1、 1 2 锅炉热力 计算 2.1 热力计算类型和方法 开发一台新型锅炉产品时首先要做好设计工作，设计中要对锅炉的性能、结构、经济性和可靠性等各方面进行各种计算，以有定量的了解。这些计算包括锅炉热力计算、水循环或水动力计算、空气动力计算、烟气阻力计算、管子金属壁温 度 计算、强度计算、炉墙和构架计算等，而热力计算则是这些计算中最主要和基础的计算，并为其他计算提供所需的数据资料。 锅炉的计算主要分为两大类：设计计算、校核计算 。 设计新锅炉时的热力计算称为设计热力计算（也称设计计算） 7。其任务是在给定的给水温度和燃料特性的前 提下，为达到额定蒸发量和蒸汽参数以及选定的经济指标，计算、确定锅炉机组
2、的炉膛尺寸及各个受热面的结构和尺寸，并确定锅炉的热效率和燃料消耗量、各受热面进出口处的烟温和工质温度、吸热量以及烟速和工质流速等，为选择辅机设备和进行上述其他各项计算提供原始资料。 设计计算是在锅炉的额定负荷下进行的，为了预计锅炉在其他负荷下的工作特性，以及锅炉在燃用非设计燃料时的热力特性，都要重新进行热力计算，称之为校核热力计算（也称校核计算） 7。其任务是在已定的锅炉结构和受热面积条件下，对锅炉负荷、燃料、运行工况或某些结构变化时， 求取各受热面进出口处的工质温度和速度、烟气温度和速度、锅炉热效率、燃料消耗量、空气和烟气量等。目的是为了得到锅炉在非设计工况条件下运行的经济指标，为锅炉结构改
3、进、选择辅机设备和其他各项计算提供原始数据和资料。 设计计算和校核计算所用的计算方法基本相同，即计算时所依据的传热原理、2 计算公式和图表都是相同的，其差别仅仅是计算任务和所求数据不同。但做校核计算时，不仅烟气的中间温度和内部介质温度是未知数，而且排烟温度、预热空气温度，甚至有时连过热蒸汽出口温度都是未知数，因此，校核计算时要预先假定这些未知数，然后用逐步 逼近法去最后确定之。 2.2 热力计算步骤 设计计算和校核计算的目的不同，而在进行具体计算时都采用校核计算的方法。即使对新锅炉做设计计算时，也是预先布置好受热面，然后用校核计算的方法计算。如 计 算出的吸热量、温度、流速等与预计值相差较大，
4、则修改受热面的数量和布置后再算，直到满足预定要求。 校核计算的计算 步骤 为 8： （ 1） 按计算任务书列出原始数据； （ 2）选取各烟道的过量空气系数，计算三原子气体的容积和容积份额、烟气和空气的焓； （ 3）预先估计排烟温度和热风温度，用以确定热损失、锅炉效率和燃料消耗量； （ 4）计算炉膛传热，求出炉膛出口处的烟温，再用逐步逼近法计算各对流受热面的烟温，按烟气流动方向顺序计算； （ 5）如果计算得出的排烟温度与起初所估计的排烟温度之差未超过 10 C，而热空气温度之差未超过 40C，则可认为锅炉机组的换热计算结束。如超过误差，则需重新假定排烟温度及热空气温度进行计算 ； （ 6）如果尾
5、部受热面为双级布置，情况要复杂些：计算第二级省煤器时按已3 知的进口烟温和估算的出口工质焓，第二级空气预热器按已知的进口 烟温和假定的热风温度，第一级省煤器按已知的进口烟温和进口水温，第一级空气预热器按已知的进口烟温和进口空气温度，分别用逐次逼近法求出口烟温和进口（出口）工质温度。所求出的第一级省煤器出口水温和第二级省煤器进口水温之差应不超过 10C。同样，要求空气预热器的第一级出口与第二级进口空气的温差小于 10 C； （ 7）按下式确定锅炉机组热平衡计算的误差： 4r gl f p gr z r gd smQ = Q Q + Q + Q + Q + Q + Q 1 100q 式中： rQ
6、为锅炉输入热 （ kJ/kg ） ； gl 为锅炉热效率 （ % ） ； 4q 为机械不完全燃烧损失 （ % ） ； fQ 、 pQ 、 grQ 、 zrQ 、 gdQ 、 smQ 分别为对 1kg 燃料而言的炉膛辐射受热面、屏式受热面、对流过热器、再热器、过渡区和省煤器等各部分受热面的吸热量 （ kJ/kg ） 。各部分吸热量均用热平衡方程式求得的值带入。 4 3 锅炉的热力计算 实例 3.1 锅炉的参数 1.额定蒸发量 D 10t/h； 2.蒸汽压力 P 1.3MPa； 3.蒸汽温度 grt 350C； 4.给水温度 gst 105 C； 5.冷空气温度 lkt 30C； 预热 空气温度
7、rt 150 C； 7.排烟温度 py 180C； 8.锅炉排污率 pwP 5； 3.2 燃料与燃烧计算 3.2.1 锅炉燃料 本次研究的对象是燃煤锅炉其煤质的元素分析列于表 3-1。 表 3-1 煤质的元素分析 表 应用基成分（ %） arC arH arO arS arN arA arW 46.55 3.06 6.11 1.94 0.86 32.48 9.00 可燃基挥发份 rV =38.5% 应用基低位发热值 ydwQ =17664kJ/kg 3.2.2 燃料的燃烧计算 （ 1） 锅炉受热面的过量空气系数及漏风系数 过量空气系数： 燃料燃烧时实际供给的空气量与理论空气量之比。 漏风系数：
8、 锅炉受热面所在烟道漏入烟气的空气量与理论空气量之比，亦即该烟道出、进口处烟气中过量空气系数之差 9。 5 表 3-2 过量空气系数及漏风系数表 序 号 锅炉受热面 入口过量空气系数 漏风系数 出口过量空气系数 1 2 3 4 5 6 炉膛 凝渣管 蒸汽过热器 锅炉管束 省煤器 空气预热器 1.40 1.50 1.50 1.55 1.65 1.75 0.10 0 0.05 0.10 0.10 0.10 1.50 1.50 1.55 1.65 1.75 1.85 （ 2） 理论空气量、理论烟气容积的计算 理论空气量 0kV =0.0889（ arC +0.3755 arS ） +0.265 ar
9、H 03330.0 arO （ 3-1） =0.0889（ 46.55+0.3751.94） +0.2653.06 0.0333 6.11 =4.810Nm3 /kg 三原子气体容积 20ROV=0.01866（ arC +0.3755 arS ） （ 3-2） =0.01866（ 46.55+0.3751.94） =0.882 Nm3 /kg 理论氮气容积 20NV=0.79 0kV +0.8100arN （ 3-3） =0.794.810+0.810086.0 =3.807 Nm3 /kg 6 理论水蒸气容积 20HOV=0.111 arH +0.0124 arW +0.0161 0kV
10、（ 3-4） =0.1113.06+0.01249.00+0.01614.810 =0.528 Nm3 /kg 将理论空气量和理论烟气容积的结果列入 表 3-3 中 。 表 3-3 理论空气量和理论烟气容积表 序 号 名 称 符 号 单 位 结 果 1 理论空气量 0kV Nm3 /kg 4.810 2 三原子气体容积 2ROVNm3 /kg 0.882 3 理论氮气容积 20NVNm3 /kg 3.807 4 理论水蒸气容积 20HOVNm3 /kg 0.528 （ 3） 各受热面烟气特性计算公式 “ 2pj （ 3-5） 2HOV=20HOV+0.016( 1pj ) 0kV （ 3-6）
11、 yV = 2ROV + 20NV + 2HOV +( 1pj ) 0kV （ 3-7） 2ROr=2RO yVV（ 3-8） 2HOr=2HO yVV（ 3-9）qr = 2ROr + 2HOr （ 3-10） 将各受热面烟气特性汇入表 3-4 中 。 7 表 3-4 各受热面烟气特性表 序号 名 称 符号 单位 炉膛凝 渣管 蒸汽过热器 锅 炉 管 束 省煤器 空气预 热器 1 过量 空气系数 pj 1.50 1.525 1.60 1.70 1.80 2 水蒸气容积 2HOVNm3 /kg0.567 0.569 0.574 0.582 0.332 3 烟气总容积 yV Nm3 /kg 7.
12、622 7.742 8.103 8.584 9.065 4 2RO 份额 2ROr0.1157 0.1139 0.1088 0.1027 0.0973 5 2HO份额 2HOr0.0693 0.0682 0.652 0.0615 0.0582 6 三原子份额 qr 0.1850 0.1821 0.1740 0.1642 0.1555 3.3 锅炉热平衡及燃料消耗量计算 表 3-5 锅炉热平衡及燃料消耗量计算结果 序号 名 称 符 号 单 位 计 算 公 式 或 依 据 数 值 1 燃料低位 发热值 ydwQ kJ/kg 给 定 17664 2 冷空气温度 lkt C 设计给定 30 3 冷空气
13、理论焓 0lkI kJ/kg 0k lkctV 4.8139.6 190 4 排烟温度 py C 设计给定 180 5 排烟焓 pyI kJ/kg 根据 py =1.85 查 文献 2蒸汽温焓表3-5 2354 6 固体不完全燃 4q % 按 文献 1表 4-2 选取 14 8 烧热损失 续表 3-5 序号 名 称 符 号 单 位 计 算 公 式 或 依 据 数 值 7 气体不完全燃 烧热损失 3q % 按 文献 1表 4-2 选取 1 8 排烟损失 2q % 0 4100pypy lkydwQII q 235 4 1.85 190 (100 14)17664 9.74 9 散热损失 5q %
14、 查 文献 1表 3-5 1.70 10 灰渣漏煤比 hzlm 查 文献 1表 4-2 0.80 11 灰渣的物理 热损失 6q % hz lm hz arydwctQ A 0 .8 0 5 6 0 3 3 .1 217664 0.82 12 锅炉总热 损失 q % 2 3 4 5 6 9 . 3 9 1 1 4 1 . 7 0 0 . 8 2q q q q q 27.26 13 锅炉热效率 % 100 q 72.74 14 过热蒸汽焓 gqi kJ/kg 按 P=1.3Mpa 查 文献 2附录表 3 3151 15 饱和水焓 pwi kJ/kg 按 P=1.4Mpa 查 文献 2附录表 2
15、845 16 给水焓 gsi kJ/kg 按 gsi =105 C 查 文献 2附录表 4 441 17 锅炉排污率 pwP % 给定 5 18 锅炉有效 利用热 glQ kJ/h 2730200100 1 7 6 6 4 7 2 .7 4glydwQQ 27302000 19 燃料消耗量 B kg/h 2730200100 1 7 6 6 4 7 2 .7 4glydwQQ 2114 20 计算燃料 消耗量 Bj kg/h 4 14(1 ) 205 4( 1 )100 100qB 1818 9 21 保热系数 551.7011 72 .7 4 1. 70q q 0.977 3.4 炉膛的热力
16、计算 3.4.1 炉膛的结构特性 （ 1） 标高计算 详见 图 3-1、表 3-6。 图 3-1 炉 膛结构标 表 3-6 炉膛标高计算 结构名称 计 算 式 标高（ mm） A 1400+1085tan9 1572 B 1400+4370tan9 2092 C 、 F 2092+1305tan55 3956 D 7300+1900tan 7809 E 7300 10 G 3956-920tan20 3621 H 1600+320tan 2154 I 同前联箱中心标高 1600 （ 2） 炉膛包覆面积 详见 图 3-1。 1） 侧墙 A = ( 7 .3 0 0 3 .9 5 6 ) ( 7
17、.8 0 9 3 .9 5 6 ) 0 .5 1 .9 0 0 =6.84m2 B = 1.30 5 ( 3.95 6 2.09 2) 0.5 =1.22m2 C = ( 1 .5 7 2 1 .1 0 0 ) ( 2 .0 9 2 1 .1 0 0 ) 0 .5 3 .2 8 5 =2.40m2 D =0.595(3.956 1.100)=1.70 m2 E = ( 3 .9 5 6 1 .1 0 0 ) ( 3 .6 2 1 1 .1 0 0 ) 0 .5 0 .9 2 0 =2.47m2 F = ( 2.15 4 1.10 0) ( 1.60 0 1.10 0) 0.5 0.32 0 =0.25m2 cqF =6.84+1.22+2.40+1.70+2.47+0.25=14.88m2 2）后墙 1 . 5 7 2 1 . 1 0 0 0 . 4 7 2m ( 2.029 1.572 )AB /sin9 =3.32m 1 .3 0 5 / s in 3 5BC =2.28m 7 .8 0 9 3 .9 5 6CD =3.85m (0 . 4 7 2 3 . 3 2 2 . 2 8 3 . 8 5 ) 2 . 7 2hqF =26.98m2 3） 前、顶墙 1.600 1.100 0.50m 0.32 / c os 60HI =0.64m
