第8章 锅炉整体布置

第8章锅炉本体布置和热力计算
1.请说明如何选取排烟温度、炉膛出口过量空气系数和热空气温度。

答：（1）锅炉排烟温度的选择：从经济性和安全性两个方面考虑。

经济性：排烟温度低，排烟热损小，锅炉效率高，节约燃料，但会使尾部受热面的传热温差大幅降低，增加了受热面积，浪费金属，提高了初投资。

安全性：排烟温度过低，硫酸蒸汽结露，使低温受热面严重腐蚀及堵灰。

（2）炉膛出口过量空气系数的选取：原则是保证燃烧稳定的基础上，尽量减小损失。

炉膛出口过量空气系数偏小时，炉内的不完全燃烧热损失增大；偏大时，过路的排烟热损失又增多。

因此，存在最佳值使得锅炉上的热损失之和最小。

锅炉的最佳过量空气系数值与燃烧室的结构、燃料种类和燃烧器的型式等有关。

（3）热空气温度的选择：原则是降低排烟温度，提高锅炉效率，保证燃料的着火、燃烬。

理论上讲，热空气温度越高越好，但高到一定数值后，对强化燃烧没有太大的帮助，反而要耗费过多的空气预热器受热面，并增加尾部受热面布置的困难。

一般，只要燃料能稳定燃烧，满足制粉系统干燥的需要，热空气温度就不必太高。

2.试述蒸汽压力、燃料性质、锅炉容量和对锅炉热力系统的影响。

答：（1）锅炉蒸汽参数对热力系统的影响：
1）总吸热量不变时，随着压力的升高，过热、蒸发、加热三部分的吸热量占总吸热量的比例将发生变化，即随压力的升高，蒸发吸热量减少，其它两项升高。

2）对于低压锅炉，蒸发吸热是最主要的部分，一般仅布置水冷壁受热面还不能满足蒸发吸热的需要，因此，还要布置锅炉管束，这是低压锅炉的显著特征之一，较少有或没有过热器，一般可装设省煤器，有时也采用空气预热器。

3）中压时，蒸发吸热量减少，水冷壁受热面基本能满足，若略有不够，可将省煤器设计成沸腾式，因而不需锅炉管束。

一般省煤器和空气预热器必不可少，有时要双级布置，取决于所需的热空气温度，过热器一般为对流式，置于烟温较高区，如在凝渣管后。

4）高压、超高压及亚临界时，由于蒸发吸热的比例进一步下降，仅布置水冷壁受热面就能满足蒸发吸热的需要，甚至富裕。

而过热器吸热比例升高，故一部分过热器进入炉膛构成辐射或半辐射式过热器。

此时过热器系统庞大而复杂。

5）超临界时，工质为单相，无蒸发受热面，整台锅炉的受热面只分加热受热面及过热器两
种。

加热吸热量约占总吸热量的30%，其余为过热吸热量。

锅炉水冷壁不能采用自然水循环，目前都用直流锅炉或复合循环锅炉。

（2）燃料性质对热力系统的影响：
不同种类的锅炉，其热力系统不同。

同种类燃料，其化学成分、燃烧特性不同，对热力系统的影响也不同。

1）燃料水分增多，炉膛吸热量减少，对流吸热量增多，对流受热面增加。

炉内辐射传热减弱，但辐射受热面未必能相应减少。

相反，为了保证燃烬，应有更高的炉膛。

2）挥发分低，着火不易，燃尽困难，炉膛高度也应增大。

3）水分高和挥发分低的燃料都要求较高的热空气温度以保证着火，从而使空气预热器增大，并要求与省煤器交错布置。

4）灰分多的燃料易使对流受热面受到剧烈的磨损，因而必须降低烟气流速而使受热面积增多，有时还需采用防磨、减磨的受热面结构型式。

5）燃料含硫量高会造成低温区受热面的低温腐蚀和堵灰，以及在高温区受热面的高温腐蚀。

燃料的影响较为复杂，有时并非单向，趋势难于判断。

（3）锅炉容量对热力系统的影响：
随着锅炉容量的增大，炉膛体积的增大要比炉膛壁面积增大快，这样，大容量锅炉的炉膛壁面积比容量小的锅炉炉膛壁面积相对减少。

在大容量锅炉中除布置水冷壁外，必须再布置双面露光水冷壁和双面受热的屏式过热器，而中小锅炉，仅水冷壁就可使烟气足够冷却。

锅炉宽度对对流受热面的布置有很大的影响，过热器、再热器、省煤器的管圈片数及空气预热器的管排数均与锅炉的宽度成正比。

随着容量的增大，折算到锅炉单位宽度上的蒸发量急剧增大，导致工质和烟气流速过高，受热面难以布置，对流过热器和再热器需采用多重管圈结构，省煤器采用双面进水及多重管圈结构，管式空气预热器采用双面进风。

为了保证传热，过热器、再热器和省煤器需采用紧凑式布置和强化传热技术，空气预热器往往采用回转再生式。

加大尾部对流竖井深度也是首先要采取的措施。

3.为什么低压小容量锅炉必须设置锅炉管束？
答：低压小容量锅炉锅炉，蒸发吸热是最主要的部分，一般仅布置水冷壁受热面还不能满足蒸发吸热的需要，因此，还要布置锅炉管束。

4.说明怎样确定炉膛的形状和尺寸以及怎样进行炉膛的热力计算。

答：炉膛形状与火焰形式、燃烧方式、燃烧器布置和炉型有关。

常见炉膛体型有瘦高和矮胖两种。

当过于瘦高时，在燃烧器附近释放出的热量没有足够的水冷壁吸收，局部温度过高，易引起燃烧器附近受热面的结渣。

当过于矮胖时，则烟气不能充分利用炉膛容积，烟气在离开炉膛时还未得到足够的冷却，凝渣管或屏上会结渣。

关于尺寸的确定，最好正方形，长方形时，希望宽深比不大于1.2。

冷灰斗的开关一般变化不大，取倾角为50℃以便灰渣自行下滑，下口大小根据D 大小送取，一般了0.6~1.4m 。

折焰角的长度一般取炉深度1/3左右，上倾角取20~45°，煤中灰分少，烟速高时，可取较小的上倾角。

下倾角取20~30°。

炉膛出口高度由烟温和烟速来决定，烟速一般取6m/s 左右。

炉膛的热力计算在布置好炉膛的几何形状，受热面的结构和面积后进行。

计算的目的是校核所设计的炉膛能否将火焰冷却到预期的炉膛出口温度，在炉膛内布置的受热面能否吸收预先分配的辐射吸热量。

由于
a 和pj C 与''l θ有关，而计算的目的是求出''l θ，因此，必须先假定一个''l θ，然后比较假定值与计算值的差别，若二者之差小于100±℃，则认为计算
合格，并以计算值为准。

否则应重新假定，再次计算，直至合格为止。

5.比较“П”型、“T ”型和塔型布置方案的优缺点。

答：（1）“П”型
优点：锅炉高度较低，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、除尘器等都可以布置在地面；汽机与过热器的连接管道长度较短。

缺点：占地面积大；烟道转弯引起易引起飞灰对受热面的局部磨损；转弯气室部分难以利用，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；容量大时燃烧器布置有困难。

（2）“T ”型
优点：与“П”型比较，解决了尾部受热面布置困难的问题，改善了过渡烟道流动状况，减少烟气沿高度的热偏差。

缺点：占地更大，汽水管道连接系统复杂，金属耗量大。

（3）“塔”型
优点：所有对流受热面都水平悬吊在炉膛上部，便于疏水；烟道短，占地面积小；煤粉管道和燃烧器布置方便，用旋风炉也易布置；整台锅炉为悬吊结构，磨损减轻。

缺点：锅炉高度大，安装及检修困难，蒸汽管道的长度和成本增加；炉膛和对流烟道的截面
需配合恰当；将空气预热器和引风机放在顶部，加重了锅炉构架负荷，也增加了安装和检修困难。

7.由于空气预热器是用烟气（热流体）来加热空气（冷流体）从而提高空气的温度，而升
温了的空气送入了炉膛，亦即从烟气吸收的热量又返回了烟气行程，因此有人说：在空气预热器中烟气的热量传递给了空气，空气携带的热量送进了炉膛，因而又送回了烟气，这份热量并未传递给工质，故对提高锅炉的热效率毫无作用。

试说明这种观点的错误。

答：如果不用烟气预热空气，那么空气温度的上升必然吸收炉膛的热量，这样，炉内的热量就有一部分被空气消耗掉，而没有用来加热工质，所以增加了损失，降低了效率。