锅炉本体的设计和布置

第六章锅炉本体的设计和布置

（见329页）

§6-1 锅炉本体布置

§6-2 主要设计参数的选择

§6-3 锅炉热力计算方法

基本要求：

1、掌握蒸汽参数和锅炉容量对锅炉本体布置的影响；

2、掌握燃料特性对锅炉本体布置的影响（重点）；

3、了解锅炉本体布置的典型结构的特点；

4、掌握锅炉热力计算的方法（重点）。

§6-1 锅炉本体布置

一、锅炉本体布置的典型结构（332页图13-14）

锅炉本体布置采用的炉型，要根据燃料种类、燃烧方式、锅炉容量、循环方式和厂房布置条件来选择。

1、П型布置：应用最广泛，各种容量和各种燃料均可采用。

优点：高度较低，安装起吊方便；受热面易于布置成工质与烟气呈相互逆流；尾部烟道烟气向下流动，有利于吹灰；锅炉烟气出口在底层，送风机、引风机、除尘器等均布置在地面。

缺点：占地大；烟道转弯容易引起受热面局部磨损；锅炉

转弯烟室部分难以利用，当燃用发热值低的劣质燃料时，尾部对流受热面可能布置不下。

2、塔式布置

其特点是烟气一直向上流动，炉膛可呈正方形，四周布置膜式水冷壁直至炉膛上部，适用于褐煤、多灰分劣质烟煤。

优点：所有对流受热面均水平悬吊在炉膛上部，便于疏优点

水；烟气流速高，锅炉体积小，占地少；烟气不改变方向，对受热面冲刷均匀，磨损减轻。

缺点：锅炉很高，安装和检修困难；蒸汽管道长；将空气缺点

预热器和送、引风机放在顶部，加重锅炉负荷。

为了克服上述缺点，将全塔型与П型结合，形成半塔型布置。将空气预热器、除尘器和送引风机放到地面。

3、箱型布置

广泛用于中、大容量燃油、燃气锅炉。

优点：布置紧凑，除空气预热器以外的各个受热面部件都布置在一个箱型炉体中，外形尺寸小，构架简单、占地面积小。

缺点：锅炉较高，水平对流受热面支吊结构复杂；过热器辐射特性较差；安装检修不方便。

二、锅炉本体布置的影响因素

1. 蒸汽参数和锅炉容量

见表13－5，随着参数提高，蒸发吸热的比例下降，过热吸热的比例则大幅增加，而加热水的比例增加不多。这些变化将直接影响到参与这三部分吸热的省煤器、蒸发受热面和过热器（再热器）在锅炉内的布置。

对于低参数、小容量锅炉（工业锅炉）的受热面主要是蒸发受热面，除了炉膛水冷壁外，对流烟道中还要布置锅炉管束。

中参数锅炉中加热和过热吸热量增加，蒸发吸热量较少。仅布置在炉膛中的水冷壁就可满足蒸发吸热量的要求。通常为单锅筒П型布置，在对流水平烟道放置过热器，尾部竖井放置省煤器和空气预热器。

对高参数锅炉，蒸发吸热比例更小，不足以完全吸收炉膛中燃料燃烧放出的辐射热；而过热吸热增加很多，有必要在炉膛内布置过热器，如顶棚过热器和屏式过热器。

中、高参数的中小容量锅炉通常采用管式空气预热器，并放在尾部烟道最下方。当热空气温度低于300℃时，尾部受热面采用单级布置，超过300℃时应采用双级布置。这是因为烟气和空气的热容量不等，使空气预热器的进口和出口截面上

的温压不等，预热空气的温度越高，进口截面的温压越小，如果仍然采用单级布置，则不会达到预期的热风温度或者使传热面积大增。为了经济合理地利用受热面积，烟气进口截面上的传热温压不应低于25－30℃。采用双级布置就是要适当地分配各级省煤器和空气预热器的吸热量，使得在一定得设备补偿年限内使省煤器和空气预热器得总投资和运行费用之和最小。

超高参数锅炉的蒸发吸热比例进一步大幅减少，相应的过热和再热的比例增加。这时就需要在炉膛中多放置一些过热受热面。除了顶棚过热器和后屏过热器外，还在炉膛上部放置了前屏过热器。再热器则放置在水平烟道后部和尾部烟道上部。(Pg35图2－17）

随着锅炉容量的增加和空气预热温度的提高（350℃以上），单用管式空气预热器会因所需受热面积太大而布置

B

B

不下，这时可联合使用管式和回转式空气预热器。高温段用管式，低温段则用回转式。回转式空气预热器直径较大，要布置在尾部烟道的外面。

对亚临界参数、带中间再热的锅炉，随着吸热比例增加，过热器和再热器受热面积进一步增加。在减少水冷壁蒸发受热面的同时，将再热器受热面也移进炉膛，设置墙式再热器。并在尾部烟道上部并列或分开布置再热器和过热器。

超临界压力锅炉的工质是单相流体，只能采用直流锅炉，加热吸热量比例约占30％，其余为过热吸热量。类似于亚临界以下参数的蒸发区，是相变点附近的最大比热区，工质比容也有较大的变化，这部分管屏应布置热负荷较低的区域，以免发生传热恶化。

综上所述，锅炉受热面的布置从总体热平衡的角度，是随锅炉参数的变化而调整的，并从最佳传热考虑，将工质

温度高的对流受热面放在高烟温处。且受热面的布置随参数的提高而趋于复杂，尤其是过热器和再热器系统，从单纯的对流过热器发展到有大屏、后屏、包覆管、高温过热器和低温过热器；增加了再热器，且从单纯的对流再热器到墙式再热器。

2. 燃料特性对锅炉本体布置的影响

锅炉设计时必须给定设计燃料，因为同样容量、参数的锅炉，由于所用燃料不同，受热面的布置就要作相应的改变。

（1）挥发份（2）灰份（3）灰渣熔融性（4）水分

（5）含硫量

§6-2 主要设计参数的选择

一、排烟温度

1、技术经济因素

2、工作可靠性

表13－6为推荐的经济排烟温度。

二、热风温度

热风除了在煤粉制备中起干燥预热作用外，主要是用来帮助煤粉在炉内迅速着火。热风温度高些当然好，但需要布置更多的空气预热器，故通常只要燃料能稳定燃烧，热风温度不必太高。一般只是挥发份少的无烟煤，水分高的褐煤以及液态排渣方式时需选用高的热风温度。表13－7为热风温度的推荐值。设计单级空气预热器时的热风温度或双级空气预热器的第一级出口的热空气温度可用下式计算:

t rk=t gs+40+0.7(t py-120)

三、炉膛出口烟温

一般是指炉膛出口进入对流受热面（对流管束、凝渣管束）之前的烟气温度。无论在设计时，还是运行时，选择和控制好炉膛出口烟温是关系到锅炉经济性和可靠性的重要问题。决定炉膛出口烟温时要考虑以下因素：

（1）防止对流受热面结渣

（2）技术经济比较

四、各受热面的工质流速

1、过热蒸汽流速

选用过热器中的蒸汽流速要兼顾管壁的足够冷却和流动阻力适当。通常要求过热器系统的总阻力不超过过热器出口压力的10％，在满足壁温安全的前提下使压降尽可能降低些。

蒸汽在过热器过热器中流动，压力和温度不断变化，密度相应变化，使蒸汽流速的计算很麻烦。故而引入与蒸汽的压力、温度无关的“质量流速”概念，质量流速定义为：每秒通过每m 2截面的蒸汽质量，即

选定了质量流速就可以方便地得出过热器地总流通截面积。选用质量流速时可参考表13－5的推荐值，然后从管壁温度计算、强度计算和阻力计算的结果来判断是否合适。如果壁温太高，则增大；如果阻力太大，则减少。屏式过热器和墙式过热器工作条件差，故选用较高的值。

f D =ρωKg/(m 2.s)

ρωρωρω

2、再热蒸汽的质量流速

再热器是为了提高电厂循环效率而设置的，故尽量减少再热蒸汽阻力很重要。一般再热器中的蒸汽阻力控制在0.2MPa以下，则再热蒸汽的质量流速常采用较低值，见表13－5。计算表明，再热蒸汽阻力每增加0.1MPa,汽轮机热耗将增加0.28％，循环效率约降低0.45％。因此，再热系统阻力不得超过再热蒸汽进口压力的10％，再热器本体阻力约为总阻力的一半。为满足蒸汽流速要求，再热器用较大直径的管子且常用多重管圈，管圈数可达6－8个。

3、省煤器水速

水速过低，管内析出的气体不易被水带走，会导致管内气塞和腐蚀，如果是沸腾式省煤器还会发生汽水分层，影响安全运行；水速过高，阻力增大，会增加水泵的电耗。所以，在锅炉额定负荷时，省煤器中的水速不得低于0.3m/s，

在沸腾式省煤器的沸腾段中则保持大于1.0m/s。省煤器工质的阻力损失，对高压锅炉不应超过汽包工作压力的5％，对中压锅炉不应超过8％。

4、烟气流速

锅炉热力计算方法（

（324页）

§6-3 锅炉热力计算方法

一、热力计算的目的:

①设计一台锅炉时，通过热力计算确定炉膛及各部分受热面的面积，确定锅炉的燃料消耗量、锅炉效率等参数；

②当锅炉燃用的燃料与锅炉原设计的燃料有较大改变时，需要对锅炉进行热力校核计算，以核定炉膛出口、各对流受热面出口烟气温度以及锅炉过热器出口过热蒸汽温度；

③为提高原有锅炉的出力或提高热效率，有时需要对锅炉进行技术改造或加装尾部受热面时，热力计算是锅炉技术改造必须的依据；

④为锅炉空气动力计算、水动力、管子壁温和强度等计算提供原始资料。

二、热力计算的步骤

1、确定原始数据。包括锅炉的容量、蒸汽参数、燃料特性、给水参数。

2、根据燃料性质、燃烧方式、锅炉构造进行空气平衡计算。

3、根据各受热面进、出口过量空气系数，进行理论空气量、烟气量计算并编制烟气性质表和焓温表。

4、假定排烟温度进行热平衡计算，确定各项热损失，计算锅炉热效率、燃料消耗量和保热系数等。

5、假定预热空气温度，进行炉内换热计算，即炉膛热力计算。

6、按烟气流向对烟道内各个对流受热面进行热力计算。各受热面计算时一般分两步进行，先作结构特性计算，后作传热计算。

7、热力计算数据的修正和热平衡计算误差的校核。

8、列出整个锅炉机组的主要热力计算数据的汇总表。

三、热力计算包括设计计算和校核计算。

设计计算：对锅炉各个部件进行设计计算时，可根据指定的设计计算

烟气温度及受热工质的温度确定各个部件的吸热量，然后计算温压及传热系数，并由传热方程式求出受热面的数值。

校核计算：实际上在设计各个部件时，经常采用校核计算的校核计算

方法。各部件的受热面先加以布置确定，然后计算部件的吸热量。在计算时，先假定其中一种介质的终温和焓，并按传热方程式计算出另一种介质的终温，接着计算传热系数和温压，并按传热方程式计算受热面的吸热量。如果按传热方程式得到的吸热量与按热平衡方程式求出的吸热量之差不超过2%，则计算即告完成。否则重新假定终温后在进行计算。

四、举例说明尾部受热面单级布置的计算程序和方法

1、省煤器

2、空气预热器

五、举例说明尾部受热面双级布置的计算程序和方法

1、高温省煤器

2、高温空气预热器

3、低温省煤器

4、低温空气预热器

思考题：如何选取排烟温度和炉膛出口烟温？

思考题