锅炉热力计算
依据《小火电手册
》
《锅炉房手册》
一、
理论空气量V0单位
五
、1贫煤、无烟煤V r<15%12.04Nm3/kg
2烟煤V r>15%12.77Nm3/kg
3劣质煤Q
dw
r<12500kj/kg12.13Nm3/kg
低位发热量Q
dw
r50000kJ/kg
过剩空气系数à 1.5
漏风系数△à
二、
理论烟气量V0
y
单位
六
、清华简化公式
1贫煤、无烟煤V r<15%52.77Nm3/kg
烟煤
2劣质煤Q
dw
r<12500kj/kg52.54Nm3/kg
洛辛和弗林公式
1固体燃料46.15Nm3/kg
2燃油55.50Nm3/kg
七
、
三
、
实际烟气量V0（à-1）+V0y=V y
58.79Nm3/kg
四、锅炉燃料消耗量B=Q r/Q dw r/η1B
八
、
0kg/h
锅炉总吸热量Q r=D（i''-i')0kJ/h
锅炉效率η187
锅炉蒸发量D kg/h
蒸汽焓i''kJ/kg
给水焓i'kJ/kg
送风机计算计算结果风量Vg K
*à*B*V0*101/b0
1
当地大气压b101.32风量Hg K
*∑⊿h f*(101/b)*(1.293/ρ0k)0
1
风道总阻力∑⊿h f（书中Pg237)
空气密度ρ0k
引风机计算计算结果风量Vy K
*∑V0y*B*(101/b)*((273+t p)/273)0
2
风压Hy K
*∑⊿h y*(101/b)*(1.293/ρ0y)*((273+tp)/273+200)0
2
烟道总阻力∑⊿h f（书中Pg237)
排烟温度t p150风机电动计算
灰渣量计算
G=B*(A y+q4*Q dw r/33913)/1000应用基灰分A y23机械未完全燃烧q410损失
说明：黄色区
域为变量输入区。
m3/h kPa
Pa Pa
m3/h
Pa Pa ℃
t/h %
%。
锅炉热力计算部分总结
锅炉热力计算部分总结一、计算流程1，沿着烟气流动方向，一次计算炉膛、水平烟道、转向室、尾部烟道中的受热面 烟道 炉膛 水平烟道 转向室 尾部烟道 受热面 水冷壁，前屏后屏，高过、高再、后后水 省煤器出口管、包墙 低再、低过、省煤器、空预器 附加受热面顶棚顶棚、延伸侧墙顶棚、后、左、右包墙包墙、隔墙每一段烟道的换热计算可能会迭代3~5次，最终使计算结果收敛。
从炉膛到预热器出口的计算过程，成为一轮。
一般而言，第一轮计算往往达不到计算精度要求，需要根据预热器烟气温度计算结果将不合理的烟气焓降按照吸热比例分配到前面各段烟道的受热面。
从而进行下一轮精度更高的计算过程。
1， 误差要求 （1）烟气温度o 30C θθ−≤假设计算 (1)（2）空气温度o 10C t t −≤假设计算(2)（3）水、水蒸汽温度o 5C t t −≤假设计算(3)（4）换热量0.2%Q Q Q −≤假设计算计算(4)二、辐射换热计算根据第九章相关公式计算，主要是辐射换热基本方程（9-18）。
（1）保热系数φ的确定，根据第三章 锅炉机组热平衡中的内容确定。
（2）热有效系数 （3）角系数 （4）沾污系数 （5）炉膛黑度（6）理论燃烧温度 根据第三章 锅炉机组热平衡中的内容确定。
（7）炉壁面积按照水冷壁、顶棚、前屏的总面积计算。
三、对流换热计算根据Nu 数的经验公式计算对流换热系数，以锅侧受热面以烟气侧面积为准。
空气预热器的面积按照空气侧和烟气侧的面积的算术平均值计算。
传热量按照传热公式计算对于烟气较高部分的烟道，对流换热也伴随着辐射换热。
（1）灰污系数（2）热有效系数（3）管排数、结构等修正系数（4）辐射换热计算中，有效辐射层厚度的计算公式随着受热面的结构区别而发生变化。
（5）确定传热系数。
四、附加受热面计算（1）面积：存在折扣，修正系数=0.4~0.8（2）传热温差：烟气与附加受热面工质之间的平均温度之差。
（3）传热系数：主受热面的传热系数。
锅炉热力计算课件
燃烧过程计算
燃烧效率计算
根据燃料特性和燃烧条件，计算燃料 的燃烧效率。
燃烧温度计算
基于燃料的种类和燃烧条件，计算燃 烧温度。
燃烧产物计算
烟气成分分析
分析燃烧产生的烟气成分，如二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等。
烟气排放量计算
根据燃料成分和燃烧效率，计算烟气的排放量。
04
热工控制与安全保护
热工控制原理
控制系统集成
讲解如何将锅炉的控制系统与其 他系统进行集成，实现信息共享 和协同工作。
05
实际应用与案例分析
实际应用场景
1 2 3
工业生产 工业生产中需要大量的蒸汽和热水，锅炉热力计 算可以确定锅炉的容量、热效率等参数，以满足 生产需求。
集中供热 在城市集中供热系统中，锅炉热力计算可以确定 供热管网的输送能力和热源的供热能力。
01
根据锅炉的负荷和效率，计算出燃料消耗量，以优化能源利用。
热量平衡计算
02
通过对锅炉进出口水温、蒸汽流量等参数的计算，确定锅炉的
热效燃烧效率，计算出烟气流量和温度，以评估
燃烧效果。
系统效率分析
热效率分析
通过对比实际运行数据和设计值，分析锅炉热效率的 高低及其原因。
案例二：大型电站锅炉热力计算
案例概述
某大型火力发电厂需要 建设一台电站锅炉，用 于发电。
计算内容
根据汽轮机的进汽参数 和发电效率要求，进行 锅炉热力计算，包括炉 膛尺寸、受热面布置、 燃烧器数量等。
计算结果
确定锅炉的设计和运行 参数，以及相关的工艺 参数。
案例三：生物质锅炉热力计算
案例概述 某生物质发电厂需要建设一台生物质锅炉，用于燃烧生物 质发电。
第9章 锅炉热力计算
(6) 连续排污量； (7) 过热蒸汽及再热蒸汽的调温方式，当用喷水减温时，应 给出减温水的压力和温度；当采用表面式减温器时，应给出 减温水的连接系统；不论哪种减温方式，都应给出减温器在 过热蒸汽系统中的位置； (8) 当采用煤粉燃烧方式时，应给出煤粉制备系统的计算数 据，包括：煤粉空气混合物的总量、一次空气量、为干燥燃 料而抽取的烟气量、煤粉制备系统的漏风量等； (9) 锅炉使用地的气象条件和海拔高度。 在具备了上述数据资料时，方能正确进行锅炉设计传热性 能计算。当进行设计传热性能计算时，锅炉的排烟温度、热 风温度都是指定的，或者按照设计的具体条件，根据经验或 有关推荐选用适当的数值。
校核计算：根据已有各受热面结构参数及传热面积 和热力系统的型式，在锅炉参数，燃料种类或局部 受热面积发生变化时，通过热力计算确定各个受热 面交界处的水温、汽温、烟温及空气温度的值，确 定锅炉热效率和燃料消耗量等。 校核计算的可能情形： ① 锅炉已经存在、已经要安装或已经安装好，需更 换燃料，想知道将达到何值，能否保证过热蒸汽温 度，受热面要不要修改等。 ② 接到定货后，发现燃料与设计的某型锅炉相近 （容量参数相同），需判断能否用这一型式锅炉， 在设计上要不要修改。
第9章 锅炉热力计算
9.1 锅炉热力计算的类型和方法 9.1.1 热力计算的任务和类型
热力计算
已 知 条 件 和 计 算 目 的 不 同
设计计算 校核计算
设计计算：在给定的给水温度和燃料特性的前 提下确定保证达到额定蒸发量、选定的经济指 标及给定的蒸汽参数所必需的各受热面的结构 尺寸，并为选择辅助设备和进行其它计算提供 原始资料。 设计计算是设计新锅炉采用的方法 设计一个好的锅炉，须遵循：实践—认识— 再实践—再认识。
锅炉热力计算讲解
高温烟气和管壁间的辐射换热
根据传热学基本公式，高温烟气每小时传给辐射受热面的热量可
用下列公式计算：
Qf a 0 ( xi Fi )(Th4y
Tb4 )
a 0 ( xi Fi )Th4y
(1
Tb4 Th4y
), kW
式中：a 为炉膛黑度；Fi 为布置水冷壁的炉墙面积，m2 ，xi为 水
2/3
工质质量流速ρω与 烟气速度Wy的选择
工质质量流速ρ ω 太低，工质的传热能力下降，受热面管壁温度升 高；ρ ω 太高，工质的流动阻力大，电耗大
通常要求过热器系统的总阻力应不大于过热器出口压力的10%；再热 系统的总阻力应不大于再热蒸汽进口压力的10%；省煤器中水的阻力应 不大于汽包压力的10%。推荐值见表12-5
锅炉热力计算分为设计计算和校核计算 设计计算 给定锅炉容量、参数和燃料特性 确定炉膛尺寸和各部件的受热面积；燃料消耗量；锅炉效率； 各受热面交界处介质的参数；各受热面吸热量和介质速度等 常用于新锅炉的设计。在额定负荷下进行
1/2
热力计算方法
校核计算 已知锅炉结构和尺寸、锅炉负荷和燃料特性 确定各受热面交界处介质参数、锅炉热效率、燃料消耗量等 用于考核锅炉在非设计负荷或燃用非设计燃料时热力特性及 经济指标；由于计算参数多与炉膛结构有关，故设计计算也常 采用校核计算方法 锅炉校核热力计算应在锅炉结构计算的基础上进行 对锅炉机组作校核计算时，烟气的中间温度和内部介质温度 包括排烟温度、热空气温度，甚至过热蒸汽温度均是未知数， 故需先假定，然后用逐步逼近法去确定
2/2
炉膛出口烟气温度的选择
炉膛出口烟气温度 为凝渣管或屏式过热器前的烟温 根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值（辐射受热 面和对流受热面的金属耗量及总成本最小）， 应为1250℃ 为防止对流受热面的结渣。则一般应取 <(ST-100)℃ 当没有可靠的灰熔点资料时，不应超过1050℃ 当 炉 膛出口 处 布置 着屏 式 受热 面时 ， 一般 取 1100 ～ 1200℃ 对于易结渣的燃料， 应保持在1000～1050℃ 的水平
第七章锅炉本体的热力计算
1.炉膛容积Vl
炉子火床表面到炉膛出口烟窗之间 的容积。 底部是火床表面；四周以及顶部为 水冷壁中心线表面（如水冷壁覆盖 耐火材料，则为耐火材料向火表 面） ；没有布置水冷壁的部分为炉 墙内表面 ；炉膛出口界面为出口烟 窗第一排管子中心线界面。 炉排上的燃料层厚度一般取 为150毫米。 如果装有老鹰铁，则炉排长 度计算到两者的接触点的垂 直平面，如没老鹰铁，则到 炉排末端。
Vy—对应αl''的每kg燃料燃烧后的烟气容积，Nm3/kg cpj—烟气从0到ll温度范围内的平均容积比热，kJ/Nm3· ℃。
五、火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度
事实上，燃烧是一个动态过程， 烟气温度的变化取决于燃烧放热 与辐射换热之间的平衡。
Q f 0 al H f Th4 Tb4
（7-21）
或查图
h
Aar a fh 100G y
* * k kq k g kq rq kh h C
ah 1 e
kp
2. 燃用气体或液体燃料时
分发光部分和不发光部分的黑度合成.
四、炉膛有效放热量与理论燃烧温度
炉膛有效放热量,也称入炉热量，是相应于1kg真正参与燃烧的 燃料所进入炉膛的热量，它计及了随它一起加进炉膛的其他 热量，即
解决关键
K
1 1
1
1
K
1
2
h 1 1 h 2
1
1
h 1 1 1 h 2
工业试验解决缺Βιβλιοθήκη 灰污系数值另外方法:有效系数
燃用固体燃料的错列管束，在烟气横向冲刷时，其灰污 系数与烟气的流速、管子的节距和直径以及烟气中灰粒 的分散度等因素有关。
锅炉本体热力计算11
B’—每秒燃料消耗量，kg/s。
5
七、锅炉本体热力计算
6.2 对流传热面传热计算
6.2.1基本方程式
以燃烧1kg燃料为计算基础： KHt kJ / kg 传热方程式： Qcr Bj ' 热平衡方程式： 烟气侧： Qrp (I 'I "I k0 ) kJ / kg 工质侧： Q D' (i"i' ) Q kJ / kg
式中
Fbi、χi —为某一区段的炉壁面积和其相应的有效角系数； Hff —对于覆盖有耐火层的水冷壁其辐射受热面面积； Fl—炉膛周界总面积，m2； R—火床面积，m2。 0
七、锅炉本体热力计算
7.1.2炉膛传热的基本方程及炉膛黑度
火焰与炉壁之间的辐射换热量：
Qf Qhy Qby 0al H f (Th4 Tb4 ) （四次方温差公式）
炉膛系统黑度：室燃炉 层燃炉
al
al
1 1 ab (1 ah 1)
1 (1 ah )(1 ) 1 ab 1 (1 ah )(1 )
火床与炉壁面积之比： R Fbz
式中 Qhy —火焰有效辐射； Qby —炉壁有效辐射； ab —水冷壁的表面黑度，可取0.8； ah —火焰黑度。 Th —火焰的平均温度，K；T b —水冷壁表面温度，K。
3
七、锅炉本体热力计算
6.1.5火焰平均温度及水冷壁管外积灰层表面温度
4 4(1n ) "4 n 火焰平均温度：Th Tll Tl
K K
n——燃烧工况对炉膛内火焰温度场的影响。
锅炉热力计算
锅炉热力计算●计算依据燃煤热值按4500千卡/公斤、醇基燃料热值按6500千卡/公斤、柴油热值按10200千卡/公斤，燃煤价格按750元/吨、醇基燃料按3500元/吨、柴油价格按7500元/吨，煤锅炉的效率按45%、油气锅炉的效率按95%计算：●4吨燃油蒸汽锅炉4吨燃油蒸汽锅炉的热功率为248万大卡/小时，* 使用燃煤蒸汽锅炉，使用成本为：248×104÷4500÷45%=1225公斤/小时×0.75=919元/小时*换装燃醇蒸汽锅炉使用醇基燃料使用成本为：248×104÷6500÷95%=401公斤/小时×3.5=1404元/小时*换装油气蒸汽锅炉使用柴油作为燃料的使用成本为：248×104÷10200÷95%=256公斤/小时×7.5=1920元/小时●300万大卡导热油锅炉*使用燃煤导热油锅炉，使用成本为：300×104÷4500÷45%=1482公斤/小时×0.75=1112元/小时*换装燃醇导热油锅炉使用醇基燃料使用成本为：300×104÷6500÷95%=486公斤/小时×3.5=1700元/小时*换装油气导热油锅炉使用柴油作为燃料的使用成本为：300×104÷10200÷95%=310公斤/小时×7.5=2325元/小时三、综合效益计算1、设备成本●4吨蒸汽锅炉沿用现有的燃煤锅炉使用醇基燃料，每小时使用成本为：248×104÷6500÷95%×3.5=1404元/小时每天按8小时计算，则每天为11232元。
若更换同等功率的燃油燃气蒸汽锅炉约需55万元，每小时使用成本为1920元，每天按8小时计算，则每天为15360元，每天节省燃料费3984元，约130天即可收回设备投入。
锅炉整体热力计算和壁温计算
一、锅炉整体热力计算1 计算方法本报告根据原苏联73年颁布的适合于大容量《电站锅炉机组热力计算标准方法》，进行了锅炉机组的热力计算和中温再热器及低温过热器出口垂直段管壁金属温度计算，计算报告中所选取的有关计算参数和计算式均出自该标准的相应章节。
对所基于的计算方法的主要内容简述如下。
锅炉的整体热力计算为一典型的校核热力计算，各个受热面及锅炉整体的热力计算均需经过反复迭代和校核过程，全部热力计算过程通过计算机FORTRAN5.0高级语言编程计算完成。
管壁温度计算分别通过EXCEL 和FORTRAN5.0完成。
1．1锅炉炉膛热力计算所采用的计算炉膛出口烟气温度的关联式为：式中，M —考虑燃烧条件的影响，与炉内火焰最高温度点的位置密切相关，因此，取决于燃烧器的布置形式，运行的方式和燃烧的煤种； T ll —燃煤的理论燃烧温度，K ； Bj —锅炉的计算燃煤量；kg/h 。
1．2锅炉对流受热面传热计算的基本方程为传热方程与热平衡方程除炉膛以外的其它受热面的热力校核计算均基于传热方程和工质及烟气侧的热量平衡方程。
计算对流受热面的传热量Q c 的传热方程式为：式中，CV B T F M T cpjj a ︒--+ψ⨯=2731)1067.5(6.031111111"11ϕϑKgKJ Bjt KH Q c /∆=H —受热面面积；⊿t —冷、热流体间的温压， 热平衡方程为：既：烟气放出的热量等于蒸汽、水或空气吸收的热量。
烟气侧放热量为：工质吸热量按下列各式分别计算。
a ．屏式过热器及对流过热器，扣除来自炉膛的辐射吸热量Q fb ．布置在尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区，按下式计算：2 计算煤种与工况2.1 计算煤质表1 设计煤质数据表(应用基)2.2 计算工况本报告根据委托合同书的计算要求，分别计算了两种不同的工况。
计算工况一 —— 设计工况计算（100％负荷）根据表1中的设计煤质数据，各设计和运行参数均按《标准》推荐的数据选取。
锅炉本体热力计算
qf
Bj 'Qf Hf
kW / m2
qV
B' Qne t,a r Vl
kW
/ m3 ；qR
B' Qne t,ar R
kW / m2 B’—每秒燃料消耗量，kg/s。
5
七、锅炉本体热力计算
6.2 对流传热面传热计算
6.2.1基本方程式
以燃烧1kg燃料为计算基础：
传热方程式： Qcr 热平衡方程式：
七、锅炉本体热力计算
7.1 锅炉传热过程及计算
7.1.1炉膛几何特性
炉膛容积Vl：由炉子火床表面至炉膛出口烟窗之间的容积。
炉膛周界面积Fl：包围炉膛容积的所有周界封闭面积的总和，包 含火床面积R、全部水冷壁面积、未有水冷壁的炉墙面积和出口 烟窗第一排水管中心线面积。
有效辐射受热面Hf ： 有效角系数x：火焰投射到管壁受热面的总热量与投射到炉壁
KHt Bj'
kJ / kg
烟气侧： Qrp (I'I"Ik0)
工质侧：
Qrp
D' (i"i' ) Bj' Qf
kJ / kg
kJ / kg
炉膛出口烟窗后的对流受热面，受到的炉膛辐射热：
Qf
'
ch
q f Fch Bj '
xgs
kJ / kg
6
七、锅炉本体热力计算
6.1.6炉膛换热计算
炉膛换热无因次方程式： Bo( 1 )＝ 4h "l4n
al m 1 l " 1 l "
波尔茨曼准则—Bo＝
B 0
锅炉热力计算
炉内传热计算模型
炉内传热计算目的 确定炉膛出口烟气温度和炉膛的辐射传热量， 以便进行对流受热面的换热计算及锅炉热平衡校核。 为应用传热学基本原理分析炉内辐射传热，简化计算，需作以下假设
把传热过程和燃烧过程分开，在必须计及燃烧工况影响时，引入经 验系数予以考虑
炉内传热只考虑辐射换热，略去约占总换热量5%的对流换热 炉内的各物理量（温度、黑度和热负荷等）认为是均匀的 与水冷壁相切的平面是火焰的辐射面，也是水冷壁接受火焰辐射的 面积，称为水冷壁面积 这样，炉内火焰与四周炉壁之间的辐射换热可简化为两个互相平行 的无限大平面间的辐射换热来考虑
3/22
工质对流吸热量Qdx
从炉膛（透过屏）向屏后受热面的直接辐射热， 即来自炉膛的辐射热量经屏吸收后，继续向屏后 受热面辐射的热量
Qf
Qf
(1a)xp
a 为屏间烟气黑度，用后述有关公式计算确定
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工质对流吸热量Qdx
x p 为屏进口截面对出口截面的角系 数，表示炉膛辐射热透过屏间空间而
落在屏后面受热面的部分
式中：I
0 rk
、I 0lk
分别为理论热空气、冷空气的焓，KJ/Kg。
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炉膛出口烟气温度及 辐射传热量计算式
高温烟气和管壁间辐射换热量应等于炉内烟气的放热量，由此可得 炉内辐射传热基本方程式
a 0 p F jT h 4 y B jV p(C T ja T ）
根据相似理论将上述方程变换为无因次相似准则方程可得到炉膛出
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高温烟气和管壁间的辐射换热
根据传热学基本公式，高温烟气每小时传给辐射受热面的热量可
用Q 下f 列a 公 式0 计( 算x ：iF i)T (h 4 yT b 4) a 0( x iF i)T h 4(y 1 T T h 4 b 4) yk , W 式中：a 为炉膛黑度；Fi 为布置水冷壁的炉墙面积，m2 ，xi为 水