锅炉课程设计指导书(附超临界锅炉设计实例word版本).doc

精选优质文档-倾情为你奉上第一章 锅炉设计的任务及热力计算的作用和分类设计工作是产品生产的第一道重要工序，设计好坏对产品的性能和质量有着决定性的作用。设计布置新锅炉的要求是：确定锅炉的型式，决定各个部件的构造尺寸，在保证安全可靠的基础上力求技术先进、节约金属、制造安装简便，并有高的锅炉效率，以节约燃料消耗。因此，在设计锅炉之前，应根据所给定的锅炉容量，参数和燃料特性，有目的地进行广泛深入的调查研究，综合利用有关的理论以及制造、运行方面的实践知识，进行各种技术方案的运筹和比较，并进行各种精确的计算。一般开始设计时，先选定锅炉的总布置，进行燃料消耗量的计算，然后再决定锅炉结构，进行炉膛传热计算，决定对流受热面的结构，进行对流受热面的传热计算。在以上的结构计算和传热计算中，须预先选定受热面的管径和壁厚，布置好水循环系统（汽包锅炉）或启动系统（超临界锅炉），以上计算（或称热力计算）结束以后，再根据它的计算结果，计算管壁温度和承压强度，并根据金属材料极限许用应力的等级，确定各受热面所应取用的合金材料，必要时可重新调整管径、壁厚，以便在满足强度的条件下，使制造总费用达到最低。对于自然循环汽包炉，需要进行水循环计算，校核水循环是否安全可靠，最后还要进行空气动力计算，核算烟、风道流动阻力是否合理，并依此选择锅炉的送、引风机。在一切都正常合理时，即可根据以上的初步设计和计算，作进一步的设计。本锅炉设计的任务是进行热力计算，因为整台锅炉的热力计算是锅炉设计中的一项最主要的计算。热力计算的方法，按照已知的条件和计算目的来分，可以分为设计计算和校核计算两种。在设计新锅炉时的热力计算称为设计热力计算。设计热力计算的任务是在给定的煤种、给定的给水温度前提下，确定保证达到额定蒸发量，选定的锅炉经济指标以及给定的蒸汽参数所必需的锅炉各受热面的结构尺寸。例如我们在例题中给出的2102t/h锅炉的热力计算就是一个设计热力计算的例子。在进行设计热力计算之前要进行锅炉的整体布置。即确定炉型（型、塔形或其它布置方式）、水循环方式（自然循环、控制循环、直流）、燃烧方式（直流燃烧器、旋流燃烧器）、过热汽温、再热汽温的调节方式（摆动式直流燃烧器、烟气挡板、烟气再循环等）。上述几个大的方面确定后，就要设计布置受热面，即决定炉膛、对流烟道以及受热面之间的相对位置和相互关系，各种受热面的型式（即错列或顺列、立式或卧式）和尾部受热面的布置方式（单级布置或双级布置）、还要确定制粉系统的方式，燃烧器型式与布置，及预先选定锅炉的排烟温度、热空气温度等经济性指标。在进行设计热力计算时，应具备下列原始数据：1、 锅炉的蒸发量、给水压力和给水温度，以及主汽阀前过热蒸汽的压力和温度，如例题为：蒸发量2102t/h，给水压力31Mpa，给水温度282，过热蒸汽压力25.4Mpa、过热蒸汽温度571。2、再热器进、出口处的蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽流量。如例题为：再热器进/出口压力：4.72/4.52 Mpa，进、出口温度322/691，流量1761t/h。3、连续排污量（如例题超临界直流锅炉该项为零）。4、燃料特性。例题为山西烟煤，并附有成分分析数据。5、制粉系统的计算数据，如磨煤一次风量、旁路一次冷风量、煤粉空气混合物总量、制粉系统漏风率（或密封风系数）、煤粉的湿度和温度等。6、选定的排烟温度和热空气温度，如例题为：排烟温度132，热空气温度334.2。7、其它一些环境资料，如当地大气压、湿空气的含水量等。设计热力计算是在锅炉额定负荷下进行的。亦即锅炉各部件的结构尺寸是按额定负荷设计的。为了预先估计锅炉在其他负荷下的工作特性，往往对新设计的锅炉进行非额定负荷下的热力特性计算（校核热力计算的一种），一般作70%负荷和50%负荷的计算。锅炉的校核热力计算是对一台已经设计好的锅炉进行的。锅炉的负荷变化、燃用煤质变化，以及给水温度改变，合称为锅炉的变工况。锅炉在变工况下运行时（例如煤种变化），其过热汽温、再热汽温、各受热面进、出口的烟气温度、介质温度（包括热风温度和排烟温度）、锅炉效率、燃料消耗量以及空气和烟气的流量和速度等都要发生改变而偏离设计值。校核热力计算的任务就是通过热力计算，定量地确定这些新的数值。在进行校核热力计算时，锅炉受热面的结构是已知的，锅炉烟气和内部介质的中间温度、排烟温度、预热器出口空气温度有时甚至是过热汽温等则是未知的。为完成计算，需要利用迭代计算得方法。逐步接近待计算值。为了进行校核热力计算，必须提供锅炉的图纸和有关燃烧设备、各受热面和烟风道的结构和尺寸的资料，并提出在校核工况下的锅炉参数、燃料性质和给水温度。对于锅炉的单个受热部件，也有设计热力计算和校核热力计算的区分。部件的设计热力计算是根据给定的受热面的传热量（或给定受热面的介质流量和进、出口温度），去计算传热温压和传热系数，最终求出受热面积的数值。设计计算是一种直接计算的方法，一般不需要进行逐步近似的计算过程。校核热力计则不然，进行单个受热面的校核计算时，一般只能知道热侧介质和冷侧介质的各一个温度或焓（进口的或出口的），介质的另一端的温度或焓。因此要预先假定一个数值，然后借助两个热平衡方程和一个传热方程，经迭代计算逐步逼近真实值。校核热力计算的目的是为了估计锅炉在非设计工况条件下运行的经济指标，对锅炉运行缺陷（例如汽温偏低、排烟温度偏高等）的可能原因做出分析判断，寻求改进锅炉结构的必要措施，以及为选择辅助设备和进行空气动力计算、水动力计算、管壁温度计算和其它可靠性计算提供基础资料。设计热力计算和校核热力计算在计算方法上基本上是相同的，计算时所依据的传热原理、计算公式和图表曲线也都是相同的，区别仅在于计算任务和所求结果不同。而且设计计算和校核计算也没有绝对的界限，一个部件的设计计算往往可以采用校核计算的方法来完成。有经验的设计人员常可以根据他的经验，预先将锅炉受热面的结构尺寸决定，然后逐步进行校核计算，如果不合适，则重新调整受热面的结构（主要是调整受热面的面积），直至满足换热量的要求，这也是一种设计计算方法。在本书例题中，炉膛计算是首先布置好炉膛水冷壁面积，然后计算出炉膛出口烟温，从而确定炉膛的辐射换热量，因此属于校核热力计算。末级过热器计算是根据已知的过热汽温（设计值）和前面计算出的进口汽温，确定了末级过热器的对流换热量，然后计算出一个传热面积，因此末级过热器计算属于设计热力计算。同理，水平低温再热器的计算也属于设计计算。但对于上述末级过热器和低温再热器这两个受热面，都是用校核热力计算的方法实现设计热力计算的目的。专心-专注-专业第二章 锅炉的设计计算第一节 设计计算的步骤设计热力计算一般按以下步骤进行：1、按计算任务书列出原始数据，如例题第18页上锅炉参数、煤质资料。2、根据燃料燃烧方式、受热面布置（指有几级过热器、再热器、省煤器、空气预热器等）进行空气平衡计算。3、计算理论空气量、根据各受热面的平均过量空气系数计算烟气特性表，根据各受热面出口过量空气系数，计算烟气、空气焓温表。如例题第23页上的燃料燃烧计算表和焓温表即是。4、热平衡计算。即根据燃料燃烧方式（指煤粉燃烧、循环流化床燃烧，以及燃烧器的布置等）决定q3及q4的数值。根据排烟温度和排烟过量空气系数决定q2，根据锅炉容量决定q5，以及根据燃烧方法决定q6，最后决定锅炉热效率，燃料消耗量B和保热系数等。如例题第24页上的热平衡计算（燃料消耗量计算）。5、依据所选取的炉膛容积热负荷qv决定炉膛容积VL。决定炉膛截面尺寸和形状，并布置水冷壁、炉内辐射受热面及悬吊管、蒸汽冷却管等。如例题第49页锅炉结构计算书所示炉膛形状和附图1附图4所示炉内受热面布置。6、根据选取的空气预热温度进行炉膛传热计算（例题为下炉膛计算）。如例题第25页所示炉膛计算。7、进行炉膛内辐射受热面的传热计算，并决定各受热面的结构尺寸。如例题第2834页的包复过热器计算、分隔屏计算、后屏计算和末级再热器计算。8、依次进行水平烟道、尾部竖井烟道内的对流受热面的传热计算，并决定各受热面的结构尺寸。如例题第3746页的末级过热器、低温再热器、省煤器、空气预热器的计算。9、确定锅炉机组热平衡计算误差。如例题第47页的计算表。10、编制整台锅炉热力计算数据汇总表。如例题第18-21页的主要热力计算数据汇总表。第二节 辅助计算和热平衡计算在进行锅炉设计，决定炉膛尺寸、各受热面的面积和结构之前，必须预先决定燃料消耗量、烟气在各受热面处的成分等主要数据，设计步骤中的第2、3、4项即完成这些任务，这些计算属于辅助计算。辅助计算前要先选定锅炉的总布置，一般常见的是“”型布置。如例题即是这种布置方式。要确定燃料制备方式、燃烧器型式与布置，以及预热空气的温度和排烟温度。空气平衡计算，即根据布置方案选取炉膛出口过量空气系数，各段烟道中及制粉系统的漏风系数，可参照原苏联热力计算标准（1998），（以下简称标准）表进行，或者根据国内锅炉制造厂的经验数据确定。然后确定各受热面入口过量空气系数和出口过量空气系数。计算烟气容积、制定烟气特性表时，要明确各公式、各步骤的意义。烟气各特性对应的过量空气系数一定要代入所计算受热面平均的过量空气系数（即进口与出口的算术平均值），这是因为烟气特性计算的主要目的，是要决定各受热面烟气流量和烟气流速的平均值。按照标准的规定，炉膛的平均过量空气系数例外，应代入炉膛出口过量空气系数。计算焓温表时，各烟气焓所对应的过量空气系数一定要代入所计算受热面出口的过量空气系数，而不可以代受热面的平均的过量空气系数，这是因为烟气焓温计算的目的是要决定各受热面的烟气放热量。焓温计算时飞灰的焓在某些条件下可以忽略不计，但有时要计入。如果是手工进行焓温计算，应先考虑用得到的烟气范围，以减小不必要的计算量。一般可参考以下给出的区间：炉膛：16002200和8001400；以上第一个温度区间用于理论燃烧温度计算，第二个温度区间用于炉膛出口烟温计算；屏式过热器：7001200；对流式过热器（转向室前）：9001100；对流式过热器（转向室后）：500900；省煤器：300500；空气预热器：100200。设计步骤中的第4项为热平衡计算。热平衡计算中，对于固态排渣煤粉炉，q4损失视煤的挥发分和灰分而定，可按标准表选取或参考同类型锅炉的数值来选取。大型锅炉取q3=0；对于循环流化床锅炉和液态排渣煤粉炉，均需要按灰渣温度计算q6损失；q5损失可按标准5-09节确定。排烟热损失q2和锅炉计算燃料消耗量Bj必须计算准确，否则会引起大量返工。在计算锅炉的空气总体积、烟气总体积、烟气流速以及对流传热量的各公式中，均使用计算燃料消耗量Bj进行计算，如例题中第47页上预热器的烟气流速w1、空气流速w2以及传热量Qd的计算均用的是第25页上的计算燃料消耗量Bj=68.54 kg/s。例题第23页上的理论空气容积v0=6.1714nm3/kg；烟气总容积vy=7.876 nm3/kg以及第24页上1300的炉膛出口烟气焓Iy=16241 kJ/kg,都是燃烧每公斤计算燃料（而不是实际燃料）相应的数值。无特殊规定冷空气温度为30。有暖风器时锅炉的输入热量Qr要加外热源带入热量。锅炉机组的有效利用热量Qgl中，当排污率2.0%时（汽包炉），加热排污水所耗费的热量需计入。计算中各受热面的介质的进、出口压力是不同的，这些压力除整个锅炉的进口、出口处为已知以外，其余各压力在进行热力计算时均属未知，需要事先假定一套数值，待受热面的最终结构设计完成以后，再借助汽水流动阻力计算的结果，对事先假定的各介质压力进行校核和调整。一般蒸汽在过热器中的总压降不超过过热器出口压力的10%，在再热器中的总压降不超过再热器出口压力的5%。高压以上的锅炉，省煤器的水流阻力不超过汽包（分离器）压力的5%。制粉系统与燃料供应系统的计算，需按总燃料消耗量B计算，而送风机、引风机的空气量、烟气量需按计算燃料消耗量Bj计算。第三节 炉膛计算进行炉膛传热计算时，其燃烧设备的型式、布置方式（用旋流燃烧器还是用直流燃烧器，前墙布置还是四角布置、两侧墙布置等）已经确定。在确定时可参考标准的附录中“有关燃烧设备和受热面设计的一些简要说明”。同时可根据国内各式锅炉的一些运行经验来确定。炉膛尺寸的确定是借助于恰当选取一组炉膛热力参数（如炉膛的容积热负荷qv、截面热负荷qa等）来完成的。当选取了较大的qv时，炉膛容积就要小一些；当选取了较小的qa时，炉膛截面就大一些，炉膛变得较为矮胖。在选取炉膛容积热负荷qv时，要综合考虑煤粉在炉内的停留时间、燃尽的条件、水冷壁受热面是否布置得开、炉膛出口烟温、炉膛温度和结焦倾向、整个炉膛的造价等。在一般情况下，按燃尽条件确定的炉膛容积VL，都不足以使烟气在炉内得到足够的冷却，因此，按冷却条件确定的qv值都要小于按燃尽条件确定的qv值。我国各大锅炉制造厂在炉膛设计中，多从燃烧安全、传热充分出发，按照冷却条件来确定的qv，因此qv值都选得小些，从煤种的通用性来说采用较低的qv值较合适，缺点是锅炉尺寸较大，消耗钢材量较多。标准中表所规定的是按燃尽条件允许的qv值范围，其确定的炉膛容积都较小些。按照冷却条件确定qv值一般在80120 kw/m3之间选取；按燃尽条件确定qv值一般在110170 kw/m3之间选取。表1 列出了我国大容量锅炉炉膛热力参数的推荐范围：表1 我国300MW、600MW电站锅炉热力参数的推荐值燃烧方式切向燃烧方式对冲燃烧方式机组容量等级300MW600MW300MW600MW容积热负荷qv，kW/m3贫煤85-11682-10290-12085-105烟煤90-118895-10595-12590-115褐煤75-9060-8080-10075-90截面热负荷qa， MW/m3贫煤45-5246-5442-5246-54烟煤38-5144-5236-5038-52褐煤33-4336-4532-4535-48上排一次风喷嘴中心至屏下沿的距离L，m贫煤17-21.519-2315-2018-23烟煤16-2018-2214-1818-22褐煤18-2420-2516-2218-24表2列出了炉膛热力参数选取的某些影响因素。表2 对炉膛热力参数选取的一些影响因素名 称机组容量煤的着火性能煤的燃尽性能煤灰的结焦倾向容积热负荷qv-截面热负荷qa选定了炉膛容积热负荷qv之后，即可求炉膛容积VL： m3 （1）式中 B实际燃料消耗量，kg/s； Qnet,ar燃料低位发热量，kJ/kg。确定了炉膛容积以后，即可根据所选取的另外一个炉膛热力参数qa，按下式确定炉膛的截面面积 (通常指燃烧器标高截面上的截面积)AL： m2 （2）式中符号意义同前。在选取qa时，主要考虑燃料的着火、燃尽性能、炉膛和燃烧器的结焦、水冷壁高温腐蚀等要求，例如当煤的挥发分低、灰分高时，应重点考虑煤的着火问题，qa不宜选取太低，以便提高燃烧器区域的炉温，促进煤的着火和燃尽；当燃用灰熔点偏低、易结焦的煤时，应注意考虑炉膛和燃烧器可能产生结焦问题，qa不宜选取太高，以便降低燃烧器区域的炉温，防止炉膛结焦。电站锅炉qa值的范围大致在3.25.4 MW/m2之间，选取时可参考表1。选取合宜的炉膛宽深比c，可以确定炉膛的截面形状，从而在炉膛截面积AL已定的条件下，计算出炉膛截面的宽度和深度。对于采用四角布置直流燃烧器的锅炉，一般希望炉膛的宽深比不大于1.2，以保证良好的炉内空气动力工况。在确定炉膛宽度时还要兼顾尾部烟道的尺寸，能很好布置尾部受热面。以上只是大略地决定炉膛的宽度和深度，然后再根据水冷壁的具体结构加以修正。如例题炉膛容积热负荷为qv=85.83 kw/m3,炉膛容积为VL=19313 m3，炉膛截面热负荷为qa=4.855 MW/m2, 炉膛截面积为AL=341.4m2，炉膛宽度a=18816mm,深度b=18144mm,宽深比为1.037。采用旋流燃烧器时（前墙或对冲布置），炉膛深度应按单只燃烧器功率和射程来选择。使火炬不冲墙，对冲时最大射程到炉膛深度方向的中心线射流相互不干扰。一般炉膛深度应大于（57）d，（d燃烧器出口直径），较大值为对冲布置）。燃烧器布置的有关内容，可参考标准附录中“有关燃烧设备和受热面设计的一些简要说明”。现就炉膛容积热负荷qv做以下说明。早期的锅炉容量较小炉膛也小，炉膛出口的位置和炉膛有效容积都容易确定。随着锅炉容量的增大，屏式受热面更多地布置在炉膛内，究竟哪些屏应包括在有效容积以内，决定了不同的炉膛容积VL和及相应的qv。目前我国大型电站锅炉一般规定炉膛后墙水冷壁向上直至顶棚管形成的假想平面作为炉膛出口，布置在这个平面以内（即炉膛侧）的屏式受热面，若其横向节距s1457mm，则该屏区要从炉膛有效容积中扣除，即炉膛出口截面向前移动至该屏的第一排管子中心线平面；直至出现s1457mm的屏为止。标准规定（参见“标准”9-2节）：“在确定qv时，炉膛上部s1700mm的屏包括在炉膛容积之中”，这与我国的规定有所不同。鉴于不同国家、不同锅炉制造厂确定qv时的炉膛出口边界不一定完全相同，因此在使用qv进行有关的设计或比较时，应注意其间的差异，必要时可作换算。但就本例题而言，不论按我国规定还是按原苏联标准，炉膛出口均应定于后墙水冷壁向上延伸的平面。图1 冷灰斗几何形状简图炉膛宽度和深度确定以后，应该考虑炉膛的冷灰斗及炉顶的形状，然后再决定炉膛的高度。冷灰斗几何形状见图1。冷灰斗的倾角应大于等于落灰的自流角（5055°）。炉顶形状变化比较大。大型锅炉常把整个炉膛分为下炉膛（大屏底以下的炉膛）和上炉膛（炉膛的屏区）两个部分，分别进行传热计算。对于本例题，上炉膛即是炉顶部分，上炉膛的下边界（即下炉膛的上边界）为分隔屏的最下排管子中心线所在平面,其形状较为复杂但容积也不难算出。下炉膛由主体段和梯形段组成（图2）。梯形段的容积取决于折焰角的形状。折焰角的结构见图3。折焰角的设计主要考虑炉膛出口的高度、对炉膛深度的遮盖率和自动清除积灰的能力。炉膛出口的高度由烟气流速和烟气温度来决定。烟气流速一般取9 m/s上下。如例题的该处烟速为9.5 m/s。折焰角的覆盖率是指折焰角探入炉膛的深度与炉膛深度之比，其作用是保证火焰对炉膛上部空间较好的充满，可在0.200.25之间选取，例题为0.235。折焰角上沿的倾角，应大于30°以保证不积存飞灰。在炉顶与冷灰斗的结构决定以后，即可决定炉膛主体段的高度hzt（参阅图2）。 m式中 VL炉膛容积，m3； Vd炉顶容积，m3；根据炉顶结构和炉膛宽度计算； Vhd冷灰斗容积，m3，按冷灰斗结构和炉膛宽度计算，但只计算冷灰斗上一半高度的容积； Vz下炉膛梯形段的容积m3，按梯形段结构和炉膛宽度计算。 AL炉膛截面积，m2。 炉膛主体段高度hzt算出以后，还应根据燃烧器至大屏底的最小距离的要求，校核主体段高度是否能够满足（表1），必要时还应结合燃烧器的布置要求作些调整。在计算炉膛容积时应注意，炉膛容积按水冷壁管中心线计算，炉膛的宽度和深度也按水冷壁管中心线计算。炉膛容积的下边界为冷灰斗的高度之半所在平面。图2 炉膛主体段高度决定示意图以上所述确定炉膛容积和截面尺寸的方法是一种设计计算的方法，有经验的设计人员通常是采用校核计算的方法完成以上任务，即根据锅炉的容量，大体布置好锅炉的各个尺寸，然后按以上所述的方法计算出炉膛容积和截面，按式（1）和式（2）校核炉膛容积热负荷qv和炉膛截面热负荷qa，若不合适则重新调整炉膛的有关尺寸，直至满足要求为止，如本例题采取的就是这样一种方法。炉膛计算的主要方法有两种：一是将整个炉膛包括其中的屏式受热面一起计算（包含屏的炉膛计算），待炉膛出口温度求出以后，再根据屏的面积与炉墙面积的比例分摊传热量以求得屏的辐射吸热量。另一种方法是把炉膛分为两大块计算（分体式炉膛计算），即把炉膛以大屏辐射式过热器下端面为分界面，封闭的自由容积区域为下炉膛，屏式过热器区为上炉膛，分别进行独立的辐射换热计算。后一种方法大型锅炉使用较多，如例题所进行的计算即为这种计算。含屏的炉膛计算和下炉膛计算，使用的计算炉膛出口的公式是相同的，参见“标准”的式（6-35），区别在于炉墙总面积FCT的计算不同。分体式计算的FCT为包复炉膛有效容积的所有面积，不论这个面积是否是由受热面构成，按“标准”式（6-01）计算。对含屏的炉膛计算，FCT除包复炉膛有效容积的所有面积之外，还要包括炉内屏的全部外表面积，并且考虑屏的曝光不均系数，按“标准”式（6-02）计算。不论哪一种计算方法，炉膛计算的主要目的都是炉膛出口烟温L的取得。先布置好炉膛结构，然后计算出相应的出口烟温L。如果L不合适，就要重新改变炉膛尺寸，一般调整燃烧器标高比较方便，但可能会影响到燃烧器的着火和燃尽的性能，因此调整的空间不大，最常见的是调整炉膛主体段的高度。炉膛出口烟气温度L是影响受热面设计布置和锅炉运行的重要参数。其数值高低不仅影响炉膛出口受热面的结焦、燃料的燃尽、汽温特性、省煤器的出水温度等，还决定着辐射受热面与对流受热面的比例，从而影响锅炉受热面钢材总耗量。通常在9501100之间选取。计算炉膛的平均壁面热负荷qCT时，使用水冷壁占据的炉墙面积，与水冷壁管子的周界面积无关，它等于炉墙总面积FCT与燃烧器占据的面积Fr之差。图3 折焰角结构尺寸图在计算炉膛出口烟温时，要注意以下几点：a) 炉内有效热量QL的意义及计算。QL的物理意义是相应1kg计算燃料，进入炉膛的总热量，它可以理解为燃料的输入热量Qr与入炉空气带入的总热量Qk之和，是炉内换热初始烟气所具备的总热量。因此，QL与炉膛出口烟焓之差就是炉内辐射热量（相应1kg煤），QL与省煤器出口烟焓之差就是工质的总吸热量（相应1kg煤）。图4 各风量、漏风系数示意图QL的计算中Qk按“标准”式（6-29）和式（4-43）计算。注意对于采用了三分仓空气预热器和正压冷一次风机的系统，空预器的加热空气温度t0,B按一次风和二次风的加权平均值计算（对各风率加权），式（6-29）中I0,B按照t0,B查取，式中T为通过预热器的一、二次风率之和。在一次风机的出口常设计有一股冷一次风绕过空气预热器，在制粉系统前与热一次风汇合，这称为调温风（图4）。调温风最终以环境温度进入炉膛，因此式（4-43）中的各漏风系数还应增加调温风系数（调温风风量与理论空气量之比）一项。b) 炉膛出口烟温L的误差 炉膛计算属于校核计算，L在事前是未知的，但计算中的许多物性参数要用到L，因此，炉膛计算时先假设一个炉膛出口烟温L，依此计算确定诸炉膛物性参数，待炉膛计算完成后将计算得到的L与假设的L相比较，若假定值与计算值的偏差大于100，则重新假定L（可取上次L的计算值）进行新一轮炉膛计算，直至假定值与计算值的偏差小于100可结束迭代计算。炉膛出口烟温的计算结果取计算值（而非假定值）。炉膛计算中的定性温度是炉膛出口烟温而不是炉膛平均温度。即在查取烟气的热物性参数时，一律使用炉膛出口烟温。这是因为在100的烟温偏差下，可认为热物性参数的变化已经不是太大了。c) 在计算系数M时，对于煤粉炉应使用“标准”式（6-26a）。式中xr为燃烧器的相对标高，是反映炉膛最高火焰中心位置的一个系数。定义为燃烧器标高hr与炉膛高度HT之比。其中hr按式（6-09）计算，HT按6-09节的规定计算。注意二者的计算基准都是冷灰斗高度之半上的标高。4、在计算烟气的辐射特性时，炉膛的有效辐射层厚度s按式（6-07）计算（下炉膛）或式（6-08）计算（含屏炉膛）。燃烧产物的辐射吸收系数kr按式（6-14）计算或查线算图2。线算图2的结果要乘以rn(三原子气体容积份额)才是式（6-14）的结果。课程设计使用哪一种方法计算都可以。灰粒子的辐射减弱系数kh按式（6-16）计算，式中的无因次飞灰浓度fh可直接从烟气特性表查到，不必重复计算。5、式（6-35）中的炉墙的热有效系数，为各区段炉墙热有效系数的加权平均值，按式（6-32）计算。其中各区段的角系数xi：对于膜式水冷壁，取x=1.0，对于冷灰斗高度之半平面（即炉膛的下边界）取x=1.0（即认为来自炉膛的辐射全部到达冷灰斗的下半部分水冷壁管）；对于大屏底的水平面（炉膛出口烟窗），取x=1，（即认为来自炉膛的辐射全部到达出口窗后面的受热面）。各区段的水冷壁沾污系数：对于水冷壁和炉膛的下边界，按表6-3查取；对于出口窗，按式（6-34）计算。式（6-34）中的值为考虑屏区的高温烟气对炉膛反向辐射影响的系数，这个反向辐射使炉膛与屏区的净辐射换热量远小于炉膛烟气向屏区发去的辐射。至此设计计算中的第6项计算完毕。第四节 屏式受热面的计算炉膛计算(例题为下炉膛计算)完毕之后，就进行屏及对流受热面的计算。根据前述炉膛有效容积的确定原则，例题的分隔屏、后屏和末级再热器均包括在上炉膛内，但这些受热面的计算都是单独进行的，因此从计算方法上看已经不属于炉膛计算了。屏式受热面（半辐射式受热面）和后面对流受热面的计算都归于对流受热面计算的范畴（区别于炉膛的辐射计算）。屏与对流受热面采用同样的传热计算方程式Qd =K×t×F/Bj。其间区别在于传热系数k、传热面积F、传热温差t的计算公式不同（将在后面叙述）。屏式受热面与顺列管束的区别在于横向相对节距1和纵向相对节距2。对于光管屏，当13及21.5时，受热面即可按屏来计算(“标准”第41页)。从例题给出的1和2数据看，分隔屏、后屏和末级再热器这三个受热面均应按屏来计算。对流受热面计算应用的三个方程为传热方程、烟气放热方程、工质吸热方程。三个方程所得热量应该相等，但因传热方程计算复杂，一般允许计算得到的传热量与吸热量（或放热量）之间有2%的误差。屏式受热面计算一般有两种情况：一种是受热面结构和面积已定，求传过的热量。一种是受热面结构已大致确定（如直径、管距、排列方式等），需要传过的热量已定，求受热面的面积。前一种情况称校核计算，后一种情况称设计计算。如例题中分隔屏、后屏和末级再热器这三个受热面的计算，由于传热量均未给定，出口参数取决于受热面布置的多少，所以它们都应归于校核计算。下炉膛计算完成以后，按烟气流动顺序即应进行分隔屏的热力计算。但此时分隔屏的工质进口温度尚不知道，因此必须首先计算出分隔屏的蒸汽进口温度。为此需要简要介绍一下过热器的系统。以例题所示的过热器系统来看，来自分离器出口的微过蒸汽依次流过包复过热器（先后由炉顶、水平烟道顶、转向室、低再延伸后墙、低再延伸侧墙、水平烟道侧墙组成），分隔屏、后屏、末级过热器最后到达锅炉出口。在分隔屏和后屏之间、后屏和末级过热器之间设计有一、二两级减温器。在进行分隔屏等的计算时，分离器出口汽温是已知的（例题为425），相当于自然循环锅炉的饱和温度。为了计算分隔屏进口温度，需要知道所有包复过热器的工质总焓升，采取的方法是：事先假定包复过热器的总吸热量，据此算出包复过热器的工质总焓升，和分隔屏的进口工质比焓、温度。然后依次进行所有后续计算，得出与包过有关的各受热面的传热量和烟气温度，计算各包过的吸热量、包复过热器的总吸热量，并与假定值比较，当假定吸热量与后面计算得出数值的相对误差大于10%时，应重新假定包复过热器的总吸热量，并进行新一轮迭代计算。直至相对误差小于10%时停止迭代。例题给出的包复过热器总吸热量为788 kJ/kg，是逐次逼近以后的结果。包复过热器的计算采用简化计算，计算方法参见本节稍后的内容。在屏式受热面计算中，烟气放热量Qd按“标准”式（7-02）确定，其中的Q为附加吸热量，需要事先估计，最后校核。工质吸热量Qg按“标准”式（7-03）确定，其中的Q为屏从炉膛直接获得的辐射热量，按式（7-06）计算。传热量按式（7-01）计算，其计算面积取其等于最边缘管子的外轮廓线所围成的屏纵轴向的两倍乘上角系数x。角系数x根据2按线算图1a曲线5确定。其传热温差按屏区的平均烟气温度与平均蒸汽温度之差确定；传热系数按“标准”式（7-11）确定。式中的Q为屏由炉膛直接获得的辐射热量（kJ/kg）。式（7-13）中的/22x项为屏的平面面积转换为光管外表面积的换算系数。烟气侧的放热系数a1按式（7-13）计算，1包括了对流和辐射两个放热系数（k和）。k按式（7-40）计算，或查线算图7。在使用线算图7查取修正系数时，当管屏的相对横向节距1大于3时，按1=3查取。按式（7-63）计算，或查线算图18。注意按公式（7-63）计算时，式中的温度一律用热力学温度，而在查线算图18时，温度一律用摄氏温度。灰壁温度T3的计算较为复杂，见式（7-68），其中对传热系数计算影响最大的是污染系数（查图7-15），一定要查准。屏间烟气的黑度a按式（7-67b）计算。屏区前烟气空间对屏区的辐射不单独计算，用增大屏间烟气黑度a的方法计及它的影响。修正后的屏区黑度a按式（7-73）计算，最后是用a而不是a代入式（7-63）计算辐射放热系数a。例题中，后屏的屏间烟气的黑度a为0.2779，修正后的烟气黑度a为0.4042，可见屏区前烟气空间辐射对屏区换热的影响还是不小的。炉膛出口窗处来自炉膛的直接辐射q按式（6-37）计算。注意式（6-37）中的Q代表的是整个炉膛辐射换热量，按式（6-30）计算。它与式（7-03）和式（7-06）中的Q意义完全不同、数值亦不相同不可混淆。式（6-37）中沿炉膛高度的吸热不均系数y取决于区段的相对高度h/HT(HT炉膛高度)，按表8-3或表8-4取用。式（6-37）中的热有效系数，必须考虑屏间烟气的反向辐射，按式（6-34）确定。例题中取反向辐射影响系数=0.6,=0.6×0.45=0.27。例题的减温水取自最后一级高加出口，故减温水焓与给水焓相等。由于有减温器，所以分隔屏出口的介质比焓高于后屏进口的介质比焓，后屏出口的介质比焓高于末级过热器进口的介质比焓。因此在这两个地方分别进行一次减温单元计算。减温单元计算的目的是根据减温器的喷水量、主蒸汽流量和减温器进口汽温，计算得到减温器的出口汽温。计算公式如下： kJ/kg （3）式中 D1、h1减温器喷水量、减温水比焓； D0、h0减温器进口蒸汽流量、蒸汽比焓。减温器的出口汽温t根据出口压力p和出口比焓h查表得到。在主受热面烟道的四周，往往布置有侧墙、顶棚等附加受热面，这样使对流受热面的计稍微复杂些。在计算主受热面的对流吸热量Qd时，需要从进、出口的烟气焓降中扣除掉附加吸热量Qfj。（"标准”式7-02）。计算时需预先估计附加吸热量Qfj，待主受热面计算完成以后，进行附加吸热量计算，并检验Qfj的计算值与估计值是否相符，对于附加吸热量，规定相对误差的允许值为±10%。附加吸热量Qfj采用简化计算，烟气对附加受热面的传热系数就取主受热面的传热系数值，传热温压为烟温与附加受热面内工质温度的算术平均值；传热面积取附加受热面的辐射受热面积（即投影平面面积）。例如在例题的水平低再计算中，附加受热面为四面墙围成的总平面，传热面积421.6m2；传热系数取水平低再的传热系数53.06 w/m2., 传热温压为618.2-431.2=187，附加吸热量（计算/估计）为61.07/63,吸热量相对误差：-3.056%。进行校核计算时，最常用的逐次逼近算法是先估计一个出口烟温，然后计算烟气对流放热量Qd以及工质的另一个温度，计算传热温差、传热系数和传热量Qc。若Qd和Qc的相对误差小于±2%，则结束计算。反之，则要重新假定出口烟温，重复计算传热量Qc直至误差满足要求为止。这里说明，附加吸热量的计算随同主烟道的计算一并进行，不必单独作迭代，其误差（±10%）可在最后再作调整，这样做可简化迭代过程。根据“标准”第105页的规定，如果前后两次迭代计算时，出口烟温的变化不大于50,传热系数可不必重算，必须重算的只是传热温差，并要重新求解热平衡方程式。关于半辐射式受热面计算的几点说明：1、布置于炉内的半辐射式受热面（屏），其工质吸热通常接受两类传热量的贡献。一类是烟气的对流放热量Qd，这个热量等于屏的进口烟气温度（或烟焓）降低到出口烟气温度（或烟焓）所释放的热量。另一类是屏由炉膛直接获得的辐射热量Q，这个热量只用于增加工质的比焓而不降低烟气的温度（或烟焓）。因此屏的工质吸热方程与一般对流受热面不一样，需要扣除一项Q（"标准”式7-03）。2、Q的计算式（7-06）中，xp反映的是来自炉膛的辐射到达所计算受热面的份额，它是一个与屏的结构及其相对炉膛辐射面位置有关的一个纯几何参数。理论上xp的计算应该采用面积微元积分的方法解决。“标准”在表7-1和表7-2中给出了确定xp的一种简化方法，但这种方法在例题所示屏结构条件下无法使用。例题给出的xp，分别是分隔屏: 0.3641,后屏：0.3662；末级再热器：0.06562。是按照各屏与炉膛出口窗的面积比例、位置关系、屏的横向节距s1i采用简单加权计算确定的。也并非面积微元积分的结果。3、半辐射式受热面（屏）的计算特点是有屏间烟气的容积辐射。用辐射放热系数a把屏间气辐射计算转为对流放热计算。要区分屏间容积辐射热量与屏从炉膛直接获得的辐射热量Q的不同。前者会使进入屏区的烟温降低，后者则没有这个作用。4、对流受热面定性温度一律取烟气进、出口温度算术平均值。至此设计计算中的第7项计算完毕。第五节 烟道对流受热面的计算烟气离开末级再热器后，顺序流过后墙水冷壁悬吊管、末级过热器、蒸汽引出管、低再垂直部分、转向室、低再水平部分、省煤器、空气预热器。这些受热面的主要传热方式是对流传热，管间烟气辐射的比例较小，属于对流受热面计算。在后屏和末级过热器之间设计有第二两级喷水减温器。在对流受热面计算中，烟气放热量Qd按“标准”式（7-02）或式（7-08）确定。对于空气预热器，上两式中的附加吸热量Q取零。工质吸热量Qg按“标准”式（7-04）或式（7-05）确定。传热量按式(7-01)计算。上述诸式中有关参数的计算公式，视具体受热面的不同而互有区别，以下结合各受热面加以说明。末级过热器管屏为顺排、顺流，纵向相对节距2 =2.0，按照“标准”第41页的规定，其计算属于顺列管束而不是屏。相应传热面积按管子的几何外表面积计算（“标准”7-01节）、传热温差按对数平均温差计算（“标准”式7-74）。按照例题布置顺序，末级过热器的进口烟温等于后墙水冷壁悬吊管排的出口烟温。为简化计，后墙水冷壁悬吊管排不做传热计算，只估计其烟温降低值10，计算出末级过热器的进口烟温和悬吊管排的传热量。若需对后墙水冷壁悬吊管排作传热计算，可参见7-40节。末级过热器的进口汽温经减温单元计算（本