化肥厂余热锅炉设计.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言能源是发展国民经济的命脉，是提高人民生活水平的重要物质基础，我国是一个能源消费大国，在能源资源日益稀缺的今天，节能就对国民经济的可持续发展尤为重要，节约能源就是提高能源的利用率，余热锅炉就节能的重要设备，也是余热发电系统的重要组成部分。它是利用生产过程中产生的气体或者废气、液，以及某些热排气来产生蒸汽或者热水的锅炉，它很好地回收了热排气中的热量，产生高压蒸汽并输送给汽轮机做功，带动发电机发电以往的合成氨生产中吹风气都是直接排放，不仅浪费了能源还污染了环境，目前，国内已有不少化肥企业进行了造气节能技术改造，通过改造，一般都能取得不同程度的节能效果，余热锅炉在我国发展较晚，但是在现代工业，尤其是化工业发展迅速，相信随着余热锅炉技术的成熟，其在我国的发展前景是十分广阔的。在化肥企业，余热资源的开发和利用有很大的潜力可挖，尤其是吹风气余热回收系统。氮肥厂煤气发生炉生产半水煤气的过程中，造气吹风气尚有一定量的可燃物质和一定的物理热，但由于其可燃成分少儿未能很好地加以利用，若中小氮肥企业的低温吹风气直接排放的话不但浪费能源还污染大气；另一方面，造气所需的蒸汽又需另外的燃煤锅炉来提供。吹风气余热锅炉回收系统研制的任务就是利用造气炉自身的吹风气来作为燃料，通过余热锅炉自产蒸汽来甩掉燃煤锅炉，以实现造气蒸汽自给，达到节能降耗保护环境的多重目的。本设计就是为了回收生产化肥而排除的废气，加以利用的余热锅炉。1 绪论能源是发展国民经济的命脉，是提高人民生活水平的重要物质基础，我国是一个能源消费大国，在能源资源日益稀缺的今天，节能就对国民经济的可持续发展尤为重要，节约能源就是提高能源的利用率，余热锅炉就节能的重要设备，也是余热发电系统的重要组成部分。它是利用生产过程中产生的气体或者废气、液，以及某些热排气来产生蒸汽或者热水的锅炉，它很好地回收了热排气中的热量，产生高压蒸汽并输送给汽轮机做功，带动发电机发电以往的合成氨生产中吹风气都是直接排放，不仅浪费了能源还污染了环境，目前，国内已有不少化肥企业进行了造气节能技术改造，通过改造，一般都能取得不同程度的节能效果，余热锅炉在我国发展较晚，但是在现代工业，尤其是化工业发展迅速，相信随着余热锅炉技术的成熟，其在我国的发展前景是十分广阔的。在化肥企业，余热资源的开发和利用有很大的潜力可挖，尤其是吹风气余热回收系统。氮肥厂煤气发生炉生产半水煤气的过程中，造气吹风气尚有一定量的可燃物质和一定的物理热，但由于其可燃成分少儿未能很好地加以利用，若中小氮肥企业的低温吹风气直接排空的话不但浪费能源还污染大气；另一方面，造气所需的蒸汽又需另外的燃煤锅炉来提供。吹风气余热锅炉回收系统研制的任务就是利用造气炉自身的吹风气来作为燃料，通过余热锅炉自产蒸汽来甩掉燃煤锅炉，以实现造气蒸汽自给，达到节能降耗保护环境的多重目的。本设计就是为了回收生产化肥而排除的废气，加以利用的中压蒸汽余热锅炉。1.1锅炉简介锅炉是生产蒸汽的设备，它把燃料的化学能转变成热能，再利用热能产生蒸汽。锅炉分为两大部分，锅是指锅炉本体总的汽水系统；炉是指锅炉本体中的燃烧设备。锅炉按用途分为电站锅炉、工业锅炉、机车锅炉、船舶锅炉和生活锅炉，按结构分为水管锅炉、火管锅炉、二种，前菏泽是烟气在管内流动。有时又按压力分为低压、中压、高压与超高压锅炉四个等级。锅炉承受高温高压，具有很高的危险性，因此安全问题是十分重要的。对锅炉的材料选择、设计计算、制造和检验都是有很严格的规定的。 锅炉的分类方法有很多种，主要要一下几种分类方法： 1、按锅炉容量分可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。但它们之间没有固定的分界，随着锅炉工业的发展，锅炉的容量日益增大，以为的大型锅炉目前只能算是中型甚至是小型锅炉，根据目前的状况，一般认为蒸发量为4001000t/h的是中型锅炉，而大于1000t/h的是大型锅炉。 2、按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（22.1MPa）等。 3、按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉。 4、按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、室燃炉、旋风炉、流化床锅炉等。 5、按水的循环方式可分为自然循环、控制循环、直流式锅炉。1.2 工业锅炉简介锅炉产品分两种，用于发电，或是供汽，比如化肥厂可用蒸汽汽化，以煤为原料，合成化肥，这就是典型的工业锅炉。工业锅炉还是以燃煤占大多数，燃汽的一般是余热锅炉用于回收废热。工业锅炉常见的是循环流化床锅炉。工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。中国制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。特别是改革开放以来，随着国民经济的蓬勃发展，全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业，可以生产各种不同等级的锅炉。在未来相当长的一段时间内，燃煤工业锅炉仍将是我国的主导产品，且以中大容量（单台蒸发量10t/h）居多。但燃煤锅炉会产生严重的环境污染，随着能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格，天然气开发应用将进入高速发展时期。小型燃煤工业锅炉将退出中心城区。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。所以未来工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外，越来越受到能源政策和节能、环保要求的制约。随着高性能产品的普及和产品质量的提高，在20002010年每年将有约5万蒸吨的工业锅炉需要更新，2010年后，每年将有约7万蒸吨的工业锅炉需要更新，再加上新增装机，从需求上讲，到 2010年每年工业锅炉需求量约为1012万蒸吨。今后大中城市的小容量燃煤锅炉的比重将会显著下降，循环流化床锅炉等采用清洁燃烧技术的锅炉将得到较快的发展，燃气锅炉将会有长足的进步，燃用生活垃圾和生物质的锅炉市场潜力较大，蓄热式电热锅炉系统随着电力工业改革和发展其市场将进一步拓宽。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是工业锅炉产品发展的趋势，并向高端和高附加值的产品市场发展。我国的锅炉产业，它既不是“朝阳产业”，也不是“夕阳产业”，而是与人类共存的永恒产业，且在我国还是一个不断发展的产业。但目前我国工业锅炉行业和企业也面临着各种挑战和机遇。工业锅炉制造企业做为市场竞争的主体，应该对自身所处的外部环境和自己拥有的内部条件有清醒的认识，明确自己的市场定位，并从战略的高度加以管理，做到有所为和有所不为。必须坚持市场导向战略，紧紧依靠科技进步，依靠科技创新，在国家能源和环保政策的引导下，调整企业结构和产品结构，抓住机遇，制造出适销对路并具有自己特色的高端产品以促进企业的发展并保持强劲的可持续发展的企业后劲，这样才能在激烈的市场竞争中占有一席之地。1.3 余热锅炉简介余热锅炉利用生产过程中的气体或废气、废液，以及某些动力机械排气的热量产生蒸汽或热水的锅炉，被用于回收排气中的热量，产生高压蒸汽并输送给汽轮机做功，带动发电机发电。随着我国经济的快速发展，能源消耗急剧上升，素以：“地大物博”著称的中国，遭遇到了前所未有的能源危机，在这种形势下，充分合理地利用能源日渐受到重视。据统计，国内各行业余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源量的60%。回收利用余热的途径很多，各种冶炼炉和焙烧窑的排烟温度为6501250；燃气轮机和柴油机等动力机械的排气温度为370540，安装余热锅炉吸收这些排烟中的部分热量，全系统的热能利用率可以显著提高。余热锅炉分为火管式和水管式两类。其结构与工业锅炉相类似。进入余热锅炉的烟气温度，是决定余热锅炉受热面布置形式的一个重要因素。如进口烟气温度为400900时，锅炉内主要设置对流管束，不设置炉室；但烟尘熔化点低时也有例外，应设置冷却炉室以控制进入对流烟道的入口烟的温度，避免灰渣在对流管排间搭桥。当进口的烟气温度或废气燃烧温度在1100以上时，其布置形式与一般的工业锅炉无多大区别。当高温废气中含有大量堆积性细灰时，锅炉的管排应垂直布置，并使烟气以较高烟速(约20米秒)纵向冲刷管排。在化工生产过程中，余热锅炉的排气温度取决于下一道工艺的要求。工业炉窑用的余热锅炉，一般利用引风机将排气排往大气；动力机械和化工生产过程用的余热锅炉，则依靠进气自身的压力使之通过余热锅炉，并排往大气或进入下一个装置。1.4 吹风气余热锅炉简介及其在氮肥工业中的应用对各类余热资源的开发和利用时节约能源、减少污染的重要途径。在化肥企业生存中，余热资源的开发和利用大有潜力可挖，吹风气余热回收就是其中之一。吹风气余热锅炉是为了满足化肥厂工艺流程中造气吹风气的余热锅炉而设计的一种中压蒸汽的余热锅炉。中国加入世贸组织以后，化肥行业的竞争将更加激烈，通过技术改造来节能降耗、降低成本时每个企业生存和发展的必由之路。而吹风气回收是氮肥企业节能降耗的重要途径。氮肥厂煤气发生炉生产半水煤气的过程中，造气吹风气尚有一定量的可燃物质和一定量的物理热，但是由于其可燃成分少而未能很好地加以利用，如中、小氮肥企业的低温吹风气，往往直接排空，这样既造成能源浪费，又因CO等有害气体的排放而污染了环境。而另一方面，造气所需的蒸汽又需由另外的燃煤锅炉来供给。吹风气余热回收系统设计的任务，就是利用造气炉自身的吹风气作为燃料，通过余热锅炉自产蒸汽，甩掉燃煤锅炉，以实现造气蒸汽自给，达到节能降耗的目的。目前国内已有不少化肥企业进行了造气节能技术改造。通过改造，一般都能取得不同程度的节能效果。1.5 本毕业论文的主要内容化肥行业排出的废气含有CO等气体，直接排放不但污染环境，而且还会造成能源的浪费。本设计进行的吹风气余热锅炉设计就是为了回收这部分吹风气，并加以利用。本余热锅炉是根据某化肥厂提出的烟气量以及烟气成分来设计的，主要包括烟气各个成飞及焓值，锅炉整体以及各个部分的结构设计、热力计算、校核，并且根据烟气的流速和摩擦阻力等参数计算出烟气流过锅炉各个受热面的阻力。2 吹风气余热锅炉的结构设计以及热力计算2.1 已知设计参数锅炉形式：隧道式余热锅炉过热蒸汽温度：450额定蒸发量：48t/h锅炉出口蒸汽压力：3.82MPa烟气入口温度：800吹风气流量：32418Nm/h冷空气温度：20热空气温度：200空气流量：33000 Nm/h锅炉给水温度：1062.2 用户提供的吹风气成分及含量吹风气各成分及其含量见表2-1。表2-1 吹风气成分及含量Table 2-1 Blown composition and contentCOOCOHCHN灰分14.561.396.81.41.373.90.652.3 经过燃烧炉燃烧后生成烟气的成分及含量排放的吹风气在余热锅炉前的燃烧器中燃烧，根据表2-1提供的吹风气中各个成分的含量，按过量空气系数为1.1计算，得出烟气容积和有关特性。结果见表2-2、表2-3。表2-2 烟气主要成分Table 2-2 Gas main components CONHOO灰分生成烟气量Vr理论空气量实际空气量18.276.74.10.410.5940000 Nm/h8785.2Nm/h8136.8 m/h1.1表2-3 烟气特性表Table 2-3 Gas Properties 名称符号单位数值出口空气过量系数/1.10平均空气过量系数/1.10水蒸气容积VNm/ Nm0.0316烟气容积VrNm/ Nm1.079RO分压r/0.168HO分压r/0.028三原子分压r/0.1962.4 锅炉热力计算计算烟气及各设备进、出口工质的焓值，结果见表2-4。表2-4 锅炉热力计算Table 2-4 Thermodynamic Calculation 名称符号单位计算公式或来源数值进口烟气流量VNm/h给定40000进口烟气温度给定800进口烟气焓IkJ/kg查表4721保温系数/取值0.98过热蒸汽温度t给定450过热蒸汽压力PMPa给定3.82过热蒸汽焓ikJ/kg查表3370饱和蒸汽压力PMPa4.2饱和蒸汽温度t查表254.7饱和蒸汽焓ikJ/kg查表2798.8饱和水焓ikJ/kg查表1108给水温度t给定110给水压力PMPa4.64给水焓ikJ/kg查表464.87进口空气温度t给定20进口空气焓ikJ/kg查表131.4出口空气温度t给定200出口空气焓ikJ/kg查表1740.42.5 锅炉设计初步设想根据氮肥生产的特点，氮肥厂的节能目标必须始终坚持“两煤改一煤”，即只消耗白煤，废弃燃煤锅炉，做到生产用蒸汽由系统回收的余热供给，吹风气余热锅炉就是这个系统流程中的关键设备。该锅炉主要用于化肥厂吹风气燃烧炉的烟气热量回收，降低燃烧炉出口排烟温度，并利用这部分热量来加热给水，产生蒸汽，用于发电或其他用途，提高了化肥厂的能源利用率和经济效益，保护了环境。该锅炉具有如下特征：此锅炉采用单一上锅筒的结构形式；沿烟气流动方向依次设置有蒸汽过热器、蒸发器、省煤器和空气预热器；受热面全部采用上下集箱的管排结构和吊挂布置方式，通过集中的管道与锅筒连接，避免了在锅筒上开密集管孔；采用隧道式结构，使各段受热面的布置更加合理，除灰、防磨等问题容易解决；隧道式的锅炉布置形式可是减小烟风阻力，便于烟气通过，节省送、引风机的能量消耗。2.6 锅炉结构示意图图2-6结构示意图Figure 2-6 structure diagram2.7 过热器的设计过热器设计成蛇形管，双绕结构，其进出口分别用联箱链接，在过热系统中，汽包将饱和蒸汽输送入过热器中，在过热器中被加热成450的过热蒸汽，过热器钢材的选择受蒸汽温度的限制，蒸汽温度低于540，推荐使用材料为12CrMo，受热面由大量平行连接、用无缝钢管弯制而成的蛇形钢管组成，对流过热器可分为顺列和错列两种布置形式，顺列布置传热系数小于错列布置，错列布置比顺列布置管壁磨损严重，但是考虑到方便支吊，减少灰渣黏结和减小烟气流通阻力，所以设计成顺列布置。过热器的蛇形管可做成单管圈、双管圈和多管圈，为了同时满足烟气速度和蒸汽速度的要求，该余热锅炉过热器采用双管圈形式，在烟速不变的前提下降低蒸汽流速。2.7.1 结构设计管径d=40/35mm(双绕、顺列布置)，横向节距S=80mm，纵向节距S=60mm，横向排数Z=16，纵向排数Z=24，比值=2.0，=1.5，烟气流通截面高度h=6.1m，烟气流通截面宽度b=1.3m,管子的高度h=6.0m。L为烟气通道长度，每段烟道设计时留有1米的间隔，用于检修或者其他用途，故：=3.34。2.7.2辐射层有效厚度S=0.102 m2.7.3烟气流通截面5.2 m2.7.4总受热面积284 m2.7.5蒸汽流通面积0.05 m2.7.6过热器热力计算根据所设计过热器传热特点对其进行校核，结果见表2-5。表2-5过热器传热计算Table 2-5 superheater heat transfer calculation名称符号单位计算公式或来源数值进口烟气温度给定800进口烟气焓IkJ/kg查表4721出口烟气温度假定复校736.6出口烟气焓IkJ/kg查表4284蒸汽进口温度t给定（饱和蒸汽温度）254.7蒸汽进口焓hkJ/kg查表2798.8烟气放热量QkJ/kg427.97蒸汽出口焓hkJ/kg3310.2蒸汽出口温度t查表447蒸汽平均温度t350.85烟气平均温度768.3烟气流速Wrm/s9.2烟气侧对流放热系数W/(m)文献3附录3图XI64蒸汽平均压力PMPa4.2蒸汽平均比容m/kg查蒸汽特性表0.065蒸汽平均流速m/s17.3灰污系数(m)/W文献3附录3图XIII0.0043蒸汽侧放热系数W/(m)文献3附录3图IX1215管壁灰污层温度t347.5乘积PnSmMPa0.002蒸汽绝对平均温度T623.85三原子气体辐射减弱系数K1/( mMPa)40.07乘积Kr1/( mMPa)7.85气体辐射减弱系数K1/( mMPa)7.85乘积KpS0.08烟气侧黑度0.1烟气侧辐射放热系数W/(m)文献3附录3图XV得，14.5利用系数文献3附录3图XIV1.0烟气侧放热系数W/(m)78.5热有效系数文献3附录2表VIII0.65传热系数kW/(m)54.93平均温度400传热量QkJ/kg452.87误差%-1.39允许误差%22.8 蒸发器的设计蒸发器是将汽包输送的饱和水加热成饱和蒸汽的设备，由于吹风气余热锅炉自身不带燃烧器所以，该余热锅炉的蒸发器和以往燃煤锅炉有所不同，其管道形式和布置形式与过热器有些类似，并布置在过热器之后，用于吸收烟气的热量，同样设计成蛇形管，其进出口分别用联箱连接，为了减小烟气流动阻力，管束采用顺列垂直布置在烟道中，该余热锅炉设计有两个蒸发器，锅炉饱和水分别从汽包经管路平均输送给两个蒸发器，在两个蒸发器吸收相同的热量来加热饱和水，使其成为饱和蒸汽，在经管路输送回汽包，本蒸发器设计不同于其他双蒸发器分为冷段和热段，不需要两次加热达到饱和蒸汽要求，并不需要设置喷水减温器，汽包饱和水可在两个蒸发器中同时被加热成饱和蒸汽，减少了热量和工质的损失。2.8.1蒸发器一结构设计管径=50/44mm，横向节距S=100mm，纵向节距S=80mm，横向排数Z=16，纵向排数Z=22，比值=2.0，=1.6，烟气流通截面高度h=8.1m，烟气流通截面宽度b=1.6m，管子的高度h=8.0m。L为烟气通道长度，每段烟道设计时留有1米的间隔，用于检修或者其他用途，故：=3.78。2.8.2蒸发器一辐射层有效厚度S=0.138m2.8.3蒸发器一烟气流通截面=8 m2.8.4蒸发器一总受热面积=439 m2.8.5蒸发器一热力计算根据所设计蒸发器传热特点对其进行校核，结果见表2-6。表2-6蒸发器一热力计算Table 2-6 evaporator one thermal calculation名称符号单位计算公式或来源数值进口烟气温度已算出736.6进口烟气焓IkJ/kg查表4284出口烟气温度假定复校627出口烟气焓IkJ/kg查表3564烟气放热量QkJ/kg705.6工质进口温度t给定（饱和水温度）254.7工质进口焓hkJ/kg查表1108工质出口焓hkJ/kg 2798.8工质出口温度tkJ/kg查表254.7烟气平均温度 681.8烟气流速Wrm/s7.8烟气侧对流放热系数W/(m)文献3附录3图XI59管壁灰污层温度t314.7乘机PnSmMPa0.0027工质绝对平均温度T527.7三原子气体辐射减弱系数K1/( mMPa)31.89乘机Kr1/( mMPa) 6.25气体辐射减弱系数K1/( mMPa)6.25光学厚度KpS0.086烟气侧黑度 0.22烟气侧辐射放热系数W/(m)文献3附录3图XV得，26.4利用系数文献3附录3图XIV1.0烟气侧放热系数W/(m) 86.4热有效系数文献3附录2表VIII0.65传热系数kW/(m)56.16平均温度435传热量QkJ/kg679.26误差%-1.2允许误差%22.8.6蒸发器二结构设计管径d=50/44mm，横向节距S=100mm，纵向节距S=75mm，横向排数Z=22，纵向排数Z=26，比值=2.0，=1.5，烟气流通截面高度h=8.1m，烟气流通截面宽度b=2.2m，管子的高度h=8.0m。L为烟气通道长度，每段烟道设计时留有1米的间隔，用于检修或者其他用途，故：=4.75。2.8.7蒸发器二辐射层有效厚度S=0.127m2.8.8蒸发器二烟气流通截面=8.8 m2.8.9蒸发器二总受热面积=738 m2.8.10蒸发器二热力计算根据所设计蒸发器传热特点对其进行校核，结果见表2-7。表2-7蒸发器二热力计算Table 2-7 evaporator two thermal calculation名称符号单位计算公式或来源数值进口烟气温度已算出627进口烟气焓IkJ/kg查表3564出口烟气温度假定复校506出口烟气焓IkJ/kg查表2844烟气放热量QkJ/kg 705.6工质进口温度t给定（饱和水温度）254.7工质进口焓hkJ/kg查表1108工质出口焓hkJ/kg2798.8工质出口温度tkJ/kg查表254.7烟气平均温度566.5 烟气流速Wrm/s8.66烟气侧对流放热系数W/(m)文献3附录3图XI65管壁灰污层温度t314.7乘机PnSmMPa0.0025工质绝对平均温度T527.7三原子气体辐射减弱系数K1/( mMPa)35.3乘机Kr1/( mMPa) 6.9气体辐射减弱系数K1/( mMPa)6.9光学厚度KpS0.88烟气侧黑度0.184烟气侧辐射放热系数W/(m)文献3附录3图XV得，16利用系数文献3附录3图XIV1.0烟气侧放热系数W/(m)81热有效系数文献3附录2表VIII0.65传热系数kW/(m) 52.65平均温度308.1传热量QkJ/kg693.13误差%-1.7允许误差%22.9 省煤器的设计省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水的设备，省煤器是现在锅炉中不可缺少的受热面，布置在烟道内，吸收烟气的对流传热，省煤器具有如下作用：节省燃料、改善汽包的工作条件、降低锅炉造价。 该吹风气余热锅炉采用钢管省煤器，其优点是：强度高，能承受高压，工作可靠，传热性效果好，重量轻，体积小，价格低廉；当然这种省煤器也有耐腐蚀性差的缺点，但是现代锅炉给水都经过严格的处理，管内腐蚀已得到很好的解决。该省煤器由许多进、出口联箱和许多并列的蛇形管组成的。蛇形管与联箱的连接采用焊接。联箱布置在锅炉烟道外面。布置时将省煤气与相邻的空气预热器之间留出0.81.0m高的空间，以便进行检修和消除受热面积灰。虽然吹风气余热锅炉本身的燃烧方式和燃料与以往的燃煤锅炉不同，其烟气较为清洁，含很少量的飞灰，故磨损不会很严重，管子布置方式可以选为错列布置，但是考虑到错列布置会增加烟气流通的阻力，所以省煤器管束的布置形式依然采用顺列布置。省煤器采用悬吊结构，其联箱安放在烟道中间用于吊挂或者支吊省煤器管，出口联箱即悬吊管。联箱放在烟道内的最大优点就是大大减少了因蛇形管穿墙而造成的漏风。省煤器引出管与汽包连接处加装套管，有效防止了锅炉运行工况变动时，在连接处产生温差热应力和疲劳应力，导致汽包壁产生裂纹，危机汽包安全。2.9.1结构设计管径d=50/44mm，横向节距S=100mm，纵向节距S=80mm，横向排数Z=20，纵向排数Z=27，比值=2.0，=1.6，烟气流通截面高度h=9.1m，烟气流通截面宽度b=2.0m，管子的高度h=9.0m。L为烟气通道长度，每段烟道设计时留有1米的间隔，用于检修或者其他用途，故：=4.42。2.9.2辐射层有效厚度S=0.9d(4 S Sd-1)=0.138m2.9.3平均烟气流通截面=9.0 m2.9.4总受热面积=770 m2.9.5省煤器热力计算根据所设计省煤器传热特点对其进行校核，结果见表2-8。表2-8省煤器热力计算Table 2-8 Calculation of economizer heat名称符号单位计算公式或来源数值进口烟气温度已算出506进口烟气焓IkJ/kg查表2844出口烟气温度假定复校397出口烟气焓IkJ/kg查表2284工质进口压力PMPa已算出4.64工质进口温度t给定110工质进口焓hkJ/kg查表464.87给水流量Gt/h40.8工质进口热量QkJ/h 18966696烟气放热量QkJ/h26345304工质出口热量QkJ/h45312000工质出口焓hkJ/kg1132.8工质出口温度t查表257.48工质平均温度t369.48烟气平均温度451.5烟气流速Wrm/s5.9烟气侧对流放热系数W/(m)文献3附录3图XI64乘机PnSmMPa0.0027三原子气体辐射减弱系数K1/( mMPa)38.33乘机Kr1/( mMPa)7.51气体辐射减弱系数K1/( mMPa)7.51光学厚度KpS0.104烟气侧黑度0.15管壁灰污温度tt烟气侧辐射放热系数W/(m)文献3附录3图XV得，13.45利用系数文献3附录3图XIV1.0烟气侧放热系数W/(m)78.45热有效系数文献3附录2表VIII0.65传热系数kW/(m)50.99平均温度244.8传热量QkJ/kg538误差%-1.8允许误差%22.10 空气预热器的设计余热锅炉配有空气预热器，空气预热器是利用锅炉尾部烟道的热量加热燃料所需的空气的设备。空气预热器对锅炉的作用：(1)进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。(2)改善燃料的着火与燃烧条件，降低不完全燃烧热损失。(3)节省金属，降低造价。在一定蒸发量前提下。蒸发器受热面可以布置得少一些，节省金属材料，降低锅炉造价、企业成本。(4)改善引风机工作条件，由于排烟温度的降低，改善了引风机的工作条件，同时也降低了引风机的电耗。(5)经过余热的空气进入燃烧室，热空气有利于燃烧炉内低热值吹风气的燃烧，相应的也提高了燃烧炉的出口烟温，促进了系统内热交换的良性循环。空气预热器布置在省煤器之后，即烟气先经过省煤器再经过空气预热器，这样可以得到较低的排烟温度，提高锅炉效率，同时又能节省价格较高的省煤器受热面金属，并防止省煤器低温腐蚀。该余热锅炉空气预热器为导热式钢管空气预热器，烟气通过传热壁面连续将热量传递给空气，管内通过空气，管外通过烟气，烟气的热量通过管壁连续传递给空气，其优点是结构简单，制造方便，漏风量小。为了制造、运输和安装的方便，空气预热器制成管箱形式，由三个管箱组成，安装时把管箱拼在一起焊牢并在外面装上密封墙板和空气连通罩。单个管箱是有很多有缝薄壁钢管和上、下管板组成。管排为错列布置，为了使空气多次交叉流动而装有中间管板，中间管板用夹环固定在管子上。该空气预热器的重量通过下管板支撑在预热器框架上，预热器框架在支撑在锅炉构架上。在锅炉运行时，空气预热器的管子、外壳及锅炉构架上，由于温度和材料不同，其受热后的膨胀也不同，因此，在上管板与外壳之间、外壳与锅炉构架之间加装用薄钢板制成的补偿器，作用是既允许各部件能相对移动，又保证连接处的密封，防止漏风、漏烟。2.10.1 结构设计管径d=50/45mm，横向节距S=100mm，纵向节距S=80mm，横向排数Z=20，纵向排数Z=32，比值=2.0，=1.6，烟气流通截面高度h=10.1m，烟气流通截面宽度b=2.0m，管子的高度h=10.0m，L为烟气通道长度，每段烟道设计时留有1米的间隔，用于检修或者其他用途，故：=5.08。2.10.2 辐射层有效厚度S=0.9d(4 S Sd-1)=0.138m2.10.3 平均烟气流通截面积=10m2.10.4 总受热面积=1103 m2.10.5 空气流通面积=0.12 m2.10.6 空气预热器器热力计算根据所设计空气预热器传热特点对其进行校核，结果见表2-9。2-9空气预热器热力计算2-9 Thermal Calculation of air preheater名称符号单位计算公式或来源数值进口空气温度t给定20进口空气焓hkJ/kg查表131.4出口空气温度t给定200出口空气焓hkJ/kg查表1740.4入口空气量VNm/h给定33000空气焓增kJ/kg1609空气吸收热量QkJ /h68495130烟气焓降IkJ/kg1303.9烟气进口焓IkJ/kg已算出2284烟气出口焓IkJ/kg980烟气出口温度查表157空气平均温度t110烟气平均温度277烟气流速Wrm/s4.58烟气侧对流放热系数W/(m)文献3附录3图XI52灰污系数(m)/W文献3附录3图XIII0.0043空气流速Wm/s66.4空气侧对流放热系数W/(m)文献3附录3图XI415管壁灰污层温度t353乘机PnSmMPa0.003空气绝对平均温度T383三原子气体辐射减弱系数K1/( mMPa)40.07乘机Kr1/( mMPa)5.76气体辐射减弱系数K1/( mMPa)5.76光学厚度KpS0.08烟气侧黑度0.21烟气侧辐射放热系数W/(m)文献3附录3图XV得，17.22利用系数文献3附录3图XIV1.0烟气侧放热系数 W/(m) 69.22热有效系数文献3附录2表VIII0.65传热系数kW/(m) 54.21平均温度278.6传热量QkJ/kg1180误差%-1.9允许误差%/23 锅炉设计计算结果总结表3-1锅炉设计计算结果总结Table 3-1 summarize the results boiler design名称及公式符号单位过热器蒸发器一蒸发器二省煤器空气预热器受热面积Hm2734937381103770烟气入口温度800736.6627506397烟气出口温度736.6627506397157工质入口温度t254.7254.7254.711020工质出口温度t447254.7254.7254.48200烟气平均温度m/s9.27.88.665.994.28平均温差400435308.1244.8258.6传热系数kW/(m)54.9356.1652.6550.9954.21烟气放热量QkJ/kg457.97705.6705.6548.51203传热量QkJ/kg452.87697.26693.135381180误差-1.39-1.2-1.7-1.8-1.9受热总面积H33774 烟气阻力计算锅炉烟风阻力计算是在热力计算的基础上,通过对烟气通道的动力学计算,求解通道的流动总阻力,从而为选择合适的引、送风机提供基础数据。由于风机的选用直接影响锅炉烟气和空气通道的正常通风,不匹配的风机会导致燃料燃烧不充分、锅炉效率降低等问题,所以准确完成烟气阻力计算是一项很重要的任务。烟气阻力计算包括三项：沿程摩擦阻力计算、烟气横向冲刷阻力计算、局部阻力计算，由于该余热锅炉采取隧道式，所以不考虑局部阻力计算。4.1 烟气横向冲刷阻力计算由于该余热锅炉采用隧道式，因此其管束阻力都是横向冲刷的，故管束横向冲刷阻力计算式为：h=/2式中 动压头为管束阻力系数，与管子的形式，沿气流流动方向管子排数及雷诺数Re有关，并且包括气流进入和流出管束时，因截面变化所引起的阻力损失。管束阻力系数：式中 沿气流流动方向管子排数，即管道纵向排数。管束中一排管子的阻力系数，与相对横向截距，相对纵向截距以及还有Re有关系。其中 的值按以下公式确定：当且0.06时：若18时：（横向冲刷管束的阻力系数的计算以制成线算图，见参考文献6图6-6）雷诺数：式中烟气流速当量直径烟气运动粘度其中的值由前表直接查得的值由文献2中查表所得式中平均烟气流通截面积被流动介质冲刷的内表面全部周边长度整理可得4.2 烟气沿程摩擦阻力计算沿程阻力指在等截面的直通烟道中的流动阻力。沿程摩擦阻力计算公式：式中烟气的流速沿程阻力系数烟气通道截面的当量直径L为烟气通道长度，每段烟道设计时留有1米的间隔，用于检修或者其他用途，故：由于烟道摩擦阻力在整个阻力计算中所占的份额不大，故近似地取等于常数，查参考文献6表6-2可得=0.02。4.3烟气总阻力计算烟气总的阻力：4.4过热器烟气阻力计算烟气流过过热器的阻力包括横向冲刷阻力沿程摩擦阻力，其计算结果见表4-1。表4-1过热器烟气阻力计算Table 4-1 superheater flue gas resistance calculation名称符号单位计算公式及来源数值管子外径dmm40横向排数Z排16纵向排数Z排24横向节距Smm80纵向节距Smm60相对横向节距/2.0相对纵向节距/1.5烟气平均速度 m/s9.2烟气平均温度768.3系数/2.0运动粘度m/s127.8610当量直径m0.08烟气雷诺数Re/6907.5阻力系数/1.17烟气密度kg/m1.34烟气动压头hPa57.8横向冲刷阻力hPa77.45摩擦阻力系数/查表0.02烟道长度Lm3.34当量直径m0.08沿程阻力hPa48.26过热器烟气阻力hPa125.74.5对流蒸发器一烟气阻力计算烟气流经蒸发器一的阻力包括横向冲刷阻力和沿程摩擦阻力，其计算结果见表4-2。表4-2 对流蒸发器一烟气阻力计算Table 4-2 convection evaporator one flue gas resistance calculation名称符号单位计算公式及来源数值管子外径Dmm50横向排数Z排16纵向排数Z排22横向节距Smm100纵向节距Smm80相对横向节距/2.0相对纵向节距/1.6烟气平均速度m/s7.8烟气平均温度681.8系数/1.67运动粘度m/s106.5510当量直径m0.154烟气雷诺数Re/11273.6阻力系数/2.64烟气密度kg/m1.34烟气动压头hPa40.7横向冲刷阻力hPa107.45烟道长度Lm3.78当量直径m0.154沿程阻力hPa19.98蒸发器烟阻力hPa127.44.6对流蒸发器二烟气阻力计算烟气流经蒸发器二的阻力包括横向冲刷阻力和沿程摩擦阻力，其计算结果见表4-3。表4-3对流蒸发器二烟气阻力计算Table 4-3 convection evaporator two flue gas resistance calculation名称符号单位计算公式及来源数值管子外径Dmm50横向排数Z排22纵向排数Z排26横向节距Smm100纵向节距Smm75相对横向节距/2.0相对纵向节距/1.5烟气平均速度m/s8.66烟气平均温度566.5.3系数/2.0运动粘度m/s105.7310当量直径m0.084烟气雷诺数Re/3235.3阻力系数/6.37烟气密度kg/m1.34烟气动压头hPa50.24横向冲刷阻力hPa320烟道长度Lm4.75当量直径m0.084沿程阻力hPa56.82蒸发器烟气阻力hPa107.064.7省煤器烟气阻力计算烟气流经省煤器的阻力包括横向冲刷阻力和沿程摩擦阻力，其计算结果见表4-4。表4-4省煤器烟气阻力计算Table 4-4 economizer flue gas resistance calculation名称符号单位计算公式及来源数值管子外径D