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1、1025t/h锅炉炉膛变气氛热力计算摘要O2/CO2燃烧技术是减少二氧化碳排放的一种行之有效的方法。本文首先简单介绍了O2/CO2燃烧技术的特点，以及其国内外的研究现状。然后对某蒸发量为1025t/h的锅炉在空气和在不同比例下的O2/CO2气氛中燃烧进行了炉膛热力计算，并对计算结果进行了比较。计算的结果表明，采用O2/CO2燃烧技术后，三原子气体(主要是CO2)体积份额大幅度增加，使炉膛内的辐射换热有所增强；煤粉在O2/CO2为30/70的气氛中燃烧时，其炉膛中的各项参数都与在空气中燃烧时相近；煤粉在O2/CO2气氛中燃烧能有效地提高锅炉的热效率；当O2的比例大于30%时，理论燃烧温度和炉内总
2、传热量都随着O2份额的增加而升高；对常规空气下燃烧的电站锅炉进行适当整改后，可以适应O2/CO2这种燃烧技术，如将尾部烟道的一部分对流换热面移到炉膛内，增加炉膛内的换热面积，使其吸收所增加的炉内传热量等。关键词：O2/CO2燃烧技术；煤粉燃烧；锅炉；热力计算The thermal calculation of 1025 t/h boiler in changed atmosphereAbstractOxy-fuel combustion technology is an effective kind of method to reduce emissions of carbon dioxide
3、.A brief introduction tothe characteristics ofO2/CO2combustion technology and the research at home and abroad.One evaporation capacity for 1025 t/h boiler under different O2/CO2 ratios have been calculated,and compared with that in air atmosphere condition. The calculation results show that the volu
4、me fraction of the triatomic gases (mainly CO2) significantly increased will enhance the radiation heat transfer within the furnace.The calculation outcome of combustion under the O2 /CO2 ratio of 30 /70 is close to that of combustion in air,and pulverized coal combustion in O2/CO2 atmosphere can im
5、prove the thermal efficiency of the boiler. When O2 ratio greater than 30%, theoretical combustion temperature and the total furnace heat transfer is increased with the increase in O2 ratio. It can carry out rectification of the existing boiler by moving part of the heat transfer surface of the rear
6、 flue into the furnace,and increasing the heat transfer area inside the furnace to absorb the increase in the furnace heat to meet the O2/CO2combustion technology.Keywords：O2/CO2 combustion technology；pulverized coal combustion；boiler；thermal calculation目录摘要IAbstractII目录31 绪论11.1 课题背景级意义11.2 课题国内外研究
7、现状21.3 本文主要研究内容及方法32 辅助计算52.1 研究对象与锅炉基本结构52.2 燃料的燃烧计算方法52.2.1 理论空气量和理论烟气量的计算52.2.2 烟气和空气焓的计算72.3 锅炉热平衡计算83 炉膛热力计算133.1 炉膛热力计算的主要任务及步骤133.1.1 燃烧室炉墙面积的确定133.1.2 燃烧室水冷壁的布置143.2 炉内理论燃烧温度及辐射放热量173.3 炉膛出口烟气温度的计算174 变气氛热力计算194.1 燃料的燃烧计算方法194.1.1 理论富氧气量和理论烟气量的计算194.1.2 烟气焓和富氧气焓的计算214.2 变气氛下的炉膛热力计算234.3 计算结果
8、与分析254.3.1计算结果对比及原因分析264.3.2讨论27结论29参考文献30致谢321 绪论1.1 课题背景级意义众所周知，大气层中温室气体含量的大幅度增加将会导致地表温度的上升，形成温室效应，使得全球变暖，而致使气候平衡和生态环境遭到破坏，影响到人类在未来的发展。在所有温室气体中，CO2由于其较长的寿命年限及超高的排放量而对温室效应的影响最大。CO2是造成全球变暖的主要因素，国际社会已经对此形成共识，京都议定书也制定了2000年以后CO2限排、减排的明确时间表和任务量。减少温室气体的排放，已成为当务之急。控制煤炭利用中温室气体CO2的排放对保护人类赖以生存的地球环境，对国民经济的发展
9、都具有重要意义1。世界上1/3的CO2是从电厂排放出来的，可以肯定的是从煤中获得能量在未来的电力生产中仍将占据很重要的角色。因此，现在面临着一个很严峻的挑战就是如何从燃煤电厂中控制CO2的排放，减轻电厂的生产发展过程中对地球环境的影响。碳隔离处理被认为是减少温室气体在大气中聚积的最好办法之一，因此获得高浓度的CO2是当前实现碳隔离、减排CO2的前提。而电厂是单位时间单位面积排放CO2最高的企业，对其进行减排是非常必要的，也是实现可持续发展所不可缺少的一部分2。而电厂生产过程中，煤粉在常规空气燃烧方式产生的烟气中CO2的浓度只有15左右，在这么低的浓度条件下回收CO2是要付出高昂的经济代价的，并
10、且回收设备也很复杂，制造的费用高，一次投资大，运行的消耗高，维护成本大，其实现的经济性不大。为了以较低费用而在排烟中得到无需分离就可以直接收集的高浓度CO2，从燃烧的角度出发，发展出了一种新型燃烧方式，即O2/CO2燃烧技术3-4。烟气再循环的富氧燃烧技术是用空气分离获得的纯氧和一部分锅炉排烟以一定的比例进行混合而构成的混合气代替空气作为燃烧时的氧化剂，煤粉在炉膛燃烧后，能提高排烟中的CO2浓度，因此富氧燃烧技术也称为O2/CO2 燃烧技术，或空气分离烟气再循环技术5。如下图1-1所示。O2/CO2燃烧技术是一种新型的洁净煤发电技术，已得到世界范围内的广泛关注。该技术在燃烧系统中使用O2/CO
11、2混合气体，可以把排烟中CO2浓度提升到了95。此时对排烟中的CO2的收集就容易多了，只需要对其直接液化就可以实现回收处理。采用这种燃烧方式还能大幅度地减少SO2和NOx的排放，实现污染物的一体化的协同脱除，减轻电厂排烟中的其他污染物对大气以及环境的污染。现有对O2/CO2燃烧技术的研究成果表明，这种燃烧方式不仅技术上可行，而且在运行的经济成本上也有着相当优势6。对于电厂而言，采用O2/CO2循环燃烧技术来回收隔离CO2是相当具有竞争力的技术。对于发电厂来说，由于在此燃烧方式中，有一部分烟气会再循环进入炉膛而不排人大气，排烟的热量得到一定量的回收，这将减小锅炉排烟损失，进而能提高锅炉的热效率，
12、因此研究O2/CO2气氛下锅炉的热效率对评估富氧燃烧技术的经济性也是具有重要意义的。回收的CO2可储存于地下、海底或废弃的油井，甚至可注人低产油井以提高油井产量，从而实现了CO2回收在经济上的价值7。图1-1 O2/CO2燃烧技术原理示意图1.2 课题国内外研究现状O2/CO2燃烧技术国内外已经进行了很多年的研究，并且已经取得了一定的研究成果。O2/CO2燃烧技术首先是由Horne和Steinburg于1981年提出的，经美国阿贡国家实验室(ANL)的研究证明只需要将常规锅炉进行适当的改造就可以采用此燃烧技术。对O2/CO2气氛下煤粉燃烧特性的研究主要集中在上个世纪90年代，包括着火特性、燃烧
13、速率、火焰传播速度，火焰温度以及燃尽率等的研究。O2/CO2燃烧技术的研究是国际能源署(IEA)控制温度气体排放研究与开发计划的主要项目之一，并且投入了很大的研究力量，其实验的主要研究工作在加拿大政府的能源技术研究中(CANMETCETC)开展，在0.3MW 煤粉燃烧试验炉上进行了实验研究、数值模化计算和工业示范性研究，并且取得了一定的研究成果。日本早期在这方面的研究是利用垂直电加热反应器的试验性质的研究，然后在12 Mw水平圆柱式锅炉上进行了工业规模的燃烧实验，并采用数值模拟对试验结果进行了分析研究。法国阿尔斯通(ALSTOM)公司和瑞典的瓦滕法尔能源集团(VATTENFALL)也在联合进行
14、O2/CO2煤粉燃烧技术商业化应用的研发工作。2008年，他们在德国黑泵(Schwarze Pumpe)投资建造了世界上第一座基于O2/CO2煤粉燃烧技术的30MW试验装置。在国内方面，清华大学有关方面的研究提供了大量的在氧气/烟气循环燃烧系统中的燃烧特性的数据，同时也发现了在燃烧的过程中，燃点不确定、产生大量碳黑的问题8。煤粉的着火特性较差，氮氧化物和二氧化硫从系统中的排放量，这种低发光度的火焰对蒸汽锅炉的热量吸收的影响，这都是要等待解决的问题。华中科技大学、浙江大学、西安交通大学、华北电力大学近年来也开展了对该项技术的研究，研究主要集中在该燃烧方式下煤的热重分析、SO2和NOx的排放特性、
15、循环流化床O2/CO2燃烧技术、以及煤粉的气化燃烧等几个方面。现阶段进一步对O2/CO2循环燃烧技术的研究，充分了解这种燃烧方式的特点，将可以提高该技术在实际电厂应用的可行性。现在该技术还处于实验室的阶段，还没有在商业中得到应用。国内有关研究人员通过实验验证当煤粉在O2/CO2 = 21 /79 气氛下燃烧时，即直接用CO2代替空气中的N2，这时火焰温度较在空气气氛下燃烧有所下降，着火的稳定性变差，未燃尽碳增加，锅炉的效率有所下降。但如果采用合理的燃烧配风技术，在O2/CO2 = 30 /70时就能获得相对较高的碳燃尽率以及与空气气氛下相当的烟气温度9，锅炉的效率也要比在空气气氛下燃烧的效率高
16、一些。由此可知，O2的容积百分数应在30%左右时比较合适。O2/CO2燃烧技术以O2 和CO2 混合气体代替空气作为助燃剂送入炉膛，与煤粉混合进行燃烧，与常规空气燃烧相比， 烟气组分有很大差别， 尤其二氧化碳的浓度大大增加。高浓度CO2的存在具有较高的比热容和辐射特性，锅炉的辐射换热与空气气氛也有较大差异。考虑到三原子气体对烟气辐射特性的重要影响以及试验、锅炉设计等的需要，因而，有必要研究高浓度二氧化碳烟气给炉膛辐射换热特性带来的变化。国内外很多研究者对此作了大量的工作，指出在该气氛下，烟气的辐射换热加强，但还没有出现针对锅炉进行具体计算分析的相关文献。对O2/CO2燃烧传热性能的研究还非常少
17、，尤其是辐射换热。煤粉着火、燃烧性能、传热行为、污染物排放等方面将与常规煤空气燃烧有所不同，CO2的热效应与N2不同，煤煤焦气化亦不同。Klas Andersson等已经对CH4在O2/CO2中燃烧的辐射特性进行了详细的研究。1.3 本文主要研究内容及方法本文主要研究内容是，通过对1025t/h的锅炉炉膛在空气和在不同的O2与CO2比例的气氛下燃烧的炉膛热力计算，并对计算结果的相关参数进行对比与分析，从而得出煤粉在O2/CO2气氛下燃烧的特征及其优点。通过对计算结果的分析，找出该燃烧方式与煤粉在常规下的燃烧的不同点，从而对现有的锅炉要采用O2/CO2的燃烧方式的整改提出一些合理的建议。通过对给
18、定的炉膛和煤种进行炉膛热力计算，以燃料完全燃烧得出理论空气量、烟气成分和烟气的焓等，然后考虑燃料的化学不完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失，在上述烟气焓中，制作焓温表，并查出理论燃烧温度等。计算的结果有两种燃料量，即实际燃料消耗量和不考虑机械不完全燃烧热损失的计算燃料消耗量。整个锅炉的计算中，都以燃料完全燃烧后的产物来计算炉内的辐射传热和对流放热。热力计算过程主要分为锅炉的辅助计算、燃烧室设计和传热计算以及对流受热面的换热计算10。本文采用的计算方法，也是我国目前锅炉热力计算中仍主要采用的原苏联1957年或1973年标准中辐射传热的计算方法。按AM古尔维奇零维模型对锅炉炉膛进行计算11，得出
19、其三原子气体体积比、排烟损失、锅炉效率、计算燃料消耗量、理论燃烧温度、炉膛出口烟气温度等参数。并对不同气氛下计算出来的这些参数进行比较，分析产生这些变化的原因和特点，从而得出结论。2 辅助计算2.1 研究对象与锅炉基本结构锅炉的作用是使燃料燃烧放出热量，并将热量传给工质，以产生一定温度和压力的蒸气。在电厂里，锅炉产生的蒸气被引入汽轮机内膨胀做功，推动汽轮机转子高速转动，进而带动发电机发出电能。锅炉的形式及其布置方式，以及炉膛内的结构等，都会对后面的热力计算产生很大的影响。而本计算所采用的锅炉容量为300MW，该锅炉为亚临界、中间再热、自然循环汽包锅炉，锅炉额定蒸发量为1025t/h，过热蒸汽压
20、力为16.8MPa，过热蒸汽温度为540。为单锅筒型布置，如图2-1。炉膛宽为13.35m，深为12.3m，高为46.4m，管径d为76mm，管距s为174mm，水冷壁管中心到炉墙的距离e为60.8。燃烧方式采用四角布置的直流燃烧器，并选用中速磨煤机的负压直吹系统。炉膛出口处过量空气系数按文献12表4-2取得=1.2。采用不同的煤种成分会得到不同的计算结果，本设计选用的煤种成分数据如表2-1所示。表2-1 某1025t/h锅炉设计煤种收到基成分6.8125.7158.682.93.641.181.082243425.7111.4图2-1 型锅炉示意图2.2 燃料的燃烧计算方法2.2.1 理论空
21、气量和理论烟气量的计算理论空气量就是假定1kg煤完全燃烧，空气中的氧和煤中能参加燃烧的的氧(固有氧)全部被消耗尽，此时所需要的空气量称为理论空气量。理论烟气量是指单位燃料与理论空气进行完全燃烧生成的烟气量。下面将详细地介绍理论空气量和理论烟气量等参数的计算方法和步骤。2.2.1.1 煤粉在空气中燃烧的理论空气量的计算 (2-1)在=1.0时，每1kg燃料燃烧后的燃烧产物中各成分的计算将在下文进行讨论。2.2.1.2 理论水蒸气体积的计算理论水蒸气体积包括以下三个部分：(1)燃料中氢完全燃烧生成的水蒸气 (2-2)(2)燃料中水分形成的水蒸气 (2-3)(3)理论空气量带入的水蒸气 (2-4)所
22、以理论水蒸气的体积为： (2-5)2.2.1.3 理论氮气体积的计算理论氮气体积包括以下两个部分：(1)理论空气量含有的氮气 (2-6)(2)燃料本身含有的氮 (2-7)所以理论氮气体积为： (2-8)2.2.1.4 烟气中的RO2(即)的计算 (2-9)因此在时，烟气的体积为： (2-10)在时，烟气体积中水蒸气的体积为： (2-11)所以，烟气的体积为： (2-12)2.2.1.5 其他烟气特性的计算RO2、H2O的容积份额分别按下式(2-13)和式(2-14)进行计算： (2-13) (2-14)所以三原子气体的容积份额按下式计算： (2-15)每1kg燃料中灰分重量为(kg)。如飞灰的
23、份额为，则每1kg燃料的烟气中飞灰的重量为 (kg) (2-16)现已知每1kg干空气会有10g水蒸气伴随它而来。每1干空气重1.293kg，因此随每1干空气来的水蒸气的质量将大约为13g。因此每1干空气和伴随它而来的水蒸气的总质量将为 (kg) (2-17)现在燃料燃烧所产生的烟气质量为(不包括飞灰在内)，根据质量守恒原理，将是燃料的水分及可燃成分质量与空气质量之和，因此烟气的质量应该按下面公式(2-18)来计算： (kg) (2-18)飞灰浓度的计算式为： (2-19)2.2.2 烟气和空气焓的计算编写焓-温表时，首先须计算时的空气及烟气的焓(、)的数值。这些数值用式(2-20)和式(2-
24、21)计算： (kJ/kg) (2-20) (kJ/kg) (2-21)式(2-20)和式(2-21)中：理论空气量，；、在时烟气中RO2、H2O、N2的容积，；空气在0t的平均比热，；、在0t的RO2、H2O、N2的平均比热，；t、空气与烟气的温度，。在与已知以后，当时，烟气在时的焓是理论烟气量的焓与过量空气在同温度下的焓之和，即 (kJ/kg) (2-22)不燃料灰分多时，烟气中飞灰含量较大，当灰的含量满足式(2-23) (2-23)时，须计入飞灰的焓，而在本文中，由于飞灰量未能满足式(2-23)，因此不必计入。上述计算结果为了便于接下来后面炉膛计算时查阅，将炉膛受热面的烟气温度范围内的数
25、值列成表格形式，即所谓的烟气焓-温表。下面的表格只将本设计计算时所用到的一些温度下的烟气性质参数列出来，其他的温度下的参数，其计算及处理方法和步骤是一样的，由于在本计算中没有用到，故对其进行略简。表2-2 、计算表(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)=(3)+ (5)+ (7)=100170.0187.4130607.2150.778.4873.0132778.8200257.6394.32601214.3304.4158.41767.02661569.4300558.9616.23921830.8626.3240.42687.44032377.7400772.085
26、1.25272461.3794.7325.93638.35423197.8100022022427.813946510.51725897.69835.914368472110024582710.015457215.819261002.21092815959410120027172995.616967921.021311108.812025175410349130029773282.218518644.923451220.213147191311287200048445340.629641384339272043.321227306518083210051165640.5312814609416
27、22165.622415323219069220053885940.432911537044002289.523600340020060由表2-2进一步整理而得出空气下的焓-温表，如表2-3。2.3 锅炉热平衡计算在确定了上述设计参数后可以计算出锅炉的热损失，并确定了锅炉的设计热效率。这个效率并不一定就是实际运行的结果，它与设计者的经验水平有关，即需要接受实践的检验。在此，可先对锅炉效率进行估计，在锅炉的设计效率确定了以后可按下式得到锅炉的燃料消耗量。 (kg/s) (2-24)由于存在不完全燃烧热损失，进入炉膛的燃料有一部分未参加燃烧而随灰渣排掉。这部分燃料不但没有参加燃烧放出热量而且也没有
28、燃烧产生烟气，不参与锅炉各受热面的热交换。在计算过程中采用的是另一个燃料消耗参数，对于实际发生燃烧而放出燃烧热和生成烟气的燃料量称为计算燃料消耗量。 (kg/s) (2-25)它才是锅炉热力计算的基础，无论水、蒸汽还是空气的焓值都是相对于1kg计算燃料消耗量而言的。表2-3 空气焓-温表100873.0778.8113015202001767.01569.422853002687.42377.74003638.33197.810009835.98472115301280110010928941012810128512001202510349140951310130013147112871540
29、520002122718083248441385210022415190692622913832200236002006027612锅炉的效率不能直接计算得出准确值，但是可以对其进行估算，锅炉效率可以按下面的方法进行估算。(1)根据燃料性质、燃烧方法估计固体及气体未完全燃烧损失。煤粉在O2/CO2=21/79的气氛下燃烧的锅炉效率的估算及，这可以从表2-4中的数据选取。表2-4 固态排渣煤粉炉的炉膛热负荷及其他有关数据燃料种类许用容积热负荷固体未完全燃烧损失气体未完全燃烧损失炉膛出口过量空气系数飞灰占总灰量份额锅炉出力锅炉出力锅炉出力7101471014无烟煤140401.21.250.95贫
30、煤160201.21.250.95烟煤26021018517553211.50.501.20.95洗中煤1602301.20.95褐煤29024521018531.52120.510.501.20.95油页岩1150.5101.20.95(2)根据锅炉蒸汽产量、有无省煤器、空气预热器等，从文献12中图3-3中的曲线决定锅炉外部冷却损失。(3)当燃料中灰分时，必须计入灰渣物理热损失，可用式(2-26)来计算： (%) (2-26)式中：灰渣所占燃料中灰分的份额，其值用式(2-27)计算： (2-27)灰渣在温度时的热容量，和飞灰相同，其值见文献12中表3-2。(4)排烟热损失可根据排烟过量空气系
31、数(由空气平衡得到)、排烟温度(设计任务书给定)及冷空气温度来计算： (%) (2-28)式中：排烟的焓，可根据排烟的过量空气系数及温度从焓-温表中查出(kJ/kg)；排烟中的过量空气系数，由空气平衡得到；时每1kg燃料所需空气的冷空气温度下的焓(一般取冷空气温度为20)可从焓-温表2-3中查出。(5)在各种损失的数值已知后，就可以算出锅炉效率，如下式(2-29)。 (%) (2-29)式中： (%) (2-30)下面对锅炉效率进行估算，并计算锅炉热平衡及燃料消耗量，过程及结果见表2-5。表2-5 锅炉效率的估算序号名称符号单位公式及计算结果1固体未完全燃烧损失%查文献12表8-39，1.52
32、气体未完全燃烧损失%查文献12表8-39，03外部冷却损失%查文献12图3-3，D=284.7kg/s，有尾部受热面0.184灰渣物理热损失%，不必计算05排烟过量空气系数-给定1.336排烟温度给定1357排烟焓查焓-温表2-31534.28冷空气焓查焓-温表2-3，207.29排烟损失%5.8310总损失%7.5111锅炉效率%92.4912给水焓查水蒸气表，p=16.8MPa，t=2781222.213过热蒸气焓查水蒸气表，p=16.8MPa，t=5403391.214蒸发量给定284.715燃料消耗量29.7616计算燃料消耗量29.31以上为辅助计算的所要计算的参数，通过对锅炉进行辅
33、助计算，将为下面锅炉炉膛的热力计算提供基础数据，辅助计算在锅炉热力计算中是不可缺少的一个部分，其计算的数据将直接影响到炉膛部分的计算结果。3 炉膛热力计算3.1 炉膛热力计算的主要任务及步骤炉膛是蒸汽锅炉最重要的一个部分，在锅炉炉膛中进行着燃料的燃烧过程，送入炉膛的燃料放出近乎全部的热量。在炉膛内，燃烧和传热过程同时进行，参与燃烧和传热过程的各因素互相影响，使炉膛内发生的过程十分复杂，其中包括燃料的燃烧、火焰对水冷壁的传热、火焰与烟气的流动以及水冷壁表面的污染等这样一些物理化学过程。其复杂性在于同时存在燃烧和传热的过程，而燃烧本身就对传热有很大的影响。另外，燃烧产生的灰分对受热面的污染程度的不
34、同也会使炉膛的吸热量发生变化。反过来，传热过程的强弱又会影响燃料的着火和燃尽。由于影响因素众多，而且关系复杂，基于纯数学方法描述物理化学过程的炉膛换热计算方法尚未进入工程实用阶段，因此，依赖大量经验数据的计算方法在工程实际中仍起着不可替代的作用13。从传热的角度来说，炉膛内必须布置足够的受热面，以便能够在炉膛的出口处将高温烟气冷却到合适的温度，使烟气在进入炉膛后的密集对流管束时的温度已经降低到低于灰的熔融温度，避免受热面结渣。传热计算的任务是确定炉膛辐射受热面的吸热量及炉膛出口烟温。从炉膛的传热过程看来，进入炉子的燃料与空气混合燃烧后生成高温的火焰与烟气，形成温度最大值所在的火焰中心，通过以辐
35、射传热为主、对流换热为辅，把热量传给四周水冷壁，到炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值，然后接着进入对流烟道。炉膛传热的过程与许多因素有关，在一定条件下，炉内辐射受热面积越大，则传热量越多，因此炉膛出口烟温就越低；反之，炉内辐射受热面积越小，则传热量越少，炉膛出口烟温就越高14。炉膛的热力计算是在布置好炉膛的几何形状、受热面的结构和面积后进行的，炉膛热力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，即炉膛内布置的受热面能否预先分配的辐射吸热量。下面将对炉膛进行热力计算，方法和步骤将在下面进行介绍。3.1.1 燃烧室炉墙面积的确定炉壁面积按包覆炉膛容积的表面积计算。将炉壁的投影面
36、作为火焰的辐射表面，也是炉壁受热面接受火焰辐射的表面积，称为炉壁面积。本炉采用单锅筒型布置，四角布置的直流燃烧器，炉膛宽a为13.35m，深b为12.3m，高h为46.4m。炉膛容积为7057，对炉墙面积为给定值，本文对其进行了简单的处理，其计算方法如下式(3-1)所示。 () (3-1)3.1.2 燃烧室水冷壁的布置本计算所采用的锅炉水冷壁为单排光管水冷壁，管径d为76mm，管距s为174mm，水冷壁管中心到炉墙的距离为60.8。为水冷壁的角系数，与水冷壁的相对管距管距，管径)及水冷壁管距的相对距离有关(水冷壁管中心到炉墙的距离)，查文献12图11-10，得水冷壁的角系数=0.81。在已知燃
37、烧室水冷壁布置的各个参数后，下面将对燃烧室结构特性进行详细的计算，计算的具体过程及步骤见下表3-1。表3-1 燃烧室结构特性计算序号名称符号单位公式及计算结果1炉膛容积给定70572炉墙面积 2626.63辐射层有效厚度S9.674炉墙水冷壁角系数-2.23；，查文献12图11-100.815水冷壁灰污系数-给定0.456炉墙平均有效性系数-0.367保热系数-给定0.9938炉膛过量空气系数-给定1.29炉膛漏风系数-给定0.110煤粉系统漏风系数-给定0.0711燃烧器高度给定16.112炉膛高度给定46.413燃烧器相对高度-0.34814火焰中心相对高度-0.34815火焰中心高度系数
38、-，A，B查表3-2，得A=0.59，B=0.50.416炉膛内火焰平均温度的假设与实际的差别很大，尤其沿炉膛高度温度变化显著，对传热影响很大，系数M是考虑炉内火焰最高温度相对位置的重要修正系数，经验关联式为： (3-2)式中：A、B与燃料种类和炉膛结构有关的经验系数，其值见表3-2；燃烧器的相对高度，见表3-3；火焰最高温度点的相对位置修正值，其值见表3-3；炉膛高度，即从炉底或冷灰斗中间平面至炉膛出口烟窗中部的高度，；燃烧器的布置高度，即从炉底(平炉底的炉膛)或冷灰斗中间平面(炉底为冷灰斗的炉膛)至燃烧器轴线的高度，。表3-2 M计算关联式中的A、B值燃料开式炉膛半开式炉膛ABAB气体、重
39、油0.540.20.480高反应性能的固体燃料0.590.50.480无烟煤、贫煤和多灰燃料0.560.50.480表3-3 M计算关联式中的值燃烧器型式值水平、四角切向布置燃烧器0前墙或对冲布置煤粉燃烧器0.050.1摆动式燃烧器向上下摆动结合该锅炉设计煤种收到基成分，如表2-1，以及本炉膛的结构形式，可得到A=0.59，B=0.5，。炉膛传热计算，须先假定炉膛出口烟气温度，然后与计算出的炉膛出口烟气温度进行比较。如果，则表明所布置的炉膛受热面的传热能力比假定炉膛出口烟气温度条件下的小，这时若计算出的炉膛出口烟气温度超过了炉膛安全运行的要求，则应重新布置辐射受热面，增加水冷壁的有效辐射面积，
40、然后再根据重新假定的炉膛出口烟气温度，确定火焰黑度和燃烧产物的平均比热容值，考核再次计算出的炉膛出口烟气温度是否满足锅炉安全运行的要求。如果满足要求并且与重新假定的炉膛出口烟气温度相差小于100，则认为炉膛受热面的布置达到了预期的传热要求，炉膛的热力计算可告结束，以传热计算的结果作为炉膛的实际出口烟气温度的值15。炉膛热力计算是一逐步逼近的计算过程。之所以规定计算的炉膛出口烟气温度与假定值相差在100范围内就可以终止计算，是由于的温差变化对和的影响很小，相差100的两个和值反映在炉膛出口烟气温度的计算结果上只有10以下的变化。更为重要的是炉膛热力计算公式本身统计的局限和试验的误差，其精度平均水
41、平约为10%左右。因此，即使假定值与计算结果完全相等，并不能肯定计算出的炉膛出口烟气温度就等于实际的测量温度结果。对于手工计算，如果规定两者的允许误差范围越小，计算工作量就越大，这是不必要的。需要说明的是在计算过程中两次假定的炉膛出口烟温可以是同一个值，也可以是不同的值。下面将对炉膛的传热进行计算，炉膛传热计算这一部分的内容是本文的核心，为了使得计算过程及结果方便简明，将计算过程及步骤做成表格的形式，其具体的计算过程及步骤见下表3-4。表3-4 炉膛的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1炉膛过量空气系数-给定1.22炉膛漏风系数-给定0.13煤粉系统漏风系数-给定0.074热空气温度给定3105冷空气温度给定206热空气焓查焓-温表，见表2-32459.77冷空气焓查焓-温表，见表2-3155.88热空气份额-1.039空气热量256010燃烧产物拥有热量2499411理论燃烧温度查焓-温表，见表2-32010.82283.812烟气成分数据-0.148-0.07-0.21813三原子气体分压0.02214飞灰浓度由式(2-19)给出0.02415炉膛出口烟气温度先估后校1200147316烟气密度1.3317炉膛出口烟气焓查焓-温表，见表2-31409518烟气平均热容量13.4419三原子气体辐射减弱系数
