6 6低低温温对对流过热器；流过热器；7 7省煤器；省煤器；8 8空气预热器空气预热器9本讲稿第九页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素高参数锅炉受热面布置高参数锅炉受热面布置1 1汽汽包包；2 2水水冷冷壁壁；3 3集集中中下下降降管管；4 4屏屏式式过过热热器器；5 5顶顶棚棚过过热热器器；6 6高高温温对对流流过过热热器器；7 7低温对流过热器；低温对流过热器；8 8省煤器；省煤器

7、；9 9空气预热器空气预热器10本讲稿第十页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素锅炉容量锅炉容量 锅锅炉炉容容量量越越大大，能能布布置置水水冷冷壁壁的的炉炉内内表表面面积积相相对对减减少少，为为限限制制炉炉膛膛出出口口烟烟温温，在在炉炉膛膛内内布布置置足足够够的的辐辐射射面面和和屏屏式式受受热面，甚至需在炉膛中装设双面水冷壁。热面，甚至需在炉膛中装设双面水冷壁。随随着着锅锅炉炉容容量量的的增增大大，炉炉膛膛宽宽度度（尾尾部部烟烟道道宽宽度度）相相对对减减小小，就就会会影影响响到到尾尾部部受受热热面面的的布布置置。为为使使尾尾部部受受热热面面的的工工质质流流速速不不因因

8、尾尾部部烟烟道道宽宽度度的的相相对对减减小小而而增增大大，尾尾部部省省煤煤器器和和空空气气预预热热器均采用双级双流布置器均采用双级双流布置。对对于于超超高高参参数数以以上上的的锅锅炉炉，有有时时就就将将空空气气预预热热器器移移至至炉炉外外，且且采采用用比比较较紧紧凑凑的的回回转转式式空空气气预预热热器器，而而省省煤煤器器则则采采用用单单级级的的非非沸沸腾腾式式结构布置在尾部烟道内。结构布置在尾部烟道内。11本讲稿第十一页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素燃料性质燃料性质 燃料水分燃料水分 燃燃烧烧水水分分较较多多的的煤煤，炉炉内内燃燃烧烧温温度度低低，烟烟气气量量增

9、增大大，炉炉膛膛辐辐射射传传热热量量减减少少，烟烟道道对对流流传传热热量量增增多多；着着火火热热较较大大，空空气气预预热器的受热面积随之增加。热器的受热面积随之增加。燃料灰分燃料灰分 燃燃烧烧灰灰分分多多的的煤煤应应采采用用较较低低的的烟烟气气速速度度或或其其他他减减轻轻磨磨损损的的措措施施，而而灰灰的的熔熔化化特特性性影影响响炉炉膛膛出出口口烟烟温温的的选选择择，而而炉炉膛膛出出口口烟烟温温的的变变化化使使锅炉中辐射对流传热份额发生变化。锅炉中辐射对流传热份额发生变化。12本讲稿第十二页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素燃料挥发分燃料挥发分 挥挥发发分分少少，着着

10、火火困困难难，要要求求炉炉膛膛容容积积较较大大，炉炉膛膛横横断断面面较较小小，炉炉膛膛呈呈瘦瘦高高型型，并并在在燃燃烧烧器器区区辐辐射射卫卫燃燃带带，空空气气预预热热器器的的受热面较多。受热面较多。主要影响烟气的露点，所以，硫分不同，应选取不同的排主要影响烟气的露点，所以，硫分不同，应选取不同的排烟温度和低温受热面结构。烟温度和低温受热面结构。燃料硫分燃料硫分 13本讲稿第十三页，共七十页二、影响锅炉布置的主要因素二、影响锅炉布置的主要因素热空气温度对省煤器和空气预热器布置的影响热空气温度对省煤器和空气预热器布置的影响 热热电电气气温温度度低低于于300-350时时采采用用单单级级布布置置方方

11、式式；高高于于此此温温度度时时采采用用两两级级布布置置方方式式。管管式式空空气气预预热热器器时时，双双级级布布置置与与省省煤煤器器交交错错布布置置；回回转转式式空空气气气气预预热热器器采采用用两两级级布布置置时时，第第二二级级采采用用管管式空气预热器。式空气预热器。14本讲稿第十四页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛热强度（热负荷）炉膛热强度（热负荷）包包括括容容积积热热强强度度qV、截截面面热热强强度度qA、燃燃烧烧器器区区域域热热强强度度qr和和炉膛壁面热强度炉膛壁面热强度qlb。15本讲稿第十五页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选

12、择容积热强度容积热强度qV 指锅炉输入热量占炉膛容积的比值，即单位炉膛容积的热功率。指锅炉输入热量占炉膛容积的比值，即单位炉膛容积的热功率。qV越越大大，燃燃料料和和烟烟气气在在炉炉内内的的停停留留时时间间越越短短；qV越越大大，炉炉膛膛容容积积越越小小，炉炉内内能能布布置置的的水水冷冷壁壁受受热热面面面面积积越越少少，烟烟气气在在炉炉膛膛出出口口处处烟烟温越高。温越高。qV应应保保证证炉炉内内布布置置有有足足够够的的水水冷冷壁壁受受热热面面积积，使使燃燃烧烧产产物物在在炉炉膛出口处能冷却到给定温度。膛出口处能冷却到给定温度。16本讲稿第十六页，共七十页炉膛容积热强度qv的推荐值（kW/m3）

13、燃料种类固态排渣炉液态排渣炉开式炉膛半开式炉膛熔渣段煤无烟煤116151145169523698贫煤116163151186163198528698烟煤（洗中煤）140198186198640756褐煤93151油233349天然气349三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择17本讲稿第十七页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择截面热强度截面热强度qA 指指锅锅炉炉输输入入热热量量占占炉炉膛膛截截面面积积的的比比值值，即即单单位位截截面面积积上上的的热热功功率。率。qA反反映映了了燃燃烧烧器器区区域域的的温温度度水水平平。qA越越大大，炉炉膛膛断断面面积

14、积过过小小，燃燃烧烧器器区区燃燃料料燃燃烧烧放放出出大大量量热热量量没没有有足足够够的的水水冷冷壁壁受受热热面面吸吸收收，燃燃烧烧器器区区域域的局部温度过高，易引起燃烧器区域结渣。的局部温度过高，易引起燃烧器区域结渣。18本讲稿第十八页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择燃烧器多层布置时，一层燃烧器的断面热强度：燃烧器多层布置时，一层燃烧器的断面热强度：qA值值的的选选取取，与与燃燃料料的的性性质质、炉炉子子的的排排渣渣方方式式、燃燃烧烧器器的的型型式式和和布布置置等等因因素素有有关关。还还应应考考虑虑防防止止水水冷冷壁壁内内发发生生膜膜态态沸沸腾腾以以及及对水冷壁管

15、内质量流速的影响。对水冷壁管内质量流速的影响。19本讲稿第十九页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择qA的推荐值（10-6W/m2）锅炉蒸发量（t/h）220400，410670切向燃烧褐煤和易结渣煤（t21350）2.092.562.913.373.263.72烟煤2.332.672.794.073.724.65无烟煤、贫煤2.673.493.024.543.724.65前墙或对冲燃烧2.212.793.023.723.494.07油和天然气4.074.774.195.235.236.1620本讲稿第二十页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选

16、择燃烧器区域热强度燃烧器区域热强度qr式中式中 a、b炉膛宽度和深度；炉膛宽度和深度；n燃烧器的层数；燃烧器的层数；sr各层燃烧器之间的间距；各层燃烧器之间的间距；Fr燃烧器区域的炉墙面积。燃烧器区域的炉墙面积。qr值越大，火焰越集中，燃烧器区域的温度水平越高。值越大，火焰越集中，燃烧器区域的温度水平越高。21本讲稿第二十一页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛壁面热强度炉膛壁面热强度qlb 也也称称为为炉炉膛膛辐辐射射受受热热面面的的热热强强度度（或或热热流流密密度度），是是单单位位炉膛壁面所吸收的炉内辐射热量的平均值。炉膛壁面所吸收的炉内辐射热量的平均值。ql

17、b越越大大，单单位位壁壁面面所所吸吸收收的的热热量量越越大大，炉炉内内烟烟气气平平均均温温度度的的水水平平越越高；高；qlb的数值是判断膜态沸腾是否发生的主要指标之一。的数值是判断膜态沸腾是否发生的主要指标之一。22本讲稿第二十二页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛主要尺寸炉膛主要尺寸 炉炉膛膛深深度度b的的选选取取应应保保证证火火焰焰在在炉炉膛膛断断面面内内自自由由发发展展，使使高高温温火火焰焰核核心心不不致致冲冲刷刷炉炉墙墙水水冷冷壁壁，并并保保证证炉炉内内良良好好的的空空气气动动力力工工况况；b的的数数值值与与燃燃烧器的型式和燃烧器的布置情况有关。烧器的型

18、式和燃烧器的布置情况有关。炉膛宽度炉膛宽度a与锅炉容量和燃料的种类有关，还应考虑燃烧器的型式。与锅炉容量和燃料的种类有关，还应考虑燃烧器的型式。对四角布置燃烧器的炉膛，炉膛横截面的宽深比例不大于对四角布置燃烧器的炉膛，炉膛横截面的宽深比例不大于1.2，最好是正方形。，最好是正方形。23本讲稿第二十三页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择 冷灰斗的形状冷灰斗的形状一般变化不大，取倾斜角不小于一般变化不大，取倾斜角不小于50，以便灰渣能，以便灰渣能自行下滑。其下口大小根据锅炉容量大小选取，自行下滑。其下口大小根据锅炉容量大小选取，一船取一船取0.61.4m。炉顶的形状炉顶

19、的形状：采用悬吊结构的水冷壁和敷管炉墙时，炉顶呈：采用悬吊结构的水冷壁和敷管炉墙时，炉顶呈方形，由水平的顶棚过热器组成。炉膛出口有屏式过热器（如方形，由水平的顶棚过热器组成。炉膛出口有屏式过热器（如220t/h高压锅炉），有的在炉膛正中的上部装有前屏过热器（如高压锅炉），有的在炉膛正中的上部装有前屏过热器（如400t/h超高压中间再热锅炉）。超高压中间再热锅炉）。24本讲稿第二十四页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择 折焰角的长度折焰角的长度一般取炉膛深度的一般取炉膛深度的1/3左右。上倾斜角取左右。上倾斜角取200450,下倾斜角取下倾斜角取200300。炉膛出口

20、高度炉膛出口高度由烟气温度和流速来决定，烟气流速一般取由烟气温度和流速来决定，烟气流速一般取6m/s左右。左右。25本讲稿第二十五页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择 在炉顶与冷次斗的结构确定以后，即可确定炉膛在炉顶与冷次斗的结构确定以后，即可确定炉膛主体高度主体高度。26本讲稿第二十六页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择炉膛出口烟气温度炉膛出口烟气温度 大容量锅炉，是指屏式过热器前的烟温。大容量锅炉，是指屏式过热器前的烟温。最最经经济济的的炉炉膛膛出出口口烟烟温温为为12500C；当当炉炉膛膛出出口口布布置置屏屏式式受受热热面面时时，炉

21、炉膛膛出出口口烟烟温温一一般般为为110012000C；对对于于易易结结渣渣的的燃燃料料，一一般般为为100010500C。27本讲稿第二十七页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择排烟温度排烟温度 最最佳佳排排烟烟温温度度是是燃燃料料费费用用和和尾尾部部受受热热面面金金属属费费用用总总和和最最少少所所对对应应的的温温度度；还还与与锅锅炉炉给给水水温温度度、燃燃料料性性质质（燃燃料料的的水水分分和和硫硫分分）、省省煤煤器器与空气预热器的金属价格等因素有关。与空气预热器的金属价格等因素有关。选用较低的排烟温度会使锅炉效率提高，减小燃料消耗量，降低锅炉选用较低的排烟温度会使

22、锅炉效率提高，减小燃料消耗量，降低锅炉运行费用；但会使尾部受热面烟气侧与工质侧的温差减小，增加受热面运行费用；但会使尾部受热面烟气侧与工质侧的温差减小，增加受热面的金属消耗量，锅炉造价也会增大，运行中风机所消耗的电能也随之而的金属消耗量，锅炉造价也会增大，运行中风机所消耗的电能也随之而增高，还会引起空气预热器的严重低温腐蚀。增高，还会引起空气预热器的严重低温腐蚀。28本讲稿第二十八页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择大、中容量锅炉（D75t/h）的最经济排烟温度（）燃料tgs=150tgs=215235tgs=265干燃料（Wzsar3）11012012013013

23、0140湿燃料（Wzsar420）120130140150150160很湿的燃料（Wzsar20）13014016017017018029本讲稿第二十九页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择热空气温度热空气温度 室燃炉热空气温度的选取，主要取决于燃料的性质。室燃炉热空气温度的选取，主要取决于燃料的性质。着着火火性性能能好好、水水分分低低的的燃燃料料，采采用用较较低低的的热热空空气气温温度度；着着火火性性能能差差、水分较多的燃料，采用较高的热空气温度。水分较多的燃料，采用较高的热空气温度。电厂锅炉的热风温度燃料无烟煤贫煤、劣质烟煤褐煤烟煤洗中煤重油天然气热风干燥剂烟气干

24、燥剂热风温度trk（）380480330380350400300350280350250300空气预热器布置方式双级布置单级或双级布置单级布置30本讲稿第三十页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择工质的质量流速工质的质量流速 31本讲稿第三十一页，共七十页三、锅炉主要设计参数的选择三、锅炉主要设计参数的选择烟气速度烟气速度 烟烟气气速速度度的的选选取取与与受受热热面面的的布布置置面面积积和和受受热热面面的的灰灰分分污污染染、受受热面的磨损等因素有关。热面的磨损等因素有关。一般，横向冲刷的对流受热面，一般，横向冲刷的对流受热面，wy应大于应大于6m/s；当当烟烟温温小小

25、于于7000C时时，按按磨磨损损条条件件确确定定的的横横向向冲冲刷刷错错列列布布置置受受热热面面的的极极限限烟烟速速，一一般般煤煤910m/s；灰灰分分多多和和灰灰分分磨磨蚀蚀型型较较强强的煤的煤78m/s；灰分小和磨蚀型较弱的煤；灰分小和磨蚀型较弱的煤1012 m/s。32本讲稿第三十二页，共七十页12.2 电厂锅炉热力计算的任务及顺序电厂锅炉热力计算的任务及顺序 一、热力计算的任务一、热力计算的任务 锅锅炉炉热热力力计计算算的的任任务务是是确确定定锅锅炉炉受受热热面面与与燃燃烧烧产产物物和和工工质质参参数数之之间间的的关关系系，通通常常按按锅锅炉炉受受热热面面的的传传热热特特点点进进行行热

26、热力力计计算算，大致可分为大致可分为辐射受热面辐射受热面、半辐射受热面半辐射受热面和和对流受热面对流受热面计算三部分。计算三部分。33本讲稿第三十三页，共七十页一、热力计算的任务一、热力计算的任务 按计算任务不同，又可分为按计算任务不同，又可分为设计计算设计计算和和校核计算校核计算。设设计计计计算算：在在给给定定的的给给水水温温度度和和燃燃料料特特性性的的前前提提下下，为为达达到到额额定定蒸蒸发发量量和和蒸蒸汽汽参参数数以以及及选选定定的的经经济济指指标标，计计算算、确确定定锅锅炉炉机机组组的的炉炉膛膛尺尺寸寸及及各各个个受受热热面面的的结结构构和和尺尺寸寸，并并确确定定锅锅炉炉的的热热效效率

27、率和和燃燃料料消消耗耗量量、各各受受热热面面进进出出口口处处的的烟烟温温和和工工质质温温度度、吸吸热热量量以以及及烟烟速速和和工工质质流流速速等等，为为选选择择辅机设备和进行上述其他各项提供原始资料。辅机设备和进行上述其他各项提供原始资料。34本讲稿第三十四页，共七十页一、热力计算的任务一、热力计算的任务校校核核计计算算：在在已已定定的的锅锅炉炉结结构构和和受受热热面面积积条条件件下下，对对锅锅炉炉负负荷荷、燃燃料料、运运行行工工况况或或某某些些结结构构变变化化时时，求求取取各各受受热热面面进进出出口口处处的的工工质质温温度度和和速速度度、烟烟气气温温度度和和速速度度、锅锅炉炉热热效效率率、燃

28、燃料消耗量、空气和烟气量等。料消耗量、空气和烟气量等。35本讲稿第三十五页，共七十页一、热力计算的任务一、热力计算的任务36本讲稿第三十六页，共七十页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序炉膛辐射受热面热力计算方法炉膛辐射受热面热力计算方法 假假设设传传热热过过程程与与燃燃烧烧过过程程分分开开，必必须须考考虑虑燃燃烧烧工工况况影影响响时时，引入经验系数修正；引入经验系数修正；对流传热忽略不计；对流传热忽略不计；火焰和烟气的辐射传热量按某一平均温度计算；火焰和烟气的辐射传热量按某一平均温度计算；只有辐射传热和热平衡两个代数方程式。只有辐射传热和热平衡两个代数方程式。炉炉膛膛校校核核热热

29、力力计计算算中中：先先假假设设炉炉膛膛出出口口烟烟温温，再再与与最最后后计计算算处处的的烟温比较，直到误差不超过烟温比较，直到误差不超过1000C时为止。时为止。37本讲稿第三十七页，共七十页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序壁壁式式过过热热器器和和再再热热器器、前前屏屏等等辐辐射射受受热热面面：合合并并在在炉炉膛膛传传热热计计算算中中同同一一计算，但要考虑辐射面积的计算方法和沿高度方向热力不均。计算，但要考虑辐射面积的计算方法和沿高度方向热力不均。半辐射和对流受热面热力计算方法半辐射和对流受热面热力计算方法 半辐射受热面：半辐射受热面：炉膛上部或出口烟窗的大屏和后屏受热面。炉膛

30、上部或出口烟窗的大屏和后屏受热面。对对流流受受热热面面：凝凝渣渣管管束束、锅锅炉炉管管束束、对对流流过过热热器器、再再热热器器、省省煤煤器器、空气预热器和附加受热面等。空气预热器和附加受热面等。38本讲稿第三十八页，共七十页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序设设计计计计算算顺顺序序：先先确确定定受受热热面面的的布布置置型型式式及及设设计计参参数数（受受热热面面工工质质的的进进、出出口口温温度度），计计算算所所需需的的传传热热量量，再再根根据据已已确确定定的的进进、出出口口烟气温度，计算所需的受热面积。烟气温度，计算所需的受热面积。校核计算顺序：校核计算顺序：先进行结构特性计算，为

31、传热计算提供结构数据。先进行结构特性计算，为传热计算提供结构数据。在进行校核计算中，先假设出口烟温或工质进口（出口）温度。在进行校核计算中，先假设出口烟温或工质进口（出口）温度。式中式中 Qdf用热平衡公式计算出的烟气对流放热量；用热平衡公式计算出的烟气对流放热量；Qcr用传热公式计算出的对流传热量。用传热公式计算出的对流传热量。39本讲稿第三十九页，共七十页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序锅炉机组热力计算顺序锅炉机组热力计算顺序 列列出出与与计计算算任任务务相相应应的的原原始始数数据据。设设计计计计算算时时应应列列出出锅锅炉炉的的蒸蒸发发量量和和蒸蒸汽汽参参数数、给给水水参参

32、数数等等；校校核核计计算算应应给给出出炉炉膛膛及及各各受受热热面面的的尺尺寸寸以以及及所所校校核核的的负负荷荷工工况况；不不论论设设计计计计算算或或校校核核计计算算，都都应应给给出出燃燃料料的特性数据；的特性数据；选选取取各各烟烟道道的的过过量量空空气气系系数数，计计算算三三原原子子气气体体的的容容积积和和容容积积份份额额、烟烟气气和空气的焓。和空气的焓。预预先先估估计计排排烟烟温温度度和和热热风风温温度度，用用以以确确定定热热损损失失、锅锅炉炉效效率率和燃料消耗量。和燃料消耗量。40本讲稿第四十页，共七十页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序计计算算炉炉膛膛传传热热，求求出出炉炉

33、膛膛出出口口处处的的烟烟温温，再再用用逐逐步步逼逼近近法法计计算算各各对流受热面的烟温，按烟气流动方向顺序计算。对流受热面的烟温，按烟气流动方向顺序计算。如如果果计计算算出出的的排排烟烟温温度度与与起起初初估估计计的的排排烟烟温温度度之之差差为为超超过过100C，而而热热空气温度之差未超过空气温度之差未超过400C，则可认为锅炉机组的换热计算结束。，则可认为锅炉机组的换热计算结束。如如果果尾尾部部受受热热面面为为双双级级布布置置：计计算算第第二二级级省省煤煤器器时时按按已已知知的的进进口口烟烟温温和和估估算算的的出出口口工工质质焓焓，第第二二级级空空气气预预热热器器按按已已知知的的进进口口烟烟

34、温温和和假假定定的的热热风风温温度度，第第一一级级省省煤煤器器按按已已知知的的进进口口烟烟温温和和进进口口水水温温，第第一一级级空空气气预热器按已知预热器按已知41本讲稿第四十一页，共七十页式中式中 Q除空气预热器外的各级受热面的热平衡吸热量总和；除空气预热器外的各级受热面的热平衡吸热量总和；gl锅炉效率；锅炉效率；Qr锅炉输入热量。锅炉输入热量。二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序的的进进口口烟烟温温和和进进口口空空气气温温度度，分分别别用用逐逐次次逼逼近近法法求求出出口口烟烟温温和和进进口口（出出口）工质温度。口）工质温度。按下式确定锅炉机组热平衡计算的误差：按下式确定锅炉机组

35、热平衡计算的误差：42本讲稿第四十二页，共七十页二、热力计算的方法与顺序二、热力计算的方法与顺序热力计算相对误差标准：热力计算相对误差标准：整个锅炉机组主要计算数据汇总表。整个锅炉机组主要计算数据汇总表。43本讲稿第四十三页，共七十页 12.3 炉膛热力计算炉膛热力计算 一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算 设设计计新新锅锅炉炉时时，先先按按燃燃烧烧要要求求，根根据据选选取取的的炉炉膛膛容容积积热热负负荷荷和和断断面面热热负负荷荷确确定定炉炉膛膛容容积积及及炉炉膛膛截截面面积积，并并根根据据选选用用的的燃燃烧烧器器型型式式、数数目、布置方式等确定炉膛的深度、宽度和高度。目、布置方式等确

36、定炉膛的深度、宽度和高度。锅锅炉炉校校核核计计算算时时，先先布布置置炉炉膛膛辐辐射射受受热热面面（可可采采用用简简易易估估算算法法），并并给给出出炉炉膛膛结结构构草草图图，进进行行炉炉膛膛结结构构特特性性计计算算，若若经经炉炉膛膛传传热热计计算算后后，校校核核的的炉炉膛膛出出口口烟烟温温不不合合理理，应应对对炉炉膛膛结结构构和和辐辐射射受受热热面面进进行修正后再进行计算。行修正后再进行计算。44本讲稿第四十四页，共七十页一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算炉膛容积计算炉膛容积计算 容容积积边边界界：水水冷冷壁壁管管中中心心线线所所在在的的平平面面或或是是绝绝热热保保温温层层的的向向火火

37、表表面面，不不敷敷设水冷壁的地方为炉膛的壁面。设水冷壁的地方为炉膛的壁面。炉炉膛膛出出口口边边界界：通通过过屏屏式式过过热热器器、凝凝渣渣管管或或锅锅炉炉排排管管的的第第一一排排管管子中心线所在平面。子中心线所在平面。炉炉膛膛下下部部边边界界：炉炉底底，当当有有冷冷灰灰斗斗时时，以以冷冷灰灰斗斗等等分分水水平平面面为为炉炉膛容积边界。膛容积边界。45本讲稿第四十五页，共七十页一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算炉壁面积计算炉壁面积计算 炉膛容积含屏时炉膛容积含屏时 炉炉壁壁面面积积等等于于空空容容积积的的炉炉壁壁面面积积、屏屏的的面面积积和和屏屏区区水水冷冷壁壁面面积积之和，并应考虑屏

38、和水冷壁的曝光不完全性。之和，并应考虑屏和水冷壁的曝光不完全性。F1=Fk+FpZp+FpbZpb Zp=ap/ak Zpb=apb/ak 46本讲稿第四十六页，共七十页一、炉膛几何尺寸的计算一、炉膛几何尺寸的计算辐射受热面面积计算辐射受热面面积计算 F=xiFli Fli=bl双面曝光水冷壁和屏：双面曝光水冷壁和屏：Fli=2bl炉膛容积含屏时，屏和屏区水冷壁的有效辐射受热面积：炉膛容积含屏时，屏和屏区水冷壁的有效辐射受热面积：Fyx,p=Fp Zpxp Fyx,pb=Fpb Zpbxpb式中式中 xp、xpb屏及屏区水冷壁的角系数屏及屏区水冷壁的角系数 47本讲稿第四十七页，共七十页二、炉

39、膛传热计算的基本方程二、炉膛传热计算的基本方程 高温烟气与辐射受热面间的辐射换热方程：高温烟气与辐射受热面间的辐射换热方程：高温烟气在炉内放热的热平衡方程：高温烟气在炉内放热的热平衡方程：48本讲稿第四十八页，共七十页二、炉膛传热计算的基本方程二、炉膛传热计算的基本方程炉膛内的热平衡方程炉膛内的热平衡方程 热热平平衡衡方方程程式式：高高温温烟烟气气与与辐辐射射受受热热面面间间的的辐辐射射换换热热量量等等于于高高温烟气在炉内的放热量温烟气在炉内的放热量 炉炉膛膛换换热热影影响响因因素素：炉炉膛膛黑黑度度a1、辐辐射射受受热热面面平平均均热热有有效效系系数数、辐射受热面积辐射受热面积F1及火焰平均

40、温度及火焰平均温度T。49本讲稿第四十九页，共七十页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法炉膛传热计算方法炉膛传热计算方法 基本假设：基本假设：忽略了炉膛内的对流换热；忽略了炉膛内的对流换热；假假设设存存在在一一个个燃燃料料在在进进入入炉炉腔腔后后瞬瞬间间完完成成燃燃烧烧放放热热过过程程且且不不对对外外进进行行热热交交换换所所能能达达到到的的最最高高温温度度，称称为为理理论论燃燃烧烧温温度度Ta。对对换换热热起起决决定定性性作作用用的的是是炉炉膛膛火火焰焰温温度度，并并且且在在计计算算中中将将炉炉内内温温度度看看作是均匀的；作是均匀的；全部计算均以炉膛出口温度作为定性温度

41、；全部计算均以炉膛出口温度作为定性温度；将水冷壁的投影面作为火焰的辐射表面，称为将水冷壁的投影面作为火焰的辐射表面，称为水冷壁面积水冷壁面积。50本讲稿第五十页，共七十页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法无因次火焰平均温度：无因次火焰平均温度：无因次炉膛出口烟气温度：无因次炉膛出口烟气温度：波尔兹曼准则：波尔兹曼准则：带入炉膛热平衡方程，带入炉膛热平衡方程，51本讲稿第五十一页，共七十页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法由试验得知：由试验得知：所以所以 由试验和准则方程可得炉内辐射传热的准则方程式：由试验和准则方程可得炉内辐射传热的准则方程式

42、：式式中中 M经经验验系系数数，与与燃燃料料的的性性质质、燃燃烧烧方方式式和和燃燃烧烧器器布布置置得得相相对对高高度度、炉内火焰平均温度和理论温度等因素有关。炉内火焰平均温度和理论温度等因素有关。52本讲稿第五十二页，共七十页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法炉膛出口温度：炉膛出口温度：水冷壁的面积水冷壁的面积F1：53本讲稿第五十三页，共七十页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法炉膛黑度的计算炉膛黑度的计算 炉膛黑度炉膛黑度a1 表示火焰有效辐射热流的一个假想黑度表示火焰有效辐射热流的一个假想黑度 火焰黑度火焰黑度 炉炉膛膛中中的的辐辐射射传

43、传热热由由燃燃料料燃燃烧烧形形成成的的高高温温火火焰焰和和烟烟气气流流通通过过辐辐射射向受热面进行的热量传递。向受热面进行的热量传递。火焰中具有辐射能力的成分分为火焰中具有辐射能力的成分分为4种：种：三原子气体三原子气体54本讲稿第五十四页，共七十页三、我国常用的炉膛换热计算方法三、我国常用的炉膛换热计算方法 三三原原子子气气体体的的辐辐射射带带有有选选择择性性，主主要要集集中中在在红红外外线线的的波波长长范范围围内内，其其辐辐射射力力取取决决于于温温度度、辐辐射射成成分分的的分分压压力力和和辐辐射射层层的的有有效效厚厚度度等等。这这种种肉肉眼眼看看不不到到的的三三原原子子气气体体组组成成的的

44、火焰称为火焰称为不发光火焰不发光火焰。焦炭粒子焦炭粒子 焦焦炭炭粒粒子子在在未未燃燃尽尽前前悬悬浮浮在在火火焰焰气气流流中中，具具有有很很强强的的辐辐射射能能力力，使使火火焰焰发发光，是一种主要的辐射成分。光，是一种主要的辐射成分。灰粒灰粒 灰灰粒粒在在高高温温火火焰焰中中也也以以一一定定的的辐辐射射能能力力使使火火焰焰发发光光，含含有有焦焦炭炭粒粒子子和和灰灰粒粒的的火火焰焰称称为为半发光火焰半发光火焰。碳黑颗粒碳黑颗粒 以以固固体体表表面面辐辐射射的的方方式式呈呈现现很很强强的的辐辐射射能能力力，使使火火焰焰发发光光。在在燃燃烧烧器器附附近近含含有有大大量量碳碳黑黑粒子的火焰称为粒子的火焰

45、称为发光火焰发光火焰。55本讲稿第五十五页，共七十页12.4 对流和半辐射受热面的热力计算对流和半辐射受热面的热力计算 对对流流受受热热面面：指指凝凝渣渣管管束束、锅锅炉炉蒸蒸发发管管束束、对对流流过过热热器器和和再再热热器器、省省煤煤器器、空气预热器以及以对流换热为主体的屏式受热面。空气预热器以及以对流换热为主体的屏式受热面。一、基本方程一、基本方程包括：包括：烟气的对流放热公式烟气的对流放热公式、工质的对流吸热公式工质的对流吸热公式和和对流传热公式对流传热公式。对流受热面的传热公式对流受热面的传热公式 对流受热面的传热两取决于对流受热面的传热面积、传对流受热面的传热两取决于对流受热面的传热

46、面积、传热温差和传热系数。热温差和传热系数。56本讲稿第五十六页，共七十页一、基本方程一、基本方程1kg燃料为基准：燃料为基准：烟气的对流放热量公式烟气的对流放热量公式 对流受热面的工质吸热公式对流受热面的工质吸热公式 对对流流吸吸热热量量为为受受热热面面本本身身工工质质的的吸吸热热量量和和受受热热面面所所在在区区域域的附加受热面工质的吸热量。的附加受热面工质的吸热量。57本讲稿第五十七页，共七十页一、基本方程一、基本方程附加受热面的吸热量：附加受热面的吸热量：烟气的对流放热量公式烟气的对流放热量公式 对于主受热面：对于主受热面：对于附加受热面：对于附加受热面：58本讲稿第五十八页，共七十页二

47、、传热系数二、传热系数 传热系数传热系数K 管式受热面的传热系数按多层屏壁的传热系数计算管式受热面的传热系数按多层屏壁的传热系数计算 灰污热阻：灰污热阻：59本讲稿第五十九页，共七十页三、传热温压三、传热温压传传热热温温压压t是是参参与与热热交交换换的的两两种种介介质质在在整整个个受受热热面面中中的的平平均均温温差差。温压的大小均两种介质的流动方向有关。温压的大小均两种介质的流动方向有关。流动方式：流动方式：顺流、逆流、串联混合流、平行混合流和交叉混合流。顺流、逆流、串联混合流、平行混合流和交叉混合流。60本讲稿第六十页，共七十页三、传热温压三、传热温压顺流和逆流顺流和逆流 顺流系统：顺流系统

48、：两种介质在受热面连接系统中彼此同向平行流动。两种介质在受热面连接系统中彼此同向平行流动。逆流系统：逆流系统：两种介质彼此按相反方向平行流动。两种介质彼此按相反方向平行流动。61本讲稿第六十一页，共七十页三、传热温压三、传热温压顺流平均温压：顺流平均温压：逆流平均温压：逆流平均温压：若若tsl0.92tnl，任何复杂系统的传热温压都可表示为：，任何复杂系统的传热温压都可表示为：62本讲稿第六十二页，共七十页三、传热温压三、传热温压串联混合流系统串联混合流系统 是是指指受受热热面面由由两两部部分分组组成成，两两种种介介质质均均串串联联连连接接，由由受受热热面面的的一一部部分分过过渡渡到到另另一一

49、部部分分时时，介介质质相相互互流流动动的的方方向向发发生生变化。变化。63本讲稿第六十三页，共七十页三、传热温压三、传热温压串联混合流系统串联混合流系统串联混合流的传热温压：串联混合流的传热温压：64本讲稿第六十四页，共七十页三、传热温压三、传热温压并联混合流系统并联混合流系统 是是指指受受热热面面由由几几部部分分组组成成，一一种种介介质质为为多多流流程程串串联联连连接接，另另一一种种介介质质为为单单流流程程并并联联连连接接。无无论论加加热热介介质质或或被被加加热热介介质质是单流程的其传热温压的计算是相同的。是单流程的其传热温压的计算是相同的。并联混合流系统的温压：并联混合流系统的温压：65本

50、讲稿第六十五页，共七十页三、传热温压三、传热温压交叉流系统交叉流系统 指指两两种种介介质质的的流流动动相相互互交交叉叉，流流程程数数不不超超过过4的的系系统统。交交叉叉流流系系统统假假设设了了介介质质在在各各自自行行程程内内自自身身没没有有混混合合，只只在在行行程程间才有均匀混合。间才有均匀混合。交叉流系统的温压交叉流系统的温压：66本讲稿第六十六页，共七十页三、传热温压三、传热温压复杂系统复杂系统 复复杂杂系系统统的的传传热热温温压压的的计计算算按按各各区区段段受受热热面面分分别别进进行行，假假定定受受热热面面范范围围内内的的传传热热系系数数为为定定值值，给给定定分分区区段段界界面面上上的的