1、1目目 錄錄1 緒論.41.1 我國能源現狀.41.2 能源與環境.61.3 我國鍋爐發展現狀.101.4 中國燃油工業鍋爐的現狀.121.5 燃油鍋爐結構.132 設計的初步數據.162.1 計算對象.162.2 燃料特性.163 鍋爐的分類及確定本設計的鍋爐的基本結構.173.1 鍋爐的分類.173.2 鍋爐設計的步驟.173.3 確定鍋爐的基本結構.174 輔助設計.194.1 理論空氣量和燃燒產物.194.2 溫焓表.194.3 熱平衡計算.204.3.1 熱平衡.204.3.2 鍋爐輸入熱量 QR.214.3.3 排煙損失 Q2.214.3.4 氣體不完全燃燒熱損失 Q3.2224.

2、3.5 機械不完全燃燒損失 Q4.224.3.6 散熱損失 Q5.224.3.7 鍋爐有效利用熱 Q1.234.3.8 鍋爐的熱效率和燃料消耗量.245 燃油鍋爐爐膛（膽）的設計和計算.265.1 鍋殼式燃油燃氣濕背式三回程鍋爐的爐膽傳熱計算.265.1.1 爐膽的傳熱過程.265.1.2 爐膛傳熱的基本方程.265.1.3 有效輻射受熱面.275.1.4 火焰黑度.285.1.5 爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度.295.1.6 爐膛黑度.305.1.7 爐內溫度場與火焰平均溫度.305.1.8 爐膛傳熱計算的步驟.306 對流受熱面的傳熱計算.336.1 計算考慮因素.336.2 傳熱系數 K

3、 的計算.346.3 對流換熱系數的計算.346.4 對流傳熱溫壓.356.5 對流受熱面傳熱計算步驟.356.6 結構設計計算.366.6.1 第一管束結構計算.3736.6.2 第一管束熱力計算.376.6.3 第二管束結構計算.406.6.4 第二管束熱力計算.416.7 鍋爐總熱平衡校核.437 省煤器的計算.457.1 省煤器結構尺寸.457.2 省煤器熱力計算.458 受壓元件強度.488.1 受壓元件強度分析.488.2 鍋爐受壓元件強度計算.49結論.51參考文獻.53致謝.5441 緒論緒論1.1 我國能源現狀我國能源現狀中國的能源蘊藏量位居世界前列，同時也是世界第二大能源生

4、產國與消費國。經過上個世紀后五十年的持續努力，特別是改革開放以來的快速發展，中國能源建設取得了巨大成就，能源供應已經從多年的嚴重短缺，轉到總量基本平衡，能夠適應國民經濟和社會發展的需要。主要表現在以下五個方面： 1、能源產量迅速增加，供應有保證。 2000 年中國一次能源生產量達到 10億 9 千萬噸標準煤，其中原煤 9 億 9 千 8 百萬噸，原油 1 億 6 千 3 百萬噸，天然氣 277 億立方米，發電量 13，500 億千瓦時；太陽能、風能、地熱等新能源也都有不同程度的發展。 2、能源消費結構不斷優化，能源供應質量有所提高。煤炭消費量在一次能源消費總量中所占的比重，已由 1990 年的

5、 762%降為 2000 年的 66.0%；石油、天然氣、水電、核電、風能、太陽能等所占比重，由 1990 年的 23.8%上升到2000 年的 34.0%。潔凈能源的迅速發展，優質能源比重的提高，為提高能源利用效率和改善大氣環境起了重要的作用。 3、能源產業的現代化程度進一步提高，技術水平上了一個新臺階。煤炭工業已具備設計、施工、裝備及管理千萬噸級露天煤礦和大中型礦區的能力；石油工業已形成從勘探開發、地面工程建設到裝備制造的完整體系；電力工業發展進入了以大機組、大電廠、大電網、超高壓和自動化為主要特征的新階段。 4、能源工業管理體制改革順利推進，市場化程度不斷提高。煤炭價格已放開，煤炭生產、

6、運輸和銷售全面進入市場。為打破行業壟斷，推動有序競爭，石油天然氣工業和石油化工工業通過重組，實行了勘探開發、加工利用、內外貿一體化，原油、成品油價格與國際市場接軌。電力工業已確立廠網分開、競價上網，健全合理的電價形成機制。通過這一系列的改革，中國能源市場化程度進一步提高，中國能源工業將適應 WTO 的各項要求，更好地參與經濟全球化。 5、節能工作成績顯著。九五計劃時期，萬元國內生產總值能耗下降了30%，節約和少用能源約 4 億噸標準煤，相當于減少排放二氧化硫 800 萬噸、二5氧化碳 1 億 8 千萬噸、粉塵 600 萬噸、灰渣 1 億噸。節能工作的成效，緩解了能源供需矛盾，減少了對環境的負面

7、影響。 中國能源發展雖然獲得了長足進步，但仍存在著一些深層次的問題。一是能源品種結構不合理，煤炭直接用于終端消費的比例過大，天然氣、風能、太陽能等潔凈能源所占比重過低。二是技術水平不高，潔凈煤技術開發與應用落后。三是能源利用效率、環保措施與世界先進水平相比有較大差距，不能完全滿足可持續發展的要求。中國遠景一次能源資源總儲量估計為 4 萬億噸標準煤。但是，人均能源資源占有量和消費量遠低于世界平均水平。1990 年,中國人均探明煤炭儲量 147噸，為世界平均數的 41.4%；人均探明石油儲量 2.9 噸，為世界平均數的 11%；人均探明天然氣為世界平均數的 4%；探明可開發水能資源按人口平均也低于

8、世界人均數。從人均能源消費看，1994 年世界平均為 1433 千克油當量，發達國家為 5066 千克油當量，中國大約為 670 千克油當量。1997 年中國人均擁有電力裝機容量 0.21 千瓦、人均用電量 900kWh，僅相當于世界平均水平的 1/3。中國能源開發利用呈現出以下主要特點。 一是能源以煤炭為主，可再生資源開發利用程度很低。中國探明的煤炭資源占煤炭、石油、天然氣、水能和核能等一次能源總量的 90%以上，煤炭在中國能源生產與消費中占支配地位。20 世紀 60 年代以前中國煤炭的生產與消費占能源總量的 90%以上，70 年代占 80%以上，80 年代以來煤炭在能源生產與消費中的比例占

9、 75%左右，其他種類的能源增長速度較快，但仍處于附屬地位。1995 年，世界能源生產總量達到 123 萬億噸標準煤，固體、液體、氣體、水電和核電的比重分別為 28.3%、38.4%、23.5%和 9.8%(劉洪，1999，12)。在世界能源由煤炭為主向油氣為主的結構轉變過程中，中國仍是世界上極少數幾個能源以煤為主的國家之一。 二是能源消費總量不斷增長，能源利用效率較低。隨著經濟規模的不斷擴大，中國的能源消費呈持續上升趨勢。1957？1989 年中國能源消費總量從 9644萬噸標準煤（SCE）增加到 96934 萬噸，增加了 9 倍。1989？1999 年，中國能源消費，從 96394 萬噸標

10、準煤增加到 122000 萬噸，增長 26%。受資金、技術、能源價格等因素的影響，中國能源利用效率比發達國家低很多。能源綜合利用6效率為 32%，能源系統總效率為 9.3%，只有發達國家的 50%左右。1994 年單位GNP 能耗（噸標準煤/千美元）比較，中國分別是瑞士、意大利、日本、法國、德國、英國、美國、加拿大的 14.4 倍、11.3 倍、10.6 倍、8.8 倍、8.3 倍、7.2 倍、4.6 倍、4.2 倍。三是能源消費以國內供應為主，環境污染狀況加劇，優質能源供應不足。中國經濟發展主要建立在國產能源生產與供應基礎之上，能源技術裝備也主要依靠國內供應。90 年代中期以前，中國能源供應

11、的自給率達 98%以上。隨著能源消費量的持續上升，以煤炭為主的能源結構造成城市大氣污染，過度消耗生物質能引起生態破壞，生態環境壓力越來越大。世界銀行認為，中國空氣和水污染所造成的經濟損失，大體占國內生產總值的 8%。中國有的學者甚至認為中國環境破壞經濟損失占到國民生產總值的 10%。1.2 能源與環境能源與環境能源與環境、人口并稱為當今世界的三大問題。能源是國家戰略性資源，是一個國家經濟增長和社會發展的重要物質基礎。隨著我國經濟的持續快速增長和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求不斷上升，加上經濟粗放增長的方式尚未根本轉變，能源利用效率低、浪費嚴重，使能源不足的矛盾越來越突出，同時能源的消耗又

12、對環境產生巨大的影響。人們已經認識到那種肆意開采和消耗礦石能源，片面謀求經濟增長和居民福利的發展道路，不僅將使歷經數億年地質歷史留存下來的能源資源瀕臨耗竭，而且給人類賴以生存的共同家園帶來不堪承受的全球環境惡化問題。因此，如何根據經濟發展的狀況，按照可持續發展的要求，制定能源可持續發展戰略和環境保護戰略，已成為政府決策部門和學術界普遍關注的課題。一、能源消費對環境的影響1.能源消費與大氣污染排放我國的大氣環境污染主要是煤煙型污染為主，主要污染物是 SO2、煙塵和氮氧化物。這與我國以煤炭為主要能源的能源消費結構密切相關。我國煤炭消費占總能源消費的 70%左右，盡管近年來能源消費的結構有所調整，但

13、是煤炭消費仍占總能源消費的三分之二以上。石油是我國消費的第二大能源，占能源消費的 20%以上，并且有上升的趨勢。天然氣、水電等所占的比例較小，但是7消費量也在逐年增加。由于所使用的煤炭質量較差，因此使得以煤炭消費為主的我國環境污染極其嚴重。表 1 給出了我國近幾年能源消費及主要大氣污染排放情況。我國能源消費在1996 年達到最大之后，19972000 年有所下降，能源利用效率逐步提高。單位GDP 的 SO2 與煙塵排放量也逐年遞減，一方面說明我國加大了污染治理力度，另一方面也與我國的能源消費結構調整有關。但是在 2002 年以后，能源消費又持續增長，煤炭消費達到了 15.8 億噸。根據統計資料

14、顯示，我國的 SO2 與煙塵排放量隨能源消費總量的上升而上升，排放量與能源消費量呈高度正相關關系。這也說明我國大氣環境污染與能源消費有直接的關系。因此，改變能源結構，采用清潔能源，提高能源利用效率，對改善大氣環境至關重要。2.能源消費與 CO2 排放的國際比較美國、中國、印度、巴西是世界能源消耗大國，其一次性能源消耗占世界一次性能源總消耗的 40%左右。2004 年中國、美國、印度、巴西等國家能源消費情況比較見表 2。8由表 2 可以看出，2004 年我國的煤炭消費占了世界煤炭消費的 33.82%，而石油、天然氣的消費分別占世界的 7.75%和 1.36%，消耗的比例比較小。而世界主要能源消費

15、結構中，石油一般為 40%左右，天然氣一般為 22%左右，以美國為例，2004 年，美國的能源消費構成是：石油占 25.1%，天然氣占 22.5%，核能占30.1%，水力發電占 9.77%，煤炭占 18.2%。這說明我國的能源消費結構不合理，與世界很多國家還存在較大的差距。而從整個世界的角度，美國是世界能源消費最大國，石油和天然氣工業為美國提供了能源消費的主要部分。CO2 的排放與能源結構、消費量和能源效率等有著密切的關系。我國的 CO2排放僅次于美國，居世界第二位。1990 年至 2000 年，我國 CO2 排放量由 6.66億噸碳增加到 8.81 億噸碳，由占全球排放量的 11.6%增至

16、13.7%，而美國所占份額同期基本持平，由 24.4%增至 24.6%。處在發展中的我國能源消費水平低，能源的利用效率也比較低，因此其相對排放量也比較高。目前，我國的能源利用效率大約比世界先進水平低 10 個百分點，能源系統的總效率也比較低，只有11.1%，即能源可采儲量變成終端有用能的只有十分之一，近 90%的能源在開采、加工轉換、貯運和終端利用過程中損失和浪費掉了。至 2000 年，我國的能源效率大致相當于日本 70 年代的水平和歐洲 90 年代的水平。影響我國能源效率的因素主要有以下幾點：能源結構、原料線路、企業(或設備)規模、用能設備效率、生產工藝、燃料質量、資源的再生利用等。發達國家

17、技術水平高，相對排放量低，但是其絕對排放量比發展中國家高出幾十倍甚至上百倍。2000 年我國煤炭在世界一次能源消費中占 23.47%，其 CO2 排放量卻占 39%。單位 GDP 的能源消費 8.92toe，是世界平均水平的 3.4 倍，比經濟發達的日本、德國等國家高出 5 倍時尚。近年來，隨著我國能源效率的體改和技術的不斷進步，單位GDP 的 CO2 排放量在逐步下降，但是仍比世界平均水平高出 4.5 倍。二、能源活動的環境成本分析能源生產和消費對環境的影響已經成為對人類環境的主要影響之一。鑒于我國能源結構以燃煤為主，而且能源利用效率低和能源消費彈性系數高，能源引起的環境問題成為我國最早的環

18、境問題之一。我國城市的大氣污染主要是由燃煤引起的。同時，隨著城市機動車的增加，大多數機動車在排污超標中運行，以氮氧化物污染為主的石油型污染，開始成為城市空氣污染重的新問題。91.造成大氣污染和酸雨污染大量能源尤其是煤炭能源的使用過程排放出大量的污染物，造成了我國城市空氣質量的嚴重惡化。2001 年世界銀行發展報告列舉的世界污染最嚴重的 20個城市中，我國占了 16 個城市。2001 年統計的 341 個城市中，只有 114 個城市達到或由于國家空氣質量二級標準，占同級城市數的 33.4%；114 個城市空氣質量為三級標準，占統計數字的 33.4%；113 個城市空氣質量劣于三級標準，占統計數字

19、的 33.2%。與煤炭使用密切相關的顆粒物仍然是影響中國空氣質量的主要污染物。大氣污染嚴重的地區，呼吸道疾病總死亡率和發病率都高于輕污染區。慢性支氣管炎癥狀隨大氣污染程度的增高而加重。在嚴重污染城市的大氣煙塵和汽車尾氣中，可見出三十多種多環芳烴組分，其中苯丙芘的存在比較普遍，致癌性最強。根據世界衛生組織資料，居民長期接觸接近年平均濃度超過 100mg/m3 的煙塵和 SO2，短期接觸日平均濃度超過 250mg/m3 的煙塵和 SO2，能促使呼吸系統疾病加重，患者病情惡化。大氣污染是呼吸系統疾病，尤其是慢性支氣管肺炎的主要誘因之一。大氣污染已經對我國的經濟建設構成的嚴重的威脅。總懸浮顆粒物、SO

20、2 的對我國居民的健康損害尤其大。另據研究表明，我國 1990 年代的酸雨屬硫酸型。燃煤等人為活動所排放的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。隨著二氧化硫排放量的增加，酸雨污染日益嚴重。酸雨不僅對農作物和森林損害極大，而且酸雨對于建筑材料也有極大的腐蝕作用，從而對建筑物造成危害。2.能源污染的經濟成本我國從 1980 年初開始研究環境造成的經濟損失。1984 年，過孝民、張慧勤等在公元 2000 年中國環境預測與對策研究中首次對全國環境污染在城的損失進行了估算，19811985 年間平均每年為 380 億元，占 1983 年 GNP 的 6.75%。國家環保總局政策研究中心夏光研究的結果表明 199

21、2 年中國環境污染的損失值達約為 1096 億元，約占當年 GDP 的 4.5%。中國社會科學院的研究九十年代環境與生態問題造成的經濟損失估算表明 1993 年的環境損失值為 1085 億元，占當年 GDP 的 3%。世界銀行碧水藍天：21 世紀中國環境估計，1997 年中國大氣污染與水污染的損失約占當年 GDP 的 7.7%。根據這些信息可以發現，我10國的大氣污染損失已經占到 GDP 的 2%3%。世界銀行發展趨勢預測，2020 年我國燃煤污染導致的疾病需付出經濟代價達 3900 億美元，占 GDP 的 13%。三、結論與政策建議能源成為經濟發展的動力，也對環境造成破壞，以至于影響經濟的發

22、展。由此可見，一方面，我國經濟必須高速增長，另一方面是能源的大量消費和粗放使用，能源結構和過高的能源消費強度，使我國的大氣污染防治面臨著沉重的壓力。能源的合理開采和利用關系到經濟、環境的可持續發展。因此，筆者提出以下政策建議：1.調整和優化能源消費結構。首先要促進油氣、水電和核電等優質能源和可再生能源開發的政策，積極引進國外油氣資源，適時、適度地考慮在世界范圍內進口石油、開拓石油期貨市場、鼓勵區域石油貿易，以滿足國內對石油的需求，優化區域和終端能源消費結構。其次，要調整產業結構、產品結構，鼓勵發展高薪技術產業，有限發展對經濟增長由重大帶動作用2.提高能源利用效率。建立完善的能源市場政策，從我國

23、能源發展的趨勢和環境保護的要求來看，實現能源與環境的協調發展，長期實施節能戰略是達到這一目標的首選政策。政府要加快理順節能管理體制，促進節能與清潔生產一體化，利用排污收費政策促進節能政策的實施。3.要充分利用環境標準推動能源技術進步、降低單位經濟活動的能源消費。推進能源結構調整和能源綠色化，嚴格控制城市交通環境污染，積極應對全球氣候變暖的挑戰。1.3 我國鍋爐發展現狀我國鍋爐發展現狀中國的鍋爐產業，它既不是“朝陽產業”，也不是“夕陽產業”，而是與人類共存的永恒產業，且在中國還是一個不斷發展的產業。20 世紀 80 年代以后，中國的經濟發生了突飛猛進的變化，鍋爐行業更加突出，全國鍋爐制造企業增加

24、近二分之一，并形成了獨立開發研制一代又一代新產品的能力，產品的技術性能已接近發達國家水平。鍋爐是經濟發展時代不可缺少的商品，未來將如何發展，是非常值得研究的。 工業鍋爐目前是中國主要的熱能動力設備，工業鍋爐多于電站鍋爐，近年來，中國電站鍋爐行業取得了快速的發展。其一，產量大幅增長，行業產能快11速提升。目前，整個行業的產能已經超過 8000 萬千瓦，不僅能滿足國內電力工業建設的需要，而且還進入了國際市場。 2005 年全年中國中國鍋爐及原動機制造業實現累計工業總產值154,846,232 千元，比 2004 年同期增長 37；全年實現累計產品銷售收入141,036,704 千元，比 2004

25、年同期增長 35.9；全年實現累計利潤總額9,696,312 千元，比 2004 年同期增長 39.3。2006 年 1-12 月，中國鍋爐及原動機制造業實現累計工業總產值 186,112,488 千元，比上年同期增長22.93；實現累計產品銷售收入 173,137,987 千元，比上年同期增長26.78，全年實現累計利潤總額 11,905,751 千元，比上年同期增長了20.5；2007 年 1-2 月，中國鍋爐及原動機制造業企業實現累計工業總產值29,052,541 千元，比上年同期增長 18.61；實現累計產品銷售收入23,884,869 千元，比上年同期增長 16.63，實現累計利潤總

26、額 1,419,368 千元，比上年同期增長 1.7。 2005 年 1-12 月，全國工業鍋爐累計產量為 150,397.90 蒸發量噸，與 2004年同期相比增長了 9.59；2006 年 1-12 月，全國工業鍋爐累計產量為192,378.44 蒸發量噸，與 2005 年同期相比增長了 11.26；2007 年 1-2 月，全國工業鍋爐累計產量為 29,540.58 蒸發量噸，與 2006 年同期相比增長了31.7。 2005 年 1-12 月，全國電站鍋爐累計產量為 321,331.60 蒸發量噸，與 2004年同期相比增長了 37.5；2006 年 1-12 月，全國電站鍋爐累計產量

27、為514,475.80 蒸發量噸，與 2005 年同期相比增長了 9.31；2007 年 1-2 月，全國電站鍋爐累計產量為 52,777.00 蒸發量噸，與 2005 年同期相比增長了11.12。 2006 年，中國蒸汽、過熱水鍋爐進口數量為為 9,372,901.00 臺/公斤，比2005 年同期下降 54.9，用匯 183,365,503.00 美元，比 2005 年同期下降9；2006 年的出口數量為 86,940,454.00 臺/公斤，比上年同期增長 68.7，創匯 325,970,114.00 美元，比上年同期增長 80.9； 2006 年中國供暖鍋爐進口數量為 1,574,52

28、5.00 臺/公斤，比 2005 年同期增長 2.8，用匯 65,961,186.00 美元，比上年同期下降 6；2006 年的出口12數量為 2,833,581.00 臺/公斤，比 2005 年同期增長 20.4，創匯10,832,594.00 美元，比 2005 年同期增長 11.74。中國鍋爐制造業取得了長足的進步，目前已可以生產多種不同壓力等級和容量的鍋爐，已成為當今世界鍋爐生產和使用最多的國家。同時，輕工紡織、能源化工、鋼鐵煤炭等鍋爐相關產業的迅速發展給鍋爐行業帶來了廣闊的發展空間和發展動力。1.4 中國燃油工業鍋爐的現狀中國燃油工業鍋爐的現狀 工業上最早使用的是燃煤鍋爐，隨著石油和

29、天然氣工業的發展，相應出現了燃油鍋爐和燃氣鍋爐。 現在的中小型燃油鍋爐，是在不同發展進程中形成的產物，大致可以分為三種情況。 (1)從燃煤鍋爐的基礎上發展而來的燃油鍋爐。這種鍋爐稱它為燃油鍋爐，其實它的基本結構仍保留著燃煤鍋爐的布置形式和結構特點，只是去掉了爐算、供煤和排渣設備，對爐膛略加改裝后，加裝了燃油燃燒器。 這樣的燃油鍋爐，很多生產廠家都有產品。燃油爐在油田使用，燃用原油；在煉油廠或一年中某個時期鍋爐使用燃油的單位，一般采用簡單機械霧化噴嘴或用轉杯式噴嘴。 (2)引進的燃油鍋爐，以前引進的燃油鍋爐，一般燃用輕質油，大多裝于特定的使用場合，如研究機關和專用實驗室等；較少用于工業用汽鍋爐或

30、供暖熱水鍋爐。近幾年來，隨著工業化的發展，環保要求日益嚴格，有些城市環保部門要求工廠企業停用燃煤鍋爐，改用或引進燃油鍋爐。 進口燃油鍋爐的全自動燃油燃燒器結構大同小異，燃燒器均為風機、油泵等一體式布置。進口燃油鍋爐價格昂貴，運行費用較高。(3)國產燃油鍋爐。我國是產煤耗煤大國，工業鍋爐長期來都是以燃煤為主，缺少自己的燃油、燃氣鍋爐產品。隨著經濟建設的發展和石油制品供求量的逐年擴大，專用燃油鍋爐的研究、試制工作逐漸展開；尤其是近幾年來，國產的燃油鍋爐取得了較大的進展。國產燃油鍋爐，一般采用臥式內燃濕背式結構的三回程火煙管設計，配置的燃油燃燒器有進口與國產之分，而很多廠家都選用進口燃燒器配置自己生

31、產的鍋爐。例如：13WNS110Y 型，受熱面積 24m2，燃用輕柴油，設計熱效率 85，全自動燃燒器，煙囪自然引風； WNSl0125Y 型，受熱面積 283m2，燃用輕柴油，設計熱效率882，全自動燃燒器，煙囪自然引風。進口燃燒器及其電控箱的費用，在國產燃油鍋爐的整機售價中約占 30。所以，進口燃油燃燒器的國產化，或燃油燃燒器的全自動化，是今后發展燃油鍋爐的必然趨勢，對降低國產油爐制造成本，提高國產燃油鍋爐的機電一體化水平具有重大的現實意義。1.5 燃油鍋爐結構燃油鍋爐結構燃油鍋爐（an oil-burning boiler）是指燃料使用燃油的鍋爐 ,包括柴油,廢油等油料的鍋爐。 14燃油

32、是一種液體燃料，它的沸點總是低于著火點，所以燃油的燃燒總是在氣態下進行的。燃油經霧化后的油粒噴進爐膛以后，被爐內高溫煙氣所加熱，進行氣化，氣化后的油氣和周圍空氣中的氧相遇，形成火焰。燃燒產生的熱量有一部分傳給油粒，使油粒不斷氣化和燃燒，直到燃燼。油粒直徑越小，油粒的燃燒愈快。同樣，油粒燃燒所需的氧能及時地供給，油粒的燃燒也愈快 鍋爐整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。 爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進行

33、火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態燃燒，并適于燃燒劣質燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉，并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。 爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構成。在爐墻的內表面上常敷設水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。 爐膛設計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應盡量燃用原設計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經濟性和可靠性都可能降低。 15鍋

34、筒是自然循環和多次強制循環鍋爐中，接受省煤器來的給水、聯接循環回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優質厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。 鍋筒的主要功能是儲水，進行汽水分離，在運行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。 鍋筒內部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開來，并盡量減少蒸汽中攜帶的細小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風分離器進行粗分離外，還用百頁窗、鋼絲網或均汽板等進行進一步分離。鍋筒上

35、還裝有水位表、安全閥等監測和保護設施。162 設計的初步數據設計的初步數據 2.1 計算對象計算對象 鍋爐額定蒸發量 D=10t/h 鍋爐額定蒸汽壓力 P=1.25MPa 鍋爐飽和蒸汽溫度 tbq=194給水溫度 tgs=105排污率 =5%蒸汽帶水率 W=4%冷空氣溫度 tlk=30熱空氣溫度 trk=30燃燒方式 室燃鍋爐型式 鍋殼式燃油濕背式三回程設計燃料 重油 2.2 燃料特性燃料特性 碳 Car83.9761 氫 Har12.232 氧 Oar0.5683 氮 Nar0.24 硫 Sar0.1517 灰分 Aar0.0266 水分 Mar2.07 低位發熱量 Qnet,v,ar423

36、41 kJ/kg3 鍋爐的分類及確定本設計的鍋爐的基本結構鍋爐的分類及確定本設計的鍋爐的基本結構3.1 鍋爐的分類鍋爐的分類根據用途的不同分為：電站鍋爐、工業鍋爐、動力鍋爐；按載熱工質的不同分為：蒸汽鍋爐、熱水鍋爐；按能源分為：燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、廢熱鍋爐、太陽能鍋爐；按燃燒方式分火床爐、室燃爐、旋風爐、流化床鍋爐；按工質在受熱面內流動方式分自然循環鍋爐、強制循環鍋爐、直流鍋爐、復合循環鍋爐3.2 鍋爐設計的步驟鍋爐設計的步驟在設計鍋爐之前，應根據所給定的鍋爐容量、參數、燃料特性有目的地進行調查研究，取得第一手資料，然后進行設計。一般開始設計時先選定鍋爐的總布置，進行燃料消耗量的估算

37、，然后再決定爐膛結構，進行爐內傳熱計算，決定對流受熱面的結構，進行對流受熱面的傳熱計算。在以上的結構設計和傳熱計算中須預先選定受熱面的材料、管徑及壁厚，布置好下降管系統。在以上的計算（或稱熱力計算）結束以后，再根據它的計算結果，計算管壁溫度并校核強度，進行水循環計算，核算水循環是否安全可靠，進行空氣動力計算，核算煙風道流阻是否合理，在一切都正常合理時，即可根據以上的初步設計和計算進行進一步的設計。而在本設計中，只是進行整體的熱力計算（包括各種換熱器的熱力計算）3.3 確定鍋爐的基本結構確定鍋爐的基本結構鍋爐整體的結構包括鍋爐本體和輔助設備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤

38、器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。18鍋爐本體結構見下圖1.鍋爐筒體 2.前煙箱 3.鍋殼 4.底盤 5.防爆門 6.觀火孔 7.后煙箱 8.煙囪 9.煙室蓋板圖 3.1 鍋爐總布置圖194 輔助設計輔助設計4.1 理論空氣量和燃燒產物理論空氣量和燃燒產物表表 4.14.1 理論空氣量及燃燒產物理論空氣量及燃燒產物名稱符號單位公式結果理論空氣量0Vm3kg(1.866Car+5.55Har+0.7Sar-0.7Oar) /100/0.2110.70848理論氮氣容積02NVm3kg0.79+0.008Nar0V8.

39、4613理論水蒸汽容積02OHVm3kg0.0124War+0.111Har+0.01610V1.55474RO2容積2ROVm3kg(1.866Car+0.7Sar) /1001.573994.2 溫焓表溫焓表表表 4.24.2 溫焓表溫焓表溫度理論煙焓空氣焓爐膛出口1 . 1 煙管出口1 . 1pyyIkIyIIyII100683546738738200139311011493756149375330021041668227177822717744002849224330738033073800500361328303890823389082060043983435474284647428

40、42700520640475611869561186680060294672649688964968829006867530573989017398898100077205938831491683149131100858566009245931924592812009461725410186941101869371300103517920111439571114395720溫度理論煙焓空氣焓爐膛出口1 . 1 煙管出口1 . 1py溫度理論煙焓yIkIyIIyII140011245859012104961121049611500121489265130759711307597116001306

41、1994414055981140559811700139781062215040985150409851800149021130516033992160339921900158271199617027994170279942000167601268718029100218029100221001770113382190391011190391011220018638140772004610072004610074.3 熱平衡計算熱平衡計算4.3.1 熱平衡燃油燃氣鍋爐熱力計算的主要目的是確定足夠的受熱面，以保證鍋爐合理的出力和熱效率。油、氣燃料的燃燒過程和燃燒后產生的煙氣與固體燃料相比，有許多

42、不同之處，因而燃油燃氣鍋爐的性能、結構和熱力計算與燃煤鍋爐相比，也有其特點。燃油燃氣鍋爐的熱力計算主要包括：（1） 、鍋爐的熱平衡計算；（2） 、爐膛（爐膽）的受熱面計算；（3） 、對流受熱面計算。鍋爐系統的熱平衡計算，是為了保證送入鍋爐機組的熱量與有效利用熱及各項熱損失的總和相平衡，并在此基礎上計算出鍋爐機組的熱效率和燃料消耗量。熱平衡計算是在鍋爐機組處于穩定的熱力工況下進行的。對燃油、燃氣鍋爐，一般均以標態下 1kg 燃料油或 1m3氣體燃料為基準計算。鍋爐機組熱平衡方程的普遍形式為： kJ/kg 或 kJ/m3 123456rQQQQQQQ21（4.1）式中 Qr送入鍋爐系統的熱量； Q

43、1鍋爐系統的有效利用熱； Q2排煙帶走的熱量； Q3氣體不完全燃燒（又稱化學不完全燃燒）損失的熱量； Q4固體不完全燃燒（又稱機械不完全燃燒）損失的熱量； Q5鍋爐系統向周圍空氣散失的熱量； Q6燃料中灰渣帶走的熱量。對氣體燃料，上式各熱量值均相對于 1 m3燃氣，單位為 kJ/m3；對液體燃料，則相對于 1 kg 燃料油，單位為 kJ/kg。所以熱平衡方程改為： kJ/kg 或 kJ/m3 1235rQQQQQ（4.2）4.3.2 鍋爐輸入熱量 Qr 相對于 1kg 燃料油或 1 m3燃氣送入鍋爐系統的熱量 Qr（kJ/kg 或 kJ/m3）是指鍋爐范圍以外輸入的熱量，可按下式計： , ,r

44、net v arrzqwlQQiQQ（4.3）式中 Qnet,v,ar 燃料的低位發熱量值，kJ/kg 或 kJ/m3； Qwl用鍋爐系統以外的熱量加熱送入鍋爐的空氣時，相應于每 kg 燃料油或每 m3燃氣所具有的熱量，kJ/kg 或 kJ/m3； ir 油或燃氣的物理顯熱，kJ/kg 或 kJ/m3。 Qzq霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量，kJ/kg。224.3.3 排煙損失 q2在燃油燃氣鍋爐中最主要的損失是排煙損失，它決定于排煙溫度和排煙量。對于一定的燃料，排煙量決定于過剩空氣系數的大小，而過剩空氣系數又是和燃燒狀況直接有關的。排煙熱損失 q2可用鍋爐機組的排煙和冷空氣的焓差計算： % 42

45、2100100100pypylkrrIIqQqQQ（4.4） 式中 Ipy在排煙過剩空氣系數及排煙溫度下，相應于 1 kg 燃料油或 1 m3燃氣的排煙的焓，kJ/kg 或 kJ/m3。 py排煙的過剩空氣系數； Ilk在送入鍋爐的空氣溫度下，1 kg 燃料油或 1 m3燃氣所需要的理論空氣焓，kJ/kg 或 kJ/m3。4.3.4 氣體不完全燃燒熱損失 q3 氣體不完全燃燒熱損失 q3是指排煙中未完全燃燒或燃盡的可燃氣體所帶走的熱量占送入鍋爐輸入熱的份額。在設計計算時，對燃油鍋爐 q3可取11.5，對燃用天然氣、油氣伴生氣和焦爐煤氣的鍋爐，可取 q30.5；對燃用高爐煤氣的鍋爐，取 q31。

46、對運行鍋爐，借排煙處煙氣成份的分析，可按下述公式進行計算： % 3240.110.0630.225.885.5pyqCOHCH（4.5）氣體不完全燃燒熱損失大小主要取決于燃燒成分、爐膛過剩空氣系數、所用燃燒器、燃燒器與爐膛匹配是否適當以及運行操作是否合理。一臺運行的鍋爐。此項熱損失究竟多大，要靠煙氣分析的結果確定。4.3.5 機械不完全燃燒損失 q4對燃油鍋爐來說，機械不完全燃燒熱損失 q4是燃料中的碳未完全燃燒引起的。在燃油鍋爐的煙氣中，油灰中碳粒子的來源：一是油滴燃燒后剩下來的焦23粒；另一個來源是油氣氣熱分解形成的碳黑，它是很細的，直徑只有0.010.15 微米。一般是用煙色來監督煙氣中

47、碳黑的含量。但是必須指出，煙色決定于煙氣中所含固體粒字的表面積，他除了和碳粒的重量有關外，還和他的直徑有關。4.3.6 散熱損失 q5散熱損失 q5是指鍋爐圍護結構和鍋爐機組范圍內的氣、水管道以及煙風道等，受外部大氣對流冷卻和向外熱輻射所散失的熱量。它與周圍大氣的溫度（露天布置時的室外溫度、室內布置時的室內溫度） 、風速、圍護結構的保溫情況以及散熱表面積的大小、形狀等有關，同時還與鍋爐的額定容量和運行負荷的大小有關，一般根據經驗數據和近似計算的辦法確定。4.3.7 鍋爐有效利用熱 Q1鍋爐有效利用熱 Q1系指鍋爐供出工質的總焓與給水焓的差值，對飽和蒸汽鍋爐為：kJ/s 1100zybqgspw

48、bsgsrWQDDiiDii（4.6） 對于過熱蒸汽鍋爐： kJ/s 1gqgszyzygspwbsgsQD iiDiiDii（4.7） 式中 D鍋爐蒸發量，kg/s；Dzy鍋爐自用蒸汽量，kg/s；Dpw鍋爐排污量，kg/s；ibq飽和蒸汽焓，kg/s；igq過熱蒸汽焓，kJ/kg；izy自用蒸汽焓，kJ/kg；ibs飽和水焓，kJ/kg；24igs給水焓，kJ/kg；W蒸汽濕度，；按飽和蒸汽的質量標準規定，對于水管鍋爐，飽和蒸汽的蒸汽濕度不大于 3；對于鍋殼式鍋爐，飽和蒸汽的蒸汽濕度不大于5；當鍋爐的排污量小于 2時，排污水的熱耗可以忽略不計。對熱水鍋爐： MW 1SrshsQGCtt（4

49、.8） 式中 Q1熱水鍋爐的輸出熱量，MW G循環水流量，kg/s； trs熱水溫度，； ths回水溫度，； Cs水的比熱，MJ/（kg.） ，一般取 0.0041868MJ/（kg.） 。4.3.8 鍋爐的熱效率和燃料消耗量鍋爐的熱效率為： % 23456100qqqqq（4.9）鍋爐的燃量消耗量為： kg/s 或 m3/s 1100rQBQ（4.10）式中 B燃料消耗量，kg/s 或 m3/s；考慮到燃料消耗量 B 中有一部分隨機械不完全燃燒損失帶出，這一部分沒有產生煙氣，應從 B 中扣除，這樣可得計算燃料消耗量： kg/s 或 m3/s 4100jrqBBQ（4.11）25式中 Bj計算

50、燃料消耗量，kg/s 或 m3/s。 所謂計算燃料消耗量指的的是單位時間內實際參加燃燒產生煙氣的燃料量，對此燃木屑鍋爐來講，B=Bj。在本文的熱力計算中，空氣或煙氣的體積是按實際參加燃燒的燃料量來計算的，在應用空氣或煙氣的體積來計算溫焓表時采用計算燃料消耗量。表表 4.34.3 熱平衡計算熱平衡計算序號名稱符號單位公式結果1燃料低位發熱量arvnetQ,kJ/kg設計給定42341 2冷空氣溫度lkt設計給定30.00 3冷空氣焓0lkHkJ/kg查溫焓表424.100 4排煙溫度py取定228.700 5排煙焓pyIkJ/kg查溫焓表4044.35 6固體不完全燃燒損失q4%估取0.000

51、7氣體不完全燃燒損失q3%估取1.000 序號名稱符號單位公式結果8排煙損失q2%)100(4,0qQIIarvnetlkpypy8.450 9散熱損失q5%估取2.500 10燃料物理熱損失q6%估取0.000 11鍋爐總熱損失q%23456qqqqq11.950 12鍋爐效率%65432100qqqqq88.050 13給水焓gsikJ/kg查水、水蒸氣物性表441.048 14飽和水焓bhikJ/kg查水、水蒸氣物性表806.751 2615飽和氣焓bqikJ/kg查水、水蒸氣物性表2785.175 16鍋爐排污率%設計給定5.000 17蒸汽帶水率W%設計給定4.000 18氣化潛熱R

52、kJ/kg查水、水蒸氣物性表1964.000 19額定蒸發量Dkg/h設計給定10000.000 20鍋爐有效利用熱1QkJ/s)()100(1gsbhgsbqiiDWriiDQ6344.033 21鍋爐燃料消耗量Bkg/h100,1arvnetQQ612.601 22計算燃料消耗量Bjkg/h)1001 (4qB612.601 23保熱系數5q0.972 5 燃油鍋爐爐膛（膽）的設計和計算燃油鍋爐爐膛（膽）的設計和計算5.1 鍋殼式燃油燃氣濕背式三回程鍋爐的爐膽傳熱計算鍋殼式燃油燃氣濕背式三回程鍋爐的爐膽傳熱計算5.1.1 爐膽的傳熱過程爐膛傳熱過程是與爐內燃燒過程煙氣流動過程同時進行的。爐

53、內既有燃燒反應的化學過程，又有物質交換物理過程，因此爐膛傳熱過程十分復雜。目前，我國采用的爐膛熱力計算方法是運用了“相似理論”分析，并通過大量試驗而綜合得出的半經驗計算公式。近年來，隨著電子計算機技術的發展，很多研究人員試圖借助于數學模型用解析法來研究和計算爐膛換熱過程，已取得一定進展。爐膛傳熱計算的任務是確定堂輻射受熱面（水冷壁）的吸熱量和爐膛出口煙氣溫度。爐膛傳熱過程主要是高溫火焰和水冷壁之間的輻射換熱。爐內煙氣流速較小，因而對流傳熱較弱，所占爐膛換熱份額很少，計算時可以忽略。275.1.2 爐膛傳熱的基本方程爐膛傳熱計算也就是計算火焰與被火焰包圍著的水冷壁之間的輻射換熱量。根據斯蒂芬-波

54、爾茨曼定律輻射換熱量為： kW fbxtfHTTQ)(440（5.1）式中 0絕對黑體輻射常熟，其值為kW/(m2K4)；115.67 10 Hf有效輻射受熱面面積，m2 ； 火焰平均溫度，K；T Tb水冷壁表面溫度，K； xt爐膛系統黑度由煙氣在爐膛內放出的熱量應等于燃料在爐膛內有效放熱量與爐膛出口煙氣帶走的熱量之差，即 kW )( lljfTQBQ（5.2）式中 Ql爐膛有效放熱量，kJ/kg;Il爐膛出口處煙氣的焓，kJ/kg;保熱系數；Bj每秒鐘的計算燃料耗量，kg/s.5.1.3 有效輻射受熱面爐內吸熱是借爐膛內布置了輻射受熱面水冷壁管來達到。水冷壁的輻射受熱面面積并不等于所以管子的

55、表面積，這是因為水冷壁管一般都是靠爐墻布置，只有曝光的一面受到爐內火焰的輻射，而其背面只受到爐墻的反射輻射，所以不能完全利用。我們稱火焰投射到管壁受熱面的總熱量 Q 與投射到爐墻的熱量 Qt之比為有效角系數，即： /txQ Q28（5.3）它計及了火焰輻射與爐膛反射作用，x 的數值與管子的相對節距 S/d 及管子中心線離開爐墻的相對距離 e/d 有關。在一定的 S/d 下，增加 e/d，則被爐墻反射后再落到水冷壁管子上的輻射熱量也增加，即增大了有效角系數；但當e/d1.4 后，被爐墻反射后落到水冷壁管上的輻射份額不再變化。在一定的e/d下，增加 S/d，火焰落到水冷壁管上的份額減少，既 x 值

56、下降。對鍋殼式子燃油燃氣鍋爐來講，火焰輻射熱量全部落在水冷壁上，有效角系數為 1。爐膛出口煙囪對爐膛而言，可取 x=1，這是因為爐膛火焰輻射投射在出口煙囪上的輻射熱，陸續通過煙囪后各派管子，不會有反射，全部被吸收。三回程鍋殼式鍋爐回燃室的煙囪出口，不是管排組成，而是煙管的入口，也可取 x=1。有效角系數與爐膛壁面積的乘積成為有效輻射受熱面：Hf = xFb m2 （5.4）式中 Fb布置有水冷壁的爐墻壁面積，m2。如果某一區域的爐墻壁面積為 Fbi，有效角系數為 xi；則該區域的有效輻射受熱面為 Hfi=xiFbi；由于各區域布置水冷壁有效角系數不盡一樣，爐膛總的有效輻射受熱面為：Hf = x

57、iFbi m2 （5.5）整個爐膛的平均有效角系數也稱為爐膛水冷程度，即 fibibibiHx FxFF（5.6）在鍋爐實際運行中，由于水冷壁被灰粒沾污，使管壁積灰層的表面溫度升高及黑度減小，以致不能忽略管壁本身的輻射，也就是導致水冷壁受熱面吸熱量的減少。因此，在計算中引入水冷壁管的沾污系數 ，即29 投射到受熱面的熱量受熱面吸收的熱量（5.7）在實際計算爐膛傳熱時，綜合考慮沾污系數和有效角系數對傳熱的影響，即采用熱有效系數 ： tfQQ投射到爐壁的熱量受熱面吸收的熱量（5.8）這樣，熱有效系數、沾污系數和有效角系數三者的關系為：=x （5.9） 值越大，表示受熱面吸收的熱量越多。由于水冷壁不

58、是絕對黑體，火焰和高溫煙氣投射到水冷壁的熱量，其中有一部分又被水冷壁反射到火焰，此外，水冷壁受熱面由于被沾污，表面溫度升高，本身具有相當的輻射能力。5.1.4 火焰黑度計算爐膛輻射換熱時，涉及了系統黑度。它與爐膛中火焰黑度和水冷壁黑度有關。在爐膛中，沿著火焰的行程，火焰中具有輻射能力的介質如三原子氣體、灰粒、焦炭粒的濃度也是改變的，并且隨燃料種類、燃燒方法、燃燒工況的變化而不同。在爐膛傳染計算中，只得采用平均的火焰黑度，而且以爐膛出口煙溫和成分作為計算依據。在傳熱學中將火焰作為灰體，火焰黑度原則上可按下式計算： 1kpshye （5.10）式中 k火焰輻射減弱系數，是火焰中各輻射介質的減弱系數

59、的代數和，1/(mMPa)； P爐膛壓力，一般供熱鍋爐在常壓下燃燒，故 P0.1 MPa ； 30（5.11） S有效輻射層厚度，可由下式計算： m ； 3.6llVSF（5.12） Vl爐膛有效容積，m3 ； Fl爐膛包覆面積，m2 。在燃用氣體、重油時的火焰中，主要輻射介質是三原子氣體 CO2和 H2O 及懸浮在火焰中細微的碳黑粒子。5.1.5 爐膛有效放熱量與理論燃燒溫度在爐膛內存在著燃燒放熱和輻射受熱面的吸熱，有關輻射受熱面的一些特性已在上面述及了，在燃燒放熱方面，這里要引出量與質的概念。在數量方面用爐膛有效放熱量來表示；在質量方面用理論燃燒溫度來表示。爐膛有效放熱量 Ql是對每 kg

60、 或每 m3完全燃燒的燃料（計算燃料）而言，并計及了加入爐膛的各種熱量，即： kJ/kg ，kJ/m3 3464100100lrkqqqQQQq（5.13）式中，Qr ，q3,q4,q6 各項已在熱平衡計算中有了說明。Qk是燃燒所需的空氣帶入爐膛的熱量。Qr 是每 kg 或每 m3燃料帶入爐膛的熱量，在燃燒中由于有一定熱損失，所以燃燒后的有效放熱量為： 3464100100rqqqQq（5.14）而折算到每 kg 或每 m3計算燃料時，燃料在爐膛內有效放熱量為： 34636441001100100rrqqqqqQQqq31（5.15）通常 Qr可以認為就是燃料的應用基低位發熱量 Qnet,v,