361㎏S(130th)中压燃煤锅炉的热力计算.docx

内蒙古科技大学课程设计说明书36.1/S（130t/h）中压燃煤锅炉的热力计算 目 录1 设计资料及参数22 燃料特性23 确定锅炉的基本结构34 辅助计算3（1）燃烧产物容积计算3（2）空气平衡及焓温表4（3）锅炉热平衡及燃料消耗量计算75 燃烧室设计及传热计算8（1）燃烧室尺寸的决定8（2）煤粉燃烧器的型式及布置10（3）燃烧室水冷壁布置13（4）燃烧室辐射吸热量的分配156 凝渣管的传热计算167 过热器的传热计算198 炉膛受热量的热量分配289 省煤器和空气预热器传热计算2910 计算结果汇总表4111 参考文献42附表42附图49设 计 总 结641 设计资料及参数1） 锅炉额定蒸汽量：2） 蒸汽参数： 汽包工作压力：。 过热蒸汽压力：。 过热蒸汽温度： 给水温度：1503） 给水压力：4） 排污率：5） 排烟温度假定值：1406） 热空气温度假定值：7） 冷空气温度：2 燃料特性1）燃料名称：混合烟煤1 2）煤的收到基成分： 碳47.6% 氢3.0% 氧8.8% 氮0.9%硫0.5%灰分26.0%水分13.3%3）煤的干燥无灰基挥发分38.0%4）灰熔点特性：DT=1250ST=1400FT=14005）煤的可磨度 6）煤的收到基低位发热量：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。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1表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/ kg0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar4.752三原子气体容积/ kg0.01866(Car+0.375Sar)0.893理论氮气容积/ kg0.008Nar+0.79V3.764理论水蒸汽容积/ kg0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0.5785理论烟气容积/ kg+.522976飞灰中纯灰份额 0.957烟气中飞灰质量浓度Kg/kg0.2478煤的折算灰分g/MJ56.059 （2）空气平衡及焓温表 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2中，炉膛出口处过量空气系数按表42取。表2 烟气特性名称及公式符号单位炉膛及炉渣管第二级过热器第一级过热器上级省煤器上级空气预热器下级省煤器下级空气预热器漏风系数a 0.10.0150.0150.020.030.020.03出口处过量空气系数 1.201.2151.231.251.281.301.33平均空气系数 1.201.20751.22251.241.2651.291.315水蒸汽容积0.59340.59400.59510.59650.59840.60030.6022烟气总容积6.19516.23136.30376.43946.50886.62956.7501水蒸汽容积份额 0.09580.09340.09440.09260.09190.08970.0892三原子气体容积份额 0.14390.14310.14140.13850.13700.13450.1321三原子气体总容积份额 0.24240.23840.23580.23110.22890.22420.2213烟气质量kg/kg8.18488.23128.32438.43288.58978.74308.8981飞灰浓度kg/kg003020.03000.02970.02930.02880.02830.0278各受热面的漏风系数按表43取。空气预热器出口热空气的过量空气系数：2)不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表见表3。表3 烟气焓温表（见下表）65烟气焓-温表烟气温度/oCVRO2=1.18(m3/kg)VoN2=5.147(m3/kg)VOH2O=0.683 (m3/kg)Ioy(kj/kg)Gfh=0.128(kj/kg)Vok=6.5 (m3/kg)Iy=Ioy+Ifh+(''-1)IokCCO2/(kj/m3)IRO2=VRO2CCO2/(kj/kg)C N2I N2= VoN2C N2/(kj/kg)C H2OIRO2= VOH2O C H2O/(kj/kg)Ioy= IRO2+ I N2+ IRO2Cfh(kj/m3)Ifh= GfhCfh(kj/kg)Ck(kj/m3)Ik= VokCk(kj/kg)1''gr'',Igr'',Ism'',Iky'',Ism'',Iky'',I/(kj/m3)/(kj/m3)1.201.20751.22251.241.2651.291.315100.00 170.03 200.64 129.58 666.95 150.52 102.81 970.39 80.80 10.34 132.43 860.801251.88 200.00 357.46 421.80 259.92 1337.81 304.46 207.95 1967.56 169.10 21.64 266.36 1731.342491.29 2534.57 300.00 558.81 659.40 392.01 2017.68 462.72 316.04 2993.11 263.70 33.75 402.69 2617.493720.50 3785.93 400.00 771.88 910.82 526.52 2710.00 626.16 427.67 4048.48 360.00 46.08 541.76 3521.444939.71 5027.75 5115.78 500.00 994.35 1173.33 663.80 3416.58 794.85 542.88 5132.79 458.50 58.69 684.15 4446.986180.93 6258.76 6369.93 600.00 1224.66 1445.10 782.52 4027.63 968.88 661.75 6134.47 559.80 71.65 829.74 5393.317406.14 7500.52 700.00 1461.88 1725.02 947.52 4876.89 1148.84 784.66 7386.56 663.20 84.89 978.32 6359.088790.96 8886.35 800.00 1704.88 2011.76 1093.60 5628.76 1334.40 911.40 8551.91 767.20 98.20 1129.12 7339.2810173.02 900.00 1952.28 2303.69 1241.55 6390.26 1526.04 1042.29 9736.23 873.90 111.86 1282.32 8335.0811515.11 11577.62 1000.00 2203.50 2600.13 1391.70 7163.08 1722.90 1176.74 10939.95 984.00 125.95 1437.30 9342.4512934.39 1100.00 2458.39 2900.90 1543.85 7946.20 1875.61 1281.04 12128.14 1096.00 140.29 1594.89 10366.7914341.78 1200.00 2716.56 3205.54 1697.16 8735.28 2132.28 1456.35 13397.17 1206.00 154.37 1753.44 11397.3615831.01 1300.00 2976.74 3512.55 1852.76 9536.16 2343.64 1600.71 14649.42 1360.00 174.08 1914.25 12442.6317312.02 1400.00 3239.04 3822.07 2008.72 10338.88 2559.20 1747.93 15908.88 1571.00 201.09 2076.20 13495.3018809.03 1500.00 3503.10 4133.66 2166.00 11148.40 2779.05 1898.09 17180.15 1758.00 225.02 2238.90 14552.8520315.75 1600.00 3768.80 4447.18 2324.48 11964.10 3001.76 2050.20 18461.48 1830.00 234.24 2402.88 15618.7221819.47 1700.00 4036.31 4762.85 2484.04 12785.35 3229.32 2205.63 19753.83 2066.00 264.45 2567.34 16687.7123355.82 1800.00 4304.70 5079.55 2643.66 13606.92 3458.34 2362.05 21048.51 2184.00 279.55 2731.86 17757.0924879.48 1900.00 4574.06 5397.39 2804.21 14433.27 3690.37 2520.52 22351.18 2358.00 301.82 2898.83 18842.4026421.49 2000.00 4844.20 5716.16 2965.00 15260.86 3925.60 2681.18 23658.20 2512.00 321.54 3065.60 19926.4027965.01 2100.00 5115.39 6036.16 3127.53 16097.40 4163.25 2843.50 24977.06 2640.00 337.92 3233.79 21019.6429518.90 2200.00 5386.48 6356.05 3289.22 16929.62 4401.98 3006.55 26292.21 2760.00 353.28 3401.64 22110.6631067.63 3）锅炉热平衡及燃料消耗量计算表4 热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式及计算结果1固体未完全燃烧损失% 查附表712气体未完全燃烧损失% 查附表703外部冷却损失%由图33得，D=36.1kg/s,有尾部受热面0.664灰渣物理热损失% 05排烟过量空气系数 查表21.336排烟温度见任务书1407排烟焓kJ/kg查表31342.158冷空气温度C见任务书309冷空气焓kJ/kg查表3188.110排烟损失%(_)6.012211锅炉效率%100-92.327812锅炉蒸发量DKg/s见任务书36.113过热蒸汽出口焓kJ/kgP=3.9MPa,t=450,查水蒸气表3332.5814饱和水焓kJ/kgP=4.3MPa查水蒸气表1107.52115给水温度见任务书15016给水焓kJ/kgP=4.9MPa,t=170查水蒸气表635.0317排污率%见任务书218锅炉总吸热量kwD(-)+D(-)9767819燃料消耗量BKg/s5.883620计算燃料消耗量BiKg/sB(1-)5.824721制粉系统漏风系数 查附表30.0422空气预热器出口空气温度C见任务书33023空气预热器出口空气焓kJ/kg查表32111.0924空气预热器吸热量kJ/kg(-)203825空气预热器吸热量与燃料量的百分比%11.3426保热系数 0.99295 燃烧室设计及传热计算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839取炉膛截面热负荷=。炉膛截面F=41.21，取炉膛宽a=6400mm，炉膛深b=6400mm，布置60*3的水冷壁，管间距，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 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84025262炉膛截面积F41.213炉膛宽度am取整，64的倍数6.4004第一根凝渣管高m设定5.15顶棚宽度ma-cos3.886折焰角前端到第一排凝渣管斜管段长m设定0.7347折焰角宽度m设定1.888折焰角上倾角设定459折焰角下倾角设定3010顶棚倾角设定811凝渣管与炉墙距离m2.52012顶棚高度m+tan5.64513折焰角高度mtan1.0914mtan1.4515冷灰斗底口宽度m设定1.06216冷灰斗倾角设定5517冷灰斗中部宽度m3.40018冷灰斗高度m3.81019冷灰斗斜边长度的一半m2.3320炉膛容积热负荷kJ/选定表63717821炉膛容积588.422侧墙面积91.9023炉膛中部高度m8.4824出口窗中心到灰斗中心高m14.210025前墙面积(+)a1125.4726后墙面积()a93.9627出口窗面积()a37.3728顶棚面积25.0829炉膛总面积2+465.67730炉膛总高m+17.4802.煤粉燃烧器的型式及布置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6。表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45.82472燃料收到基低位发热量kJ/kg见任务书179813燃料干燥无灰基挥发分%由任务书初始数据得384理论空气量N/kg由表1得4.755炉膛出口过量空气系数 由表2烟气特性得1.206炉膛漏风系数 由表2烟气特性得0.17空气预热器出口风温见任务书3308一次风率 参考表64选取0.39磨煤废气（三次风率） 由制粉系统得-10磨煤废气及煤粉温度由制粉系统得-11二次风及送粉热风温度-1032012一次风中煤粉浓度kg/kg0.4513热风比热kJ/kg.c查下的空气比热表1.344714一次风温先假设，后校核 311.515一次风温下的空气比热kJ/kg.c查下的空气比热表1.314816燃烧器前的一次风温迭代求311.517炉膛漏风率 0.083318二次风率 1-0.39719二次风量/s28.63320一次风量/s21.3521磨煤废气量/s-22一次风速m/s参考附表 5 选取2523二次风速m/s参考附表 5选取5024磨煤废气风速m/s参考附表 5选取5525燃烧器数量Z 切向燃烧四角布置 426每个燃烧器的标准煤出力 t/h36003.2227一次风口面积0.4228二次风口面积0.2929废气喷口面积-30炉膛宽度am查表5炉膛尺寸6.40031炉膛深度bm查表5炉膛尺寸6.40032燃烧器间距离m 6.40033炉膛高度m查表5炉膛尺寸17.48034下二次风口下沿到冷灰斗转角的距离m选定(4br)0.60035燃烧器假想切圆直径m参考选定0.8036燃烧器矩形对角线长度m9.05037特性比值 1 1 初步选定(46)8 2 参考附图8选定31.7538燃烧器喷口宽度 m /（） 结构设计定为0.28639燃烧器喷口高度 m 按,要求画出结构图，得2.5240燃烧器占有面积 1.4142(+0.03)( +0.03)*44.563.燃烧室水冷壁布置水冷壁采用60的光管，管节距，管子悬挂炉墙，管子中心和炉墙距。每面墙宽6400mm，侧墙布置 101 根，前、后墙布置 99 根。后墙水冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙的重量，斜叉管组成凝渣管和折焰角。凝渣管上有 24×3=72根管子，另4根管直接与联箱相连表7 炉膛受热面序号名称符号单位公式及计算结果前后侧顶棚出口窗1水冷壁规格 dmm 606060m 3332管节距 smm 64.284.5-3相对值 s/d 1.071.408-4管中心与炉墙距离emm 030-5相对值 e/d 00.5-6角系数 查附图30.990.9417炉墙面积 403.22725.0837.378水冷壁有效辐射面积 除去燃烧器占有面积398.66723.5837.379总水冷壁有效辐射面积 459.6310灰污系数 查附表130.4511水冷壁受热面平均热有效性系数 0.4412烟气辐射层有效厚度 sm 3.64.5413燃烧器中心高度 m0.5+0.53.76514燃烧器相对高度 0.215415火焰中心相对高度修正 查附表12016火焰中心相对高度 +0.2154燃烧室的传热计算见下表88 炉膛传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1热空气温度查表43302热空气焓kJ/kg查表42111.093冷空气焓查表4304冷空气温度kJ/kg查表4188.15炉膛漏风系数 查表20.16煤粉系统漏入风系数 查表40.047空气预热器热空气份额 查表41.068空气进入炉膛的热量kJ/kg+(+)2264.109燃料有效放热量kJ/kg20066.7910理论燃烧温度查表3（）1894K+273216711炉膛出口烟温先假定，在校核 1080 K+273135312炉膛出口烟焓kJ/kg查表3（）10668.013烟气平均热容量KJ/(kg.)11.4714容积份额；水蒸气/三原子气体 查表2（）0.40615烟气密度kg/N1.328916飞灰浓度查表I-2（）0.030217飞灰颗粒平均直径查附表11，用中速直吹式磨煤机1618三原子气体分压MPa0.0245619三原子气体辐射减弱系数0.9620灰粒辐射减弱系数2.2621焦碳辐射减弱系数烟煤0.5悬浮燃烧0.1经验数据10.0.522火焰辐射减弱系数3.7223火焰辐射吸收率1.6924火焰黑度0.8125炉膛黑度0.9026火焰中心高度系数查附表120.4827炉膛出口烟温K1335.31062.328炉膛出口烟焓查表1()10376.0029炉内辐射传热量9621.7930辐射受热面热负荷119.814.燃烧室辐射吸热量的分配 燃烧室辐射吸热量中有部分由凝渣管及高温过热器吸收。（1） 凝渣管直接吸收燃烧室的辐射热量辐射受热面是燃烧室的出口窗，凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数有关。根据凝渣管的横向相对节距，从图710中的无炉墙反射的曲线上查得单排管的角系数。现凝渣管有3排，总的角系数为凝渣管辐射受热面为: X37.37=25.62m 由于出口窗位于燃烧室上部，热负荷比较小，需要计算沿高度的热负荷不均匀系数。出口窗中心的高度为，从冷灰斗中心到炉顶的总高度为，根据0.813,和燃烧器中心相对高度，查图1120的2线，得到。凝渣管吸收的辐射热量：0.7X119.8X25.62=2148.5(KW)（2）高温过热器直接吸收燃烧室的辐射热量 (37.37-25.62)=0.7X119.8X11.75=985.35(KW)（3）水冷壁的平均辐射受热面热负荷 125.30()6 凝渣管的传热计算凝渣管束是错列布置，由后墙水冷壁延伸而成，每四根相邻的管子组成第一、二、三排管子和折焰角，所以凝渣管的横向节距为。凝渣管结构特性计算见表-9。表-9渣管结构序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格dmm60mm32横向管子节距mm2563纵向管子节距mm2504横向相对节距4.2675纵向相对节距4.1676平均每排管子数目 n根设定247第一排凝渣管高度m 见表I的4.28第三排凝渣管与折焰角距离m0.13579前两排凝渣管间斜边长m0.28910第三排凝渣管底斜边长m0.15711第二排凝渣管高度m4.30912第三排凝渣管高度m4.41813凝渣管出口高度m4.74714每根管计算长第一排m4.934第二排m4.881第三排m4.82815凝渣管受热面面积 H66.2416侧墙水冷壁附加受热面面积8.37517计算受热面面积74.61518烟气辐射层有效厚度sm1.16819烟气流通截面23.45凝渣管的传热计算见表10。表10 凝渣管传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温查表81053.80222入口烟焓查表813691.59683出口烟温先假定，后校核9804入口烟焓查表I （)12650.53365烟气热平衡放热量1029.0916平均烟温1016.90117烟气容积查表I（)8.9438水蒸气容积份额 查表I（)0.099389三原子气体容积份额 查表I（)0.241010烟气重度1.326611飞灰浓度查表I-2（）0.0116012飞灰颗粒平均直径查表I-81613烟气流速 6.847614烟气对流放热系数查附图446.00315三原子气体辐射减弱系数2.119516飞灰辐射减弱系数1.0317烟气辐射减弱系数 0.367918烟气黑度 0.307819管内工质温度t饱和温度（p=4.3MPa）254.720管壁灰污层温度,凝渣管：80334.721烟气辐射0.466722放热系数查附图A-11(设计指导书)65.407523烟气总放热系数111.467824热有效性系数 查附表160.6525传热系数K72.415126平均温压724.39127传热量1023.3028误差%-0.5637 过热器的传热计算第二级过热器的结构特性计算见表11，传热计算见表12第一级过热器的结构特性计算见表13，传热计算见表14计算中假设减温水量为，可使减温幅度为，相应的减焓幅度为。11第二级（高温）过热器结构序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格dmm42mm3.52折焰角前端距顶棚高度m等于凝结管出口高4.7473错列管束横向节距mm顺222纵向节距mm设定1504横向相对节距 5.28575纵向相对节距 3.571横向管排数排按取值，边距115286纵向管排数排 47前排管距折焰角前端距离mm自选5608前排管截面高度mm41879前排管高度mm350210后排管高度mm3273.568711平均管长mm3387.784312受热面50.039513顺列管束横向节距设定11114纵向节距mm设定16015mm设定6016mm平均：11018横向相对节距 2.64319纵向相对节距 2.61920横向管排数排 5621纵向管排数排 622顺列管后距悬吊管宽度mm23023每排管高度m3.24724倾斜管段长m平均值，包括错列区0.942825平均管长m4.1898受热面185.657126错列，顺列受热面H235.696627加权平均横向节距mm134.563528加权平均纵向节距mm