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1 引言
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锅炉是一种能量转换设备，主要分为锅和炉两部分。炉主要负责把煤气、油的化学能转化为热能。锅把热量转移到水中，变为热水或蒸汽，以供人们用于生活取暖或为生产提供动力。锅炉机组的组成部件分为本体设备和辅助设备两部分，本体设备包括炉膛、燃烧器、空气预热器、省煤器、水冷壁、炉筒、过热器、再热器等；辅助设备包括给煤机、磨煤机、送风机、引风机、给水泵、吹灰器、碎渣机、除尘器、灰浆泵[1]。
1.1 管式空气预热器
空气预热器是电厂中的一个基本的设备，其作用主要是降低排烟温度，提高锅炉效率；改善燃烧的着火条件和燃烧过程；降低不完全燃烧损失等等[4]。可见其是一种一箭双雕的设备：一方面可以吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉的经济性；另一方面使冷风变成热风送进炉内，改善燃烧，提高锅炉燃烧效率，并强化了传热[5]。
管式预热器是一个立方形的管箱，中间有隔板。由许多薄壁钢管组成的，管子一般采用错列布置，两端与钢板焊接[4]。管子垂直布置，烟气在管内从上到下流动，空气从管间的缝隙通过，进行热量交换。管式空气预热器是通过它的下管板支撑在锅炉空气预热器的框架上。管式空气预热器可分为单流程和多流程。当空气预热器受热面积不变时，增加流程会使每一通道的高度降低，因此空气的流动速度就会增大管式空气预热器根据进风方式的不同，可分为单面进风、双面进风和多面进风。当其他条件不变时，进封面越多，空气的流动速度越低。与回转式空气预热器相比，管式空气预热器构造简单，制造、安装和维护方便，价格便宜，密封性能好、工作也可靠的优点，但管传热性能差，使得空气预热器体积庞大，钢耗严重。
1.2 锅炉燃烧器
燃烧器就是将煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛，组织燃料和空气及时、充分的混合，使燃料能迅速稳定地着火的燃烧设备。
常用的燃烧器一般有直流燃烧器和旋流燃烧器两种。直流射流的主要特点是沿流动方向的速度衰减比较慢，具有比较稳定的射流核心区，且一次风和二次风的后期混合比较强。旋转气流同时具有向前运动的轴向速度和沿圆周运动的切向速度，这就使气流在流动方向上，沿轴向与切向的扰动能力增强，因而气流衰减速度比较快，射程短。 本设计选用直流式燃烧器。直流燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。直流燃烧器一般布置在炉膛四角上，煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰，同时在炉膛内形成一个自下而上的漩涡状气流。
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2 辅助计算
2.1 设计参数
2.1.1 基本参数
1）锅炉额定蒸发量：额定蒸发量D=220t/h； 2）给水温度：tgs= 215℃； 3）过热气温：tgr=540℃； 4）过热蒸汽压力：pgr=9.8Mpa；
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5）制粉系统：中间储仓式（热空气及炉烟做干燥剂、钢球筒式磨煤机）； 6）燃烧方式：四角切圆燃烧； 7）排渣方式：固态； 8）冷空气温度：tlk=20℃ ； 2.1.2 煤的特性
本设计以大同烟煤为燃料，对220t/h锅炉燃烧系统进行设计计算。在辅助计算之前，需进行燃料特性分析，查表2-8[3]，将结果列于下表2.1
表2.1 煤的特性表
名称 收到基低位发热值 收到基全水份 空气干燥基水份 干燥无灰基挥发份 收到基灰份 收到基碳 收到基氢 收到基氧 收到基氮 收到基硫 可磨性系数 灰开始变形温度 灰软化温度 灰熔化温度 符号 Qnet,ar Mar Mad Vdaf Aar Car Har Oar Nar Sar HGI DT ST FT 单位 MJ/kg ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ — ℃ ℃ ℃ 设计煤种 27.8 3.0 24.7 11.7 70.8 4.5 7.1 0.7 2.2 49.5 1350 1370 1400
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2.2 辅助计算
2.2.1 燃烧计算
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燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸气容积。 a) 理论空气量
V 0=0.0889(Car+0.0375Sar) + 0.265Har -0.0333Oar =0.0889(70.8+0.375×2.2)+0.265×4.5-0.0333×7.1
=7.324 nm3/kg 式（2.1） b) 理论氮容积
V0N2?0.8c）RO2容积
Nar?0.79V0?0.8?0.7/100?0.79?7.26?5.791 nm3/kg 式（2.2） 100CarS?0.7ar 100100?1.866?70.8/100?0.7?2.2/100=1.337 m3/kg 式（2.3） VRO2?1.866d ) 理论干烟气容积
V0gy?V0N2?VRO2?5.74?1.323?7.128 nm3/kg 式（2.4）
e）理论水蒸气容积
V0H20?11.1HarM?1.24ar1.61dkV0(dk?0.01kg/kg) 100100?11.1?4.5/100?1.24?3/100?1.61?0.01?7.26=0.655 nm3/kg 式（2.5）
f）飞灰份额αｆｈ，查锅炉灰分平衡的推荐值表2-4[3]。 2.2.2 过量空气系数和漏风系数
炉膛出口过量空气系数是由燃料方法决定的，其值一般在1.1~1.5的范围内变化，可从表2-12[3]中选取。
由于制粉系统选用了热空气及炉烟做干燥剂，所以炉膛出口过量空气系数应选较大值选取?1=1.20。
由表2.2[3]可以依次查得高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器的漏风系数。
燃烧煤粉时，煤粉制备系统还有一部分漏风，在锅炉设计计算中也必须考虑。由于制粉系统选定由热空气及炉烟做干燥剂、钢球筒式磨煤机。由表2-3[3]可知??zf?0.12。
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表2.2 漏风系数和过量空气系数
序号
名称 制粉系统 漏风系数 炉膛 屏、凝渣管
额定负荷 漏风系数 0.1 0.05 0
入口过量 空气系数 — —
—
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出口过量空气系数
1 2 3
— —
— 1.20 1.20
?1?
???1?? ?pn?? ?pn?? ?gg?? ?dg????pn ?pn4 高温过热器 0.025
???pn? ?gg???gg?? ?dg????gg ?gg????dg ?dg1.225
5 6 7 8 9
低温过热器 0.025 1.25
高温省煤器 0.02
???dg?? ?ss???ss?? ?sk???sk?? ?xs???xs?? ?xk?? ?ss?? ?sk?? ?xs????ss ?ss????sk ?sk????xs ?xs1.27 1.32 1.34 1.41
高温空气预热器 低温省煤器 低温空气预热器
0.05 0.02 0.05
?? ?xk????xk ?xk2.2.3 烟气特性计算 烟气特性计算过程：
1）受热面出口过量空气系数 ???查表2.2 2）烟道平均过量空气系数?pj
炉膛屏凝渣管 (1.20+1.20 )/2=1.20 式（2.6） 高温过热器 (1.20+1.25 )/2=1.225 下同。 3）干烟气容积Vgy 炉膛屏凝渣管
0 Vgy7.324=8.592 nm3/kg 式（2.7） ???pj?1?V0=7.128+（1.20 -1）×
高温过热器
0 Vgy7.324=8.684 nm3/kg ???pj?1?V0=7.128+（1.225 -1）×
下同
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4）水蒸气容积VHO
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00炉膛屏凝渣管 VH2O?0.0161??PJ-1?V
=0.655+0.0161×（1.20-1）×7.324
=0.678 nm3/kg 式（2.8）
高温过热器 V00H2O?0.0161??PJ-1?V = 0.655+0.0161（1.225-1)×7.324 =0.680 nm3/kg 下同
5）烟气总容积Vy
炉膛屏凝渣管 Vgy?VH2O=8.592+0.678=9.271 m3/kg 高温过热器 Vgy?VH2O=8.684+0.680=9.364 m3/kg 下同
6）RO2容积份额 rRO2
炉膛屏凝渣管 VRO2/Vy=1.337/9.271=0.144 高温过热器 VRO2/Vy=1.337/9.364=0.143 下同
7）水蒸气容积份额rH2O
炉膛屏凝渣管 VH2O/Vy=0.678/9.271=0.073 高温过热器 VH2O/Vy=0.680/9.364=0.073 下同
8）三原子气体和水蒸气容积份额r
炉膛屏凝渣管 rRO2?rH2O=0.144＋0.073＝0.217 高温过热器 rRO2?rH2O＝0.143＋0.073＝0.215 9）容积飞灰浓度?? 炉膛屏凝渣管
10Aar?fh/Vy＝10ｘ11.7ｘ0.92／9.271＝11.611 g/m3 高温过热器
10Aar?fh/Vy＝10ｘ11.7ｘ0.92／9.364＝11.496 g/m3
10）烟气质量my
炉膛屏凝渣管 1?Aar100?1.306?0pjV?1?11.7/100?1.306?1.20?7.324?12.360 式（2.9） 式（2.10） 式（2.11） 式（2.12） 式（2.13）
kg/kg 式
（2.14）
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高温过热器
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Aar?1.306?pjV0?1?11.7/100?1.306?1.225?7.324?12.480 kg/kg 100下同
11）质量飞灰浓度
炉膛屏凝渣管
?fhAar/(100my)=0.93×11.7/(100×12.360)=0.009 kg/kg 式（2.15） 高温过热器
?fhAar/(100my)=0.92×11.7/(100×12.480)=0.009 kg/kg 下同
表2.3烟气特性表
序号 1 2 3
项目名称 受热面过量空气系烟道平均过量空气干烟气 容积 水蒸气 容积 烟气总 容积 的容积份额 水蒸气积 份额 三原子气8
体和水蒸气容积总份额
9 10
容积飞灰 浓度 烟气质量
g/m3 kg/kg
11.611 12.360
11.496 12.480
11.272 12.719
11.077 10.788 10.514 10.253 12.934 13.269 13.604 13.939
—
0.217
0.215
0.211
0.208
0.203
0.198
0.194
m3/kg m3/kg m3/kg
8.592
8.684
8.867
9.032
9.288
9.544
9.801
—
1.20
1.213
1.238
1.26
1.295
1.33
1.365
符号
标准状况下 —
炉膛屏凝渣管 1.20
高温过热器 1.225
低温过热器 1.25
高温省 1.27
高温空 1.32
低温省 1.34
低温空 1.39
4 0.678 0.680 0.683 0.685 0.689 0.694 0.698
5 9.271 9.364 9.550 9.717 9.978 10.238 10.498
6 — 0.144 0.143 0.140 0.138 0.134 0.131 0.127
7 — 0.073 0.073 0.071 0.071 0.069 0.068 0.066
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11
质量飞灰 浓度
kg/kg
0.009
0.009
0.008
0.008
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0.008
0.008
0.008
2.2.4 空气和烟气的焓值计算
烟气焓的计算需要分别计算出炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列成表格，做成所谓的焓温表，以备后续计算查用。
要进行锅炉受热面的传热计算，必须知道如何计算空气和烟气的焓。在这里空气和烟气的焓是指在定压条件下，将1kg燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0℃加热到t℃（空气）或θ℃（烟气）时所需的热量，单位为kJ/kg。 2.2.4.1 空气焓
1）理论空气焓据理想气体焓的计算方法，理论空气量的焓hk0为
hk0?V0?ct?k kJ/kg 式（2.15） 2）实际空气量的焓
实际空气量的焓hk的计算式为
hk??hk0??V0(ct)k kJ/kg 式（2.16） 式中（ct)k——1m3标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度t℃时的焓 2.2.4.2 烟气焓
在进行锅炉设计计算、校核计算和整理锅炉实验结果时，都需要知道空气和烟气的焓。空气和烟气焓的计算均以1kg固体或液体燃料或1Nm3气体燃料为基准，且都从0℃算起。 1）理论烟气焓
理论烟气十多种成分的混合气体。由工程热力学可知，其焓等于各组成成分焓的总和，所以理论烟气焓h0y的计算式为
00?c??H2O?VH02O kJ/kg 式（2.17）?VRO2?c??RO2?VN hy 2?c??N2、?c??H2O—理论烟气中各成分在温度?℃时的焓值（见表2.4）式中 ?c??RO2、。
由于VCO2??VSO2,且两者比热容接近，故取?c??RO2??c??CO2。 2）实际烟气焓
0实际烟气焓hy等于理论烟气焓hoy、过量空气焓（a-1）hk+hfh 和烟气中飞灰焓之和，
即
00 hy?hy????1?hk?hfh kJ/kg 式（2.18）
其中飞灰焓hfh为
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hfh?式中?c??h—1kg灰在?℃时的焓（见表2.4）。
飞灰的焓数值较小，因此只有在满足以下条件时才计算：
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Aar?fh?c??h kJ/kg 式（2.19） 100?A 4187fhar?6 式（2.20）
Qar，net在锅炉烟道中，沿着烟气的流程，不同部位的过量空气系数和烟温不同，因此烟气的焓也不同。在受热面的传热计算中，必须分别计算各个受热面所在部位的烟气焓并制成焓温表。利用焓温表，根据过量空气系数和烟气温度，可求出烟气的焓；反之，也可以由过量空气系数和烟气的焓查出烟气的温度。
表2.4 1 m3空气、各种气体及1kg灰的焓
温度 ? （℃） 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 二氧化碳 ?c?? CO2氮气 ?c?? N2水蒸气 ?c?? H2O干空气 ?c?? gk湿空气 ?c?? k飞灰，灰渣 ?c??、?c?? fhhzkJ/(Nm3） 170.03 357.46 558.81 771.88 994.35 1224.66 1461.88 1704.88 1952.88 2203.5 2458.39 2716.56 2976.74 3239.04 3503.1 3768.8 4036.31 4304.7 4574.06 4844.2 kJ/(Nm3） 129.58 259.92 392.01 526.52 663.8 804.12 947.52 1093.6 1241.55 1391.7 1543.74 1697.16 1852.76 2008.72 2166 2324.48 2484.04 2643.66 2804.21 2965 kJ/(Nm3） 150.52 304.46 462.72 626.16 794.85 968.88 1148.84 1334.4 1526.04 1722.9 1925.11 2132.28 2343.64 2559.2 2779.05 3001.76 3229.32 3458.34 3690.37 3925.6 kJ/(Nm3） 130.04 261.42 395.16 531.56 671.35 813.9 959.56 1107.36 1257.84 1409.7 1563.54 1719.24 1876.16 2033.92 2193 2353.28 2513.96 2676.06 2838.41 3002 kJ/(Nm3） 132.43 266.36 402.69 541.76 684.15 829.74 978.32 1129.12 1282.32 1437.3 1594.89 1753.44 1914.25 2076.2 2238.9 2402.88 2567.34 2731.86 2898.83 3065.6 kJ/(kg） 80.8 169.1 263.7 360 458.5 559.8 663.2 767.2 873.9 984 1096 1206 1360 1571 1758 1830 2066 2184 2358 2512 本 科 毕 业 设 计
2100 2200 5115.39 5386.48 3127.53 3289.22 4163.25 4401.98 3165.33 3329.7 3233.79 3401.64 第 9 页 共 48 页
2640 2760
理论烟气焓计算过程：
00?c??N2?VH02O?c??H2O 式?VRO2?c??RO2?VN100℃ hy（2.21） 2 =1.337×170.03+5.791×129.58+0.655×150.52
200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 600 ℃ 700℃ 800℃ 900℃ 1000℃ =1076.2 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??N2?V0H2O?c??H2O =1.337×357.46+5.791×259.92+0.655×304.46
=2182.3 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??N2?V0H2O?c??H2O =1.337×558.81+5.791×392.012+0.655×462.72
=3320.0 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×771.88+5.791×526.52+0.655×626.16
=4490.7 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×994.35+5.791×663.8+0.655×794.85 =5693.5 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×1224+5.791×804.12+0.655×968.88
=6927.8 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×1461.88+5.791×947.52+0.655×1148.84
=8193.2 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×1704.88+5.791×1093.6+0.655×1334.4
=9485.4 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??N2?V0H2O?c??H2O =1.337×1952.28+5.791×1093.6+0.655×1526.04 =10798.3 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×2203.5+5.791×1391.7+0.655×1722.9
=112132.5 kJ/kg
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000???c??H2O ?VRO2?c??RO2?VNc??V1100℃ hyHN22O2第 10 页 共 48 页
=1.337×2458.39+ 5.791×1543.74+1925.11×0.655
=13486.0 kJ/kg
000???c??H2O ?VRO2?c??RO2?VNc??V1200℃ hyHN22O2 =1.337×2716.56+5.791×1697.16+0.655×2132.28
=14855.1 kJ/kg
00?c??N?VH0O?c??HO ?VRO?c??RO?VN1300℃ hy 1400℃ 1500℃ 1600℃ 1700℃ 1800℃ 1900 ℃ 2000℃ 2100℃ 2200 ℃ 222222 =1.337×2976.74+5.791×1852.76+0.655×2343.64 =16242.4 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×3239.04+5.791×2008.72+0.655×2559.2
=17637.2 kJ/kg
h0y?Vc??00RO2?RO2?VN2?c??N2?VH2O?c??H2O =1.337×3503.1+5.791×2166+0.655×2779.05
=19044.9 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×3768.8+5.791×2324.48+0.655×3001.76
=20463.6 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×4036.31+5.791×2484.04+0.655×3229.32 =21894.1 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×4304.7+5.791×2643.66+0.655×3458.34
=23327.2 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×4574.06+5.791×2804.21+0.655×3690.37
=24768.8 kJ/kg
h0y?V?0RO2?c?RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O = 1.337×4844.2+5.791×2965+0.655×3925.6 =26215.0 kJ/kg
h00y?VRO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O = 1.337×5115.39+5.791×3127.53+0.655×4163.25
=27674.3 kJ/kg
h0y?V0RO2?c??RO2?VN2?c??0N2?VH2O?c??H2O =1.337×5386.48+5.791×3289.22+0.655×4401.98
本 科 毕 业 设 计
=29129.3 kJ/kg 下同略
理论空气焓计算过程：
第 11 页 共 48 页
100℃ hk0?V0?ct?k=7.324×1076.2=969.9 kJ/kg 式（2.22） 200℃ h0k?V0?ct?k=7.324×2182.3=1950.7 kJ/kg 300℃ h0k?V0?ct?k=7.324×3320.0=2949.1 kJ/kg 400℃ h0k?V0?ct?k=7.324×4490.7=3967.6 kJ/kg 500℃ h0k?V0?ct?k=7.324×5693.5=5010.4 kJ/kg 600℃ h0k?V0?ct?k=7.324×6927.8=6076.6 kJ/kg 700℃ h0k?V0?ct?k=7.324×8193.2=7164.8 kJ/kg 800℃ h0k?V0?ct?k=7.324×9485.4=8269.1 kJ/kg 900℃ h0k?V0?ct?k=7.324×10798.3=9391.1 kJ/kg 1000℃ h0k?V0?ct?k=7.324×12132.5=10526.1 kJ/kg 1100℃ h00k?V?ct?k=7.324×13486.0=11680.2 kJ/kg 1200℃ h0k?V0?ct?k=7.324×14855.1=12841.4 kJ/kg 1300℃ h0k?V0?ct?k=7.324×16242.4=14019.1 kJ/kg 1400℃ h0k?V0?ct?k=7.324×17637.2=15205.1 kJ/kg 1500℃ h0k?V0?ct?k=7.324×19044.9=16396.7 kJ/kg 1600℃ h0k?V0?ct?k=7.324×20463.6=17597.6 kJ/kg 1700℃ h0k?V0?ct?k=7.324×21894.1=18802.0 kJ/kg 1800℃ h00k?V?ct?k=7.324×23327.2=20006.9 kJ/kg 1900℃ h0k?V0?ct?k=7.324×24768.8=21229.7 kJ/kg 2000℃ h0k?V0?ct?k=7.324×26215.0=22451.0 kJ/kg 2100℃ h00k?V?ct?k=7.324×27674.3=23672.8 kJ/kg 2200℃ h0k?V0?ct?k=7.324×29129.3=24912.0 kJ/kg 下同略
飞灰焓计算过程： 100℃ hAarfh?100?fh(c?)h=0.8×80.8×23.36/100=15.10 kJ/kg 200℃ hAarfh?100?fh(c?)h=0.8×169.1×23.36/100=36.60 kJ/kg 式（2.23） 本 科 毕 业 设 计
300℃ hfh?400℃ hfh?下同略
炉膛、屏、凝渣管 实际烟气焓的计算
Aar?fh(c?)h=0.8×235.7×23.36/100=46.89 kJ/kg 100Aar?fh(c?)h=0.8×369.4×23.36/100=58.72 kJ/kg 100第 12 页 共 48 页
00400℃ hy?hy（2.24）????1?hk?hfh 式
500℃ 600℃ 700℃ 800℃ 900℃ 1000℃ 1100℃ 1200℃ 1300℃ =4490.707+（1.20-1）×
3967.597+67.2768 =5284.23 kJ/kg
h0h0y?hy????1?k?hfh
=5693.485+（1.20-1）×5010.3948+85.68448 =6695.56 kJ/kg
h01?h0y?hy????k?hfh
=6927.842+（1.20-1）×6076.6279+104.615424 =8143.17 kJ/kg
h0??1?h0y?hy??k?hfh
=8193.153+（1.20-1）×7164.7583+123.938816 =9626.11 kJ/kg
h0???1?h0y?hy?k?hfh
=9485.376+（1.20-1）×8269.147+143.374336 =11139.2 kJ/kg
h00y?hy????1?hk?hfh
=10798.29+（1.20-1）×9391.1122+163.314432 =12676.5 kJ/kg
h00y?hy????1?hk?hfh
=12132.47+（1.20-1）×10526.113+183.88992 =14237.7 kJ/kg
h00y?hy????1?hk?hfh
=13485.99+（1.20-1）×11680.229+204.82048 =15822.0 kJ/kg
hh01?h0y?y????k?hfh
=14855.15+（1.20-1）×12841.375+225.37728 =17423.4 kJ/kg
h0???1?h0y?hy?k?hfh
本 科 毕 业 设 计
14019.072+254.1568 =16242.35+（1.20-1）× =19046.2 kJ/kg
001400℃ hy?hy????1?hk?hfh
第 13 页 共 48 页
15205.12+254.1568 =17637.32+（1.20-1）× =20678.25 kJ/kg
001500℃ hy?hy????1?hk?hfh
16396.67+254.1568 =19044.9+（1.20-1）× =22324.23 kJ/kg 下同略。
同理可依次算得高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器的实际烟气焓。如下表2.5：
表2.5 烟气焓温表（用于炉膛、屏式过热器、高温过热器的计算）
烟气或空气温度（℃） 400
理论烟气焓 kJ/kg 4490.71
理论空气焓 kJ/kg 3967.60
理论烟气焓增 （每100℃）
1202.78
500
5693.49
5010.40
1234.36
600
6927.84
6076.63
1265.31
700
8193.15
7164.76
1312.91
900
10798.29
9391.11
1334.18
1000
12132.47
10526.11
1353.53
1100
13485.99
11680.23
1369.15
1200
14855.15
12841.38
1387.21
1300
16242.35
14019.07
1394.87
19046.16 17423.42
1622.74 1632.08
15822.00
1601.38
14237.70
1584.35
12676.5
1561.18
1292.22
9626.11
1513.10
11139.20
1537.31
8143.17
1482.94
6695.56
1447.60
炉膛，屏，凝渣管
????1.25
5284.23
1411.34
800 9485.38 8269.15
本 科 毕 业 设 计
1400
17637.32
15205.12
1407.68
1500 1600 烟气或空气温度（℃） 1700
19044.90 20463.59 理论烟气焓 kJ/kg 21894.13
16396.66 17597.57 理论空气焓 kJ/kg 18802.00
1433.02
1800
23327.15
20006.86
1441.67
1900
24768.82
21229.68
1446.20
2000
26215.02
22451.02
1459.26
2100
27674.28
23682.77
1454.97
2200
29129.26
24912.02
34111.66 32410.84 30705.23 29014.76 27328.52
1418.69
22324.23 23983.11 20678.25
第 14 页 共 48 页
1645.99
1658.87
炉膛，屏，凝渣管
理论烟气焓增 （每100℃）
????1.25
25654.53
1673.99
1686.23
1690.47
1705.61
1700.82
表2.6 烟气焓温表（用于低温空预器的计算）
烟气或空 气温度（℃）
100
理论烟气焓
理论空气焓
理论烟气焓增 （每100℃）
1106.10
200
2182.31
1950.70
1137.67
300
3319.97
2949.11
1170.74
400
4490.71
3967.60
1202.78
500 600
5693.49 6927.84
5010.40 6076.63
1234.36
7647.54 9297.73
1650.19
6038.07
1609.47
4470.12
11567.94
2943.08
1527.05
低温空预器
????1.42
1454.45
1488.63
1076.21 969.86
本 科 毕 业 设 计
第 15 页 共 48 页
2.2.5 锅炉热平衡及燃料消耗量计算 1）锅炉输入热量Qr?Qar,net=27800 kJ/kg 2）排烟温度初选145℃
3）排烟焓由焓温表差值法可得hpy=1573.9 kJ/kg 4）冷空气温度为20℃ 5）理论空气焓
holk?(ct)0kV =38.074×7.323
=193.98 kJ/kg 6）化学不完全热损失燃烧q3和机械不完全燃烧热损失q4数据见表（2.6） 7）排烟处过量空气系数?py=1.39 8）排烟损失
q2?(100?q4)(hpy??pyh0lk)/Qr =（100-1.5）×（1573.9-1.39×193.98）/27800 =4.62 % 9）散热损失q5=0.5% 10）灰渣损失
qQ66?Q?100% r =100%×5.240/27800
=0.019 % 11）锅炉总损失
?q?q2?q3?q4?q5?q6 =4.621+0.5+1.5+0.5+0.019
=7.140 % 12）锅炉热效率
??100??q =100-7.140
=92.860 % 13）保热系数
??1?q5??q 5
式（2.25）
式（2.26）
式（2.27） 式（2.28）
式（2.29）
式（2.30）
本 科 毕 业 设 计
第 16 页 共 48 页
=1-0.5/(0.5+92.860)
=0.995 % 14）过热蒸汽焓由饱和水和饱和蒸汽性质表和未饱和水和饱和蒸汽性质表通过差值法可
??=3476.45kJ/kg 以查得hgg15）锅炉有效利用热
???hgs) 式 Q?Dgr(hgg（2.31）
=220000×（3476.45-924.00）
=561537927.5 kJ/h 16）实际燃料消耗量
B?100?Q/(?Qr) 式（2.32）
=100×561537927.5/(92.860 %×27800） =21752.4 kJ/kg 17）计算燃料消耗量
Bj?B(1?q4/100) 式（2.33）
=21752.4×（1-1.5/100）
=21426.1 kJ/kg 具体数据如下表：
表2.7 锅炉热平衡及燃料消耗量计算
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
名称 锅炉输入热量 排烟温度 排烟焓 冷空气温度 理论冷空气焓 化学未完全燃烧损失 机械未完全燃烧损失
符号
单位 kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg % % %
公式
结果 27800 145
Qr
Qr?Qar,net
先估后校 查焓温表 用插值法求
?py
hpy tlk1573.9
20
取用 )V0h0lk?(ctk取用 取用
查低温空预器出口过量
空气过量系数
193.98
0.5 1.5
q 3q 4
排烟处过量空气系数 ?py排烟损失
1.39 4.62
q 2(100?q4)(hpy ??pyh0lk)/Qr本 科 毕 业 设 计
10 11 12 13 序号 14 15 16 17 18 19 20 21
散热损失 灰渣损失 锅炉总损失 锅炉热效率 名称 保热系数 过热蒸汽焓 给水温度 给水焓 锅炉实际负荷 锅炉有效利用热 实际燃料消耗量 计算燃料消耗量
第 17 页 共 48 页
0.5
q5
% % % % 单位 kJ/kg
℃ kJ/kg kJ/h kJ/h kJ/h kJ/h
取用
q6
q6?Q6 ?100%Qr0.019 7.140
92.86 结果 0.995
? q?
符号
q2?q3?q 4?q5?q6100 ??q公式
?
q5 1???q5 给定
?? hgg3476.45
215 924.00 220,000
561537927.5 21752.4 21426.1
hgsD
Q
B
???hgs)Dgr(hgg100?Q/(?Qr) B(1?q4/100)
Bj
3 低温空气预热器设计
3.1 低温空气预热器的结构设计
管式空气预热器常用于中、小型锅炉，它是直径40mm~51mm[7]，壁1.25mm~1.5mm的有缝薄钢直管与错列开孔的上下板焊接而成，形成立体管箱。对燃煤锅炉，为了减轻积灰，采用立式布置，烟气在管内纵向流动。在我国管式空气预热器近年来都采用Φ40×1.5mm的有缝管焊接在两端较厚的管板上制成(有时管板间还有把气流隔成几个流程的管板），外部有时还焊一些钢架以增强其钢度。
管子的排列从空气侧来说采用错列，常用的管距如下
S1S?1.5~1.75[7] 2?1~1.25[7] dd在选用S1、S2时应注意使两管间的斜向距离?的数值不得小于10mm，如?值太大或太小，管板会在管子焊接时发生过大的变形。
如果在决定S1、S2时预先考虑是横向管间间隙S1-d为斜向管间间隙?之二倍，则空
本 科 毕 业 设 计
S1、S2的配合是比较合适的。
表3.1 S1、S2适合值表
S1 S2
60 40
64 41
68 42
72 43
第 18 页 共 48 页
气气流在管簇中流动时没有过多的压缩、膨胀，因而流阻较小，根据计算，以下的一些
77 44
82 45
在空气预热器中烟气流速wy一般在10m/s~14m/s的范围里选取、烟气流速过高则磨损大，烟气过低则堵灰，设计中一般取空气流速比烟气流速低，为烟气流速45%~55%， wk??45%~50%?wy[8] 式（3.1）
空气预热器中烟气与空气流动的方向互相垂直，为交叉流动，但空气预热器较大时，空气常设计成有几个流程，而总的流动方向是逆流，这样可以得到较高的温压。
选定烟气流速后决定管数n n?BJVy???1??? 式（3.2） 22733600?0.785dnwy??式中 BJ——计算燃料消耗量，kg/h；
Vy——烟气容积，m3/kg dn——管内径，m ?——烟气平均温度，℃
初选烟气流速为12m/s，空气流速为6m/s，则可算得管子的根数：
n???21426.1?10.498241?1???(1?)?9927 ??222733600?0.785dnwy?273?3600?0.785?0.037?12则空气预热器的结构尺寸如下表：
表3.2 低温空气预热器结构尺寸
序号 1 2 3 4 5 6 7
名称 布置 管子尺寸 横向节距 横向节距比 纵向节距 纵向节距比 横向排数
符号 S1
单位 mm mm mm
公式 错列 双面进风
结果
BJVy?40?1.5
76 1.9 44 1.1 216
?1
S2
S1/d
?2
n1
S2/d 40?30
本 科 毕 业 设 计
8 9 10 11 12 序号 13 14 15 管子根数 管箱高度 管箱有效高度 空气道平均高度 受热面积 名称 烟气流通面积 空气流通面积 行程数 N H m m m m2 单位 m2 m2 公式 第 19 页 共 48 页
8640 8.7 8.56 1.71 8648 结果 8.7 42.19 6 hx L Axk 符号 Ay 33600?3.14?0.0372?4 Akn 16 烟气有效辐射层厚度 s m 0.9d(4?1?2??1) 0.046
其中管箱有效高度和空气道平均高度均是指管箱高度减去管箱的上、中、下三层管板的厚度的高度，上、中、下管板厚度的取值范围分别为10mm～20mm，5mm～10mm，20mm～26mm[9]。选取上、中、下管板厚度的分别为15mm，8mm，25mm。
3.2 低温空气预热器的热力计算
1）三原子气体辐射减弱系数Kq
?0.78?1.6rH2O??T?（3.3） Kq?10.2??0.1??1?0.37PJ? 式
??1000?10.2rps???=10.2?(=79.03
0.78?1.6?0.0610.2?0.19?0.1?0.046?0.1)(1?0.37?152.5?273)
10002）灰粒的辐射减弱系数 kh?559003??PJ?273?2 式（3.4）
2dh ?355900?243.3232267?273?2?132
=11.5
本 科 毕 业 设 计
3）烟气辐射减弱系
第 20 页 共 48 页
k?kqr?kh?y 式（3.5）
=79.03×0.190456223+155.1×0.015484856 =17.453
4）烟气黑度
?sk?1?e?kps =1?e?0.046?0.1?17.45
=0.080041329
5）管壁灰污层温度
thbxk??tpj??pj?/2 =（152.5+243.32）/2 =197.91 ℃
6）烟气侧放热系数
?=???f??d1xkxk? =25+41.8 =66.8
7）空气流速
B?JV0???xk????xk???tpj?273w?2??k?3600?273?A k =81893×6.434×（1.18+0.1/2)×(152.5+273)
÷（3600×273×42.19104）
=6.65 m/s 8）传热系数
K?2?1xk???=0.8×66.8×70.12/（66.8+70.12）
2??1 =27.36873275 9）低温空气预热器对流吸热量
式（3.6） 式（3.7）
式（3.8）
式（3.9） 式（3.10）
本 科 毕 业 设 计
h<6~8的理论进行了验证。 B2第 46 页 共 48 页
核否则超出炉膛内截面热负荷的的经验值范围易形成严重结渣，所以对直流煤粉燃烧器
5）通过对球磨机仓储式制粉系统下的乏气送粉和热风送粉燃烧器进行的对比计算，选定均等配风直流燃烧器热风送粉系统。
最后通过本次燃烧器的设计，可以知道燃烧器的设计和布置涉及到多方面因素的影响，因此只有待锅炉或燃烧器设计生产出来后在实际的运行中进行可控的参数变量修正才能使其正常、稳定、良好的运行。
致 谢
毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校——河北科技大学，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次要感谢热能与动力工程专业的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给予我大力支持和帮助的郭丽霞老师，每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去；还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊；最后还要感谢相关资料的编著者。感谢您们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。
本 科 毕 业 设 计
第 47 页 共 48 页
参 考 文 献
1 李庆军．管式空气预热器漏风和堵塞的原因及处理．企业科技与发展，2009(20)：96~98
2 娜日松，游敏，李军伟．管式空气预热器的涂料防腐．三峡大学学报，2002(24)：160~162
3 樊泉桂．锅炉原理．第一版．北京：中国电力出版社，2008
4 刘国钧，陈绍业，王凤翥.图书馆目录.第1版.北京：高等教育出版社，1957 5 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985，447 6 华罗庚，王元.论一致分布与近似分析.中国科学，1973（4）：339357
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