火力发电厂锅炉课程设计毕业论文.doc

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1、目 录第一节、设计参数及煤种-1第二节、锅炉总体概况-3第三节、燃烧产物和锅炉热平衡的计算-5第四节、锅炉炉膛设计和热力设计计算-7第五节、后屏过热器热力计算-18第六节、对流过热器热力计算-23第八节、高温再热器设计和热力计算-25第七节、参考文献-50第九节、第一、二、三转向室及低温再热器引出管的热力计算-28第十节、低温再热器热力计算-34第十一节、旁路省煤器热力计算-36第十二节、减温水量校核-38第十三节、主省煤器设计和热力计算-39第十四节、空气预热器热力计算-41第十五节、热力计算数据的修正和计算结果汇总-44第十六节、热力计算简要分析-47第一节 设计参数及煤种 原始资料1.

2、锅炉蒸发量D1 =420t/h2. 再热蒸汽量D2=350t/h3. 给水温度tgs=2354. 给水压力pgs=540MPa5. 过热蒸汽温度t1=5406. 过热蒸汽压力p1=13.7MPa7. 再热蒸汽进入锅炉机组时的温度t2=3308. 再热蒸汽离开锅炉机组时的温度 t2=5409. 再热蒸汽进入锅炉机组时的压力 p2=2.5 MPa10. 再热蒸汽离开锅炉机组时的压力 p2=2.3 MPa11. 周围环境温度tlk=2012. 燃料特性Car (%)Har (%)Oar (%)Nar (%)Sar (%)Aar (%)Mar (%)Vdaf (%)Qar,net (KJ/Kg)DT

3、()ST ()FT ()48.912.954.751.810.8626.6614.8827.61900012001240129013. 制粉系统 中间仓储式，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机14. 汽包工作压力 15.2MPa煤的各元素成分之和为100%的校核Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%元素分析数据校核一、 干燥无灰基元素成分与收到基元素成分之间的换算因子为：Kdaf=100/(100-Mar-Aar)= 1.7106 则干燥无灰基元素成分应为（%）Cdaf=Kdaf Car= 82.4324 Hdaf=Kdaf Har= 5.0462 Odaf=Kdaf Oa

4、r= 8.1252 Ndaf=Kdaf Nar= 3.0961 Sdaf=Kdaf Sar= 1.4711 二、干燥基灰分的计算 Ad=Aar100/(100-Mar)= 31.3205 三、 干燥无灰基低位发热量（实验值）的计算 Qdaf,net=(Qar,net+25Mar)Kdaf= 33137.1878 四、干燥无灰基低位发热量（门杰列夫公式计算值）的计算Qdaf,net=339Cdaf+1030Hdaf-109(Odaf-Sdaf)=32416.8662 Qdaf,net- Qdaf,net= -720.3216 误差为 3.8%因为 119.9495 800 kJ/kg所以元素成分

5、是正确的。煤种判别煤种判别由燃料特性得知20%Vdaf= 20% 18840 kJ/kg，所以该煤属于烟煤。折算成分的计算 Azs,ar=4190Aar/ Qar,net(%)= 6.08%Mzs,ar=4190Mar/ Qar,net(%)=3.28% Szs,ar=4190Sar/ Qar,net(%)=0.1896%因此Azs,ar4%,属于高灰分煤;第二节 锅炉总体概况锅炉整体布置的确定（一）、锅炉整体的外型选形布置一、 锅炉排烟口在下方，送、引风机及除尘器设备均可布置在地面、锅炉结构和厂房较低，烟囱也可以建筑在地面上；二、 在对流竖井中烟气下行流动，便于清灰，具有自身除灰的能力；三、

6、 各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热；四、 机炉之间连接管道不长。（二）、受热面的布置在炉膛内壁，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。本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热相应较大。为使锅炉炉膛出口烟温降低到要求的数值，保护水平烟道内对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的后屏过热器。为使前前屏和后屏过热器中的传热温差不致过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。为减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于于对流过热器后的烟

7、温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热汽温的调节，使负荷在100%75%之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边（竖井烟道的前部）设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。热风温度要求较高（trk=320 ），理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修方便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。在主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，颗粒较大的灰粒较大的灰粒顺落灰斗

8、下降，有利防止回转式空气预热器的堵灰，减轻除尘设备的负担。锅炉整体布置见附图：锅炉布置图。 第三节 燃烧产物和锅炉热平衡的计算一、燃烧产物的计算表3-1理论空气量和理论烟气容积的计算序号名 称符号单位计算公式结 果1理论空气量V0Nm3/kg0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy4.9363 2RO2容积VRO2Nm3/kg0.01866(Cy+0.375Sy)0.9052 3N2理论容积VN02Nm3/kg0.79V0+0.008Ny3.9142 4H2O理论容积V0H2ONm3/kg0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V00.5914 根据该锅炉的

9、燃料属于烟煤，可选炉膛出口过量空气系数a”=1.2，依次选取各受热烟道的漏风系数，列出空气平衡表3-2.如下序号名称符号漏风系数过量空气系数1炉膛入口1.2000 2炉膛出口01.2000 3对流过热器出口0.051.2500 4高再出口0.031.2800 5低省,旁省出口0.031.3100 6主省出口0.031.3400 7空预器热段出口0.11.4400 8空预冷段出口0.11.5400 根据上述计算，选取炉渣份额后计算得灰飞份额为0.9，计算上表得到烟气特性表如下3项目名称符号单位计算公式dzr,psm烟道进口过量空气系数1.20001.20001.25001.28001.31001

10、.3400烟道出口过量空气系数1.20001.25001.28001.31001.34001.5400烟道平均过量空气系数(+)/21.20001.22501.26501.29501.32501.4400过量空气系数Nm/kg0.98731.11071.30811.45621.60432.1720水蒸汽容积Nm/kgV0H2O+0.0161(pj-1)V00.60730.60930.61250.61490.61730.6264烟气总容积Nm/kgVRO2+V0N2+VH2O+(pj-1)V06.41406.53946.74016.89057.04107.6178RO2气体烟气容积份额VRO2/

11、Vy0.14110.13840.13430.13140.12860.1188水蒸汽占烟气容积份额VH2O/Vy0.09470.09320.09090.08920.08770.0822三原子气体和水蒸汽占烟气容积总份额rH2O+rRO20.23580.23160.22520.22060.21620.2011烟气质量kg/kg1-0.01Ay+1.306pjV08.46968.63088.88879.08219.275510.016飞灰无因次浓度kg/kgAarfhpj/(100Gy),fh=0.90.03400.03410.03410.03420.03430.0345二、热平衡及燃料消耗计算表3

12、-5热平衡及燃料消耗计算序号名 称符号单位计算公式结 果1燃料带入热量QrkJ/kg Qydw190002排烟温度。C 假定1183排烟焓HpykJ/kg 查焓温表3-313314冷空气温度tlk。C 给定205理论冷空气焓H0lkkJ/kg 查焓温表3-3130.26机械不完全燃烧热损失q4% 取用27化学不完全燃烧热损失q3% 取用08排烟热损失q2% Q2/Q1=（Hpy-apyHolk)*(1-q4/100)*100/Qr5.839散热损失q5% 查图2-150.3510灰渣物理热损失q6% AyQydw/419 忽略011保热系数% 1-q5/1000.996512锅炉总热损失% q

13、2 +q3 +q4+q5+q68.1813锅炉热效率% 100- q91.8114过热蒸汽焓hgrkJ/kg 查蒸汽特性表，p=13.83Mpa,t=540。C343415给水焓hgskJ/kg 查水特性表，p= 15.68 Mpa,t=235。 C101616过热蒸汽流量Dgrkg/h 已知42000017再热蒸汽出口焓hzrkJ/kg 查蒸汽特性表，p=2.45Mpa,t=540。C355118再热蒸汽进口焓hzrkJ/kg 查蒸汽特性表，p=2.6Mpa,t=330。C307819再热蒸汽流量Dzrkg/h 已知35000020再热蒸汽焓增量kJ/kg hzr-hzr47321锅炉有效利

14、用热QglkJ/h Dgr(hgr-hgs)+Dzr(hzr-hzr)1181090400 22实际燃料消耗量Bkg/s Qgl/( h gl*Qr )6770323计算燃料消耗量Bjkg/h B(1-q4/100)66348.96第四节 锅炉炉膛设计和热力计算一、 炉膛结构设计（带前屏过热器）表4-1炉膛结构设计（带前屏过热器）序号名称符号单位计算公式或数据来源数值（一）炉膛尺寸的确定1炉膛容积热强度qvW/m按表2-11选取2炉膛容积Vlm= 22783炉膛截面热强度qFW/m按表2-12选取4190667.98334炉膛截面积AlmBQydw/(3.6qF)84.865炉膛截面宽深比a/

15、b按/=11.2选取1.0866炉膛宽度am选取 值使/=11.29.67炉膛深度bm/8.818冷灰斗倾角按500选取509冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取1.210冷灰斗容积Vhdm按图3-5 A4 部分结构尺寸计算150.1211折焰角长度lzm按/3选取2.512折焰角上倾角按=200450选取4513折焰角下倾角按=200300选取3014前屏管径及壁厚dmm取用15前屏管内工质质量流速Kg/( ms)按表2-21选取100016前屏管子总流量面积Am (假定减温水量=11103Kg/h)0.113617前屏每根管子面积Alm/4(为内径)18前屏总管子数n根21119前屏横向管距

16、S1mm按=5501500选取135020前屏片数Z1片按=6.4选取621前屏单片管子数n1根按=28 选取2822前屏纵向节距S2mm按 =1.11.25选取4223前屏最小弯曲半径Rmm按 =(1.52.5) 选取7524前屏深度bqpmm241825前屏与前墙之间距离mm选取124026前后屏之间距离mm选取78027炉膛出口烟气流速wym/s选取628炉膛出口烟气温度按表2-20选取111029炉膛出口流通面积Achm91.5430炉膛出口高度hchm6.631前屏高度hqpm按选定632水平烟道烟气流速wsym/s选取1033水平烟道高度hsym按= 5.92 选取634折焰角高度

17、hzym按= 0.7 选取0.835炉顶容积Vldm按图3-5 部分结构尺寸计算531.8436炉膛主体高度hltm18.257（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数Z1个9.8/2.5=3.92(按每个回路加热宽度2.5m选取)42左右侧墙水冷壁回路个数Z2个8.97/2.5=3.59(按每个回路加热宽度2.5m选取)33管径及壁厚mm按表2-13选取4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=123.5选取1206左右墙管子根数n2根按(b/s)+1=113.1选取104为了保证后墙水冷壁在折焰角处的刚度，便于后墙水冷壁的悬吊，其中有38根水冷壁

18、用分叉管，即有38根上升管在折焰角处呈三叉管结构，考虑到流动阻力的影响在38根上升叉管上方装有直径为10 的节流孔，使有足够的汽水混合物流过折焰角处的上升管，以免烧坏一、 燃烧器的设计本锅炉燃烧器根据Vdaf的大小应选择四角切圆布置的直流燃烧器，因为是烟煤，所以为均等配风，采用双切圆的燃烧方式，这样有利于加强炉内气流扰动，使燃料在炉内停留的时间更长。燃烧器结构尺寸计算列于表4-24-2 燃烧器结构尺寸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272二次风速W2m/s按表2-16选取503三次风速W3m/s按表2-16选取504一次风率r1%按表2-15选取255

19、三次风率r3%由制粉系统的设计计算确定206二次风率r2%100- r1 - r3557一次风温t1由制粉系统的设计计算确定2008二次风温t2Tlk-103109三次风温t3由制粉系统的设计计算确定7010燃烧器数量z个四角布置411一次风口面积（单只）A10.15312二次风口面积（单只）A20.16813三次风口面积（单只）A3按表2-17选取0.14414燃烧器假象切圆直径dlmm80015燃烧器矩形对角线长度2ljmm1305016特性比值hr/br初步选定1217特性比值2lj/br40.218燃烧器喷口宽度brmm42019一次风喷口高度h1mm364二次风喷口高度h2mm400

20、三次风喷口高度h3mm34320燃烧器高度hrmmhr/ br=13.46接近原值，不重算565221最下一排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离lm按l=(4-5) b选取1.722条件火炬长度l hym按图2-29示意的计算20.52二、炉膛和前屏过热器结构尺寸计算根据炉膛和前屏过热器的结构尺寸（图和图），计算炉膛和前屏过热器结构尺寸数据，列于表4-3和表4-4中。表4-3 炉膛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侧墙面积A1根据图3-5 4.4389.244.4A2根据图3-5 0.5(6.47+8.97)1.44311.0A3根据图3-5 8.9717.993161.4A4

21、根据图3-5 0.5(5+8.97)2.36615.8AC+232.62前墙面积Aq根据图3-5335.83后墙面积Ah根据图3-5255.84炉膛出口烟墙面积Ach根据图3-5114.25炉顶包覆面积Ald根据图3-542.666前屏面积Aqp根据图3-5 262.4189.22907燃烧器面积Ar根据图41.26 (燃烧器布置的总宽度和总高度分别为1.2m和6m)28.88前后侧墙水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取1.09炉顶角系数xld查附录三图I(a)4,0.9710前屏角系数xqp查附录三图I(a)5, 0.9911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0.9971

22、3前屏区的侧墙面积Apq,c根据图3-5 29.22.41848.4814前屏区的炉顶面积Apq.ld根据图3-5 2.4189.823.3715前屏区的炉墙面积Apq+71.7516炉膛自由容积的水冷壁面积AZy111317炉膛容积V1ma223318前屏占据容积Vpm根据图3-5 2.4189.29.8232.719炉膛的自由容积VZym2000.320前屏区与炉膛的水平分割面积Af,sh根据图3-5 2.4189.823.2721前屏区与炉膛的垂直分割面积Af,ch根据图3-5 9.29.8219222自由容积的辐射层有效厚度SZym6.4723前屏间容积的辐射层有效厚度Spqm1.45

23、24炉膛的辐射层有效厚度Sm6.64625燃烧器中心线的高度hrm根据图3-56.80226炉膛高度H1m根据图3-526.77627燃烧器相对高度hr/H10.2528火焰中心相对高度xl,按附录二表查得等于00.25表4-4前屏过热器结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式及数据来源数值1管径及壁厚D由结构设计知38*4.52单片管子根数n1根由结构设计知283前屏片数Z1片由结构设计知64蒸汽流通截面积A0.1115蒸汽质量流速/(.S)10246前屏蒸汽平均比容vpjm/kg查蒸汽特性p=14.55Mpa,t=3720.0147蒸汽流速wm/spwvpj14.348前屏辐射受热面积Aqpm

24、2287.99表4-5炉膛热力计算（带前屏过热器）序号名 称符号单位计算公式结 果1热空气温度trk。C给定3202理论热空气焓H.rkkJ/kg查焓温表3-32125.113炉膛漏风系数al由空气平衡表3-1知0.054制粉系统漏风系数alf选用0.065冷空气温度tlk。C给定206理论冷空气焓HorkkJ/kg查焓温表3-31307空预器出口过量空气系数kyal-(al+azf)1.098空气带入炉内热量QkkJ/kgkyHork+(al+alf)Holk2330.691kg燃料带入炉内的热量QlkJ/kg18289*(100-q3-q4-q6)/(100-q4)+QK21330.691

25、0理论燃烧温度a。C根据Ql查焓温表3-31998.311炉膛出口烟温l。C假定111012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表3-31138713烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg.C)(Ql-Hl)/(a-l)11.1914水蒸汽容积份额rH2o查烟气特性表3-20.094715三原子气体容积份额rn查烟气特性表3-20.235816三原子气体分压力pnMpaprn,p=0.0980.023117Pn与S的乘积pnsm.MpaPn*6.6460.153618三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.Mpa)10(0.78+1.6rH2O/sqrt(10Pn*6.646)-0.1)*(1-0.37

26、T1/1000)3.1819灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.Mpa)55900/(Tl2dh2)1./381.4520焦碳粒子辐射减弱系数Kj1/(m.Mpa)取用1021无因次量x1按参考文献1选取0.522无因次量x2按参考文献1选取0.123半发光火焰辐射减弱系数K1/(m.Mpa)Kyrn+Khuh+Kfx1x24.24乘积KpSKp*6.6462.6125炉膛火焰有效黑度ahy1-e-kp*6.6460.9226乘积pnSzym.Mpapn*6.470.1427自由容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.Mpa)10(0.78+1.6rH2O)/sqrt(10Pn*6.47)-0.

27、1)(1-0.37T1/1000)3.2328乘积kpszy(Kyrn+Khuh+Kfx1x2)*0.098*6.472.5429自由容积的火焰有效黑度azy1-e-k*0.098*6.470.9230乘积pnspqm.Mpapn*1.450.033531屏间容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.Mpa)10(0.78+1.6rH2O/sqrt(10Pn*1.45)-0.1)(1-0.37T1/1000)7.36932温度KpSpq(Kyrn+Khuh+Kfx1x2)*0.098*1.450.733屏间容积的火焰有效黑度apr1-exp(-k*0.098*1.45)0.509134屏宽A与

28、Sxy比值A/Szy2.424/6.470.374735屏宽A与屏节距之比2.424/1.351.79136屏的修正系数Cp查附录三图v（B）0.9537屏区的修正系数Cpq查附录三图v（B）0.8638系数查附录三图v（A）0.939屏的辐射系数查附录三图v（C）0.1640屏区的辐射系数查附录三图v（D）0.0841屏的黑度apapr+pcpazy0.64942屏区的黑度apqapr+pqcpqazy0.572543屏的暴光不均匀系数zpap/azy0.744屏区水冷壁的暴光不均匀系数zpqapq/azy0.621145计及暴光不均匀的屏的面积Aqpm2290.9*zp*0.997204.

29、25946计及暴光不均匀的屏区面积Apqm271.75*zpq*0.99744.4247炉墙总面积Alqm21113+Aqp+Apq1361.6848前后侧墙水冷壁的沾污系数查附录二表lv0.4549屏的沾污系数p查附录二表lv0.3550炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表lv0.4551炉膛出口屏的沾污系数ch(查附录三图六,=0.98)0.44152前后侧墙水冷壁的热有效系数0.4553炉顶包覆管的热有效系数ldldld0.436554屏的热有效系数ppqp0.346555炉膛出口处的屏的热有效系数chchch0.44156平均热有效系数pjAq+Ah+2*(Ac-0.5Ar-0.5Apq,

30、c)+ld(Ald-Apq,ld)+pAqp+Apq,cZpq+ldApq,ldZpq/Alq0.396457炉膛黑度alahy/(ahy+(1-ahy)pj)0.969858与炉内最高温度位置有关的系数MB-Cx1 ,B,C 查附录二表5B=0.56,C=0.50.4459炉膛出口烟温l。C(a+273)/M3.6opgAlqlTa3/(BjVCpj)0.6+1-2731143.7560炉膛出口烟焓HLkj/kg查焓温表3-311778.7761炉膛吸热量QfkJ/kg（Ql-H“l）9518.4862炉膛容积热强度qvW/m3BQydw/(3.6Vl)160018.663炉膛截面热强度Qf

31、W/m2BQydw/(3.6Al)421071864炉内平均辐射热强度qpglBjQfl/(3.600Alq)128831.465炉顶辐射吸热分布系数ldW/m2查附录三图VII0.6566炉顶辐射热强度qldm2ldqpjl83740.4467炉顶辐射受热面积AldW(Ald-Apq,ld)xld+Apq,ldxzpq33.2668炉顶吸热量QldWAldqld2785271kj/kg3.6Aldqld/Bj151.124869前屏辐射吸热分布系数qp查附录三图VII0.8470前屏辐射吸热量qqpW/m2qpqpjl108218.4171前屏吸热量QqpAqpqqp22104649.65k

32、j/kg3.6Aqpqqp/Bj1199.3672后屏副射吸热分布系数hhp查附录三图VII0.8273后屏辐射热强度qhpbhhpqpjl103528.9574后屏吸热量QhpqhpAhp(Ahp=Azk=114.2)11823006.38kj/kg3.6qhpAhp/Bj641.4975附加过热器总吸热量kj/kg945.76一级减温水量Djw1ldld600077二级减温水量Djw2pqp500078附加过热器焓增量kj/kgchch15379饱和蒸汽焓hbqkj/kg2597.380包覆出口蒸汽焓hbfkj/kgahy/(ahy+(2-ahy)pj)2750.681包覆出口蒸汽温度tb

33、f。Cp=14.7MPa366.8382前屏焓增量kj/kg194.5683前屏出口蒸汽焓hqpkj/kg查焓温表3-42945.1684前屏出口蒸汽温度tqp。Cp=14.41MPa397.1185炉膛出口烟温校核。C|l(假定)-l(计算)|10033.75第五节 后屏过热器热力计算一， 后屏过热器结构尺寸计算按照后屏过热器结构尺寸图5-1计算尺寸列于表5-1表5-1后屏过热器尺寸计算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d选用38*52屏片数Zl片143单片管子根数nl根124屏的深度cm2.325屏的平均高度hpjm据图 3-7 ，（10+8.3）0.59.156横向节距sl6307比值sl/d16.588纵向平均节距据图3-7 ，2320/4551.569比值1.3610屏的角系数xhp查参考资料1附录三图I(a)之50.8411屏区接受炉膛热辐射面积=114.212屏的对流受热面积Ap据图3-7，214100.91+（10+8.3）（2.32-0.91）61613屏的计算对流受热面积51714屏区炉顶受热面积Ald据图3-7 ，9.62.3221.61