锅炉设计说明书

1、工业锅炉课程设计 学 院： 机 械 工 程 学 院 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 2011级 1 班 学 号： 201102060126 学生姓名： 杨开兴 指导老师： 赵云华 提交日期： 2014年 1 月 5 日 1、 设计任务及目的设计任务：完成给定规格的锅炉题目设计设计目的：通过本课程设计，使学生掌握工业锅炉设计的一般方法，巩固教学中所学知识，并学会将书本知识与实际应用相结合。二、原始资料锅炉规格：锅炉规格WNS4-1.25-Y，出水温度=193，进水温度=30，冷空气温度=30，排烟温度，热空气温度=30，冷空气温度=30，排烟处的过量空气系数=1.1，额定压力=1.25M

2、pa，额定功率Q=4MW。燃料物性Car83.976%Har12.23%Oar0.568%Nar0.2%Sar1.0%Aar0.026%War2.0%Qar net40445KJ/KG3、 设计计算（一）数据处理1. 燃烧计算理论空气量和烟气量理论空气量和烟气量名称符号单位计算公式计算结果理论空气量V0Nm3/kg0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.0333Oar10.7208395RO2容积VRO2Nm3/kg0.01866（Car+0.375Sar)1.56839166N2理论容积V0N2Nm3/kg0.79V0+0.8Nar/1008.471063205H2O

3、理论容积V0H20Nm3/kg0.111Har+0.0124War+0.0161V01.554935516入口过量空气系数漏风系数出口过量空气系数炉膛1.101.1烟管1.101.1炉膛烟管平均过量空气系数('+'')/21.11.1实际水蒸气体积VH2ONm3/kgV0H20+0.016(-1)V01.5721.572实际烟气量VyNm3/kgVRO2+V0N2+VH2O+(-1)V012.66612.666RO2容积份额rRO2VRO2/Vy0.1240.124H2O容积份额rH2OVH2O/Vy0.1230.123三原子气体容积份额rtri0.2470.247计算

4、结果如下表表1.2. 函温表IRO2=VRO2(c)RO2(c)N2I0N2=V0N2(c)N2(c)H2OI0H2O=V0H2O(c)H2O(c)KI0K=V0(c)KI0y=IRO2+I0N2+I0H2OI=I0y+(-1)I0KkJ/kgkJ/Nm3kJ/kgkJ/Nm3kJ/kgkJ/Nm3kJ/kgkJ/kg=1.1266.6265822129.61097.849791150.5234.0177952132.41419.439151598.4941692166.269829560.7000185259.92201.629327304.5473.4778646266.42856.031

5、6433235.807214378.219867876.41725963923320.656776462.7719.4686632402.74317.2820674916.5426996643.4555261210.641522526.54460.014777626.2973.7006201541.85808.5508416644.356928967.7772561559.608667663.85623.091755794.91236.018242684.17334.1263028418.71866411352.369181920.652427804.16811.581923968.91506

6、.577021829.78895.08053310238.8113713796.843582291.263376947.58026.3323871148.91786.465414978.310488.1972812104.0611816299.340092673.9509411093.69263.9547211334.42074.9059521129.112104.8998814012.8116118854.771573061.9710381241.610517.672081526.12372.9870911282.313747.3324915952.630221451.56323455.95

7、10231391.711789.178661722.92678.99841437.315409.0626117924.1280924087.753133855.7340571543.813077.627381925.12993.4063621594.917098.6669219926.7677926766.234564260.6927841697.214377.088472132.33315.5890011753.418797.9199821953.3702629472.538254668.6314541852.715694.33882343.73644.3023691914.220521.8

8、309724007.2726232216.005015080.1774262008.717015.824662559.13979.2354792076.222258.6069726075.2375634978.680355494.232824216618348.322927794321.1657992238.924002.8875628163.7215337764.876555910.9544882324.519690.986423001.84667.6054322402.925761.1052330269.5463440573.988436330.656096248421042.121322

9、9.25021.1977682567.327523.6112532393.9748743403.419376751.4555792643.722394.94983458.45377.5889882731.929288.2614334523.9943646239.298937173.9802922804.123753.708333690.35738.1785352898.831077.5695436665.8671649096.894987597.446042965.125117.549513925.56103.8993683064.732856.1568238818.8949251961.35

10、764表2.3. 锅炉热平衡及燃料消耗量计算表3.锅炉热平衡及燃料消耗量计算名称符号单位计算公式或来源数值燃料低位发热量Qnet,arkJ/kg给定40445冷空气温度tlk给定30冷空气焓I0lkkJ/kg查焓温表424排烟温度tpy给定213.4排烟热焓IpykJ/kg查焓温表4681固体不完全燃烧热损失q4由表B4选取0气体不完全燃烧热损失q3由表B4选取1排烟热损失q210.635 散热损失q5由表2-6选取1.2燃料物理热损失q6kJ/kg0锅炉总热损失qq2+q3+q4+q5+q612.632 锅炉热效率100-q87.378 给水焓igskJ/kg查表84饱和水焓ibhkJ/kg

11、查表822.6饱和气焓ibqkJ/kg查表2786.6锅炉排污率%设计给定5蒸汽带水率W%设计给定4气化潜热rkJ/kg查水，水蒸气物性表1964.0 额定蒸发量Dkg/h设计给定4锅炉有效利用热Q1KJ/sQ1=D(ibq-igs-Wr/100)+D(ibh-igs)2793.88锅炉燃料消耗量BKg/hQ1/Qar-net278.93 计算燃料消耗量BjKg/hB(1-q4/100)278.93保热系数/（+q5）0.986 4. 炉膛的计算表4.名称符号单位公式结果锅炉输入热量QrkJ/kg设计给定40445计算燃料消耗量Bjkg/h热平衡计算278.93保热系数热平衡计算0.986炉胆

12、出口过量空气系数l选取1.1冷空气温度tlc选取30冷空气焓IlkkJ/kg查图结果424.1热空气温度trk设计30热空气焓IrkkJ/kg查图结果424.1空气带入炉内热量QkkJ/kglIlk466.5炉胆入炉热量QlkJ/kgQr(（100-q4-q3-q6）/100-q4)+Qk405107.5绝热燃烧温度H查温焓表1931.8绝热燃烧绝对温度THK计算2204.8炉胆出口温度l假定967炉胆出口绝对温度TlK计算1240火焰绝对平均温度ThyK计算1481.2炉胆壁温tb计算273炉胆绝对壁温TbK计算546炉胆出口烟焓IlkJ/kg查表12470辐射和对流换热系数Ckw/(m2&

13、#183;k)设计选取11.72辐射对流的有效面积Hfm计算xFb13.9烟气放热量QrpkJ/kg（Ql-Il）27640.80烟气传热量QcrkJ/kg计算27593.6计算误差%计算0.165. 管束计算 第一管束计算序号名称符号单位公式结果1螺纹管节距tmm设计选取272螺纹管槽深mm设计选取33螺纹管的内径drmm设计选取454螺纹管的根数Nr设计选取1005光管的内径dgmm设计选取6光管的根数Ng设计选取7拉撑杆的内径dlmm设计选取458拉撑杆的根数Nl设计选取9螺纹管烟气流通面积Frm20.785dr2·Nr0.158962510光管烟气流通面积Fgm20.785d

14、g2·Ng011拉撑管烟气流通面积Flm20.785dl2·NL012纵向冲刷管长度Lm设计选取4.513螺纹管传热面积Hrm2dr·L·Nr63.61537514光管传热面积Hgm2dg·L·Ng015拉撑杆传热面积Hlm2dl·L·Nl016烟气流通总传热面积Fdm2Fr+Fg+Fl0.158962517总传热面积Hdm2Hr+Hg+Hl63.615375表5.第一管束热力计算序号名称符号单位公式结果1入口烟温1设计给定9672入口烟焓I1kJ/kg查温焓表18768.93出口烟温2热平衡计算213.44出口烟

15、焓I2kJ/kg查温焓表46815管束出口过量空气系数d1选取1.16管束漏风系数选取07冷空气温度Tlk选取308冷空气焓IlkkJ/kg查焓温表4249保热系数热平衡计算0.98610管束热平衡热量QrpkJ/kg（I1-I2）13889.9200411平均烟气温度p（1+2）/2590.212大端温压td1-tbh78413小端温压tx2-tbh30.414对数温压t计算231.879319515平均流速Wm/s计算19.4930670216烟气的普兰特系数Pr查烟气特性表0.621117烟气运动粘性系数vm2/s查烟气特性表0.0000918烟气导热系数查烟气特性表0.078319光管

16、或拉撑杆雷诺数Regwdg/v020螺纹管雷诺数Rerwdr/v9746.53351221比值R1t/dr0.622比值R2/dr0.06666666723光管对流换热系数gKW/(m2·)计算024螺纹管对流换热系数rKW/(m2·)计算0.09625烟气的总对流换热系数dKW/(m2·)（gHg+rHr）/Hr+Hg0.09626工质温度与管壁温差dt606027管壁温度tbtbh+6024328烟气压力PMPa0.10.129水蒸气体积份额rh200.1230.12330三原子体积份额rq0.2470.24731烟气容积Vym/kg12.66612.6663

17、2三原子气体辐射减弱系数kq1/MPa·m计算16.2133飞灰辐射减弱系数kh1/MPa·m计算034气体介质吸收力kps1/MPa·m计算0.065635烟气黑度ay计算0.063536温度比计算0.59337烟气辐射换热系数afKW/(m2·)计算0.0047538热有效系数估取0.7339总传热系数kKW/(m2·)（ad+af）0.073547540主受热面传热量QcrkJ/kgKHdt/Bj14002.297441主受热面传热误差计算0.008090569第二管束计算表6.序号名称符号单位公式结果1螺纹管节距tmm设计选取272螺纹

18、管槽深mm设计选取33螺纹管的内径drmm设计选取404螺纹管的根数Nr设计选取805光管的内径dgmm设计选取406光管的根数Ng设计选取707拉撑杆的内径dlmm设计选取458拉撑杆的根数Nl设计选取9螺纹管烟气流通面积Frm20.785dr2·Nr0.1004810光管烟气流通面积Fgm20.785dg2·Ng2.49611拉撑管烟气流通面积Flm20.785dl2·NL012纵向冲刷管长度Lm设计选取4.513螺纹管传热面积Hrm2dr·L·Nr45.237614光管传热面积Hgm2dg·L·Ng39.56415拉撑

19、杆传热面积Hlm2dl·L·Nl016烟气流通总传热面积Fdm2Fr+Fg+Fl2.5964817总传热面积Hdm2Hr+Hg+Hl84.8016第二管束热力计算序号名称符号单位公式结果1入口烟温1设计给定286.52入口烟焓I1kJ/kg查温焓表49133出口烟温2热平衡计算213.44出口烟焓I2kJ/kg查温焓表4681.765管束出口过量空气系数d1选取1.16管束漏风系数选取07冷空气温度Tlk选取308冷空气焓IlkkJ/kg查焓温表4249保热系数热平衡计算0.98610管束热平衡热量QrpkJ/kg（I1-I2）228.5942411平均烟气温度p（1+2）

20、/2249.9512大端温压td1-tbh103.513小端温压tx2-tbh30.414对数温压t计算59.6671858615平均流速Wm/s计算0.72300052816烟气的普兰特系数Pr查烟气特性表0.621117烟气运动粘性系数vm2/s查烟气特性表0.0000918烟气导热系数查烟气特性表0.078319光管或拉撑杆雷诺数Regwdg/v020螺纹管雷诺数Rerwdr/v321.333567921比值R1t/dr0.67522比值R2/dr0.07523光管对流换热系数gKW/(m2·)计算024螺纹管对流换热系数rKW/(m2·)计算0.09625烟气的总对

21、流换热系数dKW/(m2·)（gHg+rHr）/Hr+Hg0.05121141126工质温度与管壁温差dt606027管壁温度tbtbh+6024328烟气压力PMPa0.10.129水蒸气体积份额rh200.1230.12330三原子体积份额rq0.2470.24731烟气容积Vym/kg12.66612.66632三原子气体辐射减弱系数kq1/MPa·m计算16.2133飞灰辐射减弱系数kh1/MPa·m计算034气体介质吸收力kps1/MPa·m计算0.065635烟气黑度ay计算0.063536温度比计算0.59337烟气辐射换热系数afKW/(

22、m2·)计算0.0047538热有效系数估取0.7339总传热系数kKW/(m2·)（ad+af）0.0408518340主受热面传热量QcrkJ/kgKHdt/Bj2667.83147941主受热面传热误差计算0.106705986. 锅炉总热平衡校核表7.序号名称符号单位公式结果1锅炉效率%热平衡计算87.3782锅炉输入热量QrKJ/KgQr=Qnet,ar404453锅炉炉胆吸热量QrpKJ/Kg炉胆热力计算27637.84第一管束吸热量Qrp1KJ/Kg第一管束对流计算13889.920045第二管束吸热量Qrp2KJ/Kg第二管束对流计算228.594246烟管管束总吸热量QDKJ/KgQrp=Qrp1+Qrp241527.720047计算误差QKJ/KgQr/(100%-q4)-Qrp-Qrp1-Qrp26416.282188相对计算误差%Q/Qr1.026770183（2） 结构设计