广东工业大学锅炉原理课件

对高参数锅炉，蒸发吸热比例更小，不足以完全吸收炉膛 中燃料燃烧放出的辐射热；而过热吸热增加很多，有必要在 炉膛内布置过热器，如顶棚过热器和屏式过热器。
中、高参数的中小容量锅炉通常采用管式空气预热器，并
放在尾部烟道最下方。当热空气温度低于300℃时，尾部受热 面采用单级布置，超过300℃时应采用双级布置。这是因为烟 气和空气的热容量不等，使空气预热器的进口和出口截面上
缺点：占地大；烟道转弯容易引起受热面局部磨损；锅炉 转弯烟室部分难以利用，当燃用发热值低的劣质燃料时，尾 部对流受热面可能布置不下。
h
3
2、塔式布置 其特点是烟气一直向上流动，炉膛可呈正方形，四周
布置膜式水冷壁直至炉膛上部，适用于褐煤、多灰分劣质 烟煤。
优点：所有对流受热面均水平悬吊在炉膛上部，便于疏水； 烟气流速高，锅炉体积小，占地少；烟气不改变方向，对 受热面冲刷均匀，磨损减轻。
1、燃油、燃气锅炉
2、燃煤锅炉
（1）挥发份（2）灰份（3）灰渣熔融性（4）水分
（5）含硫量
h
11
h
12
§5-2 主要设计参数的选择
一、排烟温度
1、技术经济因素
2、工作可靠性
表13－2，表13－3为推荐的经济排烟温度。
二、热风温度
热风除了在煤粉制备中起干燥预热作用外，主要是用来帮
助煤粉在炉内迅速着火。热风温度高些当然好，但需要布置更
h
16
在沸腾式省煤器的沸腾段中则保持大于1.0m/s。省煤器工质 的阻力损失，对高压锅炉不应超过汽包工作压力的5％，对中 压锅炉不应超过8％。
§5-3 锅炉热力计算方法
一、热力计算的目的:
①设计一台锅炉时，通过热力计算确定炉膛及各部分受热 面的面积，确定锅炉的燃料消耗量、锅炉效率等参数；
②当锅炉燃用的燃料与锅炉原设计的燃料有较大改变时， 需要对锅炉进行热力校核计算，以核定炉膛出口、各对流受 热面出口烟气温度以及锅炉过热器出口过热蒸汽温度；
h
6
的温压不等，预热空气的温度越高，进口截面的温压越小， 如果仍然采用单级布置，则不会达到预期的热风温度或者 使传热面积大增。为了经济合理地利用受热面积，烟气进 口截面上的传热温压不应低于25－30℃。采用双级布置就 是要适当地分配各级省煤器和空气预热器的吸热量，使得 在一定得设备补偿年限内使省煤器和空气预热器得总投资 和运行费用之和最小。
再热器是为了提高电厂循环效率而设置的，故尽量减少再
热蒸汽阻力很重要。一般再热器中的蒸汽阻力控制在 0.2MPa以下，则再热蒸汽的质量流速常采用较低值，见表 13－5。计算表明，再热蒸汽阻力每增加0.1MPa,汽轮机热 耗将增加0.28％，循环效率约降低0.45％。因此，再热系统 阻力不得超过再热蒸汽进口压力的10％，再热器本体阻力
缺点：锅炉很高，安装和检修困难；蒸汽管道长；将空气 预热器和送、引风机放在顶部，加重锅炉负荷。
为了克服上述缺点，将全塔型与П型结合，形成半塔型布 置。将空气预热器、除尘器和送引风机放到地面。
h
4
3、箱型布置
广泛用于中、大容量燃油、燃气锅炉。
优点：布置紧凑，除空气预热器以外的各个受热面部件都 布置在一个箱型炉体中，外形尺寸小，构架简单、占地面 积小。
第五章 锅炉本体的设计和布置
§5-1 锅炉本体布置 §5-2 主要设计参数的选择 §5-3 锅炉热力计算方法
h
1
基本要求：
1、掌握蒸汽参数和锅炉容量对锅炉本体布置的影响； 2、掌握燃料特性对锅炉本体布置的影响（重点）； 3、了解锅炉本体布置的典型结构的特点； 4、掌握锅炉热力计算的方法（重点）。
h
D f
Kg/(m2.s)
选定了质量流速就可以方便地得出过热器地总流通截面 积。选用质量流速时可参考表13－5的推荐值，然后从 管壁温度计算、强度计算和阻力计算的结果来判断是否
合适。如果壁温太高，则增大 ；如果阻力太大， 则减少 。屏式过热器和墙式过热器工作条件差， 故选用较高的 值。
h
15
2、再热蒸汽的质量流速
超临界压力锅炉的工质是单相流体，只能采用直流锅炉， 加热吸热量比例约占30％，其余为过热吸热量。类似于亚临 界以下参数的蒸发区，是相变点附近的最大比热区，工质比 容也有较大的变化，这部分管屏应布置热负荷较低的区域， 以免发生传热恶化。
综上所述，锅炉受热面的布置从总体热平衡的角度，是 随锅炉参数的变化而调整的，h并从最佳传热考虑，将工质 10
约为总阻力的一半。为满足蒸汽流速要求，再热器用较大 直径的管子且常用多重管圈，管圈数可达6－8个。
3、省煤器水速
水速过低，管内析出的气体不易被水带走，会导致管内气 塞和腐蚀，如果是沸腾式省煤器还会发生汽水分层，影响 安全运行；水速过高，阻力增大，会增加水泵的电耗。所 以，在锅炉额定负荷时，省煤器中的水速不得低于0.3m/s，
h
18
4、假定排烟温度进行热平衡计算，确定各项热损失，计算锅 炉热效率、燃料消耗量和保热系数等。
5、假定预热空气温度，进行炉内换热计算，即炉膛热力计 算。 6、按烟气流向对烟道内各个对流受热面进行热力计算。各受 热面计算时一般分两步进行，先作结构特性计算，后作传热 计算。 7、热力计算数据的修正和热平衡计算误差的校核。 8、列出整个锅炉机组的主要热力计算数据的汇总表。
h
5
对于低参数、小容量锅炉（工业锅炉）的受热面主要是蒸 发受热面，除了炉膛水冷壁外，对流烟道中还要布置锅炉管 束。
中参数锅炉中加热和过热吸热量增加，蒸发吸热量较少。 仅布置在炉膛中的水冷壁就可满足蒸发吸热量的要求。通常 为单锅筒П型布置，在对流水平烟道放置过热器，尾部竖井放 置省煤器和空气预热器。
缺点：锅炉较高，水平对流受热面支吊结构复杂；过热器 辐射特性较差；安装检修不方便。
二、蒸汽参数和锅炉容量对锅炉本体布置的影响
见表13－1，随着参数提高，蒸发吸热的比例下降，过 热吸热的比例则大幅增加，而加热水的比例增加不多。这 些变化将直接影响到参与这三部分吸热的省煤器、蒸发受 热面和过热器（再热器）在锅炉内的布置。
h
17
③为提高原有锅炉的出力或提高热效率，有时需要对锅 炉进行技术改造或加装尾部受热面时，热力计算是锅炉 技术改造必须的依据；
④为锅炉空气动力计算、水动力、管子壁温和强度等计 算提供原始资料。 二、热力计算的步骤 1、确定原始数据。包括锅炉的容量、蒸汽参数、燃料 特性、给水参数。 2、根据燃料性质、燃烧方式、锅炉构造进行空气平衡 计算。 3、根据各受热面进、出口过量空气系数，进行理论空 气量、烟气量计算并编制烟气性质表和焓温表。
h
7
h
8
h
9
不下，这时可联合使用管式和回转式空气预热器。高温段用 管式，低温段则用回转式。回转式空气预热器直径较大，要 布置在尾部烟道的外面。
对亚临界参数、带中间再热的锅炉，随着吸热比例增加， 过热器和再热器受热面积进一步增加。在减少水冷壁蒸发受 热面的同时，将再热器受热面也移进炉膛，设置墙式再热器。 并在尾部烟道上部并列或分开布置再热器和过热器。
h
20
h
21
四、举例说明尾部受热面单级布置的计算程序和方法 1、省煤器 2、空气预热器 五、举例说明尾部受热面双级布置的计算程序和方法 1、高温省煤器 2、高温空气预热器 3、低温省煤器 4、低温空气预热器
思考题：如何选取排烟温度和炉膛出口烟温？
h
22
多的空气预热器，故通常只要燃料能稳定燃烧，热风温度不必
太高。一般只是挥发份少的无烟煤，水分高的褐煤以及液态排
渣方式时需选用高的热风温度。表13－4为热风温度的推荐值。
设计单级空气预热器时的热风温度或双级空气预热器的第一级
出口的热空气温度可用下式计算:
h
13
trk=tgs+40+0.7(tpy-120)
h
19
三、热力计算包括设计计算和校核计算。
设计计算：对锅炉各个部件进行设计计算时，可根据指定的 烟气温度及受热工质的温度确定各个部件的吸热量，然后计 算温压及传热系数，并由传热方程式求出受热面的数值。
校核计算：实际上在设计各个部件时，经常采用校核计算的 方法。各部件的受热面先加以布置确定，然后计算部件的吸 热量。在计算时，先假定其中一种介质的终温和焓，并按传 热方程式计算出另一种介质的终温，接着计算传热系数和温 压，并按传热方程式计算受热面的吸热量。如果按传热方程 式得到的吸热量与按热平衡方程式求出的吸热量之差不超过 2%，则计算即告完成。否则重新假定终温后在进行计算。
2
§5-1 锅炉本体布置
一、锅炉本体布置的典型结构
锅炉本体布置采用的炉型，要根据燃料种类、燃烧方式、 锅炉容量、循环方式和厂房布置条件来选择。
1、 П型布置：应用最广泛，各种容量和各种燃料均可采用。
优点：高度较低，安装起吊方便；受热面易于布置成工质与 烟气呈相互逆流；尾部烟道烟气向下流动，有利于吹灰；锅 炉烟气出口在底层，送风机、引风机、除尘器等均布置在地 面。
超高参数锅炉的蒸发吸热比例进一步大幅减少，相应的
过热和再热的比例增加。这时就需要在炉膛中多放置一些 过热受热面。除了顶棚过热器和后屏过热器外，还在炉膛 上部放置了前屏过热器。再热器则放置在水平烟道后部和 尾部烟道上部。(Pg35图2－17）
随着锅炉容量的增加和空气预热温度的提高（350℃以 上），单用管式空气预热器会因所需受热面积太大而布置
温度高的对流受热面放在高烟温处。且受热面的布置随参 数的提高而趋于复杂，尤其是过热器和再热器系统，从单 纯的对流过热器发展到有大屏、后屏、包覆管、高温过热 器和低温过热器；增加了再热器，且从单纯的对流再热器 到墙式再热器。
三、燃料特性对锅炉本体布置的影响
锅炉设计时必须给定设计燃料，因为同样容量、参数的 锅炉，由于所用燃料不同，受热面的布置就要作相应的改 变。
选用过热器中的蒸汽流速要兼顾管壁的足够冷却和流动
阻力适当。通常要求过热器系统的总阻力不超过过热器出 口压力的10％，在满足壁温安全的前提下使压降尽可能降 低些。
h
14
蒸汽在过热器过热器中流动，压力和温度不断变化，密度
相应变化，使蒸汽流速的计算很麻烦。故而引入与蒸汽的
压力、温度无关的“质量流速”概念，质量流速定义为： 每秒通过每m2截面的蒸汽质量，即
三、炉膛出口烟温
一般是指炉膛出口进入对流受热面（对流管束、凝渣管束） 之前的烟气温度。无论在设计时，还是运行时，选择和控 制好炉膛出口烟温是关系到锅炉经济性和可靠性的重要问 题。决定炉膛出口烟温时要考虑以下因素： （1）防止对流受热面结渣 （2）技术经济比较 四、各受热面的工质流速 1、过热蒸汽流速