锅炉原理课程设计说明书

锅炉原理课程设计说明书 第一章 锅炉课程设计概论 炉课程设计的目的 锅炉课程设计是“锅炉原理”课程的重要实践性环节。通过课程设计以达到巩固、充实和提高锅炉课程知识；掌握锅炉机组的热力计算方法，并学会使用热力计算标准；具备综合考虑机组设计与布置的初步能力；培养我们查阅、合理选择和分析数据的能力；培养我们对工程技术问题的严肃和负责的态度。 设计任务 在给定的给水温度和燃料特性的前提下，确定保证达到额定蒸发量。选定的经济指标及给定的蒸汽参数所必须的各个受热面的结构尺寸，并为 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，强度计算， 设计内容： 1 确定锅炉的整体布置，并绘制锅炉结构图。 2 锅炉炉膛及主要受热面的热力计算。 3 额定负荷下锅炉的热力计算。 4 编写课程设计书。 根据计算任务的不同，可分为设计（结构）热力计算和校核热力计算两种。我是进行校核热力计算。 设计热力计算：设计热力计算的任务是，在锅炉容量和参数，燃料性质及某些受热面边界处的水，汽，风，烟温度给定的情 况下，选定合理的炉子结构和尺寸，并计算出各个受热面的数值，同时也为锅炉其他一些计算提供必要的原始数据。 计要求： 1、完成设计说明书一份。 2、在每个受热面的结构设计中，应该附受热面结构简图 . 3、计算一般都采用表格的方式进行。 4、绘制锅炉总图 始材料： 1、锅炉额定蒸发量： 20t/h 2、 过热蒸汽压力 (表压 )： 、过热蒸 汽温度： 40 4、给水温度： 15 5、制粉系统：中间仓储式（热空气作干燥剂、钢球筒式磨煤机，热风送粉） 6、燃烧方式：四角切圆燃烧 7、排渣方式：固态 一次喷水减温 次喷水减温 8、环境温度： 20 9、蒸汽流程：汽包顶棚管低温 对流过热器 -屏式过器高温对流过热器冷段 - 高温对流过热器热段汽轮机 10、烟气流程：炉膛屏式过热器高温对流过热器低温对流过热器高温省煤器高温空预器低温省煤器低温空预器 11、燃料特性： 名称：京西无烟煤 煤的收到基成分 、 、 收到基低位发热量 23040g 干燥无灰基挥发分 空气干燥基水分 可磨性特系数 灰熔点：变形温度 260、软化温度 370、熔化温度 =1480 第二章 煤的元素校核和煤种判别 1、煤的各元素成分的校核 成分之和的校核： +5 +2+=1 （ 1 ）、由第一章 燃料特性得知： 10 ，且收到基低位发热量为23040g18000g。故该煤种属于优质无烟煤。 （ 2）、煤的成分（见附表 1） 第三章 锅炉整体布置 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； (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)、机炉之间的连接不长。 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。 本锅炉为超高压参数，汽化吸热较少，加热吸热和过热吸热较多。为使炉膛出口烟温降 到要求的值，保护水平烟道的对流受热面，除在水平烟道内布置高、低温对流过热器外，炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。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堵灰，减轻除尘设备的负担。 水系统 按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： 汽包顶棚过热器进口联箱炉顶及尾部包覆过热器管束尾部包覆过热器后集箱尾部左右侧包覆过热器上集箱尾部左右侧包覆过热器管束（下降）尾部左右侧包覆过热器下前集箱水平烟道左右侧包覆过热器管束（上升）水平烟道左右侧包覆过热器上集箱低温过热器级减温屛式 过热器二级减温高温对流过热器对流过热器管束对流过热器出口集箱集汽集箱汽轮机。 （ 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 。 炉总图见附图 . 第四章 锅炉热力计算 锅炉各个部分的计算见附表 2 到附表 22 第五章 锅炉热力计算误差检查 锅炉尾部受热面热力计算误差检查及锅炉整体热力计算误差检查见附表 23、附表 24。 锅炉设计总图见附图 1 锅炉课程设计的总结 锅炉课程设计是锅炉原理教学过程中重要的实践环节，也是我们热动专业必不可少的一次实践，通过此次 220t 煤粉锅炉的课程设计，我们巩固，充实和提高了锅炉原理课程知识，初步掌握了锅炉机组热力计算的方法和一些技巧，同时还学会了使用热力计算标准。在锅炉设计过程中，我们加深了对锅炉内部各个受热面位置及其功能的理解，如屏式过热器，高低温过热器，空预器等。在各个受热面的热力计算过程中，积累了很多经验，如烟气，工质的温度预估和对流换热量的计算等等，这些宝贵的经验将对我们 今后的专业知识学习和工作中有着极其重要的借鉴作用。 虽然在锅炉的设计过程中有着大量的热力计算，在分析和借鉴成功的设计的基础上，参考了一些经验值，使得计算量大大的减少，不仅如此，在计算过程中，我们还需要多次查表，查阅相关资料，虽然很麻烦，但是这也让我们在不知不觉中培养了查阅文献的能力。针对某些特别复杂的计算，在多次迭代后依旧无法满足设计要求的情况下，又在没有计算软件时，既要保证进度，又要尽量保证精度的情况下，我们只能采取取误差最小的一次作为结果。锅炉课程设计中涉及的计算复杂繁多，技巧性极强，而且还需 要一定的经验，对初次设计者来说是一次耐心和专业知识的极大考验，从这一方面讲，锅炉课程设计对培养热动专业人才有着不可忽视的作用。 附表 1 煤的应用成分（徐州烟煤） 附表 2 燃烧计算表 序号 项目名称 符号 单位 计算公式及数据 结果 1 理论空气 量 方米 /+ 理论氮容 积 V( 立方米 /00+ 积 V(立方米 /00+00 1268414 4 理论干烟 气容积 V(立方米 /(+V( 理论水蒸 汽容积 V(V 立方米 /00+00+ 飞灰份额 A(fh)立方米 / 查指导书 表 2表 3 烟气特征表 序号 项目名称 符号 单位 炉膛，屏凝渣管 高过 低过 高温省煤器 高温空预器 低温省煤器 低温空预器 1 受热面出口过量空气系数 _ 素成分（ %） 收到基低位量（ kJ/ 干燥无灰基挥发分%) 空气干燥基水%） 熔点 水分 灰分 碳 氢 氧 氮 硫 变形温度 ) 软化温度 ) 熔化温度) 3040 6 260 1370 1480 2 烟道平均过量空气系数 _ 干烟气容积 水蒸气容积 V 烟气总容积 水蒸气容积份额 r 三原子气体和水蒸汽溶剂总份额 r _ 容积飞灰浓度 v g/0 烟气质量 my kg/1 质量飞灰浓度 y kg/表 4 锅炉热平衡及燃烧消耗量计算 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 锅炉输入热量 Qr kJ/（ 23040 2 排烟温度 先估后算 120 3 排烟焓 kJ/焓温表用插值法求 冷空气温度 取用 20 5 理论冷空气焓 kJ/kg ct) 化学 未完全燃烧损失 取用 机械未完全燃烧损失 取用 排烟处过量空气系数 查表 2 排烟损失 （ 1000 散热损失 取用 11 灰渣损失 式（ 2 2 锅炉总损失 q % q2+q3+q4+q5+3 锅炉热效率 % 100- q 4 保热系数 1 +5 过热蒸汽焓 hgg kJ/附录 温过热器出口参数 p=表 1t=540 6 给水温度 给定 215 17 给水焓 kJ/附录 温省煤器入口参数 p=表 1t=215 8 锅炉实际负荷 D kg/h 220000 19 锅炉有效利用热 Q kJ/h h561598400 20 实际燃料消耗量 B kg/h 100*Q/( 1 计算燃料消耗量 Bj kg/h B(100) 表 5 炉膛的结构数据 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 前墙总面积 q 7 68（ + ( 侧墙总面积 2Ac ( 后墙总 面积 Ah 7 68（ + ( 喷燃器及门 孔面积 6 5 炉顶面积 2 89 炉膛与屏的 交界面积 A2 ( 炉墙总面积 Al 2 炉膛截面面 积 AA 水冷壁管外 径 d 60 附表 6 炉膛校核热力计算 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 炉膛出口过量空气系 数 指 导书 1 5 漏风系数和过量空气系 数 炉膛漏风系数 指导书 1 5 漏风系数和过量空气系 数 制粉系统漏风系数 指导书 1 5 漏风系数和过量空气系 数 热风温度 先估后校 270 10 水冷壁管节 距 s 64 11 管子至墙中 心距 e 0 12 水冷壁角系 数 3 炉顶角系数 4 出口烟窗角 系数 5 炉膛容积 )6 冷灰斗二等分平面到出口烟窗中心距离 m 7 冷灰斗二等分平面到炉顶的距离 m 8 冷灰斗二等分平面到燃烧器中心距离 m 9 炉膛总有效辐射受热面积 ( 0 炉膛水冷程 度 X 1 炉膛有效辐 射层厚度 S m 5 理论热风焓 查焓温表 理论冷风焓 查指导书 2 3 锅炉热平衡及燃料消耗 量计算 空气带入炉膛热量 （ 对应每公斤燃料送入 炉膛的热量 1 ） + 理论燃烧温度 0 查焓温表 0 燃烧绝对温度 K 0+273 1 火焰中心相对高度系 数 X 2 系数 M M 注： A， B 查取指导书表 3 5，3 6 3 炉膛出口烟气温度 l 先估后校 1050 14 炉膛出口烟气焓 h gl 查焓温表 5 烟气平均热容量 ） （ h （ 0- l） 6 水冷壁污染系数 5 水冷壁污染系数 7 水冷壁角系数 查指导书 3 1 炉膛结构数据 8 水冷壁热有效系数 9 屏、炉交界面的污染 系数 0 屏、炉交界面的角系 数 取用 1 21 屏、炉交界面的热有 效系数 C 2 燃烧孔及门孔的热有 效系数 0 23 平均热有效系数 1 炉膛结构数据 6 25 炉膛内压力 P 26 水蒸汽容积份额 9 烟气特性表 7 三原子气体容积份额 r 查指导书 2 9 烟气特性表 8 三原子气体辐射减弱 系数 (1 2 9 烟气质量飞灰浓度 9 烟气特性表 0 灰粒平均直径 查指导书附录表一 3 31 灰粒辐射减弱系数 (1 255900dT 2 燃料种类修正系数 3 燃烧方法修正系数 4 煤粉火焰辐射减弱系 数 k )./(1 r +y +10x1 5 火焰黑度 6 炉膛黑度 aa a )1( 7 炉膛出口烟气温度 l 2731)000A8 计算误差 收 l(估 ) 9 炉膛出口烟气焓 查焓温表 0 炉膛有效热辐射热量 () 1 辐射受热面平均热负 荷 ) 2 炉膛截面热强度 /( 43 炉膛容积热强度 /( 表 7 炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增计算 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 顶棚管径 d 38 2 节距 s 排数 n 158 4 顶棚管角系数 x 指导书附录图一 顶棚面积 蒸汽流通面积 158 4/)2 炉膛顶棚热负荷分 配不均系数 炉膛顶棚总辐射吸 热量 h 3 6H 减温水总量 Kg/h 先估后校 4000 10 炉膛顶棚蒸汽流量 h 216000 11 炉膛顶棚蒸汽焓增 j/2 炉膛顶棚进口蒸汽 焓 Kj/导书查附录二中水和水蒸汽性质表 3 炉膛顶棚出口蒸汽 焓 Kj/kg + 4 炉膛顶棚出口蒸汽 温度 指导书查附录二中水和水蒸汽性质表 表 8 屏的结构数据计算表 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 管子外径 d 42 5 2 屏的片数 Z 12 3 每片屏的管子排数 n 4 10 40 4 屏的深度 L m 屏的平均高度 h m 一片屏的平面面积 Ap 附表 9 屏的热力计算 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 烟气进屏温度 p 指导书表 3 9 炉膛热力计算 炉膛出口烟气温度 烟气进屏焓 指导书表 3 9 炉膛热力计算 炉膛出口烟气焓 烟气出屏温度 p 先估后校 932 7 屏的横向节距 的节距 591 8 比值 1 屏的纵向节距 46 10 比值 21 屏的角系数 ，曲线 5 2 屏的计算受热面积 2 17 13 屏区顶棚面积 宽 深 角系数 4 屏区两侧水冷壁面积 高 深 角系数 2 5 屏区附加受热面面积 6 烟气进屏流通面积 （ (7 烟气出屏流通面积 p ( 12 (50 18 烟气平均流通面积 y 2 p /( p + ) 54 19 蒸汽流通面积 12 10 20 烟气有效辐射层厚度 S m 1 屏区进口烟窗面积 见指导书表 3 1 2 屏区出口烟窗面积 4 烟气出屏焓 查焓温表 烟气平均温度 （ p+p） /2 屏区附加受热面对流吸热量 先估后校 233 7 屏的对流吸热 量 ( - + a 炉膛 与屏相互换热系数 查指导书附录图 16 炉膛出口烟窗的沿高度热负荷分配系数 查指导书附录图 7 0 炉膛出口烟窗射入屏区的炉膛辐射热量 / h 1 屏间烟气压力 p 2 屏间烟气有效 辐射层厚度 s m 查表 4的结构数据表 3 水蒸气的容积 份额 查表 2气特性表 4 三原子气体的辐射减弱系数 (1 J 5 三原子气体 容积份额 r 查指导书 2 9 烟气特性表 6 灰粒的辐射减 弱系数 (1 255900dT 7 烟气质量飞灰 浓度 9 烟气特性表 8 烟气辐射减弱 系数 k ).(1 9 屏区烟气黑度 a 1 0 屏进口 对出口的角系数 x 11 1 1 燃料种类修正 系数 22 屏出口烟窗面 积 查指导书表 4 5，屏的结构数据表 50 23 炉膛及屏间烟气向屏后受热面的辐射热量 3 6 0 0.)1( 40 4 屏区吸收的炉 膛辐射热 5 屏区附加受热面吸收的辐射热 A 6 屏区水冷壁吸 收的辐射热 A 7 屏区顶棚吸收 的辐射热 A 8 屏吸收的辐射 热 9 屏吸收的总热 量 0 第一级减温水 喷水量 取用 3000 31 第二级减温水 喷水量 取用 1000 32 屏中蒸汽流量 219000 33 蒸汽进屏温度 先估后校 386 34 蒸汽进屏焓 hp 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 5 蒸汽出屏焓 hp p/6 蒸汽出屏温度 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 7 屏内蒸汽平均 温度 (1 9 屏内蒸汽平均 比容 v 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 40 屏内蒸汽流速 1 管壁对蒸汽的 放热系数 )/( 2 查指导书附录 11 2730 42 烟气流速 )2731(3600 3 烟气侧对流放 热系数 )/( 2 查指导书附录 8 4 灰污系数 )( 2 查指导书附录 15 曲线 2 5 管壁灰污曾温 度 ( ) 6 辐射放热系数 )/( 2 查指导书附录 19 7 利用系数 查指导书附录 12 8 烟气侧放热系 数 )/( 2 da 2 9 对流传热系数 k )/( 2 0 屏的对流传热 量 B tA k 1 计算误差 % /)( QQ 估 2 屏区水冷壁的 水温 查计算负荷下汽包饱和水温度 3 平均传热温差 t2 4 屏区水冷壁对 流吸热量 5 屏区顶棚进口 蒸汽温度 查指导书表 3 10 56 屏区顶棚进口 蒸汽焓 查指导书表 3 10 7 屏区顶棚蒸汽 焓增 先估后校 8 屏区顶棚出口 蒸汽焓 + 9 屏区顶棚出口 蒸汽温度 t 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 0 屏区顶棚平均 汽温 （ t +） /2 1 平均传热温差 t3 2 屏区顶棚对流 吸热量 B 3 屏区顶棚总吸 热量 4 屏区顶棚蒸汽 流量 等于表 3 10 中 5 屏区顶棚焓增 j /6 计算误差检查 % 估） - 7 屏区附加受热面对流吸热量 8 计算误差 % ） 9 屏区受热面总 对流吸热量 表 10 凝渣管结构及计算 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 管子尺寸 d 13310 2 管子排列方式及根 数 n 根 横列一排 10 3 管子节距 1107680 700 4 受热面积 烟道流通截面积 Ay )1 6 烟道容积 V 烟道表面积 A ) 烟道辐 射层厚度 s m 65 9 烟气进凝渣管温度 等于屏出口烟气温度 932 10 烟气进凝渣管焓 等于屏出口烟气焓 1 烟气出凝渣管温度 5 927 12 烟气出凝渣管焓 查焓温表 3 凝渣管对流吸热量 ( 4 凝渣管角系数 查指导书附录图 1 曲线 5 5 来自炉膛及屏的辐 射热 屏的热力计算第 20 项 6 凝渣管吸收的辐射 热 7 凝渣管总吸收热 8 通过凝渣管的辐射 热 1 表 11 高温对流过热器的结构尺寸 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 管子尺寸 d 42 5 2 冷段横向节距及 布置 顺流、逆流、双管圈 40 3 热横向节距及布 置 顺流、逆流、双管圈 39 4 横向节距 95 5 横向节距比 1 d 纵向节距 87 7 纵向节距比 2 d 管子纵向排数 8 9 冷段蒸汽流通面 积 0 热段蒸汽流通面 积 附表 12 高温过热器的热力计算 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 进口烟气温度 凝渣管结构及计算第 11 项 927 2 进口烟气焓 凝渣管结构及计算第 12 进冷段蒸汽温度 屏出口蒸汽温度 进 冷段蒸汽焓 屏出口蒸汽焓 总辐射热量 等于 冷段辐射吸热量 热段辐射吸热量 顶棚辐射吸热量 出热段蒸汽温度 t 建议取 540 540 10 出热段蒸汽焓 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 1 出冷段蒸汽温度 t 先估后校 506 11 平均流通截面积 ) 3 冷段受热面积 237 14 热段受热面积 231 15 顶棚受热面积 ) 6 管束前烟室深度 7 管束深度 m 8 辐射层有效厚度 s m )1 12 出冷段蒸汽焓 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 3 第二次减温水量 取用 1000 14 减温水焓 就是给水焓 5 进热段蒸汽焓 L 22 )( 6 进热段蒸汽温度 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 7 冷段吸热量 （ （ ） /8 热段吸热量 D()/9 高温过热器吸热量 0 高温过热器对流吸热 量 1 顶棚对流吸热量 先估后校 51 22 高温过热器出口烟焓 a 03 高过出口烟温 查焓温表 4 烟气平均温度 (2 7 33 6 0 0)2 7 3( 6 烟气侧放热系数 )/( 2 查指导书附录图 8 72 27 冷段蒸汽平均温度 (t +)/2 8 冷段蒸汽平均比容 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 9 冷段蒸汽平均流速 （ (3600 ) 0 冷段蒸汽放热系数 ( 2 查指导书附录图 11 3570 31 热段蒸汽平均温度 (+t )/2 2 热段蒸汽平均比容 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 3 热段蒸汽平均流速 D (3600 ) 4 热段蒸汽放热系数 )/( 2 查指导书附录图 11 3475 35 高过烟气有效辐射厚 度 s m 查表 4温 对流过热器结构尺寸 6 烟气压力 p 7 水蒸气容及份额 查表 2气特性表 8 三原子气体辐射减弱 系数 ).(1 9 三原子气体容积份额 r 查指导书 2 9 烟气特性表 0 灰粒的辐射减弱系数 ).(1 )273)(273(55900d 1 烟气质量飞灰浓度 Y 9 烟气特性表 2 烟气的辐射减弱系数 k ).(1 r +Y 3 烟气黑度 a 1 4 冷段管壁灰污层温度 ( 5 热段管壁灰污层温度 ( 6 冷段辐射减弱系数 )/( 2 查指导书附录图 12 7 热段辐射减弱系数 ( 2 查指导书附录图 12 8 修正后冷段辐射减弱 系数 )/( 2 1+ ()1000( L P J 49 修正后热段辐射减弱 系数 )/( 2 1+)()1 00 0 2 73( J 0 冷段传热系数 ( 2 1 热段传热系数 ( 2 2 冷段平均温差 3 热段平均温差 4 冷段对流吸热量 B 5 计算 误差 （ /6 热段对流吸热量 B 7 计算误差 （ 8 顶棚入口汽温 就是屏顶棚出口气温 9 顶棚入口汽焓 就是屏顶棚出口汽焓 0 顶棚出口汽焓 t 1 顶棚出口汽温 h 查指导书附录二水和水蒸汽性质表 62 顶棚对流吸热量 B 3