锅炉设计

 　　锅炉设计

　　锅炉设计的主要参数：

　　炉膛热负荷

　　炉膛热负荷是锅炉的主要设计热力参数，包括炉膛容积热负荷qv、炉膛断面热负荷qA、燃烧器区域避免热负荷qB、燃尽区容积热负荷qbo等。各参数的物理意义、对锅炉工作的影响以及不同条件下的取值范围我们将在后续文章中说明。

　　炉膛主要尺寸

　　炉膛的主要尺寸是宽度、深度和高度。炉膛尺寸和炉膛的热负荷是紧密联系在一起的。

　　炉膛深度D的选取，应保证火焰在炉膛断面内的自由发展，使高温火焰核心不致冲刷炉墙水冷壁，并保证炉内良好的空气动力工况。它的数值与燃烧器的形式和燃烧器的布置情况等有关。当采用大功率燃烧器(此时，燃烧器喷口的直径较大)或在炉墙上布置多层燃烧器时，炉膛深度应适当增加。因此，随锅炉容量的增加，D值一般稍微增大。

　　炉膛宽度W与炉膛容量和燃料的种类有关，其数值的选取还应考虑燃烧器的形式。炉膛的宽度W和深度D，应保证所选取的炉膛断面热负荷qA不超过相应燃料所规定的数值。随着锅炉容量的增大，W值也增加，但并不是按比例增加。这说明炉膛断面热负荷和烟气速度相应有所提高。

　　炉膛高度h，应保证燃料在炉内能完全燃烧以及布置足够的水冷壁面积，以使烟气冷却至给定的出口温度θf。

　　按完全燃烧条件所需的炉膛高度，应等于炉膛断面的平均烟气速度乘以燃料完全燃烧所需的时间。在煤粉炉内，根据燃料的性质和煤粉颗粒的粗细，燃料完全燃烧的时间为1~2.5s。对于固体燃料，根据燃烧条件所确定的炉膛高度和炉膛体积，一般不能满足冷却烟气的要求。而这一要求，是锅炉安全运行所必须保证的。因此，不得不把炉膛尺寸(特别是炉膛高度)加大。随着炉膛容量的增大，炉膛容积的增加比水冷壁面积的增大来得快。因此，单位炉膛容积的冷却面积减少。为了不使锅炉变得过分笨重，锅炉容量增加时，炉膛出口温度θf有时选得稍高一些。但在任何情况下，对流受热面之前的烟温都不应超过灰分开始变形的温度t1。

　　炉膛出口烟气温度θf

　　炉膛出口烟温如果选取过高，即炉内的辐射受热面布置得太少，则会使出口处对流受热面结渣;如果此温度过低，即炉内辐射受热面布置得太多，则相应的炉温也低，会影响换热强度。根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值，维持炉膛出口烟温约为1250℃是最经济的。但是，对于大多数燃料，这是做不到的。因为炉膛出口处的对流受热面的烟温，不应超过灰分开始变形的温度t1，以防对流受热面的结渣。当没有可靠的灰熔点资料时，这一烟温不应超过1050℃。当炉膛出口处布置这屏式受热面时，炉膛出口烟温θf一般取1100~1200℃，但是对于易结渣的燃料，这一温度应保持在1000~1050℃的水平。

　　对于不受结渣条件限制的燃料，如液体和气体燃料，炉膛出口烟温可适当提高。但考虑过热器壁温和高温腐蚀的限制，炉膛出口烟温θf一般也不应超过1250℃，而且，进入对流受热面前的烟温，一般不宜超过1050℃。

　　排烟温度

　　锅炉的排烟温度主要是根据燃料的价格和锅炉尾部受热面金属耗量的经济性比较来选择。较低的排烟温度，对应于较小的排烟热损失q2和较高的锅炉热效率，燃料消耗量也较少;但是，由于尾部受热面的传热温压降低，其金属耗量也增多。锅炉的最佳排烟温度，应该是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。

　　最佳排烟温度的选取，还与锅炉的给水温度、燃料的性质(燃料的水分和硫分)、省煤器与空气预热器的金属价格比值等因素有关。给水温度较高时，尾部受热面的传热温压下降，最佳的排烟温度应稍微提高。燃料中水分增加时，空气和烟气的热容之比减小，则最经济的排烟温度趋于升高。我国单机功率在600MW以上(含600MW)机组的排烟温度一般不超过130℃。

　　当燃料含硫量较多，金属壁温低于烟气露点温度时，为保证锅炉排烟温度能按上述数值选取，空气预热器必须采取防止低温腐蚀的措施。

　　此外，排烟温度的选择还与尾部除尘和烟气净化设备有关。

　　热空气温度

　　锅炉热空气温度的选取，与燃料的燃烧方式、燃料的种类和特性、锅炉的排渣方式等因素有关。煤粉锅炉一般要求采用温度较高的预热空气。

　　室燃炉热空气温度的选取，主要取决于燃料的性质和空气预热器的型式。着火性能好和水分低的燃料，可以采用较低的热空气温度tha。着火性能差或水分较多的燃料，一般要求采用较高的tha值。此外，热空气温度tha值还与制粉系统的干燥剂种类、锅炉排渣方式等有关。

　　烟气流速

　　烟气流速对受热面运行的安全性和经济性也有影响。烟速wg选的过低，除需布置更多的受热面外，还会加重受热面的灰分污染。一般在锅炉额定负荷下，对于横向冲刷的对流受热面，wg应大于6m/s。烟气流速的上限受飞灰磨损的限制，这是因为管子金属的磨损速率同烟气流速的三至四次方成正比。飞灰磨损还与烟气温度θ(烟温影响灰粒的软硬程度)、飞灰的浓度和颗粒的特性等因素有关。当θ≤700℃，飞灰颗粒变硬，磨损问题相对突出。这时，按磨损条件所确定的很像冲刷受热面的极限烟速， 对于一般的煤为9~10m/s;对于灰多和灰分磨蚀性较强的燃料为7~8m/s; 对于灰少和磨蚀性较弱的煤为10~12m/s。

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