毕业设计（论文）WNS10.7Q燃气锅炉设计.doc

1 前 言随着经济的发展和环保意识渐加强，燃油、燃气锅炉近年展很快。从国外的统计情况，燃油、燃气锅炉供热（汽）已占较大比例，美国占98%，日本占99%。在中国,能源的供应以煤为主。但是能源的需求量增大以后,以煤作主要能源的弊端日益显现,必须寻找其他能源替代煤炭作为主要能源。我国是一个缺乏原油的国家,从整个世界范围来看石油的可利用前景也不是十分乐观,所以不应将燃料政策定位在以燃油为主上。在今后的10年到20年内,我国的燃料政策应向燃气倾斜,所以在21世纪初的10年到20年内,燃气锅炉在中国市场将会有很大发展。本次设计的主要任务为WNS1-0.7-Q小型燃气锅炉的初步设计。设计要求通过平衡计算，炉膛（炉胆）热力计算，对流受热面的结构计算，烟风阻力计算，强度计算，得出燃气锅炉的系统结构几尺寸，再根据计算结果绘制燃气锅炉的结构简图，达到能够制造应用的程度。 2 我国燃气及燃气锅炉的现状及发展2.1燃气发展史上世纪80年代初,我国政府为了提高居民的生活水平、减少环境污染,加快了城市燃气化的进程,兴建了许多煤气工程,使城市气化率大大提高。但是进入90年代以后,煤制气因其成本高、污染环境等原因导致了衰落,从1991年至1997年煤制气的供气量基本没有变化,维持在130亿/年的水平上。从1989年到1997年,液化石油气(LPG)在我国的实际消费从243.7万t增长到1014.0万t,年均增长率为22.59 %。在相同时间内,天然气实际消费从137亿/年增长到195.66亿/年,年均增长率为5.22 %。从数据看,我国目前的天然气消费水平较低,其原因是:(1)国内天然气工业发展慢,天然气产量少；(2)从国外进口的天然气少,进口以液化天然气(LNP)为主。从我国目前大力开发,天然气工业21世纪会在中国得到高速的发展。2.2 中国燃气市场预测煤制气在中国21世纪初的燃气市场上,煤制气不会有很大的发展;随着现有煤制气设备的老化、一些城市逐渐用管道天然气取代城市煤气,煤制气的用量有可能逐年减少,或者维持现有的水平。今后煤制气将主要在煤矿附近的城镇及近年新建城市煤气管网的城市使用。天然气和液化气:天然气和液化气在中国未来的燃气市场将占据主导地位。首先,中国有十分丰富的天然气资源;中国的天然气预计储量为38万亿。截止1996年底,已探明天燃气储量2.4万亿,资源探明程度6.31 %。在今后的20年至30年内,预计每年探明储量1 000万亿以上,探明储量增长高峰约在2015年前后。中国天然气预计储量占全球天然气预计储量的10 %左右。第二,中国有30万亿至35万亿的煤层气资源,分布在中部和东部地区,华北地区占总资源的61.7 %,计划在2004年煤层气的供应量将达25万亿,气源集中在山西和淮北。第三,1997年中国液化气的实际消费量为1 014. 0万t,而国内企业的实际市场销售量为578.6万t,差额由进口补足。由于差额较大,故中国市场的液化气价格受国际市场液化气价格影响较大,价格的波动基本与国际市场价格波动一致。由于液化气可以较好地满足中国南方市场的需要,故如果价格合适,液化气的进口仍将增加。按中国国家发展计划委员会能源研究所预测,21世纪的头20年中国天然气和液化气的用量将大幅度增长。为此中国提出了“加快开发利用国内资源和加快利用国际资源”的发展战略。2.3燃气及其使用特性燃气是指在常温常压下呈气体状态的可燃性气体。作为锅炉的燃料，污染小、发热量高、易于操作调节，是一种优质锅炉燃料。燃气分类见表 1-1 。表 1-1 燃气分类种类来源及品名天然燃气来自自然界的可燃气，如天然气，石油伴生气等。人造燃气由固体或液体燃料加工而得的可燃气体，如发生炉煤气等。副产燃气在钢铁、化工生产过程中得到的一种可燃性气体副产品，如高炉煤气等。液化石油气 用天然燃气或石油炼制过程中取得的油气经加压液化的燃气，是一种天然和人造性气体。燃气的主要使用特性，由其组分、发热量、密度、华白书数及爆炸极限等决定。使用时对燃气的压力和温度要求也是必不可少的。常用燃气的热值见表 1-2。燃气的爆炸极限是由其组分决定的。一般情况下，天然气的爆炸极限是5%-15%；焦炉煤气是5%-36%；液化石油气是11.6%-11.1%；范围越大，下限越低的燃气爆炸危险性越大。使用时应注意燃气的爆炸极限，并采取相应的防爆措施。燃气的燃烧燃气的燃烧过程是：燃气与空气混合着火燃烧。通过燃烧器进行充分混合，保证燃气充分燃烧。常用的几种燃烧器特点见表1-4。表1-2 常用燃气的热值燃气名称低位发热量（kj/Nm3）天然气35500-41900石油（田）伴生气43000-48000焦炉煤气13200-19200发生炉煤气空气发生3700-4600蒸气发生10000-11300混合发生500-700油制气13000-36000高炉煤气39000-4800液化石油气88000-115100表1-2 选用天燃气成分及特性资料：燃气种类成分体积分数（%）天燃气98.00.40.30.311.标态下高位发热值：=40337；2.标态下低位发热值：=36533。3.标态下理论空气量：=9.64；4.理论烟气量（湿/干）：=10.64/8.65。 常用的燃烧器特点表1-4 燃烧方式主要特点扩散式燃烧一次空气系数 a=1要求有较大的燃烧室，可设计成各种形式结构适应各种燃气，调节性好，在各种形式的锅炉上均可使用。不产生回火。半预混合式燃烧一次空气系数 a=0.45-0.75燃烧热强度较高，可不用鼓风机；适应各种燃气，结构较复杂，体积较大，运行时可能产生噪音和回火，一般只用于中小容量锅炉。全预混合式燃烧一次空气系数 a<1.0 燃烧热强度较高，调节范围小，可能产生回火，结构复杂，体积大，锅炉上一般不采用。2.4燃气锅炉种类及特点燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为火管锅炉和水管锅炉。火管锅炉结构简单，水及蒸汽容积大，对负荷变动适应性好，水质的要求比水管锅炉的，多用于小型的企业生产工艺和生活采暖。水管锅炉的受热面布置方便，传热性好，在结构上可用于大容量和高参数的工况，但对水质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在水管锅炉和火管锅炉的基础上发展起来的，具有两者的优点，对水质的要求和水管锅炉相近。火管锅炉因为容量较小，结构紧凑，一般制成快装式锅炉，以便于运输和安装。 燃气锅炉也分锅壳锅炉和水管锅炉两大类，基本结构与燃煤锅炉基本相似。但燃气锅炉燃烧强度高。炉膛容积热负荷为链条炉的1.4-2.6倍，对流传热烟气速度高（可为燃煤烟气速度的2倍以上）以及大多采用微正压燃烧，其结构紧凑，体积小，在结构上适应为正压燃烧和通风。立式锅壳锅炉立式锅壳锅炉的锅壳纵向轴线与地面垂直，占地面积小，结构也比较简单。这种锅炉工作压力可达2.0MPa ，最大出力为1560公斤/ h或1.0 MW 。卧式锅壳锅炉卧式锅壳锅炉几乎是国内外燃气卧式锅炉的唯一形式，其工作压力一般为2.0MPa以内，最大容量不超过30t/h。水管锅炉水管锅炉与锅壳锅炉相比，容量和压力都不受限制，便于布置成各种形式，水循环也比较好，但对给水要求比较高。因为采用微正压燃烧和通风方式，要求炉墙的强度和密封性要好，一般炉膛水冷壁都布置成密闭性结构，炉墙可采用一层或两层金属护板。2.5燃气锅炉的发展及其优点燃气锅炉是20世纪中期才出现的，到20世纪70年代末已取得很大发展。燃油最初在锅炉上使用是在20世纪30年代，当时它是作为一种辅助燃料用在链条炉排锅炉上。由于燃烧技术和当时的燃油质量差，所以往往造成燃油在燃烧中突然熄灭的事故发生，因而没有得到真正的使用。20世纪40年代前后，一些西方国家的军方急需大动力的舰艇，商船队也要求增大运载能力，并减轻自身的燃煤携带重量。在军事和经济迫切需要的情况下，促成了船用燃油锅炉的研制和成功运用。20世纪50年代，西方工业发达国家的经济从战后恢复转入了全面发展时期。企业家们在经营上追求低的投资，高的利润。当时燃油锅炉在投资和运行费用方面比燃煤锅炉有着明显的优势，就给燃油锅炉提供了需要和可能的发展条件。20世纪70年代的两次石油危机，天然气又作为燃料用于锅炉。到20世纪90年代初，工业发达国家的燃油燃气工业锅炉已占其工业锅炉总数的90%以上。我国的燃油燃气工业锅炉问世比西方晚15年左右。20世纪60年代到70年代，只有三家制造厂，产品的产量也极少。70年代后期以来，无论是制造厂还是实用燃油燃气锅炉的装用数量增长都十分迅速。经过20 年的发展，我国的燃油燃气锅炉的产品品种增加很快，产品质量也有很大提高，特别是锅炉本体（受压部分）的质量水平已不亚于发达国家的制造质量，但是燃烧器的工艺水平和燃料供应系统中一些关键件与发达国家相比，差距还较大。因此，目前燃油燃气锅炉的发展就出现明显“中西结合”态势，即国内锅炉本体配国外燃烧器。为了抑制大气环境的恶化，北京等全国许多大中城市都提出了用燃油燃气锅炉代替燃煤锅炉的实施方案，这又给燃油燃气锅炉的发展提供了一个很好的发展机遇。燃气锅炉在未来的的发展有较好的前景，主要原因有以下几点：客观因素:(1)高层民用建筑的发展:自80年代以来,中国的大中城市的高层民用建筑有较大的发展;促进了燃气锅炉的应用。(2)高新经济技术开发区的建设:改革开放政策吸引大量外资企业来华投资,全国各地纷纷开发了高新经济技术开发区,改善了投资环境。由于高新经济技术开发区的建设标准要求高,因此促进了燃气锅炉的发展。(3)环保要求的提高:一些大中城市的市区对燃煤锅炉房的建设制定了某些限制条件,如北京市、上海市、西安市等。(4)燃气工业的发展需要大量的终端用户。从燃气供应和燃气利用前景来看,中国燃气锅炉市场的前景是非常好的。因此,许多国外燃气锅炉都在努力开发中国市场,中国国内的生产厂家也加强了燃气锅炉的开发和生产。目前已有德国、美国、英国、法国、瑞士、意大利、日本、韩国的20余个厂家的燃气锅炉进入了中国市场。中国国内生产燃气锅炉的厂家有50余家,在生产能力和品种上可满足中国国内需要。随着工业的发展，人们对燃油燃气锅炉的的总体要求更加严格。这种要求主要市解决经济性、安全性、可使用性的矛盾，具体表现在以下几个方面：（1） 锅炉的高效率。燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源。环保型燃油燃气锅炉的燃烧效率和大型工业锅炉已基本相当。环保型燃油燃气锅炉，特别是蒸汽锅炉，由于采用可低阻力性火管传热技术和低阻力高扩展受热面的紧凑型尾部受热面，环保型燃油燃气锅炉的排烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达130140（2） 结构简单。采用简单结构的受热面，对锅壳式锅炉采用单波形炉胆和双波形炉胆燃烧，强化型传热低阻力火管，以及低阻力型扩展尾部受热面。除此之外还可以根据具体要求配备低温过热器（250）受热面。对水管式锅炉，采用膜式壁型炉膛，紧凑的对流受热面，可配备引风装置，除此之外还可以根据具体要求配备高温过热器（250）受热面。（3） 使用简易配套的辅机。给水泵、中游泵、重油加热器、鼓风机和其他一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性。（4） 全智能化自动控制并配有多级保护系统。不仅配有完善的全自动燃烧控制装置，更配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水、超压、超温、熄火保护、点火程序控制及声、光、电报警。（5） 配备燃烧器送风机和烟道消音系统，降低锅炉运行的噪音。（6） 应装备自动加药装置，水处理装置。（7） 配备其他监测和限制装置，至少应保证锅炉的24小时无监测安全运行。 而WNS型锅炉作为燃油、燃气锅炉的一种，则又以其结构紧凑、体积小、自动化程度高、安装方便、运行安全可靠等优点，为大多数中小型燃油、燃气锅炉所采用，发展趋势良好。WNS型燃油、燃气锅炉在炉型发展方向之所以受到重视，是由于它与水管锅炉相比具有以下特点：（1）高和宽尺寸较小，适合组装化的要求，锅壳结构也使锅炉维护结构简化，比组装水管锅炉有明显优点。（2）采用微正压燃烧，密封问题容易解决，而且炉胆的形状有利于燃油、燃气燃烧。（3）由于采用新的传热技术（如螺纹式烟管等），传热性能接近一般的水管锅炉水平，克服了烟管传热性能差的缺点。（4）对水处理要求低，水容积大；对负荷变化的适应性强。3 空气、烟气的初步计算3.1气体燃料标准状态下1气体燃料反应计算方程式完全燃烧所需要的空气（指干空气）称为气体燃料的理论空气量（）当气体燃料的组成已知时，便可以计算出标准状态下的气体燃烧所需要的理论空气量： 3-1）式中 ：理论空气量（干空气/湿空气），； ，燃气中各种可燃组分的体积百分数,%；燃气中氧的容积成分，%。对烷烃类燃气(天然气、石油伴生气、液化石油气)可采用 （3-2） （3-3）式中 ： 收到基高位热值，。使燃料在炉内能够燃烧完全，减少不完全燃烧损失，实际送入炉内的空气量要比理论空气量大，这一空气量称为实际供给空气量。3.2空气焓的计算理想空气焓为1燃料所需理论空气量在定压下从0（）加热到（）所需要的热量。用符号表示，单位为KJ/NM3理想空气焓为： （3-4）理论空气量， NM3/kg ； 1干空气连同其带入的水蒸汽在温度为是的焓，KJ/NM3，称为比焓。实际空气焓为1燃料所需实际空气量在定压下从0（）加热到（）所需要的热量。用符号Ik表示，单位为KJ/NM3实际空气焓为： （3-5）a过量空气系数。3.2.1理论烟气量计算（当=1时）：1. 三原子气体体积按下式计算： （3-6）标态下干燃气中三原子气体体积，；、标态下二氧化碳和二氧化硫的体积，。2. 水蒸气体积下式计算： （3-7）式中：理论烟气中水蒸气体积（水蒸气/干空气），；标态下燃气的含湿量，；标态下空气的含湿量，。3. 氮气体积按下式计算： （3-8） 式中：标态下理论烟气中氮气的体积，。4. 理论烟气总体积按下式计算： （3-9）式中：标态下理论烟气量，。3.2.2理论烟气量的计算（当>1时）： 1. 水蒸气体积计算按下式计算： （3-10）式中：实际烟气中水蒸气体积（水蒸气/干空气），。2. 氮气体积按下式计算： （3-11）式中：实际烟气中氮气的体积，。3. 过剩氧气体积按下式计算： （3-12）式中：实际烟气中过剩氧气的体积，。4. 实际烟气总体积按下式计算： （3-13）式中：实际烟气量，。也可按下式计算： （3-14）3.3燃烧产物焓的计算 1kg燃料燃烧生成的燃烧产物在定压下从0加热到所需要的的热量称为燃烧产物焓。燃烧产物焓包括烟气焓合飞灰焓两部分组成。由于本设计为燃气锅炉设计，没有飞灰焓一项，即=0。计算式为： （3-15） 1. 理论烟气焓为各组成成分焓之和，即 （3-16） 、烟气中三原子气体容积、理论氮气容积和理论水蒸气容积，；、三原子气体、氮气、何水蒸气的平均定压比热容，其值可查表的，取。表3-1 空气、烟气焓温表tCCO2CN2CO2CH2O(ct)kI0kIKI0yIy温度比热比热比热比热比热理论空气焓实际空气焓理论烟气焓实际烟气焓1001.70031.29581.31761.50521321292.281421.5081541.170471670.398472001.78731.29961.33521.52232662604.142864.5543114.156343374.570343001.86271.30671.35611.54244033945.374339.9074725.284135119.821134001.92971.31631.37751.56545425306.185836.7986379.60186910.21985001.98871.32671.3981.58976846696.367365.9968074.154758743.790756002.04111.34021.41681.61488308125.78938.279820.126510632.69657002.08841.35361.43441.64129789574.6210532.08211607.8628412565.324848002.13111.3671.44991.668112911052.9112158.20113435.8050414541.096049002.16921.37951.46451.6956128212550.7813805.85815297.4479616552.5259610002.20351.39171.4775.1.7229143514048.6515453.51517192.671518597.536511002.23491.40341.48931.7501159515615.0517176.55519119.2387120680.7437112002.26381.41431.50051.7769175317161.8718878.05721071.8581622788.0451613002.28981.42521.51061.8028191418738.0620611.86623053.5689824927.3749814002.31361.43481.52021.828207620324.0422356.44425050.412827082.816815002.33541.4441.52941.8527223921919.8124111.79127069.677729261.658716002.35551.452813.53781.8761240323525.3725877.90729106.840831459.377817002.37431.46121.54621.8996256725130.9327644.02331165.9767533679.0697518002.39151.46871.55411.9213273226746.2829420.90833230.0136635904.6416619002.40471.47591.56171.9423289228312.6831143.94835304.3466938135.6146920002.42211.48251.56921.9628306630016.1433017.75437399.491440401.10544 锅炉热力计算然油燃气锅炉热力计算的主要目的是确定足够的受热面，以保证锅炉合理的出力和热效率。尤其燃料的燃烧过程和燃烧后产生的烟气相比，有许多不同之处，因而然油燃气锅炉的性能、结构和热力计算与燃煤锅炉相比，也有其特点。燃油燃气锅炉的热力计算主要包括：（1） 锅炉的热平衡计算；（2） 炉膛（炉胆）的肉热面计算；（3） 对流受热面计算。4.1 锅炉热平衡计算锅炉的热平衡计算，是为了保证锅炉机组的热量与有效利用热及各项热损失的总和相平衡，并在其基础上计算出锅炉机组的热效率核燃料消耗量。热平衡计算是在锅炉机组处于稳定的热力工况下进行的。对燃油、燃气锅炉，一般均以标准状态下1kg燃料油或1气体燃料为基准计算。 锅炉热平衡方程的普遍形式为： （4-1）式中：送入锅炉系统的热量；锅炉系统的有效利用热；排烟带走的热量；气体不完全燃烧损失的热量；固体不完全燃烧损失的热量；锅炉系统向周围空散失的热量；燃料中灰渣带走的热量。 对气体燃料，上式个热量值均相对于1燃起，单位为。因为气体燃料韩辉量很小，可以忽略。同时，气体燃料燃烧时，一般没有固体不温泉燃烧现象，即=0。 如各项热量用其占输入量的半分币表示，则热平衡方程表示为： （4-2）式中： ，其中为每项热量。牌要热损失，%；气体不完全燃烧损失，%；固体不完全燃烧损失，%；散热损失，%；燃料无力热损失，%。4.1.1 锅炉的输入热量Qr 相应于1 M3燃气送入锅炉系统的热量Qr（KJ/ M3）是指锅炉范围以外输入的热量。有： （4-3） 式中：燃料的低位发热值；（KJ/ M3） 用锅炉系统以外的热量加入锅炉的空气时，相应于每燃气所具有的热量；（KJ/ M3）燃气的物理显热。（KJ/ M3）本设计未用外界热源预热空气和天然气，也没有自用气带入锅炉的热量，故： （4-4）锅炉总热损失为： （4-5）锅炉的热效率为： （4-6）4.1.2 排烟损失在燃气锅炉中最重要的损失是排烟损失，它决定于排烟温度和排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过剩空气系数的大小。排烟损失 （4-7）在排烟过剩空气系数及排烟温度下，相应于1m3燃气的排烟焓，kJ/ M3；排烟的过剩空气系数；在送入锅炉的空气温度下，1 m3燃气所需要的理论空气的焓，kJ/ m3； 和可由烟气和空气的焓温表查的。从式（4-7）可知，排烟热损失随排烟温度的升高和排烟的过剩空气系数的增大而增大。4.1.3 气体不完全燃烧损失气体不完全燃烧损失系指排烟中未完全燃烧或燃尽的可燃气体所带走的热量占送入锅炉的输入热的份额。对燃用天然气的锅炉，取=0.5%。在实际运行中，中小型锅炉在燃烧良好的情况下，使气体不完全损失达到设计要求并不困难。不少锅炉运行中此项世事往往可接近于零。但是燃烧不良的情况下，此项损失也能很高，甚至达到10%。气体不完全燃烧损失的大小主要取决于燃烧成分、炉膛过剩空气系数、所用燃烧器、燃烧器与炉膛配置是否适当以及运行操作是否合理。4.1.4 散热损失散热损失是指锅炉围护结构和锅炉机组范围内的气、水管道以及烟风道等，受外部大气对流冷却和向外热辐射所散失的热量。它与周围大气的温度（露天布置时的室外温度、室内布置时的室内温度）、风速、围护结构的保温情况以及散热表面积的大小、形状等有关，同时还与锅炉的额定容量和运行负荷的大小有关，一般根据经验数据和近似计算的办法确定。对于燃用天然气的锅炉，取=1.5%。4.1.5 锅炉有效利用热锅炉有效利用热系指锅炉供出工质的总焓与给水焓的差值。对过热蒸汽锅炉：（没有排污） （4-8）式中： 锅炉蒸发量，m3/s；饱和蒸汽焓m3/kg；给水焓，m3/kg；4.1.6锅炉的热效率和燃料消耗量锅炉的热效率为： （4-9）锅炉的燃料消耗量为： m3/s （4-10）式中： 燃料消耗量， m3 /s 所谓计算燃料消耗量指的是单位时间内实际参加燃烧产生烟气的燃料量，对燃气锅炉来讲=。在热力计算中，空气或烟气的体积是按实际参加燃烧的燃料量来计算的，在空气或烟气的体积计算焓温表时都应该采用计算燃料消耗量。表4-1 热效率和燃料消耗量计算序号数值名称符号单位计算公式计算结果1燃料输入热量Qnet,v,arkJ/kgQnet,v,ar49136.52冷空气温度tlk设计给定303冷空气焓I0lkkJ/kg查焓温表424.14排烟温度py取定2005排烟焓IpykJ/kg查焓温表3831.66固体不完全燃烧损失q4估取07固体不完全燃烧损失q3估取0.58排烟损失q2(Ipy-py×I0lk)/Qnet,v,ar×(100-q4)6.8484539散热损失q5估取1.510燃料物力损失q6估取011锅炉总热损失qq2+q3+q4+q5+q68.84845312锅炉效率100-q91.1515513饱和水温度tbh查表P=0.7MP164.9714饱和水焓IbhkJ/kg查水、水蒸气物性表697.2215饱和气焓IbqkJ/kg查水、水蒸气物性表2764.3116锅炉机组蒸发量Dkg/sD/3.60.27777717给水温度tgs选定10018给水焓IgskJ/kg查表P=0.7MP(1+2%),t=100419.0419锅炉机组的有效利用热Q1kJ/hQ1=D(ibq-igs)651.463920燃料的总消耗量Bkg/hB=Q1/(Qnet,v,ar×)×10052.3630121燃料的计算消耗量Bjkg/hBj=B52.3630122保温系数/(+q5)0.9838123火焰直径d1m根据燃烧器结构计算0.624火焰长度l1m根据燃烧器结构计算1.825炉膛直径dm根据燃烧器结构计算0.726炉膛长度lm根据燃烧器结构计算227炉膛的有效容积V0.7696928炉膛的有效面积F2.96880529燃烧器布置的高度Hrm0.3530炉膛高度H1m0.731燃烧器布置的相对高度Hr/H10.532修正值Xm参考锅炉手册0.1533修正后的相对标高Xrm0.6534炉膛容积的热强度qvkw/m3BQnet,v,ar/VL1857.1224.2 炉膛（胆）的传热过程和计算4.2.1 说明锅炉炉膛的换热过程是很复杂的。送入炉内的燃料和空气着火燃烧以后生成高温的烟气。烟气和火焰流向炉膛出口的过程中以辐射和对流方式将热量传给四周被灰垢覆裹的水冷壁管。炉膛出口处烟气被冷却到一定温度，称为炉膛出口温度，然后进入对流烟道。当燃料种类不变时，送入炉内的燃料数目和热空气温度不变时，炉膛辐射受热面愈多，则换热量也愈多，炉膛出口温度就愈底。反之，炉膛辐射受热面愈少，则换热量也愈少，炉膛出口温度就愈高。（一）换热的主要特点是：1. 燃料燃烧和炉内换热是同时进行的。2. 炉内换热方式有辐射和对流两种。3. 燃烧不同燃料时构成火焰辐射的物质各异，使火焰的辐射性质不同。4. 在火焰流向炉膛出口过程中，火焰温度发生剧烈的变化，火焰中辐射成分也有变化，故沿火炬长度，温度和黑度均有变化。5. 炉膛内辐射受热面通常被灰垢所覆裹，燃用不同燃料时灰垢厚度和性质均不一样。炉膛传热过程是与炉内燃烧过程和烟气流动过程同时进行的，炉内既有燃烧反应的化学过程，又有物质交换的物理过程。炉膛传热计算的任务是要确定炉膛辐射受热面（水冷壁）的吸热量和炉膛出口烟气温度。炉膛传热过程主要是高温火焰和水冷壁之间的辐射换热。炉内烟气流速较小，因而对流换热可忽略。炉膛传热计算按照计算目的可分为设计计算和校核计算两种。设计计算是先选定炉膛出口烟气温度，然后计算需要的辐射收热面。（二）炉膛传热计算的步骤如下：1.根据计算出来的炉膛结构尺寸确定炉膛的结构特性，并画出草图。计算出炉膛的炉膛容积和炉膛有效辐射受热面积，炉膛平均热有效系数、以及炉膛的有效辐射层厚度。2.计算燃料在炉内的有效放热量，再根据过量空气系数，由焓温表求的理论燃烧温度。3.先假设一个炉膛出口温度，在焓温表中查出相对应的焓，从而求的烟气的平均热容。4.计算火焰的黑度和炉膛的黑度。5.计算炉膛出口温度，其结果应当与求烟气平均热容时所假定的温度值基本相同。如误差不大于100，则可以认为满足要求；如误差大于100须再假定炉膛出口温度并重新计算，直止误差大于100为止，最后以计算所得的炉膛出口温度为准。6.计算辐射受热面面积平均热强度和容积平均热强度。 KW/ （4-11） KW/ （4-12）4.2.2 炉膛传热的基本方程炉膛传热计算也就是火焰预备火焰包着的水冷壁之间的辐射换热量。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律辐射换热量为： （4-13）式中：绝对黑体辐射常数，其值为；有效辐射受热面面积，；火焰的平均温度，K；水冷壁表面温度，K；炉膛系统黑度。另一方面，可以从烟气侧列出热平衡方程式，即烟气在炉膛内放出的热量应等于燃料在炉膛内有效放热量应等于炉膛出口烟气带走的热量之差，即 （4-14）式中：炉膛有效放热量，kJ/kg；炉膛出口处理烟气焓，Kj/kg；保温系数；每秒的计算燃料消耗量，/s.4.2.3 火焰辐射（一）火焰黑度在燃用气体、重油时的火焰中，主要辐射介质是三原子气体CO2和H2O及悬浮在火焰中的细微的碳黑粒子。在燃用气体燃料时，火焰的黑度可以认为由火焰中的发光部分的黑度和不发光部分的黑度所合成，即 （4-15）式中，m为发光部分在火焰中所占份额，它取决于炉膛容积热负荷，对气体燃料，当小于407KW/ M3时m=0.1，当大于于407KW/ M3时m的值可从表中查出。火焰发光部分的黑度用下式计算： （4-16）火焰不发光部分的黑度用下式计算： （4-17） 1.三原子气体的辐射减弱系数按以下公式进行计算： （4-18）式中三原子气体的辐射减弱系数，1/(MPa×m)火焰中三原子气体总分压力，MPa；S炉膛有效辐射层厚度，m，按下式计算： （4-19）其中：炉膛容积，M3；炉壁面积，M2；火焰中三原子气体总的容积份额火焰中三原子气体总的容积份额T111炉膛出口烟温,越高，相应的炉膛温度也越高，炉内碳氢化合物分解就强烈，火焰中碳黑浓度就变大，使增大，K 。2、碳黑粒子的辐射减弱系数按以下公式进行计算： （4-20）式中 火焰中碳黑粒子的辐射减弱系数，应用基燃料中碳与氢含量的比值，如C/H值越大，则火焰中碳黑粒子的浓度就越大，kth就越高；炉膛出口处的过量空气系数，a越小，火焰中碳黑粒子的浓度就高；炉膛出口烟温,越高，相应的炉膛温度也越高，炉内碳氢化合物分解就强烈，火焰中碳黑浓度就变大，使K增大 。（二）炉膛黑度从炉膛传热的基本方程式可知，在均布水冷壁的炉膛内，火焰与水冷壁之间的辐射换热可视作空腔和内包凸形物体组成的封闭系统之间的辐射换热。炉膛的辐射换热量，也可按水冷壁受热面的吸收辐射减去其本身辐射来计算，即： （4-21）热有效系数。4.2.4 炉膛受热面的辐射特性目前采用的炉膛换热计算方法中用角系数、污染系数和热有效系数说明炉膛受热面的辐射特性。（1）有效角系数X=水冷壁表面黑度为