2000Th锅炉直流煤粉燃烧器的设计毕业论文.doc

毕业设计说明书(论文)专 业： 热能与动力工程专业 题 目： 2000T/h锅炉直流煤粉燃烧器的设计 目 录前言1第一章 绪论21. 1 直流式燃烧器的特点和发展21. 2 新型燃烧器的发展31. 3 燃烧器设计的思路和需要注意的问题4第二章 燃料性质和燃烧计算62.1基本资料和燃料分析62.2燃料的燃烧计算82.3小结12第三章 炉膛型式及燃烧方式的确定133.1锅炉本体布置133.2炉膛的容积和截面积计算143.3炉膛主要结构尺寸的确定163.4炉膛校核热力计算213.5小结26第四章 燃烧器的选型和计算274.1燃烧器选型和布置方式确定274.2燃烧器制粉系统的选择284.3燃烧器出力和风量计算294.4燃烧器尺寸计算324.5小结36第五章 总结38参考文献40致谢42附表43附图44前言改革开放30年来，电力行业走过了一条辉煌的改革发展之路，我国发电装机容量连续保持每年新增1亿千瓦的迅猛势头。在此环境下，实行大电站、大机组、高参数、环保节水的技术路线，采用超临界压力机组，坚持烟气脱硫、脱硝成为大的趋势，为适应这种大的趋势，高效环保安全的燃烧器的设计成了当务之急。本次毕业设计的是锅炉容量为2000 t/h的直流煤粉燃烧器，通过对所给煤种进行分析，计算出煤种的发热量和干燥无灰基挥发分成分及炉膛燃料消耗量等，来初步选定煤粉燃烧器的类型；考虑到现行的电站锅炉普遍采用的四角切圆的燃烧方式，本次毕业设计采用直流煤粉燃烧器；对炉膛的尺寸计算得到合理的假想切圆直径，并对一、二次风量和风速进行计算，将一、二次风同送入燃烧器的空气合理配比，从而使煤粉在炉膛内混合充分均匀，从而使燃烧更稳定，更高效；因为本设计是针对大的单元机组设计的。在设计的过程中，参数的选择会考虑采用最新的数据，在数据计算时如果有必要，也会采用新的计算公式。目的只有一个，就是保证设计的准确性和实际性，从而达到设计任务书的要求。43第一章 绪论1. 1 直流式燃烧器的特点和发展煤粉炉的燃烧设备包括煤粉燃烧器、点火装置和炉膛。煤粉燃烧器也称为喷燃器，他是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分。燃烧器的性能对燃烧的稳定性和经济性有很大的影响。目前的燃烧器主要有旋流和直流两种形式，两者主要是由国外两大电站锅炉制造厂商G-E和B&W的公司生产制造。上世纪80年代时，我国开始引进锅炉技术，由于在此前我国对直流燃烧器的研究较多，因此主要引进了直流燃烧器。我国的燃烧锅炉大部分采用直流燃烧器1-3。一、直流煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器做为燃烧设备的主要部件。其作用是：（1）向锅炉炉膛内输送燃料和空气；（2）组织燃料燃烧和空气及时、充分的混合；（3）保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火燃烧，迅速、完全的燃尽。直流煤粉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。直流射流的主要特点是沿着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表较强4, 5。二、直流煤粉燃烧器的配风类型根据燃烧器中的一、二次风喷口的布置方式，直流煤粉燃烧器大致上可以分为均等配风和分级配风两种型式，现对这两种型式作简要介绍：（1）.均等配风直流式燃烧器均等配风直流式燃烧器适用于容易着火的煤种，如烟煤、褐煤。这种燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速的和相邻二次风喷口射出的热空气混合5。这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀。（2）.一次风集中布置的分级配风直流燃烧器分级配风直流燃烧器适用于燃烧着火比较困难的煤，如挥发分低的贫煤、无烟煤或劣质烟煤。其特点：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风口中心间距较大。由于一次风携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流和二次风的混合，所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中。一次风集中布置的问题在于着火区煤粉浓度高，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧过程5,6。1. 2 新型燃烧器的发展煤粉炉运行的经济性和安全性都与煤粉火炬的稳定性有密切的关系。为提高煤粉火炬的稳定性首先使煤粉稳定燃烧；针对我国新经济形式对电力的需求状况和环保的要求，保证煤粉锅炉在符合变动的情况下仍然能高效、稳定和低污染地燃烧尽量减低对低负荷投油稳燃的依赖，在20世纪90年代后期，我国发展了新的煤粉燃烧设备，以下简单介绍它们的原理和性能指标。（1）.WR燃烧器美国燃烧工程公司设计的WR燃烧器，其全名是直流式宽调节比摆动燃烧器，主要是为提高低挥发份煤的着火稳定和在低负荷运行时着火、燃烧的稳定性而设计的。这种燃烧器的煤粉喷嘴是一种浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器，煤粉喷嘴的一次风道与煤粉管道的连接处有一个弯头，因此，WR燃烧器时煤粉浓淡分离的工作原理，就是利用煤粉气流通过这个管道弯头时，依靠离心离力的作用，大部分煤粉紧贴着弯头外侧进入煤粉喷嘴，而放在煤粉喷嘴中间的水平肋片，将使煤粉气流顺势分成两股，上部分是高浓度煤粉气流，下部是低浓度煤粉气流，并将其保持到离开喷嘴以后的一段距离，从而提高了煤粉气流喷嘴出口处上部煤粉气流的煤粉浓度。同时在喷嘴出口处装有一个扩流锥，它可以在喷嘴出口形成一个稳定的回流区。实践证明，WR燃烧器能有效地燃用低挥发份的无烟煤和贫煤6。（2）.水平浓淡低NOx燃烧器这种燃烧器是针对贫煤和无烟煤开发的。并以此为核心发展成了系列浓淡煤粉燃烧技术。它的工作原理是：在一次风道内采用百叶窗式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经百叶窗时发生不同程度的偏转，导致煤粉和气流惯性分离，经分流隔板后形成浓淡两股煤粉气流射流。被分离后的浓淡煤粉气流，浓煤粉气流的空气供应量低于挥发分燃烧所需的量，对于焦炭燃烧而言更加不足，使着火后在燃烧器出口的NOx生成量大大降低。随后淡煤粉气流及时混入，形成局部区域的分级燃烧，并保证了燃烧效率。水平浓淡燃烧器布置在四角切圆的同一个水平面内。淡煤粉气流在背火侧喷入炉膛，形成外侧假想切圆；浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛，形成内侧假想切圆。淡煤粉气流在水冷壁附近区域形成比普通燃烧器强的多的氧化性气氛。这种布置不仅起到了稳燃和降低NOx的作用，而且还同时避免了浓煤粉气流在外侧燃烧时形成的还原性气氛，在烟气中含硫较高的时候对水冷壁的高温腐蚀现象5,6。（3）.钝体燃烧器钝体燃烧器就是在常规应用的四角切圆布置燃烧直流燃烧器靠近一次风喷口处安装一个三角形的钝体，它是华中理工大学的研究成果。钝体燃烧器在国内大都应用在燃用劣质烟煤、贫煤或无烟煤的锅炉上，起到稳定火焰、改善燃烧的作用，并提高了燃烧效率，还可在额定负荷的55%60%的低负荷下稳定运行而不用投油助燃。其工作原理：在煤粉气流流经钝体后，在钝体后产生一个较大的回流区，由于回流区的高温烟气反向流向火炬根部，使煤粉气流在喷口出口附近形成一个高温区，对煤粉气流的着火非常有利；同时，煤粉空气混合物从一次风喷口喷出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒比空气流有较大的轴向运动惯性，使大量煤粉在回流区边缘附近集中，使这里的煤粉浓度比原一次风的煤粉浓度增加了近1.5倍，形成一个高煤粉浓度区域。这个区域与高温区同在回流区附近，使得钝体后的回流区附近，成为煤粉气流一个稳定的着火点。另外，在钝体的导流下，一次风射流的扩展角也比原来的显著增大，射流外边界卷吸温烟气的能力也有所增加。因此，钝体燃烧器对燃烧低挥发份的切圆燃烧方式的稳燃有很大的作用7。1. 3 燃烧器设计的思路和需要注意的问题随着锅炉容量的增大，机组大型化，对燃烧器的要求已经不仅局限在过去小容量实验数据总结的参数，这也是本机设计的初衷之一，在设计大容量锅炉的燃烧器时，会面临一些之前没遇到的问题，设计的步骤会有些改变，煤粉燃烧器选用和计算的主要内容有：选用煤粉燃烧器的型式和布置方式、确定每台锅炉所用燃烧器的数目和燃烧器的热功率，计算一、二次风量，计算燃烧器出口截面积和结构尺寸，计算燃烧器的阻力。一个性能良好的燃烧器应能满足下列的要求7：1）通过正确设计的燃烧器结构，在燃烧器出口处建立使煤粉气流能及时稳定着火的空气动力场；着火以后一、二次风能合理混合，以保证煤粉燃烧的稳定性和经济性。2）有较好的燃料适应性和负荷调节性。在煤种和负荷变化时能及时地对风速和风量进行正确的调节，其各调节机构的传动和调节灵敏、可靠、耐用。3）通过正确的组织着火、混合和燃烧过程，燃烧器应能最大限度的降低NOx的排放，以达到环境保护的要求。4）燃烧器的设计、材料选用、制造和安装，应能与制粉系统和炉膛合理配合，以保证锅炉燃烧系统的可靠安全运行。具体的内容和需要注意的问题简介如下：一、设计的主要思路论文首先通过对所给煤种进行的工业分析，确定了煤种实际的发热量、锅炉的基本参数、理论空气量和烟气量，并最终确定了炉膛燃料消耗量等；然后，计算炉膛的结构尺寸，先假定炉膛的容积热负荷和截面热负荷，计算出炉膛的容积和截面积以及炉膛的主体高度，并根据煤种特性来初步选定煤粉燃烧器的类型和布置方式，针对燃烧煤种和锅炉容量选择合适的制粉系统；最后，计算燃烧器的出力，确定一、二次风的风量，在此基础上，最终确定出燃烧器的喷口截面尺寸和燃烧器的阻力。二、设计开始前应注意的问题（1）、应为本次设计的是2000T/h锅炉直流煤粉燃烧器，在参数选择时应特别注意，因为很多的参数的确定是在过去小容量的炉内传热实验数据总结出来的，存在一定得误差，这就需要在设计时要多多的参考文献，以求得更加精准的参数选择。（2）、锅炉容量是2000T/h，可以按亚临界锅炉也可以按超临界锅炉进行设计算，在计算之前首先应该明确这一前提，否则在最后计算的结构上会有很大的差距。（3）、制粉系统的选择是燃烧器选型的一个非常重要的影响因素。因为，不同的制粉系统就对应于不同的配风方式，这这将直接导致最后计算结果和燃烧器喷口的整体布置。第二章 燃料性质和燃烧计算2.1基本资料和燃料分析燃料的主要组成都是多种碳氢化合物，从元素分析的角度来看，燃料主要成分是C、H、O、N、S以及水分和灰分，由于水分和灰分这两种不可燃组分的含量常随燃料的开采、运输、贮存及气候等外界条件的改变而变化，所以在燃料元素分析时常采用以下四种元素分析的成分基准：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基8：收到基水分：Mar=13灰分：Aar=14.8炭：Car=56.9氢：Har=4.4氧：Oar=9.1氮：Nar=1.2硫：Sar=0.6低位发热量：Q.p=22415 kJ/kg挥发分：Vdaf=46空气干燥基水分：Mad=3.5一、煤的元素各成分之和为100%的校核Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar=13+14.8+56.9+4.4+9.1+1.2+0.6=100校核表明该煤种符合标准。二、元素分析数据校核（1）根据元素分析成分计算燃料收到基低位发热量（门捷列夫经验公式）门捷列夫经验公式9如公式(2-1)所示Q.p=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar （2-1）将数值代入公式可得： Q.p=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar=339×56.9+1030×4.4-109×(9.1-0.6)-25×13=22569.6（kJ/kg)（2）计算煤种的实际发热量和用门捷列夫经验公式计算出的发热量误差Q.p- Q.p=22569.6-22415=154.6(kJ/kg)可以认为Q.p Q.p(3) 计算设计煤种干燥基灰分Ad=100/(100- Mar) ×Aar=17.01（4）判断元素分析的正确性设计煤种的Ad=17.0125，实际发热量与用门捷列夫经验公式计算出的发热量的误差小于600kJ/kg，所以元素成分是正确的。三、炉膛过量空气系数和漏风系数的确定对固态排渣炉来说，在燃烧烟煤时，炉膛出口的过量空气系数取1.201.25。本次设计是在锅炉额定负荷下进行的考虑到是固态排渣炉，屏式水冷壁，炉膛的漏风系数=0.0510。四、锅炉的基本特征参数锅炉的额定容量是2000t/h，即De=2000t/h，再热蒸汽流量Dzr=1700 t/h。主蒸汽压力取：P0=25.4Mpa主蒸汽温度取：T0=570查表11计算可得过热蒸汽焓值：h gg=3395.7 kJ/kg再热蒸汽进口温度：Tzr=321再热蒸汽进口压力：Pzr=4.75Mpa再热蒸汽进口焓：hzr=2994.38 kJ/kg再热蒸汽出口温度：Tzr=569再热蒸汽出口压力：Pzr=4.56Mpa再热蒸汽出口焓：hzr=3595.91 kJ/kg给水温度：tgs=285低温省煤器入口的压力即给水压力：pgs=28.87 Mpa12查水蒸气热力表用差值法可得到给水焓：hgs= 1253.64 kJ/kg锅炉的有效热量包括过热蒸汽的吸热、再热蒸汽的吸热、饱和蒸汽的吸热和排污水的吸热，当锅炉不对外供应饱和蒸汽时，而且是直流炉时，单位时间内锅炉的总有效利用热量Q计算公式如Q=1000(De(h gghgs)+ Dzr(hzrhzr) （2-2）将数值代入公式（2-2）可得：Q=1000(De(h gghgs)+ Dzr(hzrhzr)=1000×(2000×(3395.7-1253.64)+1700×(3595.91-2294.38)=5.306×109 (kJ/h)2.2燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算以单位质量（或单位体积）的燃料为基础。燃料计算包括：燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算10。1.燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气量、理论水容积等。2.烟气特性计算需计算出：干烟气容积、水蒸气容积、烟气总容积、RO2容积份额、水蒸气容积份额、三原子气体和水蒸气容积总份额、容积飞灰浓度等。3.烟气焓的计算需要计算出炉膛所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓值。以下是三部分具体的计算内容：一、燃烧计算（1）理论空气量V01kg收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需的空气量，称为理论空气量用V0表示V0=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar=0.0889×(56.9+0.375×0.6)+0.265×4.4-0.0333×9.1 =5.94(Nm3/kg)（2）理论氮容积（3）RO2容积 （4）理论干烟气容积（5）理论水蒸气容积VH2OVH2O=11.1Har/100+1.24Mar/100+1.61×0.01V0=11.1×4.4/100+1.24×13/100+1.61×0.01×5.94=0.76(m3/kg)二、烟气特性计算（1）实际干烟气量Vgy锅炉中实际的燃烧过程是在过量空气系数1的条件下进行的，实际干烟气量Vgy=V0 gy+(-1)V0=5.77+(1.2-1) ×5.94 =6.96(m3/kg)（2）烟气总容积Vy Vy=Vgy+VH2O=6.96+0.76=7.72(m3/kg)（3）RO2容积份额rRO2 rRO2=VRO2/Vy=1.07/7.72=0.138（4）水蒸气容积份额rH2O rH2O=VH2O/Vy=0.76/7.72=0.099（5）三原子气体和水蒸气容积总份额r r= rRO2+ rH2O=0.138+0.099=0.237三、空气和烟气焓的计算（1）理论空气焓h0 k理论空气焓h0 k= V0(ct)k kJ/kg上式中(ct)k1m3标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度t 时的焓值例如： 100时，可以查文献10得到 (ct)k=132.43 所以有（2）理论烟气焓h0 y理论烟气是多种成分的混合气体。由工程热力学可知，其焓值等于各组成成分焓的总和，所以理论烟气焓的计算式为式中 (ct)RO2、 (ct)N2、(ct)H2O理论烟气中各成分在温度t 时的焓值由于VCO2>>VSO2，且两者的比热容接近。故取(ct)RO2=(ct)CO2例如：100时的理论空气焓，可以查文献10得到 (ct)RO2=170.3；(ct)N2=129.58；(ct)H2O=150.52 所以h100 y=1.07×170.3+4.70×129.58+0.76×150.52=902.87 (kJ/kg)（3）实际烟气焓h y实际烟气焓h y等于理论烟气焓h0 y、过量空气焓(-1) h0 k和烟气中飞灰焓hfh之和，即h y=h0 y+(-1) h0 k+hfh其中飞灰的焓值较小，因此只有在满足4187fhAar/ Q.p6时才计算，Aar=14.8，Q.p=22415kJ/kg，计算可得4187×0.95×14.8/22415=2.626所以hfh不计算。例如：100时的实际空气焓h y=h100 y+(-1) h100 k=902.87+(1.2-1)×786.82=1060.234 (kJ/kg)其他温度下的空气和烟气焓的计算方法同上，见附表1和附表2。四、燃料消耗量的计算（1）排烟焓的计算hpy排烟温度主要根据燃料价格和金属耗量的经济比较来选择的，较低的排烟温度对应于较低的排烟损失和较高的锅炉效率，燃料消耗量比较少；但是，由于尾部受热面传热温差的降低，其金属耗量也就增加，锅炉的最佳排烟温度应是燃料费用和尾部受热面金属费用总和的最小值岁对应的温度；此外还与锅炉给水温度、燃料的性质（水分和硫的含量）有关。给水温度高时，尾部受热面传热温差下降，排烟温度应高点，水分较大时，空气和烟气热容比减小，排烟温度应高些，燃料的硫份较多时，金属壁温低于烟气露点时。还要防止低温腐蚀，综上，排烟温度先假设选取130，按照上述方法求在100和200时的理论空气焓、理论烟气焓、实际烟气焓，然后运用差值法计算得到排烟焓hpy=1401.33 kJ/kg。（2）锅炉热效率计算锅炉热效率=100q（）化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4本设计的对象是固态煤粉排渣炉，所用煤种的Vdaf=46>40，是褐煤；它的灰分含量Aar=14.8，所以取：q3=0，q4=1.5。（）锅炉散热损失q5锅炉的散热损失q5=qe 5×De/D%当锅炉额定蒸发量大于900t/h，qe 5按0.2%计算7。因为本设计是在额定负荷下进行的，因此De/D=1，所以q5取0.2。（）灰渣损失q6灰渣物理损失是指锅炉排出的灰渣、飞灰与沉降灰所携带的热量未被利用而引起的热损失。当燃煤的折算灰分小于10%（即Azs=4187Aar/Qar,net<10%）时，固态排渣煤粉炉可忽略炉渣的热损失4，即q6=0Azs=4187×0.148/2415=0.0276<10%所以 取q6=0（）排烟损失q2q2=(hpyhlk)(100q4)/ Qr=(1401.3337.639) ×(1001.5)/22415=5.99所以锅炉热效率=100q=100(5.99+0+1.5+0.2+0)=91.81（3）保热系数=1- q5/(+ q5)=1-0.2/(91.81+0.2)=0.995（4）实际燃料消耗量B实际燃料消耗量是指单位时间内实际耗用的燃料量B=100×Q/(Q) （2-3）式中：Q锅炉的有效利用热量（前面已经计算）。所以：B=100×5.306×109/(5.306×109×91.81)=2.578×105(kg/h)（5）计算燃料消耗量Bj计算燃料消耗量是指扣除了机械不完全燃烧损失q4后，在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量Bj=B(1- q4/100)= 2.578×105×(1-1.5/100)=2.540×105 (kg/h)2.3小结本章对燃料的主要组成进行了分析校核，参考多本文献确定了主蒸汽和再热蒸汽的参数（以超临界锅炉为模板做的选择）以及锅炉给水压力，在此基础上算得了位时间内锅炉的总有效利用热量Q=5.306×109 kJ/h；燃烧计算需计算出了理论空气量（V0=5.94Nm3/kg）、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气量、理论水容积等；烟气特性计算主要计算出是实际干烟气量Vgy、烟气总容积Vy 、三原子气体和水蒸气容积总份额r，RO2容积份额和水蒸气容积份额；空气和烟气焓的计算主要是介绍了计算方法，并由此制作了烟气焓温表；在前面三部分的基础上，通过燃料消耗量的计算得到了锅炉的效率=91.81，保热系数=0.995，实际燃料消耗量B=2.578×105kg/h和计算燃料消耗量Bj=2.540×105 kg/h。第三章 炉膛型式及燃烧方式的确定3.1锅炉本体布置一、锅炉本体布置的典型结构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等来选择。要使得锅炉工作安全可靠、金属消耗量小、便于运行操作和维护检修，并且要从整个电站各设备相互的合理配合和便于布置来进行选型。考虑到本设计的煤种和燃烧器类型，选用型布置：图 1 600MW锅炉布置总图1-汽包；2-水冷壁；3-屏式过热器；4-二级过热器；5-顶棚过热器；6-包墙过热器；7-一级过热器；8-再热器水平管组；9-省煤器；10-空气预热器；11-燃烧器；12-再热器过渡管组；13-再热器垂直管组型布置是电站锅炉应用最广泛的形式，主要优点：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、引风机和除尘器都可布置在地面。600MW锅炉总体布置如图113。二、蒸汽参数和锅炉容量对锅炉本体布置的影响随着锅炉从小型工业炉发展到大的电站锅炉，容量增大，蒸汽参数的大幅提高，使得炉内加热、蒸发和过热吸热量的比例发生变化。对超高参数锅炉，蒸发吸热比例小，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，就很可能、也有必要在炉膛中放置过热受热面，如顶棚过热器和屏式过热器。这样一方面达到炉内吸热平衡，以保持适当的炉膛出口温度，另一方面增大过热器的传热温差，并有辐射吸热特性，对气温调节也有好处。此外，还要在炉膛上部放置前屏过热器，再热气则置于水平烟道后部和尾部烟道上部。综上所述，锅炉受热面的布置从总体平衡的热角度，是随着锅炉参数的变化而调整的，并且从最佳传热考虑，将工质温度高的对流受热面放置在高烟温处。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、高温对流过热器和低温对流过热器；增加了再热器，且从单纯的对流再热器到墙式再热器。三、燃料特性对锅炉本体布置的影响对于锅炉本体的布置，燃料不同布置需要做相应的改变；煤的挥发份影响煤粉的着火燃烧，从而影响受热面的布置，不同挥发份采用的炉膛出口过量空气系数不同，炉膛出口烟温和烟气流量，则对流受热面的布置就需相应改变。煤种的灰分直接影响对流受热面的磨损，灰分多要选用较低的烟气流速，相应改变受热面的尺寸和结构。并要在易磨损的局部管段和弯头处加装防磨件。但烟气流速太低时又会使受热面积灰，影响受热面的传热。煤种的灰融特性对炉膛的设计有很大的影响，结渣和沾灰是引起人们严重关切的问题。当所用煤灰的软化温度ST1390时，本设计煤种的ST1500，炉膛容积热负荷可以提高到qv=150190kW/m3，qv不同，影响炉膛的结构和尺寸。3.2炉膛的容积和截面积计算炉膛结构的几何特征主要包括：1）炉膛容积；2）炉膛内炉墙总面积；3）炉膛有效辐射受热面的面积；4）炉膛火焰有效敷设层厚度；5）炉膛水冷程度。炉膛结构的几何特征参数与锅炉的设计容量、燃料特性、炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、燃烧区域受热面热负荷、炉膛辐射受热面热负荷、炉膛出口烟气温度等设计参数密切相关。锅炉炉膛设计中，参照设计规范书中推荐的取值范围和选取原则，再结合以往经验来确定这些参数的合理取值。一、炉膛容积V计算炉膛容积热负荷强度qv是指锅炉输入热量占炉膛容积的比值，还表示燃料及其生成烟气在炉内停留时间的倒数。qv选的过大，表示燃料和烟气在炉内停留的时间过短，燃料来不及完全燃烧。此外，qv值过大，还意味着炉膛容积太小和炉内所布置的受热面面积过小，烟气在炉膛出口处难以冷却至给定的出口烟温。这将引起炉膛出口部位或对流受热面结渣。在一般情况下，按燃料燃烧条件所确定的qv值不足以使烟气在炉内得到足够的冷却。因此，一般按烟气的冷却条件来确定qv的值，从而确定炉膛的容积。本设计采用的是抚顺烟煤、固态排渣炉的形式，并参考以往的经验选择炉膛热负荷qv数值，qv的取值在93151( kW/m3)之间，本设计选的qv=113kW/m3（先估后校）8。炉膛容积V （3-1）将B和Q.p的值代入公式（3-1）计算可得：炉膛容积热负荷取值越小，则折算到单位炉膛容积内的放热量越大；反之，则越小。显然，炉膛容积热负荷决定了炉膛内的整体温度水平，同时也决定了燃料在炉内的停留时间。但二者的影响规律相反，炉膛整体温度高，则燃料停留时间短；反之，炉膛整体温度低，燃料停留时间长。二、炉膛截面积A的计算炉膛的截面积，它等于炉膛宽度和深度的乘积。炉膛断面热强度qA是炉膛主要的计算特性，它反映了燃烧器区域的温度水平。表示炉内置热烟气以一定的速度流过这个断面。qA的值选的太高，说明炉膛断面积过小，在燃烧器区域燃料燃烧释放出的大量热量没有足够的水冷壁受热面来吸收，就会使燃烧器区域的局部温度过高，引起燃烧器区域的结渣。qA的选择，与燃料的性质、炉子的排渣方式、燃烧器的型式和布置因素有关。根据煤种的软化温度ST以及锅炉的容量，可知本设计煤种的炉膛截面热负荷qA的取值范围在6.63MW/m2左右，并参考以往经验由下面公式计算炉膛截面积： （3-2）截面热负荷取决于燃料的燃烧特性和灰渣特性等因素。对着火和燃烧性能较差的煤，趋向于选择较高的截面热负荷，过低的截面热负荷会造成燃烧区域温度下降，不利于正常着火。但同时还需要考虑煤燃烧时的结渣特性，如果截面热负荷较高，则将没有足够的受热面来吸收燃烧区域燃料燃烧释放的热量，使局部温度过高，引起燃烧器附近区域结渣。对固态排渣煤粉炉，当燃用灰融温度较高的煤种时，qA可取较高的值，对灰融温度较低的煤，qA应适当降低。截面热负荷的选择还应考虑到水冷壁管内工质冷却能力的影响。避免局部水冷壁热负荷过高。本设计取qA=6600kW/m2（先估后校）8，将数值代入公式（3-2）可得：截面热负荷热从另一个角度反映了炉膛内的温度水平和燃料在炉膛内的停留时间，弥补了炉膛容积热负荷仅能够确定炉膛容积而不能确定其形状的不足。容积热负荷和截面积热负荷的结合可以合理的确定炉膛的容积、形状和尺寸。在相同的炉膛容积条件下，选取较高的截面热负荷可以得到较高的炉膛，而选取较低的截面热负荷，则可以得到相对较大的炉膛截面积和较低的炉膛高度。3.3炉膛主要结构尺寸的确定炉膛的主要尺寸是宽度、深度和高度。炉膛主要尺寸和热强度是紧密联系的。一、炉膛的宽度Hlk和深度Hls炉膛的截面积我们已经得到，即A=243.42m2，炉膛的宽深比9取1，也即Hlk/Hls=1，所以Hlk/Hls=15.6(m)二、炉膛主体高度的Hl求解炉膛主体高度时，需要先确定炉顶和冷灰斗的结构尺寸，如图2。图 2炉膛主体高度决定方法示意图Hl的计算公式 （3-3）其中Vd炉顶容积，单位m3Vhd冷灰斗容积, 单位m3。（1）冷灰斗容积Vhd（）冷灰斗斜边长度lhd（阴影部分）冷灰斗的倾角冷灰斗=55，冷灰斗下口长度根据经验可以取1.3m，冷灰斗斜边长度lhd计算公式（）冷灰斗高度Hhd（阴影部分）Hhd=lhdsin55=6.23×0.819=5.10(m)（）冷灰斗上部截面积Ahd（阴影部分）（）冷灰斗容积Vhd（阴影部分）Vhd=Hlk×Ahd=15.6×61.41=958.15(m3)（2）炉顶容积Vd（）炉顶和屏区部分的尺寸的确定炉顶面积Ad的求取需要对很多参数进行选取，在此，对这些参数一一进行选定。屏过管径及厚度d×：d×=51×7mm；屏过管内工质质量流量：蒸汽速度选的太低，蒸汽的传热能力下降，过热器管道的温度很高，将影响过热器的安全运行；反之，如果蒸汽的速度选的太高，蒸汽流动的阻力就会很大，对传热也不利，因此，=1026.60 kg/(m2s)。屏过每根管子面积：屏过管子总流通面积：0.55m2屏过总管字数n：n=0.55/0.0012=453（根）.取整屏过横向管距s1：s1=1200mm屏过片数Zp：Zp=1000Hlk/ s1=1000×15.6/1200=12（片）.取整屏过单片管子数n1：n1=n/ Zp=453/12=37（根）屏过纵向节距s2：s2=1.13d=1.13×51=58(mm)前后屏之间距离L: L=900mm屏过深度bps：bps=2s2(n1-1)+ L=2×58×(37-1)+900=5076(mm)屏过与前墙之间9的距离：5200mm屏过与后墙之间9的距离：1700mm炉顶深度Hld：Hld=bps+5200+1700=5076+5200+1700=11976.0(mm)炉膛出口烟气流速y：烟气流速过低，除了布置更多的受热面外，还会加重受热面灰分污染，y上限受飞灰磨损条件的影响，因为管子的金属磨损程度同烟气流速的三次方成正比，综上，y=7.46m/s炉膛出口烟气温度1：大容量锅炉，炉膛出口烟温通常指屏式过热器前得烟温，炉膛出口烟温的高低，决定机组锅炉机组辐射换热量和对流换热量的比例份额，炉膛出口烟温偏低，降低了对流传热器的平均传热温差，又势必要增加昂贵的对流过热器受热面面积，但炉膛出口烟温还要首先保证不结渣。综上约束，选1=1192（先估后校）15炉膛出口流通截面积Ach：炉膛出口高度hch：hch=Ach/Hlk-0.65=91.14/15.6-3.1065=21.96(m)屏过高度hpg ：hpg=hch-1.5=21.96-1.5=20.46(m)水平烟道烟气流速sy：sy=13.32m/s水平烟道高度hsy：（）折焰角部分的尺寸确定折焰角使炉内火焰分布更加均匀，完善炉内高温烟气对炉膛出口受热面的冲刷程度，减少炉膛上部的死滞区；另外，折焰角延长了炉膛的水平烟道，便于锅炉布置更高温对流受热面。折焰角的长度Lz：Lz=Hls/3=15.6/3=5.20(m)折焰角上倾角zs：zs=30折焰角下倾角zx：zx=30折焰角高度Hzy：Hzy=0.50m折焰角侧边长Lzyc：Lzyc=Lz/cos30=2×5.20/1.732=6.01(m)折焰角前端到前墙的距离Lzyq：Lzyq=Hls-Lz=15.6-5.20=10.40(m)（）炉顶侧墙面积Ad的确定炉顶侧墙面积的包括屏区侧墙面积和折焰角的侧面积，现在分别对它们进行求解：a).炉顶侧墙面积Adc的计算Adc=(hpg0.69)Hld/1000=(20.460.69)×11976.0/1000 =236.81(m2)b).折焰角的侧面积Azc的计算将数值代入可得 Azc=(15.65.20)×(6.01/2+0.05)+(2×15.65.20) ×6.01/4 =75.47(m2)所以可得炉顶侧墙面积AdAd=Adc+Azc=236.81+75.47=312.28(m2)（）炉顶容积Vd现在已经求得炉顶侧墙面积Ad，对于炉顶容积的求解水到渠成：Vd=AdHlk=312.28×15.6=4384.85(m2)根据（公式3-3），确定的Vd和Vhd代入可得：Hl=(VVdVhd)/A=(14217.65958.144384.85)/243.42 =34.46(m)三、炉膛的结构特性计算前墙面积Aq：Aq=(Hl+hpg+Hzy+Lzyc/2+lhd+4.225)Hlk=(34.46+20.46+0.50+6.01/2+6.23+4.225) ×15.60=1074.68(m2)后墙面积Ah：Ah=(3.08/cos30+ Hl+Hzy+Lzyc+lhd+4.225)Hlk炉顶包覆面积Ald： Ald=HldHlk/1000=11976×15.6/1000=186.85(m2)屏区的侧墙面积Apq,c： Apq,c=2hpgbps/1000=2×20.46×5076/1000=207.74(m2)屏区的炉顶面积Apq,ld： Apq,ld=bpsHlk/1000=5076×15.60/1000=79.20(m2)屏区的炉墙面积Apq： Apq=Apq,c+Apq,ld=207.74+79.20=286.94(m2)炉膛与屏交界面积Ajj： Ajj=(hpg+Hzy+2.82/ cos30)Hlk炉墙总面积Az： Az=Aq+2Ac+Ah+Ald+Ajj =1074.68+2×880.04+857.75+186.85+377.87 =4257.23(m2)燃烧器及门孔面积Ars：预估11.60(m2)，燃烧器计算完毕后校核炉膛总的有效辐射受热面Alz： Alz=0.98(AzAjjArs)+ Ajj=0.98×(4257.23377.8711.60)+377.87 =4168.23(m2)3.4炉膛校核热力计算炉膛热力校核计算主要是对前面排烟温度的校核计算，是燃烧器计算的前提，如果排烟温度合