热力计算

1.水冷壁、锅炉管束、省煤器、过热器、再热器、凝渣管、空气预热器的作用是什么？水冷壁：（1）吸收炉膛内火焰的热量，是主要蒸发受热面，将烟气冷却到合适的炉膛出口温度。

（2）保护炉墙。

（3）悬吊敷设炉墙、防止炉壁结渣。

凝渣管：是蒸发受热面，进一步降低烟气温度，保护烟气下游密集的过热受热面不结渣堵塞。

锅炉管束：是蒸发受热面。

过热器：是过热受热面。

将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需过热蒸汽的温度。

省煤器：（1）降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

（2）充当部分加热受热面或蒸发受热面。

空气预热器：（1）降低排烟温度提高锅炉效率。

（2）改善燃料着火条件和燃烧过程，降低燃烧不完全损失，进一步提高锅炉效率。

（3）提高理论燃烧温度，强化炉膛的辐射传热。

（4）热空气用作煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输粉介质。

2.水冷壁、省煤器、过热器、空气预热器可分为哪几类？各有什么优缺点？水冷壁可分为光管水冷壁和膜式水冷壁。

光管水冷壁优点：制造、安装简单。

缺点：保护炉墙的作用小，炉膛漏风严重。

膜式水冷壁：优点：对炉墙的保护好，炉墙的重量、厚度大为减少。

炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，可采用轻型炉墙。

水冷壁的金属耗量增加不多。

气密性好，大大减少了炉膛漏风，甚至也可采用微正压燃烧，提高锅炉热效率。

蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，冷却亦快，可缩短启动和停炉时间。

厂内预先组装好才出厂，可缩短安装周期，保证质量。

缺点：制造工艺复杂。

不允许两相邻管子的金属温度差超过50度，因要把水冷壁系统制成整体焊接的悬吊框式结构，设计膜式水冷壁时必须保证有足够的膨胀延伸自由，还应保证人孔、检查孔、看火孔以及管子横穿水冷壁等处有绝对的密封性。

省煤器：铸铁式省煤器：优点：耐腐蚀、耐磨损。

耐内部氧腐蚀、耐外部酸腐蚀。

缺点：承压能力低，铸铁省煤器的强度不高，即承压能力低。

不能做成沸腾式，否则易发生水击，损坏省煤器；易积灰，表面粗糙，胁制片间易积灰、堵灰；易渗漏，弯头多，法兰连接，易渗水漏水。

体积大，重量重，价格贵，铸铁省煤器管壁较厚，笨重。

钢管式省煤器：优点：钢管式省煤器可用于任何压力和容量的锅炉，置于不同形状的烟道中。

体积小，重量轻，价格低廉。

过热器：水平过热器：疏水容易，固定困难。

立式放置时刚好相反。

空气预热器：卧式空气预热器、立式空气预热器。

卧式优点：（1）在烟、空气温度相同条件下，卧式预热器壁温要比立式高10-30度。

这对改善腐蚀和堵灰有利。

（2）卧式预热器的腐蚀部位在冷端几排管子，易于设计上采用可拆结构，便于调换、减少维修工作量，而立式的腐蚀部位是在管子根部，以至整个管箱调换。

（3）高温预热器的进口管板不再位于高温烟气中，相应于管板的过热、翘曲和变形等缺陷不易发生，提高了钢珠除灰的效果。

3.水冷壁、锅炉管束、省煤器、过热器、再热器、凝渣管、空气预热器都是锅炉必不可少的部件吗？试述什么情况下必须布置，而有些情况下可以不布置。

水冷壁、省煤器、凝渣管是必不可少的部件；锅炉管束：在锅炉蒸发受热面不够的情况下必须布置，在蒸发受热面足够的情况下可不布置；过热器：对于电站锅炉是必须的受热面，对于工业锅炉来说取决于生产工艺是否需要，生活锅炉一般无过热器。

再热器：一般电站锅炉需要再热器；空气预热器:大型锅炉中，空气预热器是必不可少的部件。

对于低压锅炉，因给水温度很低，用省煤器已能很有效地将烟气温度冷却到合理的温度，常无空气预热器，对于着火困难的燃料，为了改善燃烧条件，也必须采用空气预热器。

4.空气预热器和省煤器的作用是什么？为什么有些锅炉必须同时布置有空气预热器和省煤器而有些可以没有？为什么有时必须将空气预热器和省煤器交错双级布置？省煤器：（1）降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

（2）充当部分加热受热面或蒸发受热面。

空气预热器：（1）降低排烟温度提高锅炉效率。

（2）改善燃料着火条件和燃烧过程，降低燃烧不完全损失，进一步提高锅炉效率。

（3）提高理论燃烧温度，强化炉膛的辐射传热。

（4）热空气用作煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输粉介质。

如果只用省煤器就不能经济地降低锅炉的排烟温度，甚至无法降低到合适的温度时，就必须同时布置空气预热器。

双级布置：尾部受热面中，烟气的流量大于空气的流量。

又因为烟气中有水分，CO2等，致使烟气的热容量大于空气的热容量。

所以烟温下降速度小于空气升温速度。

若要求的预热空气温度较高，空气出口温压将很小，受热面积将很庞大，很不经济，当预热空气温度高到一定程度时，出口温压有可能是零，单级空预器将无法将空气预热到更高温度。

5.对蒸汽温度调节方法有哪些基本要求？试述蒸汽温度调节的基本原理，为什么有些锅炉必须有减温器？什么样的锅炉可以没有或不装减温器？基本要求：①调节惯性或延迟时间要小，即灵敏；②调节范围要大；③结构简单可靠；④对循环效率的影响要小；⑤附加的金属和设备的消耗要少；⑥尽可能起到保护金属的作用。

烟气侧:调节的原理，从烟气侧改变过热器或再热器的传热特性，（传热系数，温压）影响蒸汽的焓增，改变汽温。

蒸汽侧：利用减温器来降低过热蒸汽的焓，使汽温降低到需要的温度。

装有过热器的锅炉必须有减温器，没有过热器的锅炉可以不装减温器。

6.说明锅炉负荷、给水温度、燃料性质、过量空气系数对汽温的影响？锅炉负荷增加：汽温增加；给水温度降低：汽温升高；燃料性质：水分增加，汽温略增，灰分增加时，过热汽温增减不定。

过量空气系数增加：过热汽温升高。

7.对比烟气侧汽温调节和蒸汽侧汽温调节的工作原理及其优缺点？烟气侧:调节的原理，从烟气侧改变过热器或再热器的传热特性，（传热系数，温压）影响蒸汽的焓增，改变汽温。

优点：①蒸汽温度可以升高，也可以降低；②不需要增加额外的受热面积；缺点：调节精度低，一般只能进行粗调节。

蒸汽侧：利用减温器来降低过热蒸汽的焓，使汽温降低到需要的温度。

优点：①调节精度高；②若布置合理，能起到保护过热器金属的作用，能使各蛇形管中的蒸汽温度均匀；缺点：只能降低温度，为此就必须在设计时各布置适量的受热面，使过热器的钢材消耗量加大，还要额外消耗减温所需的材料。

8.请分别举例说明烟气侧调节方法和蒸汽侧调节方法，并说明各自的特点？烟气侧汽温调节方法：（1）烟气再循环（2）采用烟气档板（3）改变火焰中心位置。

蒸汽侧调节: 利用减温器来降低过热蒸汽的焓，使汽温降低到需要的温度。

70%负荷以上时投入使用。

蒸汽侧调节的特点：①调节精度高；②若布置合理，能起到保护过热器金属的作用，能使各蛇形管中的蒸汽温度均匀；③只能降低温度，为此就必须在设计时各布置适量的受热面，使过热器的钢材消耗量加大，还要额外消耗减温所需的材料。

第二章习题1.说明炉内换热的特点？炉内传热特点：①传热与燃烧同时进行，各因素相互影响。

②炉膛传热以辐射为主，对流所占比例很小。

③火焰与烟气温度在其行程上变化剧烈, 先升高，后降低。

④火焰在炉膛内的换热是容积辐射。

⑤运行因素影响炉内传热与燃烧过程。

2.炉内烟气的成分有哪些？请说明它们对炉内换热的作用？烟气中具有辐射能力的主要是三原子气体和悬浮的固体粒子，即以下四种成分：（1）三原子气体。

CO2，H2O，SO2若火焰完全是由三原子气体组成时，这种火焰肉眼看不到，称为不发光火焰。

(2) 焦碳粒子。

煤粉颗粒中的水分和挥发分逸出后剩下的就是焦碳粒子。

其直径约为30～50m。

在未燃尽前悬浮在火焰气流中，具有很强的辐射能力，使火焰发光，发光火焰,是一种主要的辐射成分。

(3) 灰粒子。

焦炭粒子的可燃成分燃尽后成为灰粒，其直径约为10～20m。

灰粒在高温火焰中也以一定的辐射能力使火焰发光。

含有焦炭粒子和灰粒的火焰称为半发光火焰。

(4) 炭黑粒子。

燃料中的烃类化合物在高温下裂解而形成炭黑粒子，其直径约为0.03m，以固体表面辐射的方式发射辐射能，呈现很强的辐射能力，使火焰发光。

在燃烧器附近含有大量炭黑粒子的火焰称为发光火焰。

3.炉内传热计算的原理和基本方程式是什么？简述原苏联的炉内换热计算的基本思路？并与我国层燃炉炉内换热计算方法作比较？能量守恒原理:主要的区别在于对及的确定和及的确定是否困难的不同认识。

前苏联学者认为及的确定有困难，因而在计算炉内换热量时采用了式（2-8）。

我国工业锅炉工作者在制订我国层燃锅炉热力计算方法时采用了式（2-7）。

前苏联“热力计算标准方法”:确定炉膛传热量的基本出发方程是热平衡方程和由炉膛黑度确定的炉膛辐射换热量方程。

我国层燃炉热力计算方法:基本出发方程式:4.何谓炉膛黑度？引出它有何意义？请从有效辐射的定义和Stephan-Boltzman定律导出室燃炉的炉膛黑度表达式？炉膛黑度是为了进行炉膛热力计算而引进的对应火焰有效辐射的假想黑度，它不是火焰黑度，也不是火焰与炉壁间的系统黑度。

意义：7 j- `- q$ M& R* K炉膛黑度是相应于火焰有效辐射的黑度,用来说明火焰与炉壁间辐射换热的关系。

炉膛黑度与炉壁的热有效系数、炉排面积A与炉膛总壁面积之比和火焰黑度有关。

5．辐射受热面的有效角系数x、热有效系数和污染系数的定义如何？三者之间的关系怎样？有效角系数的定义：热有效系数：污染系数：三者关系：ψ=xζ6．计算火焰中碳黑粒子的辐射减弱系数的公式为，说明炉膛出口过量空气系数、炉膛出口烟温及燃料中碳氢比的影响。

从该式中可看出：越高，炭黑粒子的浓度就越高，越大。

越高，越小，当时，。

越高，炉膛中分解得的越多，越大。

7.锅炉负荷的变化怎样影响炉内换热量的大小及炉膛出口烟温的大小？锅炉负荷变化。

当锅炉负荷增加时，火焰平均温度的增加大于辐射换热量的增加，炉膛出口烟焓必然增加，炉膛出口烟温升高。

运行中锅炉负荷的变化会引起燃料消耗量的变化，炉内火焰的温度场的形态和数值也将随之而变。

炉内温度场的变化必然导致炉内辐射换热量的改变。

但是炉内辐射换热量的变化幅度并不等于燃料量的变化幅度。

根据试验，锅炉负荷从半负荷状态变化到额定负荷时，负荷增加100％，炉内火焰平均增加约200℃，炉内辐射换热量增加70％左右。

辐射换热量的变化小于锅炉负荷的变化。

锅炉负荷增加炉膛出口烟温升高8.炉内传热计算中炉膛出口烟气温度的假定值与计算值允许值相差不超过100度，这时不必重算，为什么？相差超过100度时，主要对计算中什么数值的决定会有影响？（在误差允许的范围内。

相差超过100度对V、CP值取值需要重新取值。

）假定一个温度，选取V、C p值，跟计算温度相比较，如果相差不超过100度，即认为计算合理，V、C p值取值不用重新取值。

9.请说明确定炉膛出口烟温的原则，并请给出各种锅炉炉膛出口烟温的推荐值。

原则：（1）保证锅炉辐射受热面和对流受热面工作的可靠。

（2）技术经济性的要求。

小型锅炉燃用固体燃料时：出口烟温不宜低于950度，对于燃用固体燃料的大中型室燃炉，比较经济合理的炉膛出口烟温约为1200度，燃用气体燃料时，炉膛出口烟温可提高到1400度。