熱力設(shè)備及系統(tǒng)課程設(shè)計--10t燃油鍋爐熱力計算及其煙風(fēng)阻力計算

1、<p>　　10T燃油鍋爐熱力計算及其煙風(fēng)阻力計算</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計題目----------------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　設(shè)計目的---------

2、-------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　原始資料----------------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　理論空氣量和理論煙氣量的計

3、算----------------------------------------------------2</p><p>　　鍋爐熱平衡計算-------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　5.1熱平衡---------------------------------

4、------------------------------------------------5</p><p>　　5.2鍋爐輸入量---------------------------------------------------------------------------5</p><p>　　5.3 排煙損失q2-------------------------------

5、----------------------------------------------------------------------------------6</p><p>　　5.4 氣體不完全燃燒熱損失q3---------------------------------------------------------------------------------------6</p>

6、<p>　　5.5 固體不完全燃燒損失q4--------------------------------------------------------------------------------------------7</p><p>　　5.6 散熱損失q5------------------------------------------------------------------

7、-------------------------------------------------7</p><p>　　5.7 鍋爐有效利用熱Q1----------------------------------------------------------------------------------------------------7</p><p>　　5.8鍋爐的熱效率和

8、燃料消耗量-------------------------------------------------------8</p><p>　　鍋爐爐膽熱力計算----------------------------------------------10</p><p>　　6.1爐膽的傳熱過程----------------------------------------------1

9、0</p><p>　　6.2 爐膛傳熱的基本方程---------------------------------------------------------------10</p><p>　　6.3 爐膛有效輻射受熱面---------------------------------------------------------------11</p><p

10、>　　6.4 火焰黑度------------------------------------------------------------------------------12</p><p>　　6.5 爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度------------------------------------------------13</p><p>　　6.6 爐膛黑度----

11、--------------------------------------------------------------------------14</p><p>　　6.7 爐內(nèi)溫度場與火焰平均溫度------------------------------------------------------14</p><p>　　6.8 爐膛傳熱計算的步驟-------------

12、--------------------------------------------------15</p><p>　　對流受熱面計算--------------------------------------------------------------------------17</p><p>　　7.1 對流受熱面及其計算考慮因素----------------------

13、-----------------------------17</p><p>　　7.2傳熱系數(shù)K的計算-----------------------------------------------------------------18</p><p>　　7.2.1 灰污系數(shù)ε的影響---------------------------------------19</p>

14、<p>　　7.2.2有效系數(shù)ψ的影響----------------------------------------19</p><p>　　7.3 對流換熱系數(shù)的計算--------------------------------------------------------------20</p><p>　　7.4 對流傳熱溫壓-------------------

15、-----------------------------------------------------21</p><p>　　7.5 對流受熱面?zhèn)鳠嵊嬎悴襟E---------------------------------------------------------21</p><p>　　7.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算-----------------------------------

16、-------------------------------------22</p><p>　　7.6.1 鍋爐管束的結(jié)構(gòu)計算----------------------------------------------------------22</p><p>　　7.6.2 省煤器的結(jié)構(gòu)計算----------------------------------------------

17、---------------22</p><p>　　鍋爐煙風(fēng)阻力的計算--------------------------------------------32</p><p>　　8.1 煙風(fēng)阻力計算目標(biāo)：-----------------------------------------32</p><p>　　8.2 鍋爐通風(fēng)---------------

18、------------------------------------32</p><p>　　8.3 計算原理------------------------------------------------------------------------------33</p><p>　　8.4 風(fēng)道計算----------------------------------------

19、--------------------------------------34</p><p>　　8.4.1 一些就算說明-------------------------------------------------------------------34</p><p>　　8.4.2 風(fēng)量計算-------------------------------------------

20、------------------------------34</p><p>　　8.4.3風(fēng)道總阻力-----------------------------------------------------------------------34</p><p>　　8.5風(fēng)機選擇----------------------------------------------------

21、---------------------------34</p><p>　　結(jié)束語-------------------------------------------------------35</p><p>　　參考文獻--------------------------------------------------------36</p><p>&l

22、t;b>　　設(shè)計題目：</b></p><p>　　10T燃油鍋爐熱力計算及煙風(fēng)阻力計算</p><p><b>　　設(shè)計目的：</b></p><p>　　燃油燃氣鍋爐熱力計算的主要目的是確定足夠的受熱面，以保證鍋爐合理的出力和熱效率。燃油燃氣鍋爐的熱力計算主要包括：</p><p>　?。?）、鍋爐

23、的熱平衡計算；</p><p>　?。?）、爐膛（爐膽）的受熱面計算；</p><p>　?。?）、對流受熱面計算。</p><p><b>　　3.原始資料：</b></p><p>　　鍋爐額定蒸發(fā)量： D=10 t/h</p><p>　　鍋爐額定蒸汽壓力：

24、 P=1.25 MPa</p><p>　　鍋爐飽和蒸汽溫度： tbq=193.35 ℃</p><p>　　給水溫度： tgs=35 ℃</p><p>　　排污率： ρ=5 %</p><p>　　蒸汽帶水率：

25、 W=3 %</p><p>　　冷空氣溫度： tlk=30℃</p><p>　　熱空氣溫度： trk=30℃</p><p>　　燃燒方式： 室燃</p><p>　　鍋爐形式：

26、 鍋殼式燃油濕背式三回程</p><p>　　設(shè)計燃料： 勝利油區(qū)混合原油重油</p><p><b>　　燃油元素分析：</b></p><p>　　典型鍋殼式燃油濕背式三回程鍋爐示意圖</p><p>　　4.理論空氣量和理論煙氣量的計算：</p&g

27、t;<p><b>　　理論空氣量：</b></p><p><b>　　理論氮氣容積：</b></p><p><b>　　理論水蒸汽容積：</b></p><p><b>　　RO2容積：</b></p><p>　　理論空氣量及燃燒產(chǎn)物

28、</p><p><b>　　理論空氣焓：</b></p><p><b>　　理論煙氣焓：</b></p><p><b>　　實際煙氣焓：</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣、煙氣及灰的比焓表</p><p>　　以100℃煙氣空氣為例計算過

29、程如下：</p><p><b>　　理論空氣焓：</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)比焓表空氣比焓是</p><p><b>　　理論煙氣焓：</b></p><p>　　查表取=170 =130 =151</p><p><b>　　實際煙氣焓：</

30、b></p><p>　　取過量空氣系數(shù)α=1.1</p><p>　　煙氣、空氣溫度取值在100℃—2200℃范圍</p><p>　　計算后整理的煙氣焓溫表：</p><p><b>　　空氣煙氣焓溫表</b></p><p><b>　　5.鍋爐熱平衡計算</b>

31、</p><p><b>　　5.1 熱平衡</b></p><p>　　鍋爐系統(tǒng)的熱平衡計算，是為了保證送入鍋爐機組的熱量與有效利用熱及各項熱損失的總和相平衡，并在此基礎(chǔ)上計算出鍋爐機組的熱效率和燃料消耗量。熱平衡計算是在鍋爐機組處于穩(wěn)定的熱力工況下進行的。對燃油、燃氣鍋爐，一般均以標(biāo)態(tài)下1kg燃料油或1m3氣體燃料為基準(zhǔn)計算。</p><p&g

32、t;　　鍋爐機組熱平衡方程的普遍形式為：</p><p>　　kJ/kg 或 kJ/m3 </p><p>　　式中 Qr——送入鍋爐系統(tǒng)的熱量；</p><p>　　Q'1——鍋爐系統(tǒng)的有效利用熱；</p><p>　　Q2——排煙帶走的熱量；</p><p>　　Q3——氣

33、體不完全燃燒（又稱化學(xué)不完全燃燒）損失的熱量；</p><p>　　Q4——固體不完全燃燒（又稱機械不完全燃燒）損失的熱量；</p><p>　　Q5——鍋爐系統(tǒng)向周圍空氣散失的熱量；</p><p>　　Q6——燃料中灰渣帶走的熱量。</p><p>　　對氣體燃料，上式各熱量值均相對于1 m3燃氣，單位為kJ/m3；對液體燃料，則相對于1

34、 kg燃料油，單位為kJ/kg。由于木屑的含灰量很小，Q6可以忽略。同時，此木屑燃料時一般沒有不完全燃燒現(xiàn)象，即Q4=0。</p><p>　　所以熱平衡方程改為：</p><p>　　kJ/kg 或 kJ/m3 </p><p>　　5.2 鍋爐輸入熱量</p><p>　　相對于1kg燃料

35、油或1 m3燃氣送入鍋爐系統(tǒng)的熱量Qr（kJ/kg或kJ/m3）是指鍋爐范圍以外輸入的熱量，可按下式計：</p><p>　　kJ/kg </p><p>　　式中 Qnet,v,ar ——燃料的低位發(fā)熱量值，kJ/kg或kJ/m3；</p><p>　　Qwl——用鍋爐系統(tǒng)以外的熱量加熱送入鍋爐的空氣時，相

36、應(yīng)于每kg燃料油或每m3燃氣所具有的熱量，kJ/kg或kJ/m3；</p><p>　　ir—— 油或燃氣的物理顯熱，kJ/kg或kJ/m3。</p><p>　　Qzq——霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量，kJ/kg。</p><p>　　5.3 排煙損失q2</p><p>　　在燃油燃氣鍋爐中最主要的損失是排煙損失，它決定于排煙溫度和排煙量。

37、對于一定的燃料，排煙量決定于過?？諝庀禂?shù)的大小，而過?？諝庀禂?shù)又是和燃燒狀況直接有關(guān)的。</p><p>　　排煙熱損失q2可用鍋爐機組的排煙和冷空氣的焓差計算：</p><p><b>　　% </b></p><p>　　式中 Ipy——在排煙過?？諝庀禂?shù)及排煙溫度下，相應(yīng)于1 kg燃料油或1 m3燃氣的排煙的焓，kJ/kg或kJ/m3。

38、</p><p>　　αpy——排煙的過剩空氣系數(shù)；</p><p>　　I°lk——在送入鍋爐的空氣溫度下，1 kg燃料油或1 m3燃氣所需要的理論空氣焓，kJ/kg或kJ/m3。</p><p>　　5.4 氣體不完全燃燒熱損失q3</p><p>　　氣體不完全燃燒熱損失q3是指排煙中未完全燃燒或燃盡的可燃氣體所帶走的熱量占送

39、入鍋爐輸入熱的份額。在設(shè)計計算時，對燃油鍋爐q3可取1％～1.5％，對燃用天然氣、油氣伴生氣和焦?fàn)t煤氣的鍋爐，可取q3＝0.5％；對燃用高爐煤氣的鍋爐，取q3＝1％，本讓木屑鍋爐中q3取0.5%。對運行鍋爐，借排煙處煙氣成份的分析，可按下述公式進行計算：</p><p>　　% </p><p>　　氣體不完全燃燒熱損失大小主要取決于燃燒成分、爐膛過?？諝庀禂?shù)、

40、所用燃燒器、燃燒器與爐膛匹配是否適當(dāng)以及運行操作是否合理。一臺運行的鍋爐。此項熱損失究竟多大，要靠煙氣分析的結(jié)果確定。</p><p>　　5.5 固體不完全燃燒損失q4</p><p>　　燃油鍋爐的固體不完全燃燒指的是煙氣和油灰中的碳粒子未燃盡而造成的損失。</p><p>　　5.6 散熱損失q5</p><p>　　散熱損失q5是指鍋

41、爐圍護結(jié)構(gòu)和鍋爐機組范圍內(nèi)的氣、水管道以及煙風(fēng)道等，受外部大氣對流冷卻和向外熱輻射所散失的熱量。它與周圍大氣的溫度（露天布置時的室外溫度、室內(nèi)布置時的室內(nèi)溫度）、風(fēng)速、圍護結(jié)構(gòu)的保溫情況以及散熱表面積的大小、形狀等有關(guān)，同時還與鍋爐的額定容量和運行負荷的大小有關(guān)，一般根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和近似計算的辦法確定。</p><p>　　5.7 鍋爐有效利用熱Q1</p><p>　　鍋爐有效利用熱Q1系

42、指鍋爐供出工質(zhì)的總焓與給水焓的差值，對飽和蒸鍋爐為：</p><p><b>　　kJ/s </b></p><p><b>　　對于過熱蒸汽鍋爐：</b></p><p>　　kJ/s </p><p>　　式中D——鍋爐蒸發(fā)量，kg/s；</p><p&

43、gt;　　Dzy——鍋爐自用蒸汽量，kg/s；</p><p>　　Dpw——鍋爐排污量，kg/s；</p><p>　　ibq——飽和蒸汽焓，kg/s；</p><p>　　igq——過熱蒸汽焓，kJ/kg；</p><p>　　izy——自用蒸汽焓，kJ/kg；</p><p>　　ibs——飽和水焓，kJ/kg；

44、</p><p>　　igs——給水焓，kJ/kg；</p><p>　　W——蒸汽濕度，％；按飽和蒸汽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于水管鍋爐，飽和蒸汽的蒸汽濕度不大于3％；對于鍋殼式鍋爐，飽和蒸汽的蒸汽濕度不大于5％；當(dāng)鍋爐的排污量小于2％時，排污水的熱耗可以忽略不計。</p><p><b>　　對熱水鍋爐：</b></p><p

45、>　　MW </p><p>　　式中Q1——熱水鍋爐的輸出熱量，MW</p><p>　　G——循環(huán)水流量，kg/s；</p><p>　　trs——熱水溫度，℃；</p><p>　　ths——回水溫度，℃；</p><p>　　Cs——水的比熱，MJ/（kg.℃），

46、一般取0.0041868MJ/（kg.℃）。</p><p>　　5.8鍋爐的熱效率和燃料消耗量</p><p><b>　　鍋爐的熱效率為：</b></p><p>　　% </p><p>　　鍋爐的燃量消耗量為：</p><p><b>　　kg/s

47、 </b></p><p>　　式中B——燃料消耗量，kg/s或m3/s；</p><p>　　考慮到燃料消耗量B中有一部分隨機械不完全燃燒損失帶出，這一部分沒有產(chǎn)生煙氣，應(yīng)從B中扣除，這樣可得計算燃料消耗量：</p><p><b>　　kg/s </b></p><p>　　式中Bj——計算燃料消耗量，

48、kg/s。</p><p>　　所謂計算燃料消耗量指的的是單位時間內(nèi)實際參加燃燒產(chǎn)生煙氣的燃料量，對此燃木屑鍋爐來講，B=Bj。在本文的熱力計算中，空氣或煙氣的體積是按實際參加燃燒的燃料量來計算的，在應(yīng)用空氣或煙氣的體積來計算溫焓表時采用計算燃料消耗量。</p><p>　　以下為本次鍋爐熱平衡計算的結(jié)果匯總表</p><p>　　鍋爐熱平衡計算匯總表</p&

49、gt;<p><b>　　鍋爐爐膽熱力計算</b></p><p>　　6.1爐膽的傳熱過程</p><p>　　爐膛傳熱過程是與爐內(nèi)燃燒過程煙氣流動過程同時進行的。爐內(nèi)既有燃燒反應(yīng)的化學(xué)過程，又有物質(zhì)交換物理過程，因此爐膛傳熱過程十分復(fù)雜。目前，我國采用的爐膛熱力計算方法是運用了“相似理論”分析，并通過大量試驗而綜合得出的半經(jīng)驗計算公式。近年來，隨著電

50、子計算機技術(shù)的發(fā)展，很多研究人員試圖借助于數(shù)學(xué)模型用解析法來研究和計算爐膛換熱過程，已取得一定進展。</p><p>　　爐膛傳熱計算的任務(wù)是確定堂輻射受熱面（水冷壁）的吸熱量和爐膛出口煙氣溫度。</p><p>　　爐膛傳熱過程主要是高溫火焰和水冷壁之間的輻射換熱。爐內(nèi)煙氣流速較小，因而對流傳熱較弱，所占爐膛換熱份額很少，計算時可以忽略。</p><p>　　6.

51、2 爐膛傳熱的基本方程</p><p>　　爐膛傳熱計算也就是計算火焰與被火焰包圍著的水冷壁之間的輻射換熱量。根據(jù)斯蒂芬-波爾茨曼定律輻射換熱量為：</p><p>　　kW </p><p>　　式中 σ0——絕對黑體輻射常熟，其值為kW/(m2·K4)；</p><p>　　——火焰平均溫度，K

52、；</p><p>　　Hf——有效輻射受熱面面積，m2 ；</p><p>　　Tb——水冷壁表面溫度，K；</p><p>　　αxt——爐膛系統(tǒng)黑度</p><p>　　由煙氣在爐膛內(nèi)放出的熱量應(yīng)等于燃料在爐膛內(nèi)有效放熱量與爐膛出口煙氣帶走的熱量之差，即</p><p>　　kW

53、 </p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　Ql——爐膛有效放熱量，kJ/kg;</p><p>　　I"l——爐膛出口處煙氣的焓，kJ/kg;</p><p><b>　　φ——保熱系數(shù)；</b></p><p>　　Bj——

54、每秒鐘的計算燃料耗量，kg/s.</p><p>　　6.3 爐膛有效輻射受熱面</p><p>　　爐內(nèi)吸熱是借爐膛內(nèi)布置了輻射受熱面——水冷壁管來達到。水冷壁的輻射受熱面面積并不等于所以管子的表面積，這是因為水冷壁管一般都是靠爐墻布置，只有曝光的一面受到爐內(nèi)火焰的輻射，而其背面只受到爐墻的反射輻射，所以不能完全利用。我們稱火焰投射到管壁受熱面的總熱量Q與投射到爐墻的熱量Qt之比為有效角

55、系數(shù)，即：</p><p>　　它計及了火焰輻射與爐膛反射作用，x的數(shù)值與管子的相對節(jié)距S/d及管子中心線離開爐墻的相對距離e/d有關(guān)。在一定的S/d下，增加e/d，則被爐墻反射后再落到水冷壁管子上的輻射熱量也增加，即增大了有效角系數(shù)；但當(dāng)e/d≧1.4后，被爐墻反射后落到水冷壁管上的輻射份額不再變化。在一定的e/d下，增加S/d，火焰落到水冷壁管上的份額減少，既x值下降。</p><p>

56、;　　對鍋殼式子燃油燃氣鍋爐來講，火焰輻射熱量全部落在水冷壁上，有效角系數(shù)為1。</p><p>　　爐膛出口煙囪對爐膛而言，可取x=1，這是因為爐膛火焰輻射投射在出口煙囪上的輻射熱，陸續(xù)通過煙囪后各派管子，不會有反射，全部被吸收。</p><p>　　三回程鍋殼式鍋爐回燃室的煙囪出口，不是管排組成，而是煙管的入口，也可取x=1。</p><p>　　有效角系數(shù)與爐

57、膛壁面積的乘積成為有效輻射受熱面：</p><p>　　Hf = xFb m2 </p><p>　　式中 Fb——布置有水冷壁的爐墻壁面積，m2。</p><p>　　如果某一區(qū)域的爐墻壁面積為Fbi，有效角系數(shù)為xi；則該區(qū)域的有效輻射受熱面為Hfi=xiFbi；由于各區(qū)域布置水冷壁有效角系

58、數(shù)不盡一樣，爐膛總的有效輻射受熱面為：</p><p>　　∑Hf = xiFbi m2 </p><p>　　整個爐膛的平均有效角系數(shù)也稱為爐膛水冷程度，即</p><p>　　在鍋爐實際運行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管壁積灰層的表面溫度升高及黑度減小，以致不能忽略管壁本身的輻射，也就是導(dǎo)致水冷壁

59、受熱面吸熱量的減少。因此，在計算中引入水冷壁管的沾污系數(shù)ζ，即</p><p>　　在實際計算爐膛傳熱時，綜合考慮沾污系數(shù)和有效角系數(shù)對傳熱的影響，即采用熱有效系數(shù)ψ：</p><p>　　這樣，熱有效系數(shù)、沾污系數(shù)和有效角系數(shù)三者的關(guān)系為：</p><p>　　ψ=ζx </p

60、><p>　　ψ值越大，表示受熱面吸收的熱量越多。由于水冷壁不是絕對黑體，火焰和高溫?zé)煔馔渡涞剿浔诘臒崃?，其中有一部分又被水冷壁反射到火焰，此外，水冷壁受熱面由于被沾污，表面溫度升高，本身具有相?dāng)?shù)妮椛淠芰Α?lt;/p><p><b>　　6.4 火焰黑度</b></p><p>　　計算爐膛輻射換熱時，涉及了系統(tǒng)黑度。它與爐膛中火焰黑度和水冷壁黑

61、度有關(guān)。在爐膛中，沿著火焰的行程，火焰中具有輻射能力的介質(zhì)如三原子氣體、灰粒、焦炭粒的濃度也是改變的，并且隨燃料種類、燃燒方法、燃燒工況的變化而不同。在爐膛傳染計算中，只得采用平均的火焰黑度，而且以爐膛出口煙溫和成分作為計算依據(jù)。</p><p>　　在傳熱學(xué)中將火焰作為灰體，火焰黑度原則上可按下式計算：</p><p>　　式中 k——火焰輻射減弱系數(shù)，是火焰中各輻射介質(zhì)的減弱系數(shù)的代

62、數(shù)和，</p><p>　　1/(m·MPa)；</p><p>　　P——爐膛壓力，一般供熱鍋爐在常壓下燃燒，故 </p><p>　　P＝0.1 MPa ； </p><p>　　S——有效輻射層厚度，可由下式計算：</p><p>　　m ；

63、 </p><p>　　Vl-——爐膛有效容積，m3 ；</p><p>　　Fl——爐膛包覆面積，m2 。</p><p>　　在燃用氣體、重油時的火焰中，主要輻射介質(zhì)是三原子氣體CO2和H2O及懸浮在火焰中細微的碳黑粒子。</p><p>　　6.5 爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度</

64、p><p>　　在爐膛內(nèi)存在著燃燒放熱和輻射受熱面的吸熱，有關(guān)輻射受熱面的一些特性已在上面述及了，在燃燒放熱方面，這里要引出量與質(zhì)的概念。在數(shù)量方面用爐膛有效放熱量來表示；在質(zhì)量方面用理論燃燒溫度來表示。</p><p>　　爐膛有效放熱量Ql是對每kg或每m3完全燃燒的燃料（計算燃料）而言，并計及了加入爐膛的各種熱量，即：</p><p>　　kJ/kg ，kJ/m3

65、 </p><p>　　式中，Qr ，q3,q4,q6 各項已在熱平衡計算中有了說明。Qk是燃燒所需的空氣帶入爐膛的熱量。</p><p>　　Qr是每kg或每m3燃料帶入爐膛的熱量，在燃燒中由于有一定熱損失，所以燃燒后的有效放熱量為：</p><p>　　而折算到每kg或每m3計算燃料時，燃料在爐膛內(nèi)有效放熱量為：</p><p&g

66、t;　　通常Qr可以認為就是燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量Qnet,v,ar 。</p><p>　　根據(jù)爐膛有效放熱量Ql 就可求出爐膛理論燃燒溫度。所謂理論燃燒溫度，是假定在絕熱情況下將Ql作為煙氣的理論焓而得到理論燃燒溫度θll ，由</p><p>　　kJ/kg，kJ/m3 </p><p>　　式中 Vy——在α"l情

67、況下每kg或每m3燃料燃燒后的煙氣容積，m3/kg，m3/m3；</p><p>　　Cpj——煙氣從0℃ 到θll 溫度范圍內(nèi)的平均容積比熱，kJ/（m3 ·K）。</p><p>　　求得Ql后，根據(jù)α"l 可方便地從燃料燃燒計算所得的煙氣焓溫表中求得θll 。</p><p>　　顯然θll 愈高，反映了爐膛溫度水平愈高，有利于改善燃燒和增

68、強傳熱。對發(fā)熱量高的燃料θll 也較高。對一定的燃料而言，減少α"l ，提高送風(fēng)溫度也有利于提高θll 。不過應(yīng)當(dāng)指出，由于爐膛內(nèi)傳染過程的存在，燃料燃燒并不是在絕熱條件下進行，故實際上的爐膛煙氣達不到理論燃燒溫度，僅作為爐膛傳熱計算的一個參數(shù)。</p><p><b>　　6.6 爐膛黑度</b></p><p>　　從爐膛傳熱的基本方程式可知，在均布水冷

69、壁的爐膛內(nèi)，火焰與水冷壁之間的輻射換熱可視做空腔和內(nèi)包凸形物體組成的封閉系統(tǒng)之間的輻射換熱。空腔的壁面作為火焰的輻射面，壁面面積是爐壁面積Fb，表面黑度為火焰黑度αhy，壁面溫度是火焰的平均溫度。內(nèi)包物體的面積是水冷壁有效輻射受熱面Hf ，黑度為αb ，表面溫度是Tb 。</p><p>　　6.7 爐內(nèi)溫度場與火焰平均溫度</p><p>　　爐膛內(nèi)的溫度場是比較復(fù)雜的，各處不盡相同，在

70、爐內(nèi)同時進行著燃燒的放熱和受熱面的吸熱過程，他們的比值決定了爐內(nèi)各點的溫度變化規(guī)律。沿這爐子的高度方向，當(dāng)燃燒放熱大于受熱吸熱時，火焰溫度就上升，反之溫度就下降。因此，爐內(nèi)最高溫度是發(fā)生在放熱等于吸熱的時候。</p><p>　　6.8 爐膛傳熱計算的步驟</p><p>　　爐膛傳熱計算按照計算的目的可分為設(shè)計計算和校核計算兩種。設(shè)計計算是先選定爐膛出口煙氣溫度θ"l ，然后計

71、算需要布置的輻射受熱面Hf 。但是，通常遇到的是校核計算，即在已布置好輻射受熱面的情況下，校核爐膛出口煙氣溫度θ"l 看其是否在合力的范圍內(nèi)。如θ"l 據(jù)經(jīng)驗預(yù)先布置好輻射受熱面，然后進行校核計算。爐膛傳熱計算是在燃燒計算和熱平衡計算之后進行的，爐膛傳熱計算（校核計算）的步驟如下：</p><p>　?。?）根據(jù)已有爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸或者根據(jù)預(yù)先擬定好的爐子大致尺寸的布置草圖確定爐膛的結(jié)構(gòu)特性。計

72、算爐膛各面爐壁的總面積Fb、爐膛包覆面積Fl和爐膛容積Vl ；確定水冷壁的結(jié)構(gòu)特性并計算爐內(nèi)有效輻射受熱面積Hf 、爐膛的平均熱有效系數(shù)ψf以及爐膛容積Vl ；確定水冷壁的結(jié)構(gòu)特性并計算爐內(nèi)有效輻射受熱面積Hf 、爐膛的平均熱有效系數(shù)ψf以及爐膛的有效輻射層厚度S。</p><p>　?。?）計算燃料在爐內(nèi)的有效放熱量Ql ，在選定爐子過量空氣系數(shù)α"l和△αl的情況下，由焓溫表求得理想燃燒溫度θll。

73、</p><p>　?。?）先假定一個爐膛出口溫度θ"l ,在溫焓表中求得相應(yīng)的I"l ，從而可求得煙氣的平均熱容VyCpj 。</p><p>　?。?）計算火焰黑度αhy和爐膛黑度αl 。</p><p>　?。?）計算爐膛出口溫度θ"l ，其結(jié)果應(yīng)當(dāng)與求煙氣平均熱容時所假定的溫度值基本相同。如誤差不大于100 ℃，則計算可以認為滿

74、足要求；如誤差大于100 ℃則須再假定θ"l 并重新計算，直至誤差小于100 ℃為止，最后以計算所得θ"l為準(zhǔn)。</p><p>　?。?）計算輻射受熱面面積平均熱強度和容積平均熱強度。</p><p>　　kW/m2 </p><p><b>　　kW/m2</b>

75、;</p><p>　　以下為本次計算鍋爐爐膽傳熱計算匯總表：</p><p>　　鍋爐爐膽傳熱計算匯總表</p><p><b>　　對流受熱面計算</b></p><p>　　7.1 對流受熱面及其計算考慮因素</p><p>　　鍋爐中的對流受熱面是指鍋爐管束、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等。

76、在這些受熱面中，高溫?zé)煔庵饕詫α鞯姆绞竭M行放熱，所以稱之為對流受熱面。由于煙氣中含有三原子氣體及飛灰，他們具有一定的輻射能力，因此除對流放熱外，還要考慮煙氣的輻射放熱。此外對布置在爐膛出口處的對流受熱面，還需考慮來自爐膛的輻射熱量。</p><p>　　對流受熱面的傳熱計算，都是以燃燒1kg或1m3燃料時，煙氣的放熱量或工質(zhì)的吸熱量為計算基礎(chǔ)。由此可得出對流受熱面的傳熱方程式和熱平衡方程式。</p>

77、<p><b>　　傳熱方程式：</b></p><p>　　kJ/kg , kJ/m3 </p><p><b>　　熱平衡方程式：</b></p><p><b>　　煙氣側(cè)：</b></p><p>　　kJ/kg

78、, kJ/m3 </p><p><b>　　工質(zhì)側(cè)：</b></p><p>　　kJ/kg , kJ/m3 </p><p>　　式中Qrp——在某一對流受熱面匯總，每kg或每m3計算燃料產(chǎn)生的煙氣放給受熱面的熱量，在穩(wěn)定傳熱情況下，他等于工質(zhì)的吸熱量也就是經(jīng)過受熱面的傳熱量Qcr，kJ/k

79、g ，kJ/m3；</p><p>　　K——在某一對流受熱面中，有管外煙氣至管內(nèi)工質(zhì)的傳熱系數(shù)，kW/(m2℃);</p><p>　　H——某一對流受熱面的計算傳熱面積，m2；</p><p>　　△t——平均溫差，℃</p><p>　　Bj——每秒鐘計算燃料消耗量，kg/s 或m3/s ；</p><p>　　

80、φ——計及散熱損失的保熱系數(shù)；</p><p>　　I'和I"——煙氣進入和離開此受熱面時的焓，kJ/kg或kJ/m3；</p><p>　　i'和i"——工質(zhì)在受熱面進口和出口處的焓，kJ/kg ；</p><p>　　D'——每秒工質(zhì)的流量，kg/s ；</p><p>　　Qf——工質(zhì)所吸收來

81、自爐膛的輻射熱量，kJ/kg ，kJ/m3 。</p><p>　　以上三式是對流受熱面計算的基本方程式。在已知對流受熱面的傳熱面積情況下，需要確定煙氣經(jīng)放熱后的焓I"及相應(yīng)的溫度θ"，這時計算的關(guān)鍵在于確定傳熱系數(shù)K。</p><p>　　7.2傳熱系數(shù)K的計算</p><p>　　對流受熱面的一側(cè)是煙氣，另一側(cè)是工質(zhì)——水、蒸汽或空氣。而煙氣

82、側(cè)的表面上不可避免地有一層積灰，水或蒸汽測得表面上患有水垢，這就增加了傳熱熱阻，鍋爐對流受熱面上不可避免地有一層積灰，水或蒸汽側(cè)的表面上還有水垢，這就增加了傳熱熱阻，鍋爐對流受熱面的傳熱系數(shù)可用下式表示：</p><p>　　kW/(m2·℃) </p><p>　　式中 α1h——煙氣對有灰污層管壁的放熱系數(shù)，kW

83、/(m2·℃) ；</p><p>　　——灰污層的熱阻，（m2 ·℃）/kW ；</p><p>　　——金屬管壁的熱阻也在傳熱計算中往往可以略去不計；</p><p>　　——管壁表面水垢層的熱阻，在鍋爐正常工作時，不允許有較厚的水垢存在，因此在傳熱計算中可忽略；</p><p>　　α2sg——水垢層對內(nèi)部工質(zhì)的放熱

84、系數(shù)，由于鍋爐正常運行不允許有較厚水垢層存在，因此可采用干凈管壁對工質(zhì)的放熱系數(shù)α2來替代α2sg 。</p><p>　　因此K的計算式可簡化為：</p><p>　　由于煙氣對污染層的放熱熱阻以及灰污層的熱阻都很難單獨測定，因此計算時用灰污系數(shù)ε，有效系數(shù)ψ來考慮灰污的影響。</p><p>　　7.2.1 灰污系數(shù)ε的影響</p><p&g

85、t;　　對燃用固體燃料的錯列管束，用灰污系數(shù)ε來考慮灰污對傳熱的影響，灰污系數(shù)ε在數(shù)值上表示灰污所引起傳熱熱阻的增加，即：</p><p>　　7.2.2 有效系數(shù)ψ的影響</p><p>　　對下列情況由于缺少灰污系數(shù)ε的數(shù)據(jù)，可用有效系數(shù)ψ來考慮灰污對傳熱的影響。</p><p>　　燃用固體燃料時的順列管束；</p><p>　　燃用重

86、油和氣體燃料時的所有受熱面（不論順列或錯列）；</p><p>　　小型鍋爐的鍋爐管束。</p><p>　　有效系數(shù)ψ表示有灰污和無灰污時的傳熱系數(shù)的比值，即：</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　上式用于對流管束或省煤器時，由于，故</p><p>　　燃用液體燃料和

87、氣體燃料時各受熱面的熱有效系數(shù)分別按下兩表選取</p><p>　　綜上可知，本設(shè)計欲求得K，必須知道煙氣對管壁的放熱系數(shù)a1及有效系數(shù)ψ。根據(jù)本設(shè)計的燃料屬性，可選擇熱有效系數(shù)ψ=0.73</p><p>　　7.3 對流換熱系數(shù)的計算</p><p>　　由傳熱學(xué)得知，在受迫流動情況下，放熱的準(zhǔn)則關(guān)系式為：</p><p><b&g

88、t;　　即 </b></p><p>　　式中 稱為努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)；</p><p><b>　　稱為雷諾準(zhǔn)則數(shù)；</b></p><p><b>　　稱為普朗特準(zhǔn)則。</b></p><p>　　根據(jù)相似原理通過大量試驗研究，可以得到各種不同沖刷還熱條件下準(zhǔn)則之間的關(guān)系式，從而可

89、以求出相應(yīng)的對流放熱系數(shù)αd。</p><p>　　7.4 對流傳熱溫壓</p><p>　　在對流受熱面的傳熱計算中，除了需要確定傳熱系數(shù)K以外，還須確定傳熱溫差△t。由于還熱介質(zhì)沿受熱面有著溫度變化，因此他們之間的溫差是不等的，在實際計算中，就需要確定平均溫差。從傳熱學(xué)中我們知道，平均溫差和受熱面兩側(cè)介質(zhì)的相對流向有關(guān)。在相同的進、出口溫度條件下，逆流具有最大的平均溫差，而順流的平均溫

90、差最小。在實際的對流受熱面布置中，往往不是純逆流，通常采用的是混合流動系統(tǒng)?；旌狭鲃酉到y(tǒng)包括：1、串聯(lián)混合流——沿?zé)煔饬髁飨蛴写?lián)的順流和逆流；2、平行混合流——順流和逆流并列在煙道中；3、交叉混合流——煙氣流向與受熱介質(zhì)流向垂直交叉，可以一次或多次交叉。</p><p>　　7.5 對流受熱面?zhèn)鳠嵊嬎悴襟E</p><p>　　對流受熱面的傳熱計算也是采用校核計算的方法，即已知受熱面的結(jié)構(gòu)

91、特性，工質(zhì)的入口溫度、計算燃料消耗量、煙氣入口溫度、漏風(fēng)系數(shù)和漏風(fēng)焓等。需要確定的是受熱面的傳熱量和煙氣、工質(zhì)的出口溫度。計算的次序大致如下：</p><p>　?。?）先假定受熱面的煙氣出口溫度θ"，并由溫焓表查的出口焓I"，然后按煙氣側(cè)的熱平衡方程算出煙氣放熱量Qrp。</p><p>　?。?）按工質(zhì)側(cè)的熱平衡方程式求得工質(zhì)出口焓I"，并由水蒸氣表查得相

92、應(yīng)出口溫度t"。</p><p>　?。?）求得煙氣平均溫度θ和工質(zhì)平均溫度t，以及煙氣平均流速和工質(zhì)平均流速。</p><p><b>　?。?）確定αd</b></p><p><b>　　（5）確定αf</b></p><p>　?。?）確定煙氣側(cè)的放熱系數(shù)α1，并在需要時求取工質(zhì)側(cè)

93、的放熱系數(shù)α2。</p><p>　?。?）取用灰污系數(shù)或有效系數(shù)；對空氣預(yù)熱器取用利用系數(shù)。</p><p><b>　?。?）確定傳熱系數(shù)</b></p><p>　　（9）按煙氣和工質(zhì)的進出口溫度已經(jīng)他們之間的相對流動，確定平均溫差△t。</p><p>　　（10）按傳熱方程式求得受熱面的傳熱量Qcr。</

94、p><p>　?。?1）檢驗?zāi)呈軣崦娴臒煔獬隹跍囟鹊脑僭O(shè)值是否合理，可按下式計算煙氣放熱量Qrp和出熱量Qcr的誤差分數(shù)，即 ：</p><p>　　% （6.7）</p><p>　　對防渣管△Q≤5％，對無減溫器的過熱器△Q≤3％，其他受熱面當(dāng)△Q≤2％時，則可認為假定的煙氣出口溫度是合理的，該部分受熱面的傳熱計算可告結(jié)束；

95、此時，溫度和焓的最終數(shù)值應(yīng)以平衡方程式中的值為準(zhǔn)。</p><p>　　7.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算</p><p>　　7.6.1 鍋爐管束的結(jié)構(gòu)計算</p><p>　　有連接在上下兩鍋筒或上鍋筒與下集箱之間的多排并列管構(gòu)成的受熱面稱為鍋爐管束。它是中、小型鍋爐的主要對流受熱面。</p><p>　　管束所用的管子一般為Φ51×3mm，

96、管束內(nèi)管子的排列可以是順列，也可以使錯列，前者結(jié)構(gòu)簡單，便于檢修，后者在煙氣作橫向沖刷時，傳熱效果好。</p><p>　　通常，鍋爐管束的橫向節(jié)距s1和縱向節(jié)距s2在下列范圍內(nèi)：s1=（2.0~2.5）d；s2=（2.0~2.5）d（對于順列），s2=（1.5~2.0）d（對于錯列）。</p><p>　　布置鍋爐管束時，應(yīng)盡量保證煙氣對管束的均勻沖刷，并應(yīng)考慮排放煙道積灰的可能性。&l

97、t;/p><p>　　7.6.2 省煤器的結(jié)構(gòu)計算</p><p>　　省煤器是布置在鍋爐對流煙道中吸收鍋爐尾部煙氣熱量的對流受熱面。為了降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率，較大容量的鍋爐均布置有省煤器。</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，鍋爐上的省煤器可分為兩大類：鑄鐵肋片管式省煤器和鋼管式省煤器。 前者主要用于中小容量的燃煤工業(yè)鍋爐，后者用于大容量的集中供熱和電站鍋

98、爐。本設(shè)計中的鍋殼式燃油燃氣鍋爐因為受空間和結(jié)構(gòu)的限制，一般只采用緊湊型的省煤器，即采用鋼管式省煤器。</p><p>　　鋼管式省煤器的蛇形管束一般錯列布置，管子外徑為25～42mm，一般為水平布置，管子橫向節(jié)距和管徑之比2.0～3.0，管子縱向節(jié)距和管外徑之比為1.5～2.0.</p><p>　　本鍋爐為濕背式帶回燃式的三回程鍋殼式鍋爐，對流受熱面分第一煙管管束,第二煙管管束和省煤器

99、，其中第一管束煙管為螺紋管，第二管束煙管采用光管，省煤器為常規(guī)光管，布置結(jié)構(gòu)示意圖如下：</p><p>　　具體的計算結(jié)果參看下表：</p><p><b>　　第一管束結(jié)構(gòu)計算</b></p><p><b>　　第一光管熱力計算</b></p><p><b>　　第二光管結(jié)構(gòu)計算&

100、lt;/b></p><p><b>　　第二光管熱力計算</b></p><p><b>　　省煤器的的計算</b></p><p><b>　　鍋爐煙風(fēng)阻力的計算</b></p><p>　　8.1 煙風(fēng)阻力計算目標(biāo)：</p><p>　　1.

101、計算通風(fēng)過程的流動阻力；</p><p>　　2.確定合理的通風(fēng)位置；</p><p>　　3.選擇合適的鼓風(fēng)機、引風(fēng)機</p><p><b>　　8.2 鍋爐通風(fēng)</b></p><p>　　鍋爐在正常運行時，必須連續(xù)不斷地將燃料燃燒所需要的空氣送入爐膛，并將燃燒生產(chǎn)的煙氣排走，這種連續(xù)送風(fēng)和排除燃燒產(chǎn)物的過程稱為鍋

102、爐的通風(fēng)過程。根據(jù)鍋爐的類型和容量大小的不同，通風(fēng)方式可以采用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)。</p><p>　　自然通風(fēng)是利用煙囪中熱煙氣和外界冷空氣的重度差所形成的自生抽風(fēng)力來克服鍋爐及其煙風(fēng)通道的流動阻力的，一般僅使用煙風(fēng)阻力不大，無尾部受熱面的小型鍋爐，如容量為1t/h一下的手燒鍋爐等。對于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的、容量較大的鍋爐，或設(shè)置尾部受熱面和除塵裝置的工業(yè)鍋爐，由于煙風(fēng)系統(tǒng)流動阻力較大，必須采用機械通風(fēng)，借助于風(fēng)機所產(chǎn)

103、生的壓頭克服其全部阻力。</p><p>　　機械通風(fēng)方式有三種：①平衡通風(fēng)；②負壓通風(fēng)；③正壓通風(fēng)。</p><p>　　鍋爐通風(fēng)系統(tǒng)中只布置送風(fēng)機的稱為正壓通風(fēng)系統(tǒng)；只布置引風(fēng)機的稱為負壓通風(fēng)系統(tǒng)；平衡通風(fēng)系統(tǒng)是指煙風(fēng)道系統(tǒng)中同時裝置送風(fēng)機和引風(fēng)機。</p><p>　　本次設(shè)計的鍋爐由于采用燃油鍋爐的燃燒方式，而且屬于小型鍋爐，空氣溫度低，燃料含灰量少，對風(fēng)機

104、幾乎不產(chǎn)生磨損，所以采用正壓通風(fēng)系統(tǒng)，也就是在鍋爐中只布置引風(fēng)機。</p><p><b>　　8.3 計算原理</b></p><p>　　基本公式：伯努利方程，介質(zhì)從截面1-1流至截面2-2總壓相等</p><p><b>　　正壓：</b></p><p><b>　　負壓：<

105、/b></p><p><b>　　下面進行各部分分析</b></p><p>　　：因速度變化引起的損失</p><p>　　速度變化又可以分為：</p><p>　　截面變化引起，屬于局部阻力范疇；</p><p>　　溫度變化引起，比較小，可以忽略；</p><p&

106、gt;<b>　　所以，單獨的不計算</b></p><p>　?。阂驘燂L(fēng)道介質(zhì)密度小于空氣密度引起</p><p><b>　?。?）上升煙道中，</b></p><p><b>　?。?）下降煙道中，</b></p><p><b>　?。?）水平煙道中，<

107、/b></p><p><b>　　其中H取6m</b></p><p><b>　　3.：流動水力阻力</b></p><p><b>　　鍋爐中有三種</b></p><p>　　摩擦阻力：沿壁面，因粘性引起</p><p>　　局部阻力：通過

108、截面改變，方向改變引起</p><p>　　管間阻力：介質(zhì)橫向沖刷管子引起</p><p>　　根據(jù)前面的計算結(jié)果，可計算出</p><p><b>　　沿程摩擦阻力：</b></p><p><b>　　局部阻力：</b></p><p><b>　　8.4 風(fēng)道

109、計算</b></p><p>　　8.4.1 一些就算說明</p><p>　　1.風(fēng)道阻力在熱力計算后按額定負荷計算</p><p>　　2.原始數(shù)據(jù)來自于熱力計算數(shù)據(jù)</p><p>　　3.計算范圍：冷風(fēng)道，熱風(fēng)道，空預(yù)器，燃燒設(shè)備</p><p><b>　　4.考慮漏風(fēng)系數(shù)</b&

110、gt;</p><p>　　5.空預(yù)器計算按橫向沖刷局部阻力計算</p><p>　　6由于w>20m/s，故摩擦阻力不可近似計算</p><p>　　8.4.2 風(fēng)量計算</p><p>　　冷風(fēng)道：4.553m3/s</p><p>　　熱風(fēng)道：3.647m3/s</p><p>　　

111、8.4.3風(fēng)道總阻力</p><p><b>　　風(fēng)道總壓降</b></p><p>　　16pa 為空氣進口出爐膛真空度，本例中選取為0 </p><p><b>　　8.5風(fēng)機選擇</b></p><p>　　根據(jù)流量、壓降來選擇風(fēng)機</p><p><b>

112、;　　計算流量：</b></p><p><b>　　計算壓頭：</b></p><p>　　設(shè)計時對溫度壓力進行修正</p><p>　　電動機輸出功率確定：</p><p><b>　　9.結(jié)束語</b></p><p>　　通過本次的熱力設(shè)計計算，我們充分的

113、將以前所學(xué)的專業(yè)知識如工程熱力學(xué)，工程流體力學(xué)，傳熱學(xué)，鍋爐原理等課程的知識有機的結(jié)合了起來，鞏固了我們對與這些知識的掌握，也讓我們熟悉了鍋爐相關(guān)熱力計算的步驟與程序，收獲很多</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 朱恂.熱力設(shè)備及系統(tǒng)講義.</p><p>　　[2] 趙欽新.燃油燃氣鍋爐.西安交通大學(xué)出版