锅炉课程设计

1、能源科学与工程学院 锅炉原理课程设计 热动1204班 课 题 420t/h煤粉锅炉课程设计 学 院 指导教师 学生姓名 专业班级 学 号 设计时间 2015年9月 目 录一、确定锅炉基本结构1二、辅助计算1 （1）空气平衡1 （2）燃烧产物容积及焓的计算2 （3）不同过量空气系数下燃烧产物的容积3 （4）不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表5 （5）锅炉热平衡及燃料消耗量计算5 （6）燃烧室水冷壁布置6 （7）燃烧室辐射吸热量的分配9三、凝渣管的传热计算11四、过热器的传热计算14五、省煤器结构设计及传热计算过程.236、 空气预热器结构设计及计算过程.26七、排烟温度和空气温度校核.29八、计

2、算结果汇总表.30九、个人总结.31附图.32一、确定锅炉基本结构采用单锅炉筒型布置，上升烟道为燃烧室及凝渣管，水平烟道布置两级悬挂对流过热器，垂直下行烟道布置两级省煤器及两级管式空气预热器。整个炉膛全部布满水冷壁，炉膛出口凝渣管簇由锅炉后墙水冷壁延伸组成，在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好地充满炉膛，采用光管水冷壁。对流过热器分两级布置，由悬挂式蛇形管束组成，在两级之间有锅炉自制冷凝水喷水减温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结水放热后再进入省煤器。省煤器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面，减少钢材消耗量。锅炉采用四根集中下降管，分别供水给

3、12组水冷壁系统。燃烧方式采用四角布置的直流燃烧器。根据煤的特性选用中速磨煤机的负压直吹系统。二、辅助计算（1）空气平衡烟道各处过量空气系数及各受热面的漏风系数列于表1，炉膛出口处过量空气表 1 烟道中各受热面的过量空气系数及漏风系数烟道名称过量空气系数漏风系数入口出口炉膛1.20.1（固排，无护板）凝渣管簇1.21.2第二级对流过热器1.21.2150.03第一级对流过热器1.2151.230.03高温省煤器1.231.250.02高温空气预热器1.251.280.03低温省煤器1.281.30.02低温空气预热器1.31.330.03系数按书表4-2取，各受热面的漏风系数按书表4-3取，空

4、气预热器出口热空气的过量空气系数1.06（1）表 2 烟气特性表名称及公式符号单位炉膛及凝渣管第二级过热器第一级过热器出口处过量空气系数1.21.2151.23平均过量空气系数（）1.2001.2081.223过剩空气量（）Nm3/kg1.4051.4581.563容积Nm3/kg0.6140.6140.616烟气总容积+Nm3/kg8.8438.8969.002容积份额0.1460.1450.143容积份额0.0670.0660.066三原子气体总容积份额0.2130.2120.209烟气质量kg/kg11.84811.91612.054飞灰浓度kg/kg烟0.01240.01230.012

5、1注：1) 取fh=0.9其中，为制粉系统的漏风系数（以理论空气量为基础）。（2）燃烧产物容积及焓的计算1）煤完全燃烧（）时理论空气量及燃烧产物容积计算：理论空气量（1kg燃料为准）理论空气量 V0=0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy=7.025Nm3/kg（2）RO2理论容积： VRO2=1.866×(Cy+0.375Sy)/100=1.291 Nm3/kg（3）N02理论容积: VN2=0.79×V0+0.8×Nar/100=5.556 Nm3/kg（4）H2O理论容积:VH2O=0.111×Har+0.0124&

6、#215;War+0.0161×V0=0.5910085Nm3/kg（5）3烟气焓温表顺序烟气或空气理论理论飞灰焓烟气的焓Hy(kJ/kg)温度烟气焓空气焓Hy0Hk0Hfh炉膛、高过等主烟道省煤器及旁路烟道省煤器等空气预热器°CkJ/kgkJ/kgkJ/kgl",hp=sm"=ky"=Hy110010319271212281286130510312200208618672524842602264120863300317228293837763954401331724400429338055251065346542642935500544048

7、026864686770687154406600661858278178658232835466187700783068669793019733783088009064792611310762112619064990010318900011912237103181010001159310074147137551159311110012884111971651528912884121200141901230718516836141901313001551713437209184141551714140016849145742321999616849151500181911571826021595

8、1819116160019549168702872321019549171700209111802132324838209111818002228219180353264712228219190023655203523852811023655202000250372152441729759250372121002643222704030973264322222002781823883032595278185（3）不同过量空气系数下燃烧产物的容积见表2。（4）不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表见表3。（5）锅炉热平衡及燃料消耗量计算见表4。表 3 热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式及计算

9、结果1燃料拥有热量Qar,net,pkJ/kg任务书给定21701.102排烟温度py任务书给定130.003排烟焓IpykJ/kg查表3,=1.331762.614冷空气温度Ilk任务书给定30.005冷空气焓I”lkkJ/kg见表3185.476气体未完全燃烧热损失qqt由表6-51查取07固体未完全燃烧热损失qgt由表6-51查取1.508排烟热损失qpy6.889外部冷却损失plq图3-310锅炉效率gl88.1011过热蒸汽出口焓kJ/kgP=9.8Mpa,t=450,查水蒸气表3439.0012饱和水焓ibhkJ/kgP=10.2 Mpa,查水蒸气表1608.0013给水焓igsk

10、J/kgP= 10.5 Mpa,t= 165,查水蒸气表880.3114排污率ppw任务书给定2.0015过热蒸汽流量DgsKg/h任务书给定42000016锅炉总吸热量Qglkw300211.7817燃料消耗量Bkg/s15.1618计算燃料消耗量Bjkg/sB=(1-)14.9319空气预热器吸热量QkykJ/kg(-)2396.4220空气预热器吸热量与燃料热量的百分比qky×10011.0421保热系数0.9965（6）燃烧室水冷壁布置水冷壁采用60的光管，管节距s=64mm，管子悬挂炉墙，管子中心和炉墙距e=0.。表 4 燃烧器特性计算序号名称符号单位公式及计算结果1一次风

11、份额r1%表6-4402二次风份额r2%100-r1603一次风出口速度1m/s选用254二次风出口速度2m/s选用455一次风容积流量V1m3/s86.836二次风容积流量V2m3/s130.247每个一次风口面积f1m20.438每个二次风口面积f2m20.369炉膛容积热强度qvW/m3查表15900010炉膛容积Vlm32068.7411炉膛截面热强度qFW/m2查表350000012炉膛截面积Alm293.9813炉膛截面宽深比a/b按a/b=11.2选取1.1414炉膛宽度am选取a值使a/b=11.29.615炉膛深度bm9.7916冷灰斗倾角按50º选取50º

12、;17冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取1.218冷灰斗容积Vhdm3157.119炉膛主体高度hltm22.01注：1）´´是空预器出口的过量空气系表 5燃烧室结构特征计算序号名称符号单位公式及计算结果前、后、侧预棚出口窗1水冷壁管规格mm2管节距smm64853相对值s/d1.071.424管中心与炉墙距离emm0305相对值e/d00.56角系数xm20.980.9417炉墙面积F1m2516.8158.1344.218水冷壁有效辐射面积H除去511.6152.9337.429灰污系数0.450.450.4510水冷壁受热面平均热有效性系数0.4411炉膛面积2068

13、.7412烟气辐射层有效厚度s12.0313燃烧器中心高度m3.8214炉膛出口高度m19.2515燃烧器相对高度0.2016火焰中心高度0.20注：1）用加权平均法求：出表 6 燃烧室（炉膛）的传热计算序号名称符号单 位公式及计算结果1炉膛出口过量空气系数见表11.202炉膛漏风系数非膜式水冷壁，无护板0.103煤粉系统漏入风系数中速磨，负压运行0.044热空气温度选用2605热空气焓kJ/kg查表31843.776冷空气温度任务书给定307冷空气焓kJ/kg查表I-3（=1.2）185.478空气预热器未热空气份额1.069空气进入炉膛的热量kJ/kg2618.9910燃料有效放热量kJ/

14、kg24320.0911理论燃烧温度查表3（=1.2）173012炉膛出口烟温先假定，供计算等用113013炉膛出口烟焓kJ/kg查表3（=1.2）16371.3414烟气平均热容量kJ/(kg.)13.2515容积份额 水蒸气/三原子气体kg/Nm3查表2（=1.2）0.3116烟气密度kg1.3417飞灰浓度kg/kg查表2（=1.2）0.0118飞灰颗粒平均直径用中速磨选取16续表7序号名称符号单 位公式及计算结果19三原子气体辐射减弱系数0.4620灰粒辐射减弱系数0.9121焦炭辐射减弱系数1.0222火焰辐射减弱系数2.4023火焰辐射吸收率2.9224火焰黑度0.9525炉膛黑度

15、0.9826火焰中心高度系数0.4927炉膛出口烟温1193.0828炉膛出口烟焓kJ/kg查表3（=1.2）16725.4329炉内辐射传热量kJ/kg7568.0830辐射受热面热负荷Kw/m187.70每面墙宽6336mm，侧墙布置100根管子，前后墙布置98根管，后墙的水冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙的重量，斜叉管组成凝渣管，凝渣管有94根管子，另四根管直接向上与联箱相连。侧墙水冷壁向上延伸，在凝渣管区域形成附加受热面。燃烧室结构特性计算见表6。燃烧室的传热计算见表7。（7）燃烧室辐射吸热量的分配燃烧室辐射吸热量中有部分由凝渣管及高温过热器吸收。

16、1 凝渣管直接吸收燃烧室的辐射热量辐射受热面是燃烧室的出口窗。凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数有关，根据凝渣管的横向相对节距,从图7-10中的无炉墙反射的曲线上查得单排管的角系数，现凝渣管有三排，总的角系数（14）凝渣管辐射受热面为（15）由于出口窗位于燃烧室上不，热负荷比较小，需要计算沿高度的热负荷不均匀系数，出口窗中心的高度为，从冷灰斗中心到炉顶的总高度为，根据（16）和燃烧器中心相对高度，查图11-20中2线，得到。凝渣管吸收的辐射热量（17）2 高温过热器直接吸收燃烧室的辐射热量（18）3 水冷壁的平均辐射受热面热负荷（19）三、凝渣管的传热计算凝渣管束是错列布置，由后墙水冷壁延伸组

17、成，每四根相邻的管子组成第一、二、三排和折焰角，所以凝渣管的横向节距为4×64mm。凝渣管结构特性计算见表8。凝渣管的传热计算见表9。表 7 凝渣管结构特性计算序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格dmm2横向管子截距纵向管子截距mm2562503横向相对截距纵向相对截距mm4.274.174管子数目：第一排第二排第三排2324255每根管子计算长：第一排第二排第三排mmm5.172+0.7345.294+0.445+0.2515.416+0.156+0.5024.934.894.836凝渣管受热面积m266.257侧墙水冷壁在本区的附加受热面面积m28.448计算受热面积m274

18、.689烟气辐射层有效厚度m1.1710烟气流通截面m237.41表 8 凝渣管的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温见表71193.082入口烟焓kJ/kg见表716725.43出口烟温先假定，后校核11304出口烟焓kJ/kg查表316013.005烟气平衡放热量kJ/kg709.946平均烟温1161.547烟气体积Nm3/kg查表28.848容积份额 水蒸气/三原子气体查表20.319烟气密度kg/Nm31.3410飞灰浓度kg/kg查表20.012411飞灰颗粒平均直径m选用1612烟气流流速m/s18.5413烟气对流放热系数W/(m2·)查图8-618014

19、三原子气体辐射减弱系数1/(m·MPa)1.8315飞灰辐射减弱系数1/(m·MPa)0.9016烟气辐射吸收力0.3217烟气黑度0.2718管内工质温度饱和温度(9.8MPa)25519管壁灰污层厚度33520烟气辐射放热系数W/(m2·)a0查图8-1554.0721烟气总放热系数W/(m2·)234.0722热有效性系数选用0.6523传热系数W/(m2·) 152.1424平均温压906.5425传热量kJ/kg689.9426误差%2.82四、过热器的传热计算 从锅筒出来的饱和蒸汽先到凝渣管上方的蒸汽联箱，经过顶棚管到第一级对流过热

20、器的入口联箱。蒸汽通过悬挂的蛇形管逆流至出口联箱，最后一圈管束是顺流布置，这样可以避免出口管束与顶棚管的交叉。从第一级过热器出口联箱出来的蒸汽进入第二级过热器的入口联箱，蒸汽在第二级对流过热器中先逆流后顺流，此处第一圈管束是逆流，其余均为顺流，这样可以使过热器出口高温蒸汽处在较低温的烟气流中。第二级过热器的第一、二排管组成四排错列管，使节距增大，防止堵灰。其余均是顺列布置。由于一组受热面内有错、顺列布置，而计算时的平均温压是按整组受热面计算的，因此传热系数也要用整组受热面的平均值，此时采用加权平均法来计算以下参数：横向节距s1，纵向节距s2，烟气流通截面Fy，对流放热系数d，灰污系数，最后算出

21、传热系数k。加权平均是用错列、顺列的受热面来加权的。第二级过热器的结构特性计算见表10，传热计算见表11。第一级过热器的结构特性计算见表12，传热计算见表13。表 9 第二级（高温）过热器的结构特性序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格mm38×5.52错列管束横向节距mm2003纵向节距mm1504横向相对节距5.26 5纵向相对节距3.95 6横向管排数317纵向管排数48平均管长m上部和下部倾斜段并入顺列管束4.539受热面m267.02 10顺列管横向节距mm10011纵向节距mm(60+160)/211012相对横向节距2.63 13相对纵向节距2.89 14横向管排数6

22、215纵向管排数616每根管平均长度m考虑倾斜段长度，平均值按一半4.2517受热面m2188.64 18错列、顺列总受热面m2255.67 19加权平均横向节距mm(saHc+sshHsh)/(Ha+Hsh)126.22 20加权平均纵向节距mm120.49 21相对横向节距3.32 22相对纵向节距3.17 23辐射层有效厚度0.42 24蒸汽流通截面fm20.07 25错列区烟气流通截面m226.13 26顺列区烟气流通截面m217.50 27平均烟气流通截面m219.16 28两侧水冷壁附加受热面m226.54 29折焰角附加受热面m23.73 30顶棚管附加受热面m2按第一排计算：7

23、.22 表 10第二级（高温）过热器的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1直接吸收炉膛辐射热kJ/kg见例题174.52入口烟温见表911303入口烟焓kJ/kg见表916013.00 4蒸汽出口温度任务书给定5405蒸汽出口焓kJ/kg见表43439.00 6蒸汽入口温度假定4507蒸汽入口焓kJ/kg查蒸汽特性表3243.64 8蒸汽吸热量kJ/kg1635.64 9附加受热面吸热量kJ/kg假定，其中顶棚为58，水冷壁为24430210烟气放热量kJ/kg1763.14 11烟气出口焓kJ/kg14246.45 12烟气出口温度查表3（=1.215）821.613平均烟温975.81

24、4烟气容积Nm3/kg8.90 15水蒸气容积份额0.07 16三原子气体容积份额0.21 17烟气密度kg/Nm31.34 18飞灰浓度kg/kg0.01 19飞灰颗粒平均直径m按中速磨，选用1620烟气流速m/s31.71 21错例区烟气对流放热系数W/(m2·)93.08 22顺列区烟气对流放热系数W/(m2·)8823烟气平均对流放热系数W/(m2·)89.33 续表11序号名称符号单位公式及计算结果24蒸汽平均温度49525蒸汽比容vm3/kg查蒸汽表0.020 26蒸汽流速m/s34.628 27蒸汽放热系数W/(m2·)122828三原子气

25、体辐射减弱系数1/(m·MPa)1.90 29飞灰辐射减弱系数1/(m·MPa)6.51 30烟气辐射吸收力kps0.36 31烟气黑度a0.30 32飞灰系数错列管(m2·)/W0.0071 顺列管(m2·)/W选用0.004333平均灰污系数(m2·)/W0.0048 34管壁灰污层温度495.33 35辐射放热系数W/(m2·)45.80 36修正后辐射放热系数W/(m2·)65.04 37烟气总放热系数W/(m2·)154.37 38热有效性系数取自表8-50.60 39传热系数KW/(m2·)8

26、2.28 40平均温压计算纯逆流温压472.42 修正系数0.99 平均温压465.33 续表11序号名称符号单位公式及计算结果41传热量QkJ/kg655.64 42水冷壁附加受热面m230.27 其中：平均温压921.73 传热系数K取主受热面的K82.28 传热量kJ/kg640.55 43顶棚附加受热面m27.22 平均温压719.8传热系数KW/(m2·)取主受热面的K82.28 传热量kJ/kg1014.18 44总传热量W/(m2·)2310.36 45误差5.8346主过热器热量误差5.05 47顶棚受热面出口蒸汽焓顶棚受热面出口蒸汽温度kJ/kg2925.

27、18 257表 11 第一级（低温）过热器结构计算序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格mm2横向管子节距mm1003纵向管子节距mm77.64横向相对节距2.635纵向相对节距2.046横向管子排数637纵向管子排数168每根管子平均长度lm29.999顶棚管子长度m0.694+0.9+1.02.610受热面Hm2470.4211辐射层有效厚度Sm0.2012蒸汽流通截面fm20.1013烟气流通截面Fym26.4×3.8-63×0.038×3.6315.63表 13第一级（低温）过热器的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温见表11821.62入口烟焓kJ/kg见表1111208.00 3蒸汽出口温度假定4504蒸汽出口焓kJ/kg见表43243.64 5蒸汽入口温度查蒸汽特性表，p=14.98MPa3426蒸汽入口焓kJ/kg按p=10MPa,查蒸汽表2620.00 7蒸汽吸热量kJ/k