电站锅炉炉膛设计.doc

1 引言 锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能。 锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。随着生产的发展蒸汽锅炉在工业生产或热力发电厂中的使用越来越多，在国民经济中的地位也更为重要，因此如何提高锅炉的安全性、经济性，降低其造价，增长其使用寿命，减少其对环境的污染等等，已成为锅炉发展和研究的重大问题。火力发电厂中，锅炉是主要生产设备之一，它随着电力事业的发展而不断发展，其发展趋势大体上可按下述几方面来说明： （1）锅炉容量 世界工业先进国家为了适应电力需要的增长，大多尽快扩大发电机组的单机容量。机组容量增大则每千瓦的设备费用降低，金属耗量减少，基建投资节省。在其他条件相同时，锅炉容量增大一倍，每吨的金属用量金属减少5-20%，所需要管理人员也减少。 （2）蒸汽参数 随机组容量的增大，提高电厂的热效率就变得更为迫切，提高蒸汽参数和采用蒸汽再热提高电厂热效率的有效措施。锅炉炉膛是用来燃烧燃料和空气的有限空间。现代锅炉的炉膛既是一个燃烧室，又是一个换热设备。锅炉中工质的总吸热量有一半左右是通过布置在炉膛四周的受热面完成的。因此，分析炉膛的传热特征和研究传热计算的方法是锅炉工作者的重要任务。锅炉是中国重要的热能动力设备,中国是当今世界燃煤锅炉生产和使用得最多的国家之一。但我国对锅炉设计的起步较晚，发展较慢，尽管如此，广大热工技术人员还是做了大量研究工作。中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。尤其自改革开放以来,随着国民经济的蓬勃发展,全国有上千家持有各级锅炉制造许可证的企业,可以生产各种不同等级的锅炉。锅炉炉膛设计的一种方法是参照本厂或其它厂已经投运的性能良好的锅炉(即所谓样机炉)结构尺寸及其性能,比较新炉的燃料与样机炉的燃料特性差别,适当调整样机锅炉的结构尺寸及工况参数,从而作为新炉的设计依据。为了适应设计者的习惯,从理论上给出锅炉燃烧稳定性及燃尽性能公式,并令新炉与样机炉两者性能相等,从而解出欲求的新炉设计数据，按此法设计,保证新炉的性能与样机炉一致。 在进行炉膛设计时，炉膛结构尺寸主要包括:炉膛截面深a和宽b燃烧器上下一次风中心喷嘴距离上排一次风喷嘴中心至屏下缘距离L。其它尺寸则参考样机由设计者自行决定。炉膛的传热过程主要是指炉膛内火焰与水冷壁管间的热交换过程。这种热交换过程是相当复杂的。它常常伴随着燃料的燃烧、火焰和烟气的流动以及水冷壁管外表面辐射特性的变化等。但是，它传热的主要形式却是辐射换热。炉膛结构的几何特征主要包括炉膛容积；（2）炉膛内炉墙总面积；（3）炉膛有效辐射受热面的面积4）炉膛火焰有效辐射层厚度；（5）炉膛水冷程度。 关于锅炉炉膛传热计算方法的研究已有100多年的历史。迄今为止,工程界和学术界提出的炉膛传热计算方法和模型各式各样、名目繁多。由于炉内传热过程复杂、相关因素很多,现有的炉膛传热计算方法和模型难免存在这样或那样的问题。为便于从现有的众多计算方法和模型中选用合适的计算方法和模型,因此要对炉膛传热计算方法的发展状况及现有的主要计算方法进行分析。在此基础上,指出目前工程设计计算中应优先选用的方法以及今后炉膛传热计算方法研究的方向。由于辐射换热在工程领域中的普遍存在及其求解的重要意义,国外锅炉炉膛传热设计一直在发展，一些新的炉膛传热计算方法和模型仍在不断涌现。这些模型各有优劣,对不同的问题所能获得的解的精度和适用性各不相同。 零维模型 Hudson最早进行锅炉炉膛传热试验研究,并于1890年提出了锅炉炉膛传热计算的经验公式,后由Orrok加以修正,得到如下形式的经验关系式： 式中 μ——炉膛吸热率,% L——空气与燃料的质量比,kg/kg B——以优质烟煤为基准计算的燃料量,kg/h Fl——辐射受热面投影面积,㎡ Mullikin根据辐射传热的Stefan-Boltzmann定律提出了如下形式的炉内辐射传热计算公式： Q=aHσ(Thy4-Tb4) 式中a——黑度 σ——Stefan-Boltzmann常数 Thy——火焰平均温度,K Tb——壁面温度,K H——有效辐射受热面积,㎡ 前苏联中央汽轮机锅炉研究所(ЦКТИ)以ГУРВИЧ为首的研究小组在综合了大量的试验数据的