锅炉原理课程设计报告.doc

课 程 设 计专 业 热能工程 班级 学生姓名 学号 指导教师 成绩 起止日期：2013年12 月 9 日起至 2013年12 月27 日止 沈 阳 航 空 航 天 大 学 课程设计成绩评定表专业： 热能工程 班级： 学生姓名： 指导教师评审意见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献，收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能独立完成设计工作。0.25432工作量按期完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12分） 分加权分合计指 导 教 师 签 名：年 月 日评阅教师评审意见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力。0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完整，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8分） 分加权分合计评 阅 教 师 签 名：年 月 日课程设计总评成绩 分 目 录前言第一章锅炉课程设计任务书3第二章煤的元素分析数据校核和煤种判别4第三章锅炉整体布置的确定5第四章燃烧产物和锅炉热平衡计算5第五章 炉膛设计和热力计算9第六章高温对流过热器设计和热力计算18第7章 低温对流过热器设计和热力计算 22 第八章上级省煤器设计及热力计算26第九章上级空气预热器热力计算29 第十章 下级省煤器设计及热力计算31第十一章下级空气预热器设计及热力计算35第12章 热力计算数据的修正和计算结果汇总37第十三章 锅炉总体概况39 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。 第一章 锅炉课程设计任务书1.1 引言 锅炉课程设计是巩固我们理论知识和提高实践能力的重要环节。它不仅使我们对锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高掌握了锅炉机组的热力计算方法，学会使用锅炉机组热力计算标准方法，并具有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力而且培养了我们查阅资料，合理选择和分析数据的能力，培养了我们严肃认真和负责的态度。 我国的锅炉目前以煤为主要燃料。锅炉的结构设计和参数的设计与选择以及煤种的选择与应用等都将会对燃料效率、锅炉安全经济运行水平以及环境污染等问题有影响。因为在锅炉设计中对锅炉的性能、结构、经济性和可靠性等方面进行各种计算，尤其是热力计算作为主要和基础的计算，为锅炉的其他计算，如水和空气动力计算、烟气阻力计算、强度计算等提供相关的重要的基础数据1.2 锅炉设计参数（1）锅炉额定蒸发量：D1=65t/h（2）过热蒸汽压力:P1=3.9 Mpa（3）过热蒸汽温度: t1=450 （4）给水温度 :tgs=170（5）给水压力：pgs=4.9Mp（6）排污率：pw=2%（7）周围环境温度：t1k=30（8）排烟温度假定值：145 （9）热空气温度假定值：t rk=3201.3 燃料特性;（1）燃料名称：西山贫煤（2）煤的收到基成分：（%）：Cy=67.6 Hy=2.7 Oy=1.8 Ny=0.9 Sy=1.3 Wy=6.0 Ay=19.7（3）煤的干燥无灰基挥发分：Vy=15%（4）煤的低位发热值：Qydw=24720kJ/kg（5）灰熔点：DT=1190 ST=1340 FT=1450（6）制粉系统：中间仓储式，乏气送粉，筒式钢球磨煤机（7）汽包工作压力 ： 4.3Mp（表压） 第二章 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Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Wy+Ay=67.6+2.7+1.8+0.9+1.3+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Kr=100/（100WyAy）=100/（100-6-19.7）=1.346则干燥无灰基元素成分应为Cr=Cy=1.34667.6=90.989Hr=KrHy=1.3462.7=3.634Or=KrOy=1.3461.8=2.424Nr=KrNy=1.3460.9=1.212Sr=KrSy=1.3461.3=1.750（2）干燥基灰分的计算Ag=100Ay/(100-Wy)=20.957（3） 干燥无灰基低位发热量的计算Qrdw=100(Qydw+25Wy)/(100-Wy-Ay) =100(24720+256)/(100-6-19.7)=33472.41 kJ/kg2.3煤种判别；（1）煤种判别由燃料特性得知Vr=15.0%18840 kJ/kg，所以属于类烟煤（2）折算成分的计算Ayzs=4190Ay/Qydw=419019.7/24720=3.34%Mar,zs=4190Wy/Qydw=41906.0/24720=1.02%Sar,zs=4190 Sy/Qydw=41901.3/24720=0.22%因为Ayzs 4%,所以此煤不属于高灰的煤。第三章 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，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，在水平烟道内布置高、低温对流过热器。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。热风温度=350，理应采用二级布置空气预热器。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 汽包顶棚式过热器低温对流过热器一级喷水减温高温对流过热器汽轮机（2）水系统的流程 给水泵低温级省煤器高温级省煤器汽包下降管下联箱水冷壁上联箱汽包。 第四章 燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1燃烧产物计算(1) 理论烟气量及理论烟气容积理论空气量V0=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar =0.0889(67.6+0.3751.3)+0.2652.7-0.03331.8 =6.70854 m3/kg理论氮容积 V0n2=0.8Nar/100+0.79V0 =0.80.9/100+0.796.70854 =5.30695 m3/kg理论RO2容积VRO2= 1.866Car/100+0.7Sar/100 =1.86667.6/100+0.71.3/100 =1.27051 m3/kg理论烟气容积Vogy= VoN2+VRO2 =5.30695 +1.27051 =6.57746 m3/kg理论水蒸气容积 VoH2O =11.1Har/100+1.24Mar/100+1.61dkV0 =11.12.7/100+1.246.0/100+1.610.016.70854 =0.48211 m3/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=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fh=0.9，计算表42列出各项，此表为烟气特性表。炉膛，凝渣管高温对流过热器低温对流过热器二级省煤器二级空气预热器一级省煤器一级空气预热器进口1.201.231.261.281.311.33漏风0.050.030.030.020.030.020.03出口1.201.231.261.281.311.331.36表41 空气平衡表(3)烟气焓温表计算表42列出的各项，此表为烟气焓温表。温度理论空气焓Ia0理论烟气焓Ig0炉膛出口烟气焓高过出口低过出口二级省煤器二级空气预热器一级省煤器一级空气预热器10088697711541181120712251252126912962001784198023372390244424802533.25692622300270430143555363637173771385239063987400363640794806491550245097520652795388500458951726090622763656457659566866824600556862867400756777347845801281238290700656874308744894191389269946695979794800758186091012510353105801073210959111111133890085949810115291178712044122161247412646129041000963311027129541324313532137241401314206144951100107001224914399147101503115245155661578016101120011767134751582816181165341677017123173581771113001283313925164921787717262175181790318160185451400139271601118796192141963219911203282060721025150015020172762028020731211812148221932222332268316001612118561217852226922752230752355923881243651700172141985423297238132433024674251902553526051180018308211552481725366259152628126830271972774619001943522472263592694227525279142849728886294692000205552377627887285042912029531301483056031176（4）烟气特性表项目名称符号单位炉膛高过低过二级省煤器二级预热器一级省煤器一级预热器烟道进口过量空气系数1.21.21.231.261.281.311.33烟道出口过量空气系数1.21.231.261.281.311.331.36烟道平均过量空气系数pj1.21.2151.2451.271.2951.321.345过剩空气量VNm3/kg1.3417 1.4423 1.6436 1.8113 1.9790 2.1467 2.3144 干烟气容积VgyNm3/kg7.919178.019808.221058.388778.556488.724198.89191水蒸气容积VH2ONm3/kg0.698120.714330.746730.773730.800730.827730.85474烟气容积VyNm3/kg8.617298.734128.967789.162509.357219.551939.74664RO2气体占烟气的份额rRO20.147440.145470.141670.138660.135780.133010.13035水蒸气占烟气的份额rH2O0.055950.055200.053760.052620.051520.050470.04946三原子气体和水蒸气占烟气的Rn0.203380.200660.195440.191280.187300.183480.17982烟气质量GyKg/kg11.3166211.4480411.7108811.9299212.1489512.3679912.58702飞灰无因次浓度hKg/kg0.015670.015490.015140.014860.014590.014340.014094.2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/kgQrQar,net247202排烟温度py0C先估后校1253排烟焓HpyKJ/kg查焓温表421230.84冷空气温度tlkoC给定305理论冷空气焓HlkkJ/kg查焓温表42261.66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0 8排烟热损失Q2%取用3.479散热损失Q5%查书取0.810灰渣物理热损失Q6%Ay145.3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。序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积A1m2hch *(b-lz)6.93A2m2(2b-lz) *lz *tan/24.15A3m2B* hlt61.8A4m2(b-)7.02Acm2A1 + A2 + A3 + A479.92前墙面积Aqm2据图108.93后墙面积Ahm2据图105.94炉膛出口烟窗面积Achm2据图17.195炉顶包覆面积Aldm2据图15.46燃烧器面积Arm2据图19.27前后墙侧水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取1.08炉顶角系数x ld查附录三图I（a ）4，s / d = 45 / 38=1.184, e =00.929炉膛出口烟窗处角系数xch选取1.010整个炉膛的平均角系数x(2Acx + Aqx + Ahx + Ach xch + Ald xld) / (2Ac + Aq Ah + Ach +Ald )0.99711炉膛自由容积的水冷壁面积Azym2Aq+Ah+2(Ac-0.5Ar)+Ach+ Ald160.812炉膛容积Vlm3Aca420.313炉膛的自由容积Vzym3Vl - Vp420.314自由容积辐射层有效厚度Szym3.6Vzy / Azy9.4115炉膛的辐射层有效厚度Sm1.8816燃烧器中心线的高度hrm据图1-3317炉膛高度Hlm据图1-312.3618燃烧器相对高度hr /Hlhr / Hl0.24319火焰中心相对高度xlhr / Hl + x ,x按附录二表查得等于0.243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/假定1.81032炉膛截面积F按教材表44选取1203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kw/按教材表44选取12021炉膛容积BQydw/qv418.222侧墙面积65.3423炉膛中部高度m8.5024出口窗中心到灰斗中心高m14.230025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+17.480炉膛的热力计算结果列于表55中。5.2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3502理论热空气焓HorkKJ/kg查焓温表1-431703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1-4261.67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/kgkyHrk + (al+azf )Hlk3484.0891kg燃料带入炉內热量QlkJ/kgQr +Qk28204.0810理论燃烧温度a根据Q查焓温表1-4202011炉膛出口烟温1假定100012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-41295413烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg )(Ql -Hl) / (a -l)14.9514水蒸汽容积份额rH2O查烟气特性表1-30.0559515三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.2033816三原子气体分压力pnMpa0.02118三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.MPa)10()(1-0.37)1.9619灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.MPa55900/8020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)Kyrn+Kh+kjx1x23.7924乘积KpSkPskps2.2825炉膛火焰有效黒度ahy1 - e-kpS0.8926炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表0.4527炉膛出口屏的沾污系数ch(查附录三图，=0.98)0.44128前后墙水冷壁的热有效沾污系数x0.4529炉顶包覆管热有效系数ldld xld0.4430炉膛出口处的屏的热有效系数ch chxch0.44131平均热有效系数pj0.4532炉膛黑度al0.94733与炉内最高温度有关的系数MBCxlB、C 查附录B=0.56,C=0.50.4434炉膛出口烟温l105035炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-31366436炉膛吸热量QflkJ/kg(Ql - Hl)1376937炉膛容积热强度qvW/m3BQydw /(3.6Vl)119.810338炉膛截面热强度qfW/m2BQydw/(3.6Al)1.810639炉内平均辐射热强度qpjlW/m2BjQfl / (3600Alp)99.810340一级减温水量Djw1kg/h先假定后校核2.610341饱和蒸汽焓hbqkJ/kg查蒸汽特性表p=15.3MPa,t=34542包覆出口蒸汽温度tbf查蒸汽特性表p=14.7MPa35243炉膛出口烟温校和llal48100dh 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。第六章 高温对流过热器设计和热力计算6.1高温对流过热器结构设计序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1蒸汽进口温度t/假定3352蒸汽进口焓h/KJ/kgP=4.1MP查表3050.713蒸汽出口温度t/已知4504蒸汽出口焓h/KJ/kgP=3.9查表3330.585工质总吸热量QgrKJ/kgD(h/-h/)/Bj25276炉顶附加受热面吸热量QldfjKJ/kg假定707水冷壁附加吸热量QslbfjKJ/kg假定1558对流传热量QdgrKJ/kgQdgr=Qgr25279理论冷空气焓HLKoKJ/kg查表4-3 t=30 194.710烟气进口温度/KJ/kg/=”97511烟气进口焓HKJ/kgH=I1258912烟气出口焓H/KJ/kg1118513烟气出口温度/查表4-385814烟气平均温度pj916.515较小温差tx/t/40816较大温差tD/t/64017平均温差t52418传热系数Kw/m2选取7019计算对流受热面积Ajsgrm/sBjQdgr/(kt*3.6)13720蒸汽质量流速Kg/(m2.s)查表50021蒸汽流通截面积AM2D/36000.03622管径及壁厚d*mm选取38*5.523每根管子截面积A1M2/4*dN25.7*10-424管子总根数n根A/A16425横向节距S1mm按s1/d=2.5左右选取9526 管排数Z1排按a/s1-2=32选取3227每排管子根数n1根n/n1228管子弯曲半径RmmR=(1.52.5)d选取7029纵向平均节距Spj2mm按图结构尺寸计算7030每根管子平均长度lpjm按图结构尺寸计算17.831布置的对流受热面积Abzgrm2dlpjn1z1135632误差A（Abzgr-Ajsgr）/Abzgr*100-1.036.2高温对流过热器尺寸计算表62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385.52横向节距1mm由结构设计知853纵向平均节距2mm由结构设计知73.54每排管子根数n1根由结构设计知25管子排数、布置zl排顺流、顺列326蒸汽流通面积Am20.785d2n1z10.0367烟气进口流通面积A/m2由图计算知6.258烟气出口流通面积A/m2由图计算知5.159烟气平均流通面积Apjm22A/A/（A/+A/）5.710烟气有效辐射层厚度Sm0.9d（4s1s2/d21）0.16511计算对流受热面积Ajsgrm2dlpjn1z113712炉顶附加受热面积Aldfjm2据图计算11.213水冷壁附加受热面积Asldfjm214.126.3高温对流过热器传热器计算表 63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烟气进口温度/gr凝渣管出口烟温7502烟气进口焓H“grKJ/kg已知125893蒸汽进口焓t/KJ/kg(D-Djw2)h/hp+Djw2hgs/D3050.714蒸汽进口温度t/查表3355蒸汽出口温度t/已知3756蒸汽出口焓h/KJ/kg查表3330.57过热器吸热量QgrKJ/kgD(h/-h/)/Bj25278炉顶附加受热面吸热量QldfjKJ/kg假定439水冷壁附加吸热量QslbfjKJ/kg假定15510炉膛对对流过热器辐射吸热量QfpKJ/kg由计算知13411炉顶吸收辐射热量QfldfjKj