第一章 锅炉设计的任务及热力
计算的作用和分类
设计工作是产品生产的第一道重要工序，设计好坏对产品的性能和质量有着决定性的作用。设计布置新锅炉的要求是：确定锅炉的型式，决定各个部件的构造尺寸，在保证安全可靠的基础上力求技术先进、节约金属、制造安装简便，并有高的锅炉效率，以节约燃料消耗。
因此，在设计锅炉之前，应根据所给定的锅炉容量，参数和燃料特性，有目的地进行广泛深入的调查研究，综合利用有关的理论以及制造、运行方面的实践知识，进行各种技术方案的运筹和比较，并进行各种精确的计算。一般开始设计时，先选定锅炉的总布置，进行燃料消耗量的计算，然后再决定锅炉结构，进行炉膛传热计算，决定对流受热面的结构，进行对流受热面的传热计算。在以上的结构计算和传热计算中，须预先选定受热面的管径和壁厚，布置好水循环系统（汽包锅炉）或启动系统（超临界锅炉），以上计算（或称热力计算）结束以后，再根据它的计算结果，计算管壁温度和承压强度，并根据金属材料极限许用应力的等级，确定各受热面所应取用的合金材料，必要时可重新调整管径、壁厚，以便在满足强度的条件下，使制造总费用达到最低。对于自然循环汽包炉，需要进行水循环计算，校核水循环是否安全可靠，最后还要进行空气动力计算，核算烟、风道流动阻力是否合理，并依此选择锅炉的送、引风机。在一切都正常合理时，即可根据以上的初步设计和计算，作进一步的设计。
本锅炉设计的任务是进行热力计算，因为整台锅炉的热力计算是锅炉设计中的一项最主要的计算。热力计算的方法，按照已知的条件和计算目的来分，可以分为设计计算和校核计算两种。
在设计新锅炉时的热力计算称为设计热力计算。设计热力计算的任务是在给定的煤种、给定的给水温度前提下，确定保证达到额定蒸发量，选定的锅炉经济指
标以及给定的蒸汽参数所必需的锅炉各受热面的结构尺寸。例如我们在例题中给出的2102t/h锅炉的热力计算就是一个设计热力计算的例子。
在进行设计热力计算之前要进行锅炉的整体布置。即确定炉型（П型、塔形或其它布置方式）、水循环方式（自然循环、控制循环、直流）、燃烧方式（直流燃烧器、旋流燃烧器）、过热汽温、再热汽温的调节方式（摆动式直流燃烧器、烟气挡板、烟气再循环等）。上述几个大的方面确定后，就要设计布置受热面，即决定炉膛、对流烟道以及受热面之间的相对位置和相互关系，各种受热面的型式（即错列或顺列、立式或卧式）和尾部受热面的布置方式（单级布置或双级布置）、还要确定制粉系统的方式，燃烧器型式与布置，及预先选定锅炉的排烟温度、热空气温度等经济性指标。
在进行设计热力计算时，应具备下列原始数据：
1、 锅炉的蒸发量、给水压力和给水温度，以及主汽阀前过热蒸汽的压力和温度，如例题为：蒸发量2102t/h，给水压力31Mpa，给水温度282℃，过热蒸汽压力25.4Mpa、过热蒸汽温度571℃。
2、再热器进、出口处的蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽流量。如例题为：再热器进/出口压力：4.72/4.52 Mpa，进、出口温度322/691℃，流量1761t/h。
3、连续排污量（如例题超临界直流锅炉该项为零）。
4、燃料特性。例题为山西烟煤，并附有成分分析数据。
5、制粉系统的计算数据，如磨煤一次风量、旁路一次冷风量、煤粉空气混合物总量、制粉系统漏风率（或密封风系数）、煤粉的湿度和温度等。
6、选定的排烟温度和热空气温度，如例题为：排烟温度132℃，热空气温度334.2℃。
7、其它一些环境资料，如当地大气压、湿空气的含水量等。
设计热力计算是在锅炉额定负荷下进行的。亦即锅炉各部件的结构尺寸是按额定负荷设计的。为了预先估计锅炉在其他负荷下的工作特性，往往对新设计的锅炉进行非额定负荷下的热力特性计算（校核热力计算的一种），一般作70%负荷和50%负荷的计算。
锅炉的校核热力计算是对一台已经设计好的锅炉进行的。锅炉的负荷变化、燃用煤质变化，以及给水温度改变，合称为锅炉的变工况。锅炉在变工况下运行时（例如煤种变化），其过热汽温、再热汽温、各受热面进、出口的烟气温度、介质温度（包括热风温度和排烟温度）、锅炉效率、燃料消耗量以及空气和烟气的流量和速度等都要发生改变而偏离设计值。校核热力计算的任务就是通过热力计算，定量地确定这些新的数值。在进行校核热力计算时，锅炉受热面的结构是已知的，锅炉烟气和内部介质的中间温度、排烟温度、预热器出口空气温度有时甚至是过热汽温等则是未知的。为完成计算，需要利用迭代计算得方法。逐步接近待计算值。为了进行校核热力计算，必须提供锅炉的图纸和有关燃烧设备、各受热面和烟风道的结构和尺寸的资料，并提出在校核工况下的锅炉参数、燃料性质和给水温度。
对于锅炉的单个受热部件，也有设计热力计算和校核热力计算的区分。部件的设计热力计算是根据给定的受热面的传热量（或给定受热面的介质流量和进、出口温度），去计算传热温压和传热系数，最终求出受热面积的数值。设计计算是一种直接计算的方法，一般不需要进行逐步近似的计算过程。校核热力计则不然，进行单个受热面的校核计算时，一般只能知道热侧介质和冷侧介质的各一个温度或焓（进口的或出口的），介质的另一端的温度或焓。因此要预先假定一个数值，然后借助两个热平衡方程和一个传热方程，经迭代计算逐步逼近真实值。
校核热力计算的目的是为了估计锅炉在非设计工况条件下运行的经济指标，对锅炉运行缺陷（例如汽温偏低、排烟温度偏高等）的可能原因做出分析判断，寻求改进锅炉结构的必要措施，以及为选择辅助设备和进行空气动力计算、水动力计算、管壁温度计算和其它可靠性计算提供基础资料。
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