1、220t/h煤粉锅炉热力设计煤粉锅炉热力设计20092009热动热动锅炉设计锅炉设计n辅助设计计算n热力计算n水力计算n空气、烟气阻力计算n强度校核锅炉热力计算的目的锅炉热力计算的目的n目的：目的：确定锅炉受热面与燃烧产物和工质参数间的确定锅炉受热面与燃烧产物和工质参数间的 关系；关系；n基础：基础：燃料的燃烧计算和锅炉的热平衡计算；燃料的燃烧计算和锅炉的热平衡计算；n按受热面性质分为按受热面性质分为炉膛换热计算炉膛换热计算和和炉膛出口后对流炉膛出口后对流受热面的换热计算受热面的换热计算；n按计算方法分为按计算方法分为设计计算设计计算和和校核计算校核计算。n烟气侧：烟气侧：燃料与空气混合，着火
2、、燃烧、产生高温燃料与空气混合，着火、燃烧、产生高温烟气，与水冷壁进行热交换（辐射为主、对流为辅）。烟气，与水冷壁进行热交换（辐射为主、对流为辅）。n工质侧：工质侧：管内工质流动，吸收烟气放热量（以对流管内工质流动，吸收烟气放热量（以对流换热为主换热为主）。）。n在炉膛的出口将烟气冷却到合适的温度，（烟气进入在炉膛的出口将烟气冷却到合适的温度，（烟气进入密集对流管束，低于灰熔融温度，不结渣）。密集对流管束，低于灰熔融温度，不结渣）。主要任务主要任务n（1 1）设计计算：）设计计算：已知炉膛出口温度，求受热面（数已知炉膛出口温度，求受热面（数量和布置等）量和布置等）n（2 2）校核计算：）校核计
3、算：已知炉膛内布置的受热面，求出炉已知炉膛内布置的受热面，求出炉膛出口烟气温度。膛出口烟气温度。n 炉膛出口截面上的平均烟气温度是计算的核心炉膛出口截面上的平均烟气温度是计算的核心炉膛热力计算炉膛换热计算的主要困难炉膛换热计算的主要困难n炉膛结构复杂，火焰温度分布不均匀，火焰辐射特炉膛结构复杂，火焰温度分布不均匀，火焰辐射特性不易确定（黑度），性不易确定（黑度），n受热面污染对传热的影响程度，极难定量估计。受热面污染对传热的影响程度，极难定量估计。n基于纯数学方法描述物理化学过程的炉膛换热计算基于纯数学方法描述物理化学过程的炉膛换热计算方法尚未工程实用，方法尚未工程实用，n采用依赖大量经验数据
4、的计算方法。采用依赖大量经验数据的计算方法。炉膛内复杂换热过程简化炉膛内复杂换热过程简化我国现行工程计算方法我国现行工程计算方法n1将炉膛内燃烧与传热过程分开考虑将炉膛内燃烧与传热过程分开考虑n2炉膛内换热以辐射换热方式进行炉膛内换热以辐射换热方式进行n3炉内温度看作均匀，火焰辐射按平均火焰温度计算，炉内温度看作均匀，火焰辐射按平均火焰温度计算，n4炉膛受热面及火焰面均按灰体处理。炉膛受热面及火焰面均按灰体处理。n基本物理模型：基本物理模型：n复杂的炉膛换热过程被简化为两个无限接近的灰体表面复杂的炉膛换热过程被简化为两个无限接近的灰体表面（具有不同的温度和黑度）间的辐射换热问题。（具有不同的温
5、度和黑度）间的辐射换热问题。炉膛传热的基本方程炉膛传热的基本方程（1 1）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)(440bhylsfjTTFaQB)()(lapjlljfjTTcVBIQBQB（2 2）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二者相等得到炉膛换热的基本方程二者相等得到炉膛换热的基本方程:炉膛换热基本方程炉膛换热基本方程)()(440lapjbhylsTTcVBTTFa炉膛换热基本方程进一步推导炉膛换热基本方程进一步推导n引入引入水冷壁热有效系数水冷壁热有效系数（为简化左侧）)()(440lapjbhylsTTcVBTT
6、Fa投射到炉壁上的热量受热面的吸热量（9-7）火焰的有效辐射火焰的有效辐射n根据传热学原理根据传热学原理GEGEJbb)1(hyJbhhybhyJaEJ)1(,火焰有效辐射火焰有效辐射 表达为，表达为，n水冷壁热有效系数也可以表述为：水冷壁热有效系数也可以表述为：火焰的有效辐射热量换热量火焰和水冷壁间的辐射hybhyJJJ火焰与水冷壁间的辐射换热量为火焰与水冷壁的有效辐射热的火焰与水冷壁间的辐射换热量为火焰与水冷壁的有效辐射热的差值，差值，即，即，bhyfJJqn火焰的本身辐射为：40,hyhyhybTaEhybJJ)1(hyhhybhyJaEJ)1)(1(,)1(40hyhyhyhyhyaa
7、TaJ定义炉膛黑度:(1)hylhyhyaaaa40hylhyTaJ由上式得：于是：带入上式并整理得n换热基本方程变化为换热基本方程变化为)(40lapjhyllTTcVBTFababTla根据以上结果，炉膛内辐射换热量可表达为根据以上结果，炉膛内辐射换热量可表达为 40hyllhylfjTFaJFQB引入炉膛黑度 避免了确定 与 的困难。（9-11）n 热有效系数热有效系数投射到受热面上的热量受热面的吸热量投射到炉壁的热量投射到受热面的吸热量xx火焰的有效辐射量火焰和水冷壁间的换热沾污系数沾污系数角系数角系数关系关系校核计算特点和目的n校核计算的校核计算的目的目的是：计算得到出口烟气温度和出
8、口（或是：计算得到出口烟气温度和出口（或进口）工质温度；进口）工质温度；n迭代计算迭代计算的特点明显；不仅体现在每组受热面的计算，的特点明显；不仅体现在每组受热面的计算，还用在过热器系统和整台锅炉。还用在过热器系统和整台锅炉。烟温烟温？工 质 温 度？工 质 温 度？（）烟温烟温工 质 温 度工 质 温 度（？）？）H Hk k计算时，计算时，已知：已知：受热面，进受热面，进口烟气温度和进口（或出口烟气温度和进口（或出口）工质温度；口）工质温度；对流受热面换热计算对流受热面换热计算n利用三个基本方程利用三个基本方程 对流传热方程 烟气侧热平衡方程 工质侧的热平衡方程n分别从传热和热平衡的角度来
9、表达对流受热面分别从传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流传热量。的对流传热量。n以以1kg1kg燃料为基准燃料为基准(kJ/kg)(kJ/kg)对流受热面换热计算的基本方程n1对流受热面的传热方程对流受热面的传热方程djK tAQB)(0lkdIIIQfjdQBiiDQ)(kgkJBiiDQjd/)(kgkJIIQkykykykyd/)(2(00烟温烟温？工质温度？或工质温度？或烟温烟温工质温度工质温度或？或？H Hk k对流受热面换热计算基本方程2烟气侧热平衡方程烟气侧热平衡方程3工质侧热平衡方程（工质侧热平衡方程（与受热面有关与受热面有关）（9-91）（9-83）（9-84）（9-85
10、）（9-86）迭代计算的原因n两种介质均各已知一个温度，两种介质均各已知一个温度，n两种介质均有一个温度未知，两种介质均有一个温度未知，n只有一个热平衡方程，无法求解只有一个热平衡方程，无法求解n必须采用先假定后校核的迭代计算方法必须采用先假定后校核的迭代计算方法烟温烟温？工质温度？工质温度？烟温烟温工质温度工质温度H Hk k迭代计算步骤迭代计算步骤n先先假定假定其中一种介质的终温，其中一种介质的终温，n按按热平衡方程式热平衡方程式求出受热面的吸热量并计算出另一种介质的终温，求出受热面的吸热量并计算出另一种介质的终温，n计算传热系数和温压，按计算传热系数和温压，按传热方程式传热方程式计算受热面的吸热量，计算受热面的吸热量，n传热方程计算的热量传热方程计算的热量应该等于应该等于热平衡方程计算的烟气放热量或工质热平衡方程计算的烟气放热量或工质吸收的热量吸收的热量n否则重新假定终温后再行计算，直至热量之相对误差差在规定范围否则重新假定终温后再行计算，直至热量之相对误差差在规定范围烟温烟温？工质温度？工质温度？烟温烟温工质温度工质温度H Hk k锅炉锅炉整体整体结构结构 蒸汽流程蒸汽流程各各受受热热面面的的热热力力计计算算允允许许误误差差
