南大锅炉设计打印稿.doc

目 录前言第一节锅炉课程设计任务书3第二节煤的元素分析数据校核和煤种判别3第三节锅炉整体布置的确定5第四节燃料产物和锅炉热平衡计算6第五节炉膛设计和热力计算9第六节屏式过热器热力计算21第七节高温对流过热器的计算26第八节低温对流过热器的计算30第九节转向烟室的计算32第十节减温水量的校核36第十一节省煤器的计算37第十二节空气预热器的计算39第十三节热力计算数据的修正和计算结果汇总41第十四节锅炉设计说明书 44 参考文献 48前 言锅炉原理是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的锅炉原理知识设计一台锅炉，因此，它是锅炉原理课程理论联系实际的重要教学环节。它对加强学生的能力培养起着重要的作用。本设计说明书详细的记录了锅炉本体各受热面的结构特征和工作过程，内容包括锅炉受热面，锅炉炉膛的辐射传热及计算。对流受热面的传热及计算，锅炉受热面的布置原理和热力计算，受热面外部工作过程，锅炉蒸汽参数的变化特性与调节空气动力计算等。由于知识掌握程度有限以及三周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存在一些错误和遗漏。 110t/h中压煤粉锅炉热力计算第一节 设计任务书1.1设计题目 110t/h中压煤粉锅炉1.2原始资料(1)锅炉额定蒸发量： D1 =110t/h(2)过热蒸汽压力： P1=3.9MPa(3)过热蒸汽温度： t1 =450(4)给水温度： tgs =150(5)给水压力： pgs =4.9MPa(6)排污率： Ppw=2%(7)冷空气温度： tlk =30（8）空气含湿量： d=10g/kg(9)燃料特性燃料名称：淮南烟煤 煤的收到基成分（%）： Car =60.8；Oar =7.7；Sar =0.7；Har =4.0；Nar =1.1；Mar =6.0；Aar =19.7煤的干燥无灰基挥发份；Vdaf =38%煤的低位发热量； Qar,net =24300kJ/kg灰熔点： DT=1500、ST>1500(10)制粉系统: 中间储仓式，乏气送粉，筒式钢球磨煤机(11)汽包工作压力4.3Mpa（表压）(12)排烟温度假定值：=120(13)热空气温度假定值：=320第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别2.1煤的元素各成分之和为100%的校核Car+Oar+S ar+H ar +N ar +M ar +A ar =60.8+7.7+0.7+4.0+1.1+6.0+19.7=100%2.2元素分析数据校核（1）干燥无灰基元素成分的计算干燥无灰基元素成分与收到基元素成分之间的转换因子为Kdaf =100/（100MarAar）=100/（100-6.0-19.7）=1.346则干燥无灰基元素成分应为Cdaf=Kdaf×Car =81.84 Hdaf =Kdaf×Har =5.38Odaf=Kdaf×Oar =10.36 Ndaf=Kdaf×Nar =1.48Sdaf=Kdaf×Sar =0.94 （2）干燥基灰分的计算Ad=100Aar/（100-Mar）=20.96%（3）干燥无灰基低位发热量的计算Qdaf,net=( Qar,net +25×Mar) =（24300+25×6.0）×100/（100-6.0-19.7）=32907（kJ/kg）2.3煤种判别；（1）煤种判别由燃料特性得知Vdaf=38%20%，而且Q=24300kJ/kg>18840 kJ/kg，所以属于优质烟煤。（2）折算成分的计算Aar,zs=(%)=3.39%Mar,zs=(%)=1.03%Sar,zs=(%)=0.12%此煤属于常灰分的煤。第三节 锅炉整体布置的确定3.1 炉整体的外型选型布置选择形布置的理由如下：(1)锅炉排烟口在下方送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低，烟囱也建在地面上；(2)对流竖井中，烟气下行流动便于清灰，具有自身除尘的能力；(3)各受热面易于布置成逆流的方式，以加强对流换热；(4)机炉之间的连接管道不长。3.2受热面的布置在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。本锅炉为中压参数，工质蒸发吸热量与炉内辐射受热面的吸热量大致相近，炉内布置水冷壁及炉膛出口布置几排凝渣管束。在水平烟道内布置高、低温对流过热器。设置省煤器时，根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的，采用单级空气预热器。在省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，颗粒较大的灰粒顺落灰斗下降，有利于防止回转式空气预热器的堵灰，减轻除尘设备的负担。3.3汽水系统按超高压大容量锅炉热力系统的设计要求，该锅炉的汽水系统的流程设计如下：（1）过热蒸汽系统的流程 汽包顶棚过热器低温过热器一级减温高温对流过热器集汽集箱汽轮机。（2）水系统的流程给水省煤器进口联箱省煤器管束省煤器出口集箱前、后隔墙省煤器进口集箱及管束后墙引出管汽包下降管水冷壁下联箱水冷壁上联箱汽包。第四节 燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1燃烧产物计算燃烧产物计算公式略，只给出如下计算结果。(1) 理论烟气量及理论烟气容积理论空气量=6.232 Nm3/kg理论氮气容积V0N2=4.932Nm3/kg；三原子气体RO2的容积VRO2=1.139Nm3/kg；理论水蒸气容积V0H2O=0.619Nm3/kg；理论烟气量= VRO2 +V0N2+V0H2O =6.69Nm3/kg； (2)空气平衡表及烟气特性表根据该锅炉的燃料属优质燃料，可选取炉膛出口过量空气系数=1.2，选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表41。根据上述计算出的数据，又选取炉渣份额后计算得飞灰份额=0.9，计算表42列出各项，此表为烟气特性表。炉膛，（l,hp）高温对流过热器(dlgr)低温对流过热器(dzr.ps)主省煤器(sm)空气预热器（ky）进口1.201.231.261.28受热面名称过量空气系数漏风al=0.050.030.030.020.2出口1.201.231.261.281.48表41 空气平衡表(3)烟气焓温表计算表43列出的各项，此表为烟气焓温表。空气预热 器1.281.481.382.36820.65719.05820.12570.07250.198212.0350.0147省煤器1.261.281.271.68260.64618.37260.13600.07720.213211.1400.0159低温过热 器1.231.261.2451.52680.64368.21680.13860.07830.216910.9360.0162高温过热 器1.201.231.2151.33990.64068.02990.14180.07980.221610.6920.0166炉膛1.21.201.201.24640.63917.93640.14350.08050.224010.57000.0168单位Nm3/kgNm3/kgNm3/kgKg/kgKg/kg符号pjVVH2OVyrRO2rH2ORnGyh项目名称烟道进口过量空气系数 P404烟道出口过量空气系数烟道平均过量空气系数过剩空气量水蒸气容积烟气容积RO2气体占烟气的份额水蒸气占烟气的份额三原子气体和水蒸气占烟气的份额烟气质量飞灰无因次浓度4.2热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表44所示。表44锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源数 值1燃料带入热量QrkJ/kg243002排烟温度py0C假定1203排烟焓HpyKJ/kg查焓温表431412.84冷空气温度tlkoC给定305理论冷空气焓HlkkJ/kg查焓温表43246.96机械不完全燃烧热损失q4%取用17化学不完全燃烧热损失q3%取用08排烟热损失q2%4.479散热损失q5%查图2150.810灰渣物理热损失q6%Ay<Qydw/419 所以忽略011保热系数%1-q5/10099.212锅炉总热损失q%q2+q3+q4+q5+q66.2713锅炉热效率gl%100-q93.7314过热蒸汽焓hgrKJ/kg查蒸汽特性表3324 15给水焓hgsKJ/kg查水特性表637 16过热蒸汽流量DgrKg/h已知11000017锅炉有效利用热QglKJ/hDgr(hgr-hgs)2.956x10818实际燃料消耗量BKg/hQgl/(glQr)12.98×10319计算燃料消耗量BjKg/hB(1-q4/100)12.85×103第五节 炉膛设计和热力计算5.1炉膛结构设计炉膛结构设计列表51 表51炉膛结构设计序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值（一）炉膛尺寸确定1炉膛容积热强度qVW/m3按表211选取140×1032炉膛容积V1m3BQydw/3.6qv6263炉膛截面热强度qFW/m2按表2-12选取2.4×1064炉膛截面积Alm2BQydw/3.6qF36.55炉膛截面宽深比a/b按a/b=11.2选取1.16炉膛宽度am选取a值使a/b=11.26.37炉膛深度bmA1/a5.88冷灰斗倾角按50º选取50º9冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取1.210冷灰斗容积Vdhm3按结构尺寸计算40.1311折烟角长度lzm按1/3b选取1.912折烟角上倾角按上=20º-45º选取4513折烟角下倾角按下=20º-30º选取30º14炉膛出口烟气流速wym/s选取615炉膛出口烟气温度ºC按表2-20选取110016炉膛出口通流面积Achm2BjVy/(3600wy+*(l+273)/27323.7517炉膛出口高度hchmAch/a3.818水平烟道烟气流速wsym/s选取1019水平烟道高度hsym按BjVy/3600w。（+273/273)选取2.420折焰角高度hzym按hqp-hsy-lz选取021炉顶容积Vldm3按图1-5中A1和A2计算119.622炉膛主体高度hltm(Vl-Vld-Vhd)/Al12.8（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数z1个a/2.5(按每个回路加热宽度2.5选取32左右侧墙水冷壁回路个数z2个b/2.5(按每个回路加热宽度2.5 23管径及壁厚d*mm按2-13选取60×64管子节距Smm按s/d=1.31.35选取80.55前后墙管子根数n1根按a/s+1选取806左右侧墙管子数n2根按b/s+1选取705.2燃烧器的设计燃烧器结构尺寸计算列于表52本锅炉燃烧器是根据煤的大小，按照表2-14选用的四角布置直流燃烧器，应为是优质烟煤，所以配风方式选用均等配风，并采用双切圆（大小切圆直径选取400和200）燃烧方式。这样有利于加强炉内气流流动，使燃料在炉内的停留时间增长，为了加强燃烧器对煤种的适应性及负荷的变化，燃烧器的喷口截面采用可调的，以调节气流量和火炬长度，此外，喷口还可摆动一角度，单个喷口的摆动为，这样可改变火焰中心的高度。燃烧器风口布置如图所示，其中一次风喷口层数选取为3层表52燃烧器结构尺寸计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1一次风速w1m / s按表2-16选取302二次风速w2m / s按表2-16选取453一次风率r1%按表2-15选取304二次风率r2%100- r1705一次风温t1由制粉系统的设计计算确定706二次风温t2trk -103107燃烧器数量Z个四角布置48一次风口面积A1m20.0429二次风口面积A2m20.07410燃烧器假想切圆直径d jmm按表2-17选取40011燃烧器矩形对角线长度2l jmm856312特性比值hr / br初步选定1013特性比值2l j / br由式（2-7）确定36.114燃烧器喷口宽度b rmm结构设计时定为 br= 23730015一次风喷口高度h1mmA1 / br140二次风喷口高度h2mmA2 / br24716燃烧器高度h rmm 按A1、A2的要求，画出燃烧器喷口结构尺寸图（5-3），得 hr;核算hr / br = 11.1,接近原选定值，不必重算333017最下一排燃烧器的下边距冷灰斗上沿的距离lm按 l = (45)br选取1.318条件火炬长度m的计算结果符合表2-19的规定，而且上排燃烧器中心线到凝渣管下边缘高度为14.49>6米，所以炉膛高度设计合理17.39>75.3炉膛结构尺寸计算 根据炉膛的结构尺寸，计算炉膛结构尺寸数据，列于表53中。表53炉膛结构尺寸序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积 A1m23.9×3.513.65A2m2据图，0.5×(3.9+5.8)×1.15.34A3m2据图，5.8×13.377.14A4m2据图0.5×(5.8+3.5)×1.46.51Acm2A1 + A2 + A3 + A4102.642前墙面积Aqm2据图，135.073后墙面积Ahm2据图 119.954炉膛出口烟窗面积Achm2据图 22.055炉顶包覆面积Aldm2据图 8.5×4.2324.577燃烧器面积Arm2据图 4×0.9×3.311.888前后墙侧水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取1.09炉顶角系数xld查附录三图I（a ）4，s / d =1.2, e =00.9711炉膛出口烟窗处角系数xch选取1.012整个炉膛的平均角系数x(2Acx + Aqx + Ahx + Ach xch + Ald xld ) / (2Ac + Aq+ Ah + Ach +Ald )0.99816炉膛自由容积水冷壁面积Azym2495.0417炉膛容积Vlm3aAc646.6319炉膛自由容积Vzym362622自由容积的辐射层有效厚度Szym3.6/4.5524炉膛的辐射层有效厚度Sm4.5525燃烧器中心线的高度hrm据图1-32.9726炉膛高度Hlm据图1-315.627燃烧器相对高度hr /Hlhr / Hl 0.1928火焰中心相对高度xlhr / Hl + x ,x按附录二表查得等于00.19 5.4炉膛热力计算炉膛的热力计算结果列于表55中。表55炉膛热力计算序号名 称符 号单位计算公式或数据来源数 值1热空气温度tlk给定3202理论热空气焓HorkKJ/kg查焓温表1-427253炉膛漏风系数al由空气平衡表1-1知0.054制粉系统漏风系数azf选用0.065冷空气温度Tlk给定306理论冷空气焓HlkokJ/kg查焓温表1-4246.87空预器出口过量空气系数kyal" - (al + azf )1.098空气带入炉內热量QkkJ/kgB y"Hrk + (al+azf )Hlk299791kg燃料带入炉內热量QlkJ/kgQr +Qk2729710理论燃烧温度a根据Q查焓温表1-4203111炉膛出口烟温l假定110012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-41379413烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg )(Ql - hl") / (a -l")14.514水蒸汽容积份额rH2O查烟气特性表1-30.080515三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.224016三原子气体分压力pnMpaprn(p为炉膛压力，0.098MPa)0.022017pn与S的乘积PnSm.MpaPnS0.100118三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.MPa)10()(1-0.37)4.7919灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.MPa8220焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/(m.MPa)取用1021无因次量x1选取0.522无因次量x2选取0.123半发光火焰辐射减弱系数K1/(m.MPa)Ky rn + Khh +kj x1 x22.9524乘积KpSkPskps1.3225炉膛火焰有效黒度ahy1 - e-kpS0.7326炉墙总面积Alqm2495.0427前后侧墙水冷壁的沾污系数0.4528炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表0.4529炉膛出口屏的沾污系数ch(查附录三图，=0.98)0.44130前后墙水冷壁的热有效沾污系数 x0.4531炉顶包覆管热有效系数ld ldxld0.4432平均热有效系数pj（）+()+0.4333炉膛黑度al/0.8634与炉内最高温度有关的系数MMBCxl （B、C 查附录B=0.56,C=0.5）0.4735炉膛出口烟温l"+1）1077.536炉膛出口烟焓Hl"kJ/kg查焓温表3-31348437炉膛吸热量QflkJ/kg(Ql - Hl")13702.538炉膛容积热强度qvW/m3BQydw /(3.6Vl)140×10339炉膛截面热强度qfW/m2BQydw /(3.6Al)2.4×10640炉内平均辐射热强度qpjlW/m2BjQfl / (3600Alp)98.8×10341炉顶辐射受热面积'm2Aldxld23.842炉顶辐射吸热分布系数ld查附录三图 锅炉设计原理P1780.6543炉顶辐射热强度qldW/m2ld64.22×10344炉顶吸热量QldWqld1528×103kJ/kg3.6A'ldqld /Bj42845一级减温水量Djw1kg/h先假定后校核4.7×10346饱和蒸汽焓hbqkJ/kg查蒸汽特性表p=15.3MPa,t=345269947包覆出口蒸汽温度tbf"查蒸汽特性表p=14.7MPa35248炉膛出口烟温校和l"l"l22.5100dh 灰粒的平均直径，取dh=13m；x1、x2考虑火焰中焦碳粒子浓度影响的无因次量。第六节 凝渣管换热计算6.1 凝渣管结构特性计算表61 凝渣管结构特性计算序号数值名称符号单位计算公式结果1管子规格d×mm60×32横向管子节距s1mm356纵向管子节距s2mm3503横向相对节距s1/d5.93纵向相对节距s2/d5.834管子数目：第一排n119第二排n220第三排n3215每根管长：第一排L1m3.5+0.974.47第二排L2m3.5+0.62+0.5×0.1254.295第三排L3m3.5+0.27+0.5×0.74.126凝渣管受热面积Hm2(n1 L1+ n2L2+ n3 L3) d48.57水冷壁附加受热面积Hfjm288计算受热面积HJm2H+ Hfj56.59烟气辐射层有效厚度Sm1.4610烟气流通截面Fym2l(a-nd)216.2 凝渣管传热计算表6-2 凝渣管的传热计算序号数值名称符号单位计算公式结果1入口烟温mm见表5-51077.52入口烟焓kJ/kg见表5-5134843出口烟温先假定,后校核10004出口烟焓kJ/kg查烟气焓温表4-8125805烟气热平衡放热量kJ/kg896.776平均烟温1038.757烟气体积Vym3/kg查烟气特性表4-67.9364烟气质量Gykg / kg查烟气特性表4-610.57008水蒸气体积份额rH2Okg / m3查烟气特性表4-60.08059三原子气体体积份额rkg / m3查烟气特性表4-60.224010烟气重度rykg / m31.33211飞灰浓度fhkg / kg查烟气特性表4-60.016812飞灰颗粒平均直径dfhm选用1313烟气流速wym/s6.4814烟气对流放热系数W/(m2·)4315三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m·MPa),P=Pn=0.014, =S见表6-11.7416飞灰辐射减弱系数Kfh1/(m·MPa)1.4217烟气辐射吸收力kps0.4518烟气黑度0.3619管内工质温度t饱和温度（p=4.3Mpa）25520管壁灰污层温度tht+8033521烟气辐射放热系数W/(m2·) 6566322烟气总放热系数W/(m2·)108.66323热有效性系数选用0.6524传热系数kW/(m2·)70.6325平均温压t783.7526传热量886.2227误差e1.2第7节 高温对流过热器设计和热力计算7.1高温对流过热器结构设计高温对流过热器结构设计列于表71 表71序号名 称符号单位计算公式或数据来源数 值1管径及壁厚dmm由结构设计知2横向节距1mm由结构设计知1003纵向节距2mm由结构设计知1104相对横向节距1s1/d2.3815相对纵向节距2s2/d2.6196横向管排数Z1607纵向管排数Z268每根管平均长度Lshm2.29受热面Hshm2104.4510错列、顺列受热面Hm2Hc +Hsh104.4511辐射层有效厚度sm0.382612蒸汽流通截面 fm20.115413平均烟气流通截面 Fym214.61514两侧水冷壁附加受热面H1m222.38415折焰角附加受热面 H2m23.730316顶棚管附加受热面 H3m27.21657.2高温对流过热器传热器计算表7-2 高温对流过热器传热计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1直接吸收炉膛辐射热kJ/kg1000/（12850/3600）2802入口烟温凝渣管出口烟温，见表7-210003入口烟焓kJ/kg查烟气焓温表4-3125804蒸汽出口温度任务书给定4505蒸汽出口焓kJ/kg见表4-73330.66蒸汽进口温度假定3407蒸汽进口焓kJ/kg按p=4.1MPa,查蒸汽焓温表30638蒸汽吸热量QgrkJ/kg2339.69附加受热面吸热量kJ/kg假定10010烟气放热量kJ/kg+2159.611烟气出口焓kJ/kg1040712烟气出口温度查表4-3（）785.413烟气平均温度pj892714蒸汽平均温度tpj0. 5 )49515烟气流速Wym/s8.216顺列区烟气对流放热系数W/m2· 锅炉设计手册P18418572.9617烟气平均对流放热系数W/m2·72.9618蒸汽平均比容pjm3/kg查蒸汽表0.07219蒸汽平均流速Wm/s19.120灰污系数（顺列管）m2·/W选用0.004321平均灰污系数m2·/W0.004322蒸汽侧放热系数W/m2·172823管壁灰污层温度thb877.524烟气体积Vym3/kg查烟气特性表4-68.029925烟气质量Gykg / kg查烟气特性表4-610.69226水蒸气体积份额rH2Okg / m3查烟气特性表4-60.079827三原子气体体积份额rkg / m3查烟气特性表4-60.221628烟气密度rykg / m31.33229飞灰浓度fhkg / kg查烟气特性表4-60.016630飞灰颗粒平均直径dfhm选用1331三原子气体辐射减弱系数Ky1/（m·Mpa）,p= r×0.098MPa=0.0139, =s见表7-13.832飞灰辐射减弱系数Kfh1/（m·Mpa）1.5333烟气辐射吸收力kps1/（m·Mpa）(Ky+ Kfh)ps0.234烟气黑度1e-kps0.1835烟气辐射放热系数W/m2. 锅炉设计手册P187图36.88136修正后烟气辐射放热系数W/m2.5237烟气侧放热系数W/m2.124.9638热有效系数选用0.6539传热系数KW/m2.75.740较小温差tx335.441较大温差td66042纯逆流温差tnl479.543平均温差t，取0.98547244对流传热量kJ/kg1666.345两侧水冷壁附加受热面m226.146两侧水冷壁工质温度tbs饱和温度（p=4.3Mpa）25547平均传热温差tpjtbs63848两侧水冷壁对流吸热量kJ/kg，K取主受热面传热系数36049炉顶附加受热面m2=H37.216550平均温压tpjtbs636.752炉顶传热量kJ/kg，K取主受热面传热系数99.453总传热量QkJ/kg+2125.754误差%1.555主过热器热量误差%1.8第八节 低温对流过热器设计和热力计算8.1温对流过热器结构设计低温