第10章 锅炉整体布置

BcalQar ,net qB , kW/m2 AB
qB↑，火焰越集中，燃烧器区域温度↑，对着火和稳定燃烧有 利，但可能导致燃烧器区域壁面结渣，NOX↑。 4. 炉膛壁面热负荷qf：也称炉膛辐射受热面的热流密度。可用 于计算锅炉水动力工况及判断管壁温度高低。
qf
BcalQ re f F
, kW/m2
一、锅炉本体的典型布置： 1. Π型布置：应用范围最广的炉型。由垂直柱体炉膛、 水平烟道和下行对流烟道组成。 Π型布置锅炉和厂房的高度较低，送引风机、除尘器 等笨重设备可作低位布置（建筑在地面），减轻了厂 房和锅炉构架的负载。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
水平烟道中，可以采用简便的悬吊式受热面。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
塔型布置的锅炉高度过大，过热器、再热器和省煤器 都布置的很高，汽水管道较长。 空预器、送引风机、除尘器等都采用高位布置（布置 在锅炉顶部），加重了锅炉构架和厂房的负担，使造 价提高。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
4. 半塔型布置：对塔型布置进行改进，将塔型布置中的 空预器、送引风机、除尘器等笨重设备布置在地面， 以减轻锅炉构架和厂房的负载，避免汽、水管道过长。 占地面积大于塔型布置。 5. 箱型布置：主要用于容量较大的燃油燃气锅炉。特点 是除空预器外的各个受热面都布置在一个箱型炉体中， 结构紧凑、占地小、密封性好。
qV过大：
BcalQar ,net qV , kW/m3 Vf
锅炉容量一定，则炉膛容积过小，造成煤粉气流在 炉膛停留时间τ过小，造成不完全燃烧，q3、q4↑。 炉膛容积↓，水冷壁面积↓，炉温和炉膛出口烟气温 度↑，易结渣；排烟温度↑，q2↑。 qV过小：
炉膛容积↑ ，炉温↓，对着火和稳定燃烧不利；水冷 壁面积↑，金属耗量↑，造价↑。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
二、影响锅炉本体布置的因素 1. 蒸汽参数：对锅炉本体布置有重大影响，不但对炉型 的选择有决定性影响，还影响到锅炉受热面的布置。 参数的变化使锅炉内加热、蒸发和过热吸热量的比例 发生变化。随参数的提高，蒸发吸热比例下降，过热 吸热比例大幅度提高，这直接影响到省煤器、水冷壁、 过热器及再热器在炉内的布置。
着火性能差、水分高的燃料，采用较高的trk。
五、工质质量流速：对受热面运行的安全性和经济性有 很大影响。
质量流速太低：工质的传热能力下降，受热面管壁温 度升高，影响受热面的安全运行。 质量流速太高：工质的流动阻力大。一般要求过热器 系统的总阻力应不大于过热器出口压力的10%；再热 系统的总阻力应不大于0.2MPa；省煤器中水的阻力应 不大于汽包压力的10%。 对于非沸腾式省煤器，质量流速的下限应避免受热面 内部的氧腐蚀；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工 质的汽水分层。
蛇形管的结构
单管圈
双管圈
多管圈
过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管 圈，这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽流速有关。 在烟气通路截面不变并保持烟气流速的情况下，可通 过改变管圈数目来改变蒸汽速度。如由单管圈变为双 管圈，蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来 的一半，而过热器若顺列布置，则管圈的增加不影响 烟气通路截面和烟气流速。
3. 燃料：燃料的种类和性质对锅炉布置影响较大。固体 燃料的挥发分、水分、灰分、硫分含量及灰分的性质 等都会影响锅炉的布置。
挥发分：挥发分低的煤，不易着火和燃尽，因此炉膛 容积热负荷取小些，炉膛截面热负荷取较大，炉膛呈 瘦高状，既保证了煤粉在炉内的停留时间，又保持燃 烧器区域的高温，同时有利于尾部烟道的合理布置。 同时敷设卫燃带。
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锅炉设计时，可根据选用的qV、qA确定炉膛容积和截面 积，并由此决定炉膛宽度、深度及高度。 低挥发分煤，为了稳定着火，qA应该取大些；灰熔点较 低的煤，为了避免结渣，qA应该取小些。比如，无烟煤 为了燃尽qV值小，为了稳定着火qA值大，炉膛呈瘦高状。
3. 燃烧器区域壁面热负荷qB：单位时间、燃烧区域单位炉壁面 积上，燃料燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平 及火焰集中情况。
对流烟道有自身通风作用，烟气阻力比Π型布置小。
过热器和再热器采用水平布置，易于清除管内沉积物， 便于进行酸洗。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
பைடு நூலகம்
炉膛上部对流受热面内，烟气速度场和温度场分布较 均匀，减小了流场不均匀造成的热偏差，有利于提高 金属材料的安全裕度。 烟气在对流受热面中不改变流动方向，烟气中的飞灰 不会因离心力而集中造成受热面的磨损，对于多灰燃 料非常有利。
烟气在竖井中向下流动，受热面易于布置成逆流传热 方式，并使尾部受热面检修方便。 占地面积大，烟道转弯易引起烟气速度场和飞灰浓度 场不均匀，影响传热性能，并造成受热面的局部磨损。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
2. Γ型布置：取消了Π型布置中的水平烟道，保留垂直柱 体炉膛和下行对流烟道。
水分：水分增大会引起炉膛温度下降，使炉内辐射传 热量减小，对流吸热量增大。水分多的煤要求较高的 热风温度，一般采用热风送粉系统，同时需增大空预 器的受热面积。
灰分：灰分增多会加剧对流受热面的磨损，尤其是烟 气转弯的局部地方。应采用较低的烟气速度。锅炉可 采用塔型或半塔型布置，烟气在对流烟道中不改变流 动方向，对减少受热面磨损有利。 灰分的性质：主要是灰熔点和灰成分。灰熔点影响炉 膛出口烟气温度的选择，进而影响炉膛内辐射吸热量 与对流吸热量的比例，也影响受热面的结构尺寸。
硫分：对锅炉低温腐蚀和高温腐蚀均有影响，因此也 需注意受热面的布置。
锅炉主要设计参数的选择
一、 炉膛热强度：是锅炉的主要设计热力参数。 1. 炉膛容积热负荷：单位时间、单位炉膛容积内，燃 料燃烧所释放出的热量。反映煤粉气流在炉内的停 留时间。
BcalQar ,net qV , kW/m3 Vf
2. 炉膛截面热负荷qA：单位时间、炉膛单位截面上，燃料 燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平。
BcalQar ,net qA , kW/m2 A
qA↑，A↓，炉膛截面周长↓，水冷壁面积↓，燃烧器区域 温度↑，可能导致燃烧器区域结渣，NOX↑。
qA↓，A↑，燃烧器区域温度↓，不利于着火。
亚临界压力锅炉：过热吸热比例进一步增大，过热器 和再热器受热面积需进一步增加。在减少水冷壁面积 的同时，再热器的布置向炉膛发展。 超临界压力锅炉：只能采用直流锅炉，不存在蒸发受 热面。
2. 锅炉容量：锅炉容量与蒸汽参数一般同向变化，即大 容量的锅炉，一般蒸汽参数也高。
随锅炉容量增大，炉膛的几何尺寸呈现非线性增大， 并且炉膛容积的增幅大于炉膛截面积的增幅。
qf↑，炉膛单位壁面吸收的热量↑，炉内烟气温度↑，易造成 水冷壁结渣。
二、 炉膛出口烟气温度 ： 过高：炉内辐射受热面布置过少，造成炉膛出口处 对流受热面易结渣。 过低：炉内辐射受热面布置太多，造成炉膛温度降 低，影响稳定燃烧和换热。 一般根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比 值（使辐射受热面和对流受热面的金属耗量及总成本 最小）对应的 约为1250℃。 不应超过 为保证炉膛出口处对流受热不结渣， 灰的软化温度ST-100℃。 当无可靠灰熔点时，一般取 <1050℃。
六、烟气速度：同样对受热面运行的安全性和经济性也 有影响。
烟气速度太低：受热面积灰加重，对流传热下降，受 热面面积增加。 烟气速度太高：飞灰磨损加重。 锅炉额定负荷下，考虑磨损后横向冲刷受热面的极限 烟速：对于一般的煤为9～10 m/s；对于灰多和灰分磨 蚀性较强的燃料为7～8 m/s；对于灰少和磨蚀性较弱 的煤为10～12 m/s。
不同参数等级下工质的不同吸热量比例
中压锅炉：蒸发吸热比例较高，加热和过热吸热比例 较少，一般用布置在炉膛中的水冷壁即可满足蒸发吸 热的要求。
高压锅炉：蒸发吸热比例减少，过热吸热比例提高， 炉膛内燃料燃烧放出的辐射热供给蒸发吸热绰绰有余， 有必要将一部分过热器移入炉内，如顶棚过热器、布 置在炉膛出口处的屏式受热面。并开始布置再热器。 超高压锅炉：蒸发吸热比例大幅减小，过热吸热比例 大幅提高。必须将更多的受热面移入炉内，开始放置 前屏过热器，再热器一般位于水平烟道后部和尾部烟 道上部。
Γ型布置节省钢材，节约占地面积。
尾部受热面与Π型布置一样，完全采用悬吊结构。
一般搭配使用回转式空预器，不能使用管式空预器。
a.Π型
b.Γ型
c.T型
d.塔型
e.半塔型
f.箱型
3. 塔型布置：对流烟道布置在炉膛的上方，锅炉垂直向 上发展，取消了不宜布置受热面的转向室。
塔型布置锅炉炉墙表面和占地面积均较小。
三、 排烟温度 py ：燃料费用和尾部受热面金属费用总 和最少时所对应的温度。
py 较低，排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料； 但由于尾部受热面传热温压降低，金属耗量增多。 含硫量较高的燃料，排烟温度 py 应取较高值，以避免 低温腐蚀和堵灰，影响锅炉工作的可靠性。 四、热空气温度trk：主要取决于燃料的性质。 着火性能好、水分低的燃料，采用较低的trk。
随锅炉容量增大，炉墙面积的增加落后于锅炉容量的 增大，水冷壁面积增加较慢，炉膛出口烟温提高。为 了保证炉膛出口烟温不至过高，可采用双面水冷壁或 在炉膛上部布置较多的屏式受热面。
随锅炉容量增大，烟气容积增幅超过炉膛几何尺寸的 增幅，为了保持对流烟道内的烟气速度不至过高，锅 炉对流烟道的尺寸可以接近甚至超过炉膛尺寸。但对 流烟道尺寸过大易造成烟气流场不均，因此可采用T 型布置，炉膛两侧都有对流烟道，每侧的对流烟道尺 寸缩小，保证烟气流场均匀。 大容量锅炉的过热器和再热器采用更多并列管数管圈。