电站锅炉炉膛设计-学位论文.doc

本 科 毕 业 设 计 第 44页 共43页
1 引言
锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能[1]。
1．1 锅炉简介及发展状况
1.1.1 锅炉简介
将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。燃烧设备以提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备[2]。
锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。
将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉[3]。
1.1.2 锅炉结构
锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒[3]。
锅炉中有汽水系统和煤烟系统两大部分。
（1）汽水系统
经过水处理设备软化处理符合质量要求的给水，由给水本送至省煤器，经预热器提高温度后进入上锅筒（上汽包）。上锅筒内的炉水，连续的沿着处在烟气温度较低区域的对流管束流入下锅筒（下汽包）。下锅筒内的炉水，一部分进入炉膛四周的水冷壁下集箱和水冷壁管；另一部分进入烟气温度较高的对流管束。由于高温作用，在水冷壁内受热汽化，汽化混合物上升至上集箱或上锅筒；进入烟气温度较高区域对流管束内的水也受热汽化，汽水混合物也上升进入上锅筒。再上过桶内汇集并净化的饱和蒸汽，经出气管进入过热器继续受热，提高温度和除去水分，成为过热蒸汽。最后过热蒸汽经出汽总管输送到使用地点。
（2）煤烟系统
锅炉所需的燃煤，在经过筛选和破碎后，经斗式提升机、皮带输送机送到锅炉前部的煤仓。煤仓内的煤通过煤闸门，随着链条炉排的移动，连续的落到炉排上进入炉膛内燃烧。炉排后部的炉渣进入灰斗进入灰坑，有除渣机除去。锅炉燃烧所需的空气，由送风机进入锅炉后部的空气预热器，经预热提高温度后分段送到炉排下，穿过炉排缝隙进入煤层助燃。燃料燃烧产生的高温烟气，现将一部分热量传给炉膛四周的水冷壁管，然后高温烟气从炉膛上部经过立式过热器往后折转与对流管束，在进入后烟道、省煤器和空气预热器，进一步放出热量。此时烟气温度已经大大降低，不再利用，经除尘器、引风机和烟囱排放至大气[2]。
1.1.3 锅炉的发展
随着生产的发展蒸汽锅炉在工业生产或热力发电厂中的使用越来越多，在国民经济中的地位也更为重要，因此如何提高锅炉的安全性、经济性，降低其造价，增长其使用寿命，减少其对环境的污染等等，已成为锅炉发展和研究的重大问题[1]。
火力发电厂中，锅炉是主要生产设备之一，它随着电力事业的发展而不断发展，其发展趋势大体上可按下述几方面来说明：
（1）锅炉容量
世界工业先进国家为了适应电力需要的增长，大多尽快扩大发电机组的单机容量。机组容量增大则每千瓦的设备费用降低，金属耗量减少，基建投资节省。在其他条件相同时，锅炉容量增大一倍，每吨的金属用量金属减少5-20%，所需要管理人员也减少。
（2）蒸汽参数
随机组容量的增大，提高电厂的热效率就变得更为迫切，提高蒸汽参数和采用蒸汽再热提高电厂热效率的有效措施。
1．2 锅炉炉膛
1.2.1 锅炉炉膛的概念
锅炉炉膛是用来燃烧燃料和空气的有限空间。现代锅炉的炉膛既是一个燃烧室，又是一个换热设备。锅炉中工质的总吸热量有一半左右是通过布置在炉膛四周的受热面完成的。因此，分析炉膛的传热特征和研究传热计算的方法是锅炉工作者的重要任务[4]。
1.2.2 锅炉炉膛的设计
锅炉是中国重要的热能动力设备,中国是当今世界燃煤锅炉生产和使用得最多的国家之一。但我国对锅炉设计的起步较晚，发展较慢，尽管如此，广大热工技术人员还是做了大量研究工作。中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。尤其自改革开放以来,随着国民经济的蓬勃发展,全国有上千家持有各级锅炉制造许可证的企业,可以生产各种不同等级的锅炉[5]。
炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热[6]。
炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低
锅炉炉膛设计的一种方法是参照本厂或其它厂已经投运的性能良好的锅炉(即所谓样机炉)结构尺寸及其性能,比较新炉的燃料与样机炉的燃料特性差别,适当调整样机锅炉的结构尺寸及工况参数,从而作为新炉的设计依据。为了适应设计者的习惯,从理论上给出锅炉燃烧稳定性及燃尽性能公式,并令新炉与样机炉两者性能相等,从而解出欲求的新炉设计数据，按此法设计,保证新炉的性能与样机炉一致。
在进行炉膛设计时，炉膛结构尺寸主要包括:炉膛截面深a和宽b，燃烧器上下一次风中心喷嘴距离h，上排一次风喷嘴中心至屏下缘距离L。其它尺寸则参考样机由设计者自行决定。
1．3 锅炉炉膛的传热
1.3.1 锅炉炉膛的传热概述
炉膛的传热过程主要是指炉膛内火焰与水冷壁管间的热交换过程。这种热交换过程是相当复杂的。它常常伴随着燃料的燃烧、火焰和烟气的流动以及水冷壁管外表面辐射特性的变化等。但是，它传热的主要形式却是辐射换热[6]。
炉膛结构的几何特征主要包括：（1）炉膛容积；（2）炉膛内炉墙总面积；（3）炉膛有效辐射受热面的面积；（4）炉膛火焰有效辐射层厚度；（5）炉膛水冷程度。
关于锅炉炉膛传热计算方法的研究已有100多年的历史。迄今为止,工程界和学术界提出的炉膛传热计算方法和模型各式各样、名目繁多。由于炉内传热过程复杂、相关因素很多,现有的炉膛传热计算方法和模型难免存在这样或那样的问题。为便于从现有的众多计算方法和模型中选用合适的计算方法和模型,因此要对炉膛传热计算方法的发展状况及现有的主要计算方法进行分析。在此基础上,指出目前工程设计计算中应优先选用的方法以及今后炉膛传热计算方法研究的方向。
1.3.2 锅炉炉膛传热计算常用方法
由于辐射换热在工程领域中的普遍存在及其求解的重要意义,国外锅炉炉膛传热设计一直在发展，一些新的炉膛传热计算方法和模型仍在不断涌现。这些模型各有优劣,对不同的问题所能获得的解的精度和适用性各不相同。
零维模型
Hudson最早进行锅炉炉膛传热试验研究,并于1890年提出了锅炉炉膛传热计算的经验公式,后由Orrok加以修正,得到如下形式的经验关系式：

式中 μ——炉膛吸热率,%
L——空气与燃料的质量比,kg/kg
B——以优质烟煤为基准计算的燃料量,kg/h
Fl——辐射受热面投影面积,㎡
Mullikin根据辐射传热的Stefan-Boltzmann定律提出了如下形式的炉内辐射传热计算公式：
Q=aHσ(Thy4-Tb4)
式中 a——黑度
σ——Stefan-Boltzmann常数
Thy——火焰平均温度,K
Tb——壁面温度,K
H——有效辐射受热面积,㎡
前苏联中央汽轮机锅炉研究所(ЦКТИ)以ГУРВИЧ为首的研究小组在综合了大量的试验数据的基础上,提出了锅炉炉膛传热计算的半经验方法,称为ЦКТИ法。由于此方法当时在实际计算中有较高的准确性,于1957年和1973年2次写入前苏联锅炉机组热力计算标准方法中。
零维模型粗糙,但形式简单、使用方便、适合炉膛初步设计使用。
多维模型
自50年代末Hottel等人提出辐射换热的区域法模型以来,目前已有许多辐射换热的计算方法,常见的主要有:蒙特卡罗法、热流法、离散坐标法等。这些方法各有优劣,所能获得的解的精度及详细程度以及网格与流动计算的相容性也不相同。
（1）蒙特卡洛法
蒙特卡洛法作为一种概率模拟方法,自Howell将其引入到辐射传热计算领域中以来,已有很长的一段历史。其基本思想是对微元体的发射、吸收和散射以及边界壁面的发射、吸收和反射过程作概率模拟。通过概率模拟跟踪每个能束的发射、吸收、散射和反射的情况,直到吸收为止,并统计每个微元吸收能束的数目。
（2）热流法
热流法将微元体界面上复杂的半球空间热辐射简化成垂直于此界面的均匀热流,使积分-微分形式的辐射传递方程简化为一组有关热通量的线性微分方程,然后用通用的输运方程求解方法求解。
（3）离散坐标法
辐射传递方程的离散坐标解法是Chan-drasekhar研究星际和大气辐射问题时首先提出的，并被Lathrp等人应用于中子传输问题。Love等人最早将其引入到一维平板辐射换热问题的求解中。最近，Truelove、Fiveland和Jamaluddin对离散坐标法在三维辐射传热计算中的应用进行了研究。
离散坐标法基于对辐射强度的方向变化进行离散，将辐射传递方程中的内向散射项用数值积分近似代替，通过求解覆盖整个4π立体角的一套离散方向上的辐射传递方程而得到问题的解[8]。
1．4本次炉膛设计方法及目的
本次设计主要采取零维模型法，先要完成锅炉整体的校核热力计算，之后完成煤种改变后炉膛及其中各受热面的结构设计及热力计算，总结煤种改变对炉膛的传热影响。绘制锅炉本体结构图，炉膛及其中各受热面平面图、剖面图及管道布置图[9]。
通过对某型号电站锅炉炉膛的设计，让学生通过具体的实践，进一步深入理解、掌握和综合运用所学的专业课知识，进一步拓宽知识面，通过一定的技能训练，培养分析和解决实际问题的能力，使学生得到基本的训练，达到本科生培养目标的要求。通过毕业设计进一步提高和训练学生工程制图、计算机应用和文献阅读、外文翻译、摘要书写的能力；熟悉有关设计规范、技术手册和工具书；增强本科生毕业后到生产第一线工作的适应能力。
1．5 设计的基本参数
1.5.1 锅炉参数
锅炉额定蒸发量：De=220t/h=220×103kg/h
给水温度：tgs=215oC
过热蒸汽压力（表压）：pgs=9.8Mpa
过热蒸汽温度：540oC
制粉系统：中间仓式（热空气做干燥剂、钢球筒式磨煤机）
燃烧方式：四角切圆燃烧
排渣方式：固态
环境温度：20oC
1.5.2 燃料特性
水分：Mar=24%
灰分：Aar=21.3%
碳： Car=39.3%
氢： Har=2.7%
氧： Oar=11.2%
氮： Nar=0.6%
硫： Sar=0.9%
收到基低位发热量：Q=14580kJ/kg
干燥无灰基挥发分：Vdaf=37%
空气干燥基水分： Mad=1.6%
BTH法可磨性系数：Kkm=1.3
变形温度：1150 oC
软化温度：1300 oC
熔化温度：1360 oC
1.5.3 过量空气系数和漏风系数
选取过量空气系数总的原则是在保证燃料稳定燃烧的基础上，减少锅炉的热损失。由于过量空气系数引起的热损失主要是排烟热损失q2但在一定范围内还可以使q3、q4减少，使锅炉效率降低。过量空气系数也与燃煤种类有关，对于固体燃料的锅炉过量空气系数应较大。
设计锅炉时一般以炉膛出口烟窗处的过量空气系数作为选取基点，它主要与炉膛中燃料的燃烧效率有关，燃烧效率越高，炉膛出口烟窗处的过量空气系数选取的较小。
非额定负荷时漏风系数△α=
式中 De——锅炉额定负荷
D——锅炉实际负荷
2 辅助计算
为了便于锅炉各受热面的热力计算，往往在热力计算开始之前，依据提供的原始资料和数据，将热力计算中常用到的一些基本参数和数据，如锅炉的各处烟气量、烟气成分、烟气特性参数以及烟气焓温表等，设计成计算图或计算表，以便在以后的计算中随时查用。这些计算图（表）的计算称为锅炉热力计算的辅助设计计算或准备计算。显然，锅炉辅助计算将直接影响锅炉热力计算的质量[13]。
辅助计算包括以下内容：
（1） 燃料数据的分析和整理；
（2） 锅炉漏风系数的确定和空气量平衡；
（3） 燃料的燃烧计算及烟气特性参数的确定；
（4） 锅炉热平衡及锅炉热效率、燃料消耗量的估算。
2．1 燃料数据的分析和整理
燃料数据应符合锅炉设计热力计算的规定和要求。对燃料来说，要求提供以下原始资料：
（1） 煤的应用基元素成分；
（2） 用测热计测取的煤的应用基低位发热量；
（3） 煤的干燥无灰基挥发分含量；
（4） 灰的熔融特性参数（t1、t2、t3）值；
（5） 煤的可磨性系数
以上数据均已在前言中燃料特性中说明。
2．2 锅炉的空气量平衡
在负压下工作的锅炉机组，炉外的冷空气不断地漏入炉膛和烟道内，致使炉膛和各个烟道内的空气量、烟气量、温度和焓值相应的发生变化。
对于炉膛和烟道各处实际空气量的计算称为锅炉的空气量平衡。在锅炉热力计算中，常用过量空气系数来说明锅炉炉膛和烟道的实际空气量。
锅炉的空气量热平衡见表1-1[1]。
2．3 燃料燃烧计算
2.3.1 计算内容
燃烧计算是以单位质量或体积的燃量为基础。燃料燃烧计算包括：燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算。
（1）燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论烟气。
（2）烟气特性计算：各受热面的烟道平均过量空气系数、干烟气容积、水蒸气积、烟气总容积、RO2容积份额、三原子气体和水蒸气容积份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。
计算中需注意的是，由于本炉屏和凝渣管的漏风系数为0，故炉膛、屏式过热器、凝渣管的出口过量空气系数均相同，可直接取炉膛出口过量空气系数；炉膛、屏式过热器、凝渣管平均过量空气系数也直接取炉膛出口过量空气系数；其他受热面的平均过量空气系数则取该受热面的进、出口过量空气系数的算术平均值。
（3）烟气焓的计算需要分别计算炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温空气预热器、低温省煤器等所在烟气区域的烟气不同温度下的焓，并列成表格，做成所谓的焓温表，以备以后计算查用。计算过程中用到的受热面出口过量空气系数见表1-5[3] 。
2.3.2 空气和烟气的焓
要进行锅炉受热面的传热计算必须知道如何计算空气和烟气的焓，在这里空气和烟气的焓在定压条件下将1kg燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0oC加热到toC（空气）或℃（烟气）时所需的热量，单位为kJ/kg。
（1）理论空气焓
已知：燃料的种类及其元素分析成分
计算R2O容积
计算理论氮容积
计算理论空气量
计算理论干烟气容积VgyO
已知：各受热面出口过量空气系数
计算各受热面烟道平均过量空气系数αpj
计算各受热面理论水蒸气容积
计算各受热面实际干烟气容积Vgy
计算各受热面水蒸汽容积VH2O
计算各受热面实际烟气容积Vy
根据经验取飞灰份额αfh
计算各受热面三原子气体和水蒸气容积总份额r(=rR2O+rH2O)
计算质量飞灰浓度μy
图1 燃料燃烧计算方框图

根据理想气体焓的计算方法，理论空气量的焓为为
=Vo(ct)k kJ/kg
（2）实际空气量的焓
实际空气量的焓hk的计算式为
hk=β=βVo(ct)k kJ/kg
式中 (ct)k——1 m3标准状态下的干空气连同其携带的水蒸气在温度toC时的焓。
表2.1 1 m3空气、各种气体及1kg灰的焓
气
体
温
度

二氧化碳
氮气
水蒸气
干空气
飞灰、灰渣
kJ/(Nm3)
kJ/(kg)
100
170.03
129.58
150.52
130.04
80.8
200
357.46
259.52
304.46
261.42
169.1
300
558.51
392.01
462.72
395.46
263.7
400
771.58
526.52
626.16
531.56
360
500
994.35
663.8
794.85
671.35
458.5
600
1224.66
804.12
968.88
813.9
559.8
700
1461.88
947.52
1148.84
959.56
663.2
800
1704.88
1093.6
1334.4
1107.36
767.2
900
1952.28
1241.55
1526.04
1257.84
873.9
1000
2203.5
1391.7
1722.9
1409.7
984
1100
2458.39
1543.74
1925.11
1563.54
1096
1200
2716.56
1697.16
2132.28
1719.24
1206
1300
2976.74
1852.76
2343.64
1876.16
1360
1400
3239.04
2009.72
2559.2
2033.92
1571
1500
3503.1
2166
2779.05
2193
1758
1600
3768.8
2324.48
3001.76
2353.28
1830
1700
4036.31
2484.04
3229.32
2513.96
2066
1800
4303.7
2643.66
3458.34
2676.06
2184
1900
4574.06
2804.01
3690.37
2838.41
2358
2000
4844.2
2965
3925.6
3002
2512
2100
5115.3
3427.53
4463.25
3165.33
2640
2200
5386.48
3289.22
4401.98
3329.7
2760
（3）理论烟气焓
理论烟气是多种成分的混合气。有工程热力学可知，其焓值等于各组成成分焓的总和，所以理论烟气的焓的计算式为
= kJ/kg
烟气焓温表
表2.6烟气焓温表（用于炉膛、屏式过热器、高温过热器的计算）
烟气或空气温度υ（℃）
理论烟
气焓h0y（kJ/㎏）
理论空
气焓h0k（kJ/㎏）
理论烟气焓增（每100℃）∆h0y
炉膛、屏、凝渣管
高温过热器
ɑ"=1.2
ɑ"=1.225
hy
∆hy
hy
∆hy
400
2595.61
2096.61
—
3014.93
—
3067.35
—
696.04
806.25
820.02
500
3291.65
2647.66
3821.18
3887.37
714.67
827.36
841.45
600
4006.32
3211.09
4648.54
4728.82
733.12
848.12
862.49
700
4739.44
3786.10
5496.66
5591.31
749.29
866.01
880.60
800
5488.73
4369.70
6362.67
6471.91
762.29
880.87
895.69
900
6251.02
4962.58
7243.54
7367.60
775.29
895.24
910.24
1000
7026.31
5562.35
8138.78
8277.84
787.32
909.29
924.54
1100
7813.63
6172.22
9048.07
9202.38
797.24
919.96
935.30
1200
8610.87
6785.81
9968.03
10137.68
808.17
932.64
948.19
1300
9419.04
7408.15
10900.67
11085.87
713.60
938.95
954.62
1400
10232.64
8034.90
11839.62
12040.49
821.79
947.72
963.46
1500
11054.43
8664.54
12787.34
13003.95
828.55
955.47
971.34
1600
11882.98
9299.15
13742.81
13975.29
836.40
963.69
979.60
1700
12719.38
9935.61
14706.50
14954.89
838.20
965.54
981.46
1800
13557.58
10572.30
15672.04
15936.35
843.75
972.98
989.14
1900
14401.33
11218.47
16645.02
16925.49
847.17
976.23
992.36
2000
15248.50
11863.77
17621.25
17917.85
854.88
985.08
1001.35
2100
16103.38
12514.77
18606.33
18919.20
852.94
982.86
999.10
2200
16956.32
13164.35
19589.19
19918.30
式中 ——理论烟气中各成分在温度时的焓值。
由于，且两者的比热容接近，故取。
（4）实际烟气的焓
实际烟气的焓hy等于理论空气焓、过量空气焓（α-1）和烟气中灰飞焓hfh之和，即
hy=+（α-1）+hfh kJ/kg
其中飞灰焓hfh为：
hfh= kJ/kg
式中 ——1kg灰在时的焓（见表2.1）。
飞灰的焓数值较小，因此只有在满足以下条件时才计算：

在锅炉烟道中，沿着烟气温度的流程。不同部位的过量空气系数和烟温不同，因此烟气的焓也不同。在受热面的传热计算中，必须分别计算各个受热面所在部位的烟气焓并制成焓温表，根据过量空气系数和烟气温度，可求出烟气的焓；反之，也可以由过量空气系数和烟气的焓查出烟气的温度[14]。
2．4 锅炉热效率及燃烧消耗量的估算
2.4.1 锅炉热效率及燃烧消耗量计算步骤
锅炉热效率及燃烧消耗量可按以下步骤估算：
（1）计算锅炉输入热量；
（2）依照燃料及燃烧设备估计机械不完全燃烧热损失和化学不完全燃烧热损失；
（3）假定锅炉排烟温度并计算锅炉排烟温度热损失；
（4）确定锅炉散热损失和灰渣物理损失；
（5）用反平衡法计算 ；
（6）计算锅炉工质有效利用热量；
（7）计算锅炉燃料消耗量。由于计算时涉及的排烟温度为假定温度，所以计算出的燃料消耗量实为估算值[15]。
计算锅炉输入热量
依照燃料及设备分别查取或计算q3、q4
假定排烟温度，计算排烟损失q2
分别查取或计算q5、q6
计算总热损失∑q及锅炉热效率η
计算锅炉有效利用热
计算实际燃料消耗量B
求出计算燃料消耗量B
图2 锅炉热平衡及燃料消耗量计算方框图
计算完低温空气预热器后，来校验排烟温度

2.4.2 锅炉输入热量
应用于1kg燃料输入锅炉的热量为
Qr=Q+hr+Qwr+Qvq
式中 Q——燃料的收到基低位发热量，kJ/kg；
hr——燃料物理显热，kJ/kg；
Qwr——外来热源加热空气时带入的热量，kJ/kg；
Qvq——雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg；
式中各项热量计算如下：
（1）燃料的物理显热hr
设计时 hr=cp.artt
试运行时 hr=cp.ar(tr-to) kJ/kg
式中 cp.ar——燃料的收到基比定压热容，kJ/(kg·oC)；
tr——燃料温度，oC；
to——基准温度，取送风机入口空气温度，oC。
固体燃料比热容cp.ar为
cp.ar=cdr kJ/(kg·oC)
式中 cdr——燃料干燥基比热容，kJ/(kg·oC)。
对于煤粉炉，hr相对数值较小。若燃料未用外界热能加热，则只有当时，才必须计算这项热量。
（2）外来热源加热空气时带入的热量Qwr
Qwr= kJ/kg
式中 ——空气预热器入口的过量空气系数；
——按加热后空气温度计算理论空气的焓，kJ/kg；
——基准温度下的理论空气焓，kJ/kg。
（3）对于燃煤锅炉，如果燃料和空气都没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分，则输入热量Qr=Q
2.4.3 各项热损失
（1）化学不完全热损失q3根据经验取用0.5%，机械不完全燃烧热损失q4根据经验取用1.5%。
（2）锅炉散热损失q5根据经验取用0.5%。
（3）灰渣物理热损失q6
灰渣物理热损失是指锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降所携带的热量未被利用而引起的热损失。
Q6= kJ/kg
或 q6=
式中 ——灰渣中灰分的份额，由固态排渣炉和褐煤煤粉根据经验取用0.08；
——灰渣温度，当不能直接测量时，固态煤粉排渣炉可取600OoC；液态排渣煤粉炉可取tlz=FT3+100oC（FT3为煤灰的熔化温度）
——1kg灰渣在oC时的焓，按表2.1查取，kJ/kg
当燃煤的折算灰分小于10%（即Azs=）时，固态排渣炉可忽略炉渣德尔物理热损失；液态排渣炉、旋风炉可忽略飞灰的物理热损失；对燃油及燃气锅炉，q6=0。
（4）排烟热损失q2
kJ/kg

hlk=pyVo(ct)lk
式中 hpy——排烟焓，kJ/kg
hlk——冷空气焓，kJ/kg
py——排烟处的过量空气系数。
在设计锅炉时，合理的取用锅炉排烟温度是一个关系锅炉长期经济可靠工作的实际问题。选择较低的排烟温度可以降低锅炉排烟热损失，有利于提高锅炉热效率，节约能源及锅炉的运行费用。但是，排烟温度降低却使尾部受热面中烟气与工质的传热温差减小，传热面积增大，金属消耗量和设备的初投资增多。另外排烟温度低还会引起末级烟道中硫酸蒸汽街路，使低温受热面腐蚀及堵灰，这样缩短了设备的使用寿命，增加了烟气的流动阻力和引风机的电功率消耗。堵灰严重时，引风机的压头不能保证炉膛和各个烟道正常的负压状态，还会危及到锅炉的出力和机组的正常运行。所以，排烟温度的选择是一个涉及到很多因素的复杂问题。仅仅根据锅炉设备的投资、运行费用和设备德尔补偿年限等条件所确定的排烟温度较经济排烟温度，随着锅炉参数的提高，给水温度的不断增加，经济排烟温度也不断提高，给水温度不断增加，经济排烟温度也不断提高，对于中小型锅炉虽然给水温度低，但由于排烟过量空气系数较大，经济排烟温度也较大。对于大中型锅炉，由于燃料消耗量的绝对值增大，为了节省燃料，需提高锅炉的热效率。各受热面的传热温差设计较小，因此经济排烟温度也较低。
在进行校核热力计算时，如果计算经验不足，计算q2时，也可暂时按表2-7[3]选择排烟温度（我国电厂锅炉排烟温度推荐值）。
其中 =
对于本设计经计算得=0.069%<3%；故排烟温度选取为125 oC。
2.4.4 锅炉热平衡及燃烧消耗计算
（1）锅炉输入热量Qr QrQar,net=14580 kJ/kg
（2）排烟温度py 要先估后校取125℃
（3）排烟焓hpy 查焓温表用插值法求得为1031.88 kJ/kg
（4）冷空气温度tlk tlk=20℃
（5）化学未完全燃烧损失q3=0.5
（6）机械未完全燃烧损失q4=1.5
（7）排烟处过量空气系数py查表1-1[3]即低温空预器出口过量空气过量系数可得
py=1.39
（8）排烟损失q2
q2=(100-q4)(hpy-pyholk)/Qr=6.00
（9）散热损失q5 q5=0.5
（10）灰渣损失q6 q6=0
（11）锅炉总损失∑q ∑q= q2 +q3+ q4+ q5+ q6=8.5
（12）锅炉热效率 =100-∑q=91.5
（13）保热系数
==0.9946
（14）锅炉有效利用热Q
Q=Dgr(-hgs) = 5.613×108 kJ/h
式中 Dgr=D=220×103kg/h；
——过热蒸汽焓依据高温过热蒸汽参数在附录表中查得，其值将在表格中列出，查表得3475.4kJ/kg；
hgs——给水焓依据低温省煤器入口参数在附录表中查得，其值将在表格中列出，查表得924.15kJ/kg。
（15）实际燃料消耗量B
B=100=42100 kg/h
式中 Q——锅炉有效利用热效率；
——锅炉热效率；
Qr——锅炉输入热量，近似等于Q。
（16）计算燃料消耗量Bj
Bj=B(1-)=41500 kg/h
烟气特性如下表所示
表2.5 烟气特性表
序号
项目名称
符号
单位
炉膛，屏，凝渣管
高温过热器
低温过热器
高温省煤器
高温空预器
低温省煤器
低温空预器
1
受热面出口过量空气系数
α"

1.2
1.225
1.25
1.27
1.32
1.34
1.39
2
烟道平均过量空气系数
αpj

1.2
1.2125
1.2375
1.26
1.295
1.33
1.365
3
干烟气容积
Vgy
m3/㎏
4.5732
4.622
4.7182
4.8052
4.94
5.076
5.211
4
水蒸气容积

m3/㎏
0.6724
0.6732
0.6748
0.6762
0.6784
0.6805
0.6827
5
烟气总容积
Vy
m3/㎏
5.2456
5.2952
5.393
5.4814
5.62
5.761
5.8937
6
RO2容积份额

0.14
0.141
0.137
0.135
0.132
0.128
0.126
7
水蒸气容积份额

0.128
0.127
0.125
0.123
0.121
0.118
0.116
8
三原子气体和水蒸气容积总份额
r

0.27
0.267
0.261
0.257
0.253
0.246
0.24
9
容积飞灰浓度
μv
g/m3
37.36
37.26
36.34
35.75
34.87
34.02
33.25
10
烟气质量
my
㎏/㎏
6.85
6.91
7.036
7.15
7.327
7.503
7.68
11
质量飞灰浓度
μy
㎏/㎏
0.029
0.028
0.028
0.027
0.027
0.026
0.025
2.4.5 锅炉内的燃烧计算
（1）理论空气量Vo
Vo=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.033Oar=3.87 m3/kg
（2）理论氮容积VoN2
VoN2=0.8+0.79Vo=3.06 m3/kg
（3）RO2容积VRO2
VRO2=1.866+0.7=0.74 m3/kg
（4）理论干烟气容积Vgyo
Vgyo= VoN2+VRO2=3.81 m3/kg
（5）理论水蒸气容积VoH2O
VoH2O=11.1+1.24+1.61dkVo(dk=0.01kg/kg)= 0.66 m3/kg
（6）飞灰份额αfh查表2-4[3]可得0.92
烟气焓温表（用于低温空预器的计算）
表2.7烟气焓温表（用于低温空预器的计算）
烟气或空气温度(℃)
理论烟气焓hoy(kJ/kg)
理论空气焓hok(kJ/kg)
理论烟气焓增(每100℃)Δhoy
低温空预器
=1.39
hy
Δhy
100
621.68
512.51
—
821.56
—
639.14
841.28
200
1260.82
1030.81
1662.84
657.65
863.41
300
1918.47
1558.41
2526.25
677.14
887.04
400
2595.61
2096.61
3413.29
696.04
910.95
500
3291.65
2647.66
4324.24
714.67
934.41
600
4006.32
3211.09
5258.65
—
—
3 锅炉炉膛受热面的布置及其热力计算
3．1 锅炉的外形布置
校核热力计算：校核热力计算的任务是在锅炉容量和参数、燃料性质、锅炉各部结构、和尺寸已知的情况下，确定各受热面边界处的水、风、烟温度以及风、烟流经各受热面时的速度和锅炉效率、燃料消耗量等。校核热力计算可以帮助人们正确制定出提高锅炉安全经济运行的和改造锅炉的合理措施，同时也为锅炉的其他计算，如锅炉的通风计算、强度计算及水动力计算提供依据[10]。校核热力计算的主要内容包括：
（1）锅炉辅助设计计算：这部分计算的目的是为后面受热面的热力计算提供必要的基本计算数据或图表。
（2）受热面热力计算：其中包含为热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算。
（3）计算数据分析：这部分内容往往是鉴定设计质量、考核学生专业知识水平的主要依据。
整体校核热力计算过程如下：
（1）列出热力计算的主要原始数据，包括锅炉主要参数和燃料特性参数；
（2）根据燃料、燃烧方式及锅炉结构布置特点，进行锅炉通道空气量平衡计算；
（3）理论工况