Ⅰ－1 设计资料及参数
1）锅炉额定蒸汽量：Dsh''=40
2）蒸汽参数：
1汽包工作压力：。
2过热蒸汽压力：psh''=3.9MP
3过热蒸汽温度：tsh''=℃
4给水温度：tfw =170℃
3）给水压力：pfw =4.9MP
4）排污率：
5）排烟温度假定值：ϑexg =126℃
6）冷空气温度：tca =20℃
Ⅰ－2 燃料特性
1）燃料名称：神府东胜煤
2）煤的收到基成分：
①碳57.33% ②氢33.62% ③氧9.94 %
④氮0.70% ⑤硫0.41% ⑥灰分15.00%
⑦水分13.00%
3）煤的干燥无灰基挥发分33.%
4）煤的收到基低位发热量：Qnet,ar=21805kj、kg
Ⅰ—3 确定锅炉的基本结构
采用单锅筒型布置，上升烟道为燃烧室及凝渣管。水平烟道布置两级悬挂对流过热器。布置两级省煤器及两级管式空气预热器。
整个炉膛全部布满水冷壁，炉膛出口凝渣管簇由锅炉后墙水冷壁延伸而成，在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好的充满炉膛。采用光管水冷壁。
对流过热器分两级布置，由悬挂式蛇形管束组成，在两级之间有锅炉自制冷凝水 喷水减温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器。
省煤器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面减少钢材消耗量。
锅炉采用四根集中下降管，分别供水给12组水冷壁系统。
燃烧方式采用四角布置的直流燃烧器。
根据煤的特性选用中速磨煤机的负压直吹系统次风。
Ⅰ－4 辅助计算
（1）燃烧产物容积计算
煤完全燃烧（=1）时理论空气量及燃烧产物容积计算见表Ⅰ－1
表Ⅰ－1 初始数据
| 序号 | 名称 | 符号 | 单位 | 公式及计算 | 结果 |
| 1 | 理论空气容积 | / kg | 0.08(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar | 5.739 | |
| 2 | 三原子气体容积 | / kg | 0.01866(Car+0.375Sar) | 1.073 | |
| 3 | 理论氮气容积 | / kg | 0.008Nar+0.79V | 4.539 | |
| 4 | 理论水蒸汽容积 | / kg | 0.111Har+0.0124Mar+0.0161V | 0.655 | |
| 5 | 理论烟气容积 | / kg | ++ | 6.267 | |
| 6 | 飞灰中纯灰份额 | 0.95 | |||
| 7 | 烟气中飞灰质量浓度 | Kg/kg | 0.1425 | ||
| 8 | 煤的折算灰分 | g/MJ | 6.879 |
1）烟道各处过量空气系数、各受热面的漏风系数及不同过量空气系数下燃烧产物的容积列于表Ⅰ－2中，炉膛出口处过量空气系数按表4－2取。
表Ⅰ－2 烟气特性
表1-4 烟气特性表
| 序号 | 名称及公式 | 符 号 | 单 位 | 前屏至省煤器 | 空预器热段 | 空预器冷段 |
| 1 | 烟道进口过量空气系数 （查表3-3） | a' | — | 1.20 | 1.20 | 1.24 |
| 2 | 烟道出口过量空气系数 （查表3-4） | a" | — | 1.20 | 1.24 | 1.28 |
| 3 | 烟道平均过量空气系数 (α'+α")/2 | aav | — | 1.20 | 1.22 | 1.26 |
| 4 | 过剩空气量 (αav-1)Vo | ⊿V | Nm3/kg | 1.148 | 1.262 | 1.492 |
| 5 | 水蒸汽容积 VoH2O+0.0161ΔV | VH2O | Nm3/kg | 0.674 | 0.676 | .0679 |
| 6 | 烟气总容积 Vgo+1.0161(αav-1)Vo | Vg | Nm3/kg | 7.433 | 7.550 | 7.783 |
| 7 | RO2占烟气容积份额 VRO2/Vg | rRO2 | — | 0.1443 | 0.1421 | 0.1378 |
| 8 | H2O占烟气容积份额 VH2O/Vg | rH2O | — | 0.0907 | 0.05 | 0.0873 |
| 9 | RO2+H2O的容积份额 rRO2+rH2O | rg | — | 0.2350 | 0.2316 | 0.2251 |
| 10 | 烟气质量 1-Aar/100+1.306αavVo | Gg | kg/kg | 9.844 | 9.993 | 10.293 |
| 11 | 飞灰浓度，αfa取0.95 αfaAar/(100Gg) | μash | kg/kg | 0.0145 | 0.0143 | 0.0138 |
表Ⅰ－3 烟气焓温表
（见下表）
1m3空气、各种气体及1kg灰的焓
| 温度 | 空气焓 | CO2 | N2 | O2 | H2O | 灰焓 |
| 20 | 26 | — | — | — | — | — |
| 30 | 39 | — | — | — | — | — |
| 100 | 132 | 169 | 130 | 132 | 151 | 81 |
| 200 | 266 | 357 | 260 | 267 | 304 | 169 |
| 300 | 403 | 559 | 392 | 407 | 463 | 2 |
| 400 | 542 | 772 | 527 | 551 | 626 | 360 |
| 500 | 684 | 996 | 6 | 699 | 794 | 459 |
| 600 | 830 | 1222 | 804 | 850 | 967 | 560 |
| 700 | 979 | 1461 | 946 | 1005 | 1147 | 663 |
| 800 | 1130 | 1704 | 1093 | 1160 | 1335 | 767 |
| 900 | 1281 | 1951 | 1243 | 1319 | 1524 | 874 |
| 1000 | 1436 | 2202 | 1394 | 1478 | 1725 | 984 |
| 1100 | 1595 | 2457 | 1545 | 1637 | 1926 | 1096 |
| 1200 | 1754 | 2717 | 1695 | 1800 | 2131 | 1206 |
| 1300 | 1913 | 2976 | 1850 | 1963 | 2344 | 1360 |
| 1400 | 2076 | 3240 | 2009 | 2127 | 2558 | 1571 |
| 1500 | 2239 | 3504 | 21 | 2294 | 2779 | 1758 |
| 1600 | 2403 | 3767 | 2323 | 2461 | 3001 | 1830 |
| 1700 | 2566 | 4035 | 2482 | 2629 | 3227 | 2066 |
| 1800 | 2729 | 4303 | 22 | 2796 | 3458 | 2184 |
| 1900 | 27 | 4571 | 2805 | 2968 | 3688 | 2385 |
| 2000 | 30 | 4843 | 29 | 3139 | 3926 | 2512 |
| 2100 | 3232 | 5115 | 3127 | 3307 | 4161 | 20 |
| 2200 | 3399 | 5387 | 3290 | 3483 | 4399 | 2760 |
| 序号 | 温度(℃) | 理论烟气焓I0g(kJ/kg) | 理论空气焓I0a(kJ/kg) | 飞灰的焓Ifa(kJ/kg) | 烟气的焓Ig=I0g+(α-1)I0a+Ifa (kJ/kg) | |||||
| α=1.2 | α=1.24 | α=1.28 | ||||||||
| Ig | ΔIg | Ig | ΔIg | Ig | ΔIg | |||||
| 1 | 100 | 870.3 | 757.5 | 11.5 | — | — | 1063.6 | 10.2 | 1093.9 | 1119.9 |
| 2 | 200 | 1762.3 | 1526.5 | 24.1 | — | — | 2152.8 | 1122.2 | 2213.9 | — |
| 3 | 300 | 2682.4 | 2312.7 | 37.6 | 3182.5 | 1121.3 | 3275.0 | — | — | — |
| 4 | 400 | 3630.5 | 3310.3 | 51.3 | 4303.8 | 1149.3 | — | — | — | — |
| 5 | 500 | 4602.7 | 3925.2 | 65.3 | 5453.1 | 1173.3 | — | — | — | — |
| 6 | 600 | 5594.0 | 4763.0 | 79.8 | 6626.4 | 1204.6 | — | — | — | — |
| 7 | 700 | 6612.9 | 5618.1 | 94.5 | 7831.0 | 1239.2 | — | — | — | — |
| 8 | 800 | 76.0 | 84.6 | 109.3 | 9070.2 | 1258.2 | — | — | — | — |
| 9 | 900 | 8733.7 | 7351.2 | 124.5 | 10328.5 | 1279.9 | — | — | — | — |
| 10 | 1000 | 9820.1 | 8240.6 | 140.2 | 11608.4 | 12.1 | — | — | — | — |
| 11 | 1100 | 10910.7 | 9153.1 | 156.2 | 127.5 | 1292.3 | — | — | — | — |
| 12 | 1200 | 12004.8 | 10065.5 | 171.9 | 141.8 | 1325.4 | — | — | — | — |
| 13 | 1300 | 13125.8 | 10977.9 | 193.8 | 15515.2 | 1362.3 | — | — | — | — |
| 14 | 1400 | 14271.0 | 11913.3 | 223.9 | 16877.5 | 1345.3 | — | — | — | — |
| 15 | 1500 | 15402.5 | 12848.7 | 250.5 | 18222.8 | 1347.8 | — | — | — | — |
| 16 | 1600 | 16551.9 | 137.9 | 260.8 | 19570.6 | 1378.0 | — | — | — | — |
| 17 | 1700 | 17709.2 | 14725.3 | 294.4 | 20948.6 | 1369.0 | — | — | — | — |
| 18 | 1800 | 18874.3 | 15660.6 | 331.2 | 22317.7 | 1399.5 | — | — | — | — |
| 19 | 1900 | 20052.4 | 16624.7 | 339.9 | 23717.2 | 1379.2 | — | — | — | — |
| 20 | 2000 | 21221.9 | 17583.1 | 358.0 | 25.96.4 | 1396.7 | — | — | — | — |
| 21 | 2100 | 22407.5 | 18547.2 | 376.2 | 293.1 | 1396.4 | — | — | — | — |
| 22 | 2200 | 23595.1 | 19505.5 | 393.3 | 278.5 | — | — | — | — | — |
Ⅰ－4 锅炉热平衡及燃料消耗量
| 序号 | 名 称 | 符 号 | 单 位 | 计算公式或数据来源 | 结 果 |
| 1 | 燃料带入的热量 | Qf | kJ/kg | ≈Qnet.ar | 21805 |
| 2 | 排烟温度 | ϑexg | ℃ | 给定 | 126 |
| 3 | 排烟的焓 | Iexg | kJ/kg | 调用函数 | 1385.1 |
| 4 | 冷空气温度 | tca | oC | 给定 | 20 |
| 5 | 理论冷空气焓 | Icao | kJ/kg | 调用函数 | 149.2 |
| 6 | 机械不完全燃烧热损失 | q4 | % | 取用 | 0.6 |
| 7 | 化学不完全燃烧热损失 | q3 | % | 取用 | 0.00 |
| 8 | 排烟热损失 | q2 | % | (Iexg-αexgI0ca)·(1-q4/100)/Qf×100 | 5.44 |
| 9 | 散热损失 | q5 | % | 取用 | 0.20 |
| 10 | 灰渣热损失 | q6 | % | 取用 | 0.06 |
| 11 | 总热损失 | ∑q | % | q2+q3+q4+q5+q6 | 6.30 |
| 12 | 锅炉热效率 | ηb | % | 100 -∑q | 93.70 |
| 14 | 保热系数 | φ | — | 1-q5/(ηb+q5) | 0.9979 |
| 15 | 过热蒸汽的焓 | i"sh | kJ/kg | 调用函数，psh"=3.9MPa注 | 3332.31 |
| 16 | 给水的焓 | ifw | kJ/kg | 调用函数，pfw=4.9MPa | 722.15 |
| 17 | 过热蒸汽流量 | Dsh | t/h | 给定 | 40 |
| 18 | 锅炉有效利用热量 | Q1 | kJ/h | Dsh(i"sh-ifw) | 104406.4 |
| 19 | 锅炉实际燃料消耗量 | B | kg/h | Q1/(ηbQf/100) | 5.11 |
| 20 | 锅炉计算燃料消耗量 | Bcal | kg/ h | B(1-q4/100)/3600 | 5.08 |
1.燃烧室尺寸的决定
（1）因采用角置直流式燃烧器，炉膛采用正方形截面。按表8－39取炉膛截面热负荷=2350KW/。炉膛截面F=42.01，取炉膛宽a=6800mm，炉膛深b=6800mm，布置Φ60*3的水冷壁，管间距s=68mm，侧面墙的管数为 101 根，前后墙的管数为99根。
（2）燃烧室炉墙面积的决定
Ⅰ－5炉膛结构尺寸
| 序号 | 名称 | 符号 | 单位 | 公式及计算 | 结果 |
| 1 | 炉膛截面热负荷 | Kw/ | 查表3－8 | 2350 | |
| 2 | 炉膛截面积 | F | 47.1 | ||
| 3 | 炉膛宽度 | a | m | 取整 | 6.800 |
| 4 | 第一根凝渣管高 | m | 设定 | 5.1 | |
| 5 | 顶棚宽度 | m | a--cos | 4.28 | |
| 6 | 折焰角前端到第一排凝渣管斜管段长 | m | 设定 | 0.734 | |
| 7 | 折焰角宽度 | m | 设定 | 1.88 | |
| 8 | 折焰角上倾角 | 设定 | 45 | ||
| 9 | 折焰角下倾角 | 设定 | 30 | ||
| 10 | 顶棚倾角 | 设定 | 8 | ||
| 11 | 凝渣管与炉墙距离 | m | 2.520 | ||
| 12 | 顶棚高度 | m | +tan | 5.5 | |
| 13 | 折焰角高度 | m | tan | 1.09 | |
| 14 | —— | m | tan | 1.45 | |
| 15 | 冷灰斗底口宽度 | m | 设定 | 1.062 | |
| 16 | 冷灰斗倾角 | 设定 | 55 | ||
| 17 | 冷灰斗中部宽度 | m | 3.400 | ||
| 18 | 冷灰斗高度 | m | 3.810 | ||
| 19 | 冷灰斗斜边长度的一半 | m | 2.33 |
| 20 | 炉膛容积热负荷 | kJ/ | 选定表3－7 | 165 | |
| 21 | 炉膛容积 | 671.3 | |||
| 22 | 侧墙面积 | 104. | |||
| 23 | 炉膛中部高度 | m | 14.36 | ||
| 24 | 出口窗中心到灰斗中心高 | m | 20.09 | ||
| 25 | 前墙面积 | (+++)a | 1168.85 | ||
| 26 | 后墙面积 | ()a | 137.336 | ||
| 27 | 出口窗面积 | ()a | 37.37 | ||
| 28 | 顶棚面积 | 30.45 | |||
| 29 | 炉膛总面积 | 2++++ | 1583.79 | ||
| 30 | 炉膛总高 | m | ++ | 23.36 |
采用角置直流式煤粉燃烧器，分布于炉膛四角。燃烧器的中心距冷灰斗上沿为1.73m。每组燃烧器有两个一次风口、两个二次风口和两个废气燃烧器，燃烧器的结构计算见表Ⅰ－6。
表Ⅰ－6燃烧器结构
| 序号 | 名称 | 符号 | 单位 | 公式及计算 | 结果 |
| 1 | 计算燃料消耗量 | kg/s | 查表Ⅰ－4 | 5.08 | |
| 2 | 燃料收到基低位发热量 | kJ/kg | 见任务书 | 21805 | |
| 3 | 燃料干燥无灰基挥发分 | % | 由任务书初始数据得 | 33. | |
| 4 | 理论空气量 | N/kg | 由表Ⅰ－1得 | 5.739 | |
| 5 | 炉膛出口过量空气系数 | 由表Ⅰ－2烟气特性得 | 1.20 | ||
| 6 | 炉膛漏风系数 | 由表Ⅰ－2烟气特性得 | 0.1 | ||
| 7 | 炉膛宽度 | a | m | 查表Ⅰ－5炉膛尺寸 | 6.800 |
| 8 | 炉膛深度 | b | m | 查表Ⅰ－5炉膛尺寸 | 6.800 |
| 9 | 燃烧器间距离 | m | 6.800 | ||
| 10 | 炉膛高度 | m | 查表Ⅰ－5炉膛尺寸 | 20.36 | |
| 11 | 燃烧器假想切圆直径 | m | 参考—选定 | 0.85 | |
| 12 | 燃烧器矩形对角线长度 | m | 9.62 | ||
| 13 | 特 性 比 值 | 1 | |||
| 1 | |||||
| 初步选定(4~6) | 8 | ||||
| 2 | 参考附图8选定 | 33. | |||
| 14 | 燃烧器喷口宽度 | m | /（） 结构设计定为 | 0.286 | |
| 15 | 燃烧器喷口高度 | m | 按,要求画出结构图，得 | 2.52 | |
| 16 | 燃烧器占有面积 | 1.4142(+0.03)( +0.03)*4 | 4.56 |
燃烧室的传热计算见下表Ⅰ－8
Ⅰ－8 炉膛传热计算
| 序号 | 名 称 | 符 号 | 单 位 | 计算公式或数据来源 | 结 果 |
| 1 | 热空气温度 | tha | oC | 假设后校核 | 325 |
| 2 | 理论热空气焓 | Ihao | kJ/kg | 调用函数 | 2512.1 |
| 3 | 炉膛和制粉系统总漏风系数 | △αf+△αpcs | — | 查表3-4 | 0.06 |
| 4 | 空预器出口过量空气系数 | βah" | — | α"-(△αf+△αpcs) | 1.14 |
| 5 | 空气带入炉内热量 | Qa | kJ/kg | βah"Iha0+(△αf+△αpcs)Icao | 2872.7 |
| 6 | 1kg燃料带入炉内的有效热 | Qeff | kJ/kg | Qf(100-q3-q4-q6)/(100-q4)+Qa | 246.6 |
| 7 | 理论燃烧温度 | tth | oC | 调用函数 | 1968.7 |
| 8 | 理论燃烧温度 | Tth | K | tth+273 | 2241.7 |
| 9 | 炉膛出口烟温 | ϑ"f | oC | 假设后校核 | 1380 |
| 炉膛出口烟温 | T"f | K | θ"f+273 | 1653 | |
| 10 | 炉膛出口烟焓 | I"f | kJ/kg | 调用函数 | 16605 |
| 11 | 烟气平均热容 | (VC)av | kJ/(kg·K) | (Qeff-I"f)/(Tth-T"f) | 13.691 |
| 12 | 波尔兹曼数 | Bo | — | φBcal(VC)av/(ψavFσ0T3th) | 1.00 |
| 13 | 水蒸汽容积份额 | rH2O | — | 烟气特性，查表4-3 | 0.907 |
| 三原子气体的容积份额 | rg | — | 烟气特性，查表4-3 | 0.2350 | |
| 三原子气体辐射减弱系数 | kgrg | m-1 | 式(3-19)，调用函数 | 0.0377 | |
| 14 | 灰粒平均直径 | dash | μm | 中速磨煤机 | 12 |
| 烟气中飞灰浓度 | μash | kg/kg | 烟气特性，查表4-3 | 0.0145 | |
| 灰粒辐射减弱系数 | kashμash | m-1 | 式(3-20)，调用函数 | 0.0578 |
| 15 | 最上排燃烧器布置高度 | ht | m | 结构计算，图4-1 | 18.721 |
| 最下排燃烧器布置高度 | hun | m | 结构计算，图4-1 | 11.153 | |
| 高度差 | Δh | m | ht-hun | 7.568 | |
| 炉膛计算高度 | hf | m | 结构计算，图4-1 | 41.544 | |
| 焦炭颗粒浓度 | μcok,v | g/Nm3 | 式(3-24)，调用函数 | 3.9775 | |
| 16 | 焦炭颗粒的平均粒径 | dcok | μm | 取用 | 38 |
| 焦碳粒子辐射减弱系数 | kcokμcok | m-1 | 式(3-21)，调用函数 | 0.0252 | |
| 17 | 火焰吸收减弱系数 | ka | m-1 | kgrg+kashμash+kcokμcok | 0.1206 |
| 炉内辐射层光学密度 | τ | — | kaS | 1.671 | |
| 18 | 炉内火焰黑度 | ε1 | — | 1-e-τ | 0.812 |
| 火焰综合黑度 | εsyn | — | 式(3-29)，调用函数 | 0.615 | |
| 19 | 炉膛黑度 | εsynf | — | 式(3-28) | 0.785 |
| 炉膛火焰最高温的相对高度 | xm | m | ≈xB | 0.360 | |
| 20 | 炉膛出口无量纲烟温 | θ"f(1) | — | 热有效系数法，式(3-26) | 0.736 |
| 炉膛出口温度 | T"f,cal(1) | K | θ"f(1)(tth+273) | 19.7 | |
| 炉膛出口温度 | ϑ"f,cal(1) | oC | T"f,cal(1)-273 | 1376.7 | |
| 计算误差 | △ϑ"f(1) | oC | 允许误差±100℃ | -3.3 | |
| 21 | 炉膛出口无量纲烟温 | θ"f(2) | — | 前苏73计算修正法，式(3-30) | 0.738 |
| 炉膛出口温度 | T"f,cal(2) | K | θ"f(2)(tth+273) | 1654.5 | |
| 炉膛出口温度 | ϑ"f,cal(2) | oC | T"f,cal(2)-273 | 1381.5 | |
| 计算误差 | △ϑ"f(2) | oC | 允许误差±100℃ | 1.5 |
| 22 | 炉内传热量 | QR | kJ/kg | 式(3-31) | 8042.3 |
| 23 | 第一悬吊管之前的炉内容积 | Vf' | m3 | 估算，Vf+Vp1+Vp2+Vrh2 | 18317.35 |
| 燃烧器区域炉膛容积热强度 | qV | kW/m3 | BcalQnet,ar/Vf'，一般在75～100之间 | 82.50 | |
| 24 | 燃烧器区域炉膛断面热强度 | qA | MW/m2 | BcalQnet,ar/A，上限在4～4.6之间 | 4.59 |
| 25 | 燃烧器区域炉墙面积 | AB | m2 | 2(W+D)(△h+3) | 771.72 |
| 26 | 富燃缺氧条件下主燃烧区燃尽份额 | x | — | 取0.7 | 0.7 |
| 27 | 主燃烧区壁面热强度 | qB | MW/m2 | xBcalQnet,ar/AB，上限约1.3～2.0 | 1.37 |
[1]锅炉原理与计算（第二版）冯俊凯沈幼庭 主编 科学出版社
[2] 锅炉原理与计算（第三版）冯俊凯 沈幼庭 杨瑞昌 主编 科学出版社
[2]电厂锅炉原理 叶江明 主编 中国电力出版社
[3]锅炉课程设计 赵翔 任有中 合编 水利电力出版社
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