2热水锅炉热力计1

毕业设计2热水锅炉热力计算热水锅炉的规格系列1－1额定出口/进口水温温度℃额定热功率180/11095/700.7115/70130/70150/90允许工作压力MPa（表压）MW0.41.00.71.01.01.251.251.62.50.10.2ΔΔΔΔΔΔ0.350.7ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ1.42.8ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ4.2ΔΔΔΔΔ7.010.514.029.046.058.0116.0ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ常压热水锅护的参数系列(参见JB/T7985--1995)常压热水锅炉是以水为介质，表压力为零的固定式锅炉。这种锅炉本体开孔与大气相通，在任何工况下锅炉水位线处表压力为零。常压热水锅炉的系列参数应符合下表1－2的规定。常压热水锅炉的参教1－20.05,0.07,0.1,0.2,0.35,0.5,0.6,0.7,1.05,1.4,2.1，2.8，（3.5）（4.2）额定热功率MW允许工作压力侧MPa(表压)0领定出口水温度℃9570级定进口水沮度℃锅壳锅炉总体型式代号1－3锅壳锅炉总体型式代号立式水管LS(立水)立式火管卧式外燃LH(立火)MW(卧外)卧式内燃WN(卧内)工业锅炉如为气水(热水、开水)两用或三用锅炉，以锅炉的主要功能来编制产品型号。常压热水锅护产品型号的编制方法今见《JB/T7985一1995)本次锅炉设计最终选定锅炉型式为卧式内燃三回程湿背式常压燃气热水锅炉。其型号为CWNS4.2—95/70—QT.。具体结构尺寸参见锅炉本体图。2.1燃料燃烧计算2.1.1锅炉参数锅炉热效率85～90%出水温度95摄氏度回水温度70摄氏度出口烟温150～200摄氏度烟气理论燃烧温度1700摄氏度系数：燃气通常在1.05～1.2，本次设计取1.052.1.2燃料燃烧特性过量空气查天津科学出版社出版的《工业锅炉手册》知所用天然气特性如下表2-1燃料燃烧特性表所示：表2-1燃料燃烧特性表成分H2COCH4C3H60.4C3H80.3C4H100.3N21O20CO20H2S0所占%0098并且查得燃料低位发热量Q=36533KJ/Nm32.1.3燃烧器资料通过对市场上各种燃烧器的品牌的比较和相关参数的查阅，决定使用RIELLO（利雅路）燃烧器，各系列型号具体数据参数参见下文资料。2.1.4理论空气量和理论烟气容积计算(1)理论空气量V0kV0=1/21(2CH+5CH+6.5C4H10+4.5C3H6)k438=1/21×(2×98+5×0.3+6.5×0.3+4.5×0.4)=9.58333m3干空气/m干燃气3(2)三原子气V体容积2ROVRO=VCO+VSO222=0.01(CO2+CO+3C3H6+3C3H8+4C4H10+H2S)=0.01×(98+0+3×0.4+3×0.3+4×0.3+0)=1.013m3/Kg(3)理论水蒸气容积VH2OV=0.01(H+HS+3CH+4CH+5CH)223638410H2O=0.01×(0+0+3×0.4+4×0.3+5×0.3)=2.1532m3/Kg(4)理论氮气容积VN2VN=0.79V0+0.01N2k2=0.79×9.85333+0.01×1=7.5808m3/Kg2.1.5烟气特性过量空气系数a=1.05(1)实际水蒸气容积V=0.01(H+HS+3CH+4CH+5CH+120d+120×1.05V0×22368410gH2Ok3d)a=2.1532m3/Kg(2)氮气体体积VN2VN=0.79V0+0.01N22k=0.79×1.05×9.8533+0.01×1=7.95938m3/m3

(3)过剩氧气体积VO2V=0.21(α-1)V0Ok2=0.21×(1.05-1)×9.58333=0.10062m3/m3(4)实际烟气总体积VyVy=V+V+V+VHONORO2222=1.03+2.0424+7.95938+0.10062=11.22612m3/m3根据计算整理燃料燃烧计算汇总表2-2表2-2燃料燃烧计算汇总表名称符号单位公式及来源计算结果过量空气系数——燃油燃气锅炉技术管理手册1.051/21(2CH+5CH+6.5438V9.5833理论空气量m3/m30kCH+4.5CH)41036H%%%%%%%%%%————————————————————002COCH980.40.30.314CH368CH3燃料成分CH410N2O02CO02HS200.01(CO+CO+3CH+3三原子气体容236Vm3/m3m3/m3m3/m31.0137.58082.1532积RO2CH+4CH+HS)384102理论氮气容积VN20.79V0+0.01Nk020.01(H+HS+3CH+4理论水蒸气容积2236V0H2OCH+5CH)38410标态下干燃气d含湿量Kg/m3Kg/m3————0.00495ga标态下干空气d含湿量0.0029320.01(H+HS+3CH+42236实际水蒸气容VCH+5CH+120m3/kg2.1532积38410H2Od+120*1.05Vd)0gka标态下氮气体V0.79V0+0.01Nk7.95930.1006211.226120m3/kgm3/kgm3/kg积N22实际烟气过剩V0.21(-1)V0氧体积O2k实际烟气量VV+V+V+VRO2H2ON2O2Y2.1.6烟气的比焓在锅炉热力计算或热工实验时，须根据烟气的温度求得烟气比焓或反之。烟气比焓是以1Kg油燃料或标态1m气体燃料为基础且以0℃为起点。因此通过计3算整理烟气焓温表表2-3：烟气焓温表（每千克燃料所产生烟气的总焓值）温度理论理论（烟气差空气差ro2N2H2O顺飞灰空飞炉膛序℃的焓的焓)的焓气灰1.1510974.887.814.3170129150132800961710722584.03.58.52.43.81220197710021785.897.29.9357259304266160.691.7296774486678143.46.92.46.369.3300910312699.2913.1263.73046.75583924624023.447.756956325401.81.01.72.69932.03363376407110613631.4063.87715266265413628.88.52.16.7604.400.9533252195904804516210914586.954.4581.29946637946845850.8.5005.492.0925416582569205.35.8.85.1554737451628211195562.976.122557116.9.60314846099.28049688294.66.216.7240353652546.12.88.7406157696742911476558.996.117.146114668413.947978080358531.88.83.68539.52.327007.886.6708265728268422860111717569.1010136.170109133112769737.808.789.902.96302454.89.17.23267222068620482683.64.4979211908596.1027154.1951241521288711081909.109.320.05294242.21.56.02.33..61078785429908267328110012099635.103812446.79588110000174.220139172143981.44.3376592.9859246323.51.72.97.347211112221226106921056194.1008.0301.5831.14256.48336320824515419215913831108.33.75.14.8.8514969419811213461240117551062213.2008.4736.4435.06176.9192823827116921317515231126.57.12.23.4.7328066684614721256128331078.07024241.6.72972.71852343.64.21911316650128464560.00481133005.03.561.1325415981263139188.21.1771085278.3232002552071518076.03952114400.7128538310909.08.7429.26.271288.844817261274150092.68.468277311.350216223179.019514.118841155002.5856.740869343.1658.95811166.961854.283128416108.90751099.321324.37623230024020963184.41.72.8.30094598.8306004882928683

1171.591984.634129417211.44731102.539366.40324832225620224236.34.09.37.3700843018142466.31642643452732388593561188.372113.770129618314.38941102.942387.430213.68.31.8.52868000822324.78402941192.742244.376130419433.75631119.366234.04.20.38.8.81028605617359008588646245728036928925357422.686223751308111826833.6893622020551445.484296392306250.92.175.0262208000.782437764.255.65.61225071319216791127511312416323283220.81.892.3281.5455.37.53.23.7.7135221100468.2607240433676935922638131522804112553832844034029807222200489.276.64.831.5945.2666.49.21.91.6.3351348606764828482.2锅炉热平衡燃料消耗计算燃油燃气锅炉热力计算的主要目的是确定足够的受热面，以保证锅炉合理的出力和热效率。油气燃料燃烧过程和燃烧产生的烟气与固体燃料相比，有许多不同之处，因而燃油燃气锅炉的性能结构热力计算与燃煤锅炉相比，有许多不同之处，也有其特点。燃油燃气锅炉的热力计算主要包括：(1)锅炉的热平衡计算(2)炉膛（胆）的受热面计算(3)对流受热面的计算因此本节通过计算将热平衡计算整理成表格2-4如下所示：表2-4热平衡计算序号名称符号单位计算公式及数据来源结果燃料低位发热量36533123KJ/Nm3查得Qdw机械不完全燃烧热损失00%忽略不计%忽略不计q4化学不完全燃烧q6气体不完全燃烧损失0.54456%%估取估取给定q3散热损失q520冷空气温度t℃lk254.34175789冷空气焓KJ/Nm3℃查焓温表Ilk排烟温度排烟焓要求200以下选取2731.413978IKJ/Nm3查焓温表py6.745564224188.7544357763600000q100(II)1011排烟热损失q%%22pylkQB100-q-q-q-q-q6锅炉效率234512锅炉总换热量Kcal/h任务书给定0.1285447770.127902416.8Q/3600Q131415燃料消耗量m3/sm3/s——dw计算燃料消耗量BB=B（100-q）/1003jj0.9568753778/(+q)5保温系数2.3炉胆的传热过程和计算炉膛传热过程是炉内燃烧过程的烟气流动过程同时进行的。炉内既有燃烧反应的化学过程，又有物质交换的物理过程，因此炉膛传热过程十分复杂。目前，我国采用的炉膛热力计算方法是运用“相识理论”分析，并通过大量的实验而综合得出的半经验公式。近年来，随着电子计算技术的发展，很多研究人员试图借助数学模型用解析法来研究和计算炉膛换热过程，已经取得了一定进展。计算的任务是确定辐射受热面（火管）的吸热量和炉膛出口烟气温度。炉膛传热过程主要是高温火焰和水冷壁之间的辐射换热流速小，炉膛换热。炉内烟气因而对℃流传热较弱，所占炉膛份额较少，计算时可以忽略。根据锅炉出力3600000kcal/h，燃烧器选用利雅路燃烧器，其型号GAS10P/M-541T3。各项技术数据如下：型号类型541TGAS10P/M-出力大火2100～4200Mcal/h运行方式开关方式（每24小时至少停一次）环境温度炉膛背压0~40℃0～18mbar燃料温度最大60℃供电三相—220V—380V（带电线）50HZ根据出力，得炉胆长度4m，直径1m。其炉膛传热计算主要是指炉胆，炉胆计算公式和方法主要参照《燃油燃气锅炉》（西安交通大学出版社赵钦新惠世恩主编）和《工业锅炉设计手册》（天津科学出版社）理论分析和实验研得究出的结论，通过计算整理表格2-5炉胆热力计算如下所示：表2-5炉胆热力计算序名称符号单位计算公式或来源结果36533号锅炉输入热QQ=Q123KJ/m3量rrdw计算燃料消耗量Bm3/h热平衡计算460.44720.95687537784j保温系数——热平衡计算4炉胆长度5炉胆内直径lmm由燃烧器决定由燃烧器决定dF1dl6炉胆面积12.56637m37受热面温度TK℃273+95+95463822b炉胆出口温t89假定"度l炉胆出口绝Kt"+273l1095T"l对温度炉胆出口烟1011KJ/m3查焓温表13882.4264421534I"l焓火焰平均温TT"+1/4(T-T")度byllll12冷空气温度t℃KJ/m3KJ/m3KJ/m3KJ/m2k给定20lk1314151617181920冷空气焓查焓温表254.34Ilk空气带入炉内的热量I267.05736617.39212Qklk炉胆入炉热Q0.995Q+Qr量lk辐射换热系C取定4数辐射和对流H计算12.5663721754.52875817984.297130.1733m2有效面积j烟气炉内放热量（Q-I"）lQKJ/m3KJ/m3%rpl烟气辐射换热量HT4byT4QCjb100B100crjQQcr100%Q计算误差rpQrp2.4对流受热面的传热计算锅炉的对流受热面是指锅炉管束,过热器，省煤器，空气预热器等。此处计算是指锅炉管束计算。在烟管管束中，高温烟气主要以对流方式进行放热，所以称之为对流受热面。由于烟气中含有三原子气体以及灰飞，它们具有一定的辐射能力，因此除对流放热外，还要考虑烟气的辐射放热。对流受热面的计算，在本次燃气锅炉设计中是以燃烧1m燃料时，烟气的放3热量或工质的吸热量为计算基础。由此可得出对流换热面的传热方程和热平衡方程。传热方程式：QKHtkj/kg,kj/m3Bcrj热平衡方程式：烟气侧：I0QIIkj/kg,kj/m3'"rpk工质侧：iQD'i"'QBkj/kg,kj/m3crfj式中Qrp——在某一对流受热面中，每m3计算燃料产生的烟气放给受热面的热量。K——在某一对流受热面中，由管外烟气至管内工质的传热系数。H——某一对流受热面的计算传热面积。t——平均温差。Bj——每秒计算燃料消耗量。——计算散热损失的保热系数。I'和I——烟气进入和离开此受热面时的焓。"和i——工质在受热面进口和出口处的焓。i'"D'——每秒工质的流量。Qf——工质所吸收来自炉膛的辐射传热。上面三式是对流换热面计算的基本方程式，在已知对流受热面的传热面积情况下，需要确定烟气经放热后的焓及相应的温度，这时计算的关键在于确定传热系数K。对流受热面的计算，在本次燃气锅炉设计中是以燃烧1m3燃料时，烟气的放热量或工质的吸热量为计算基础。2.4.1第一管束的传热计算先选定管子规格，表2-6第一管束传热计算序号名称符号单位公式结果'1进口烟温℃炉胆出口烟温82213882.426442进口烟焓出口烟温KJ/m3查烟温表I'"34℃假定310出口烟焓管束出口过量空气系数KJ/m3查烟温表4907.1504I"5选取1.05管束平衡热量6QKJ/m3m/sI'-I"8975.276rp178烟气流速假定后校核选取13烟管根数n200螺纹管外径9Ddmmmmmmmmmm选取选取选取选取选取0.0510.0450.03螺纹管内径10111213141516螺纹管节距T螺纹管槽深0.0021.6螺纹管长度l螺纹管传热面积烟气流动面积HSdln45.23890.3179566mm220.785dn2平均烟气温度（+"）/2tpj℃'管外工质t171819℃℃℃给定'-t"-t62.5759.5247.5温度最大温压td最小温压tx(tt)/lntt2021对数温差t℃456.633ddxxBVt273平均烟气流速pjm/s13.88080.6234jy3600S273查烟气特性表查烟气特性表查烟气特性表d/烟气普朗特数22232425Pr-烟气运动粘性系数烟气导热系数8.74276E-05m2/sKW/m℃-0.0700887144.608螺纹管雷诺数Re螺纹管流换热系数对0.080.112t0.01442627KW/m℃KW/m℃Re0.9260.0566200.056620rddd烟气总对流换热系数此处等于dr水蒸气体2829rH2O--rH2O=V/VH2O0.19180.282积份额三原子份额yrqrH2O+V/VR2Oyt27310.37pj1000三原子减弱系数30kq1/(mMpa)21.352H2Or2.475.06rrpsqq有效辐射烟气压力31323334厚度Sm0.9d0.04050.1《锅炉原理》pMPa飞灰辐射减弱系数Kh1/(Mpa)1/(Mpa)-0气体介质吸收力0.086475915308Kps(kq+kh)ps烟气黑度353637——————1ekps0.08280.42960.85yt273bt273温度比pj热有效系数燃气锅炉取0.855.11011t2733烟气辐射放热系数ypj38Kw/m℃0.004225312f1总传热系（+）3940KKW/0.0517m3℃数df主受热面tKH/BKJ/Nm38350.116Qcr传热量jQQcr100%Qrp141误差%0.06965rp12.4.2第二管束的传热计算通过计算整理表2-7第二管束传热计算。表2-7第二管束传热计算序号名称符号单位公式结果3101234进口烟温'℃第二管束出口烟温进口烟焓IKJ/m3℃查烟温表4907.1504163'出口烟温"假定出口烟焓I"管束出口KJ/m3查烟温表2542.2095过量空气系数5选取1.05管束平衡6QKJ/m3m/sI'-I"2364.941热量rp178烟气流速假定后校核选取14烟管根数n120螺纹管外9Dmm选取0.051径螺纹管内径1011dmmmm选取选取0.0450.03螺纹管节T距螺纹管槽深1213141516171819mmmm选取选取dln0.0021.6螺纹管长l度螺纹管传H27.140.1907236.562.5mm22热面积烟气流动面积S0.785d2n平均烟气温度tpj℃℃℃℃（'+"）/2给定管外工质温度tt'-t最大温压247.5100.5d最小温压t"-tx(tt)/lnt2021对数温压℃163.106314.051tdtdxxBVt273平均烟气流速pjm/sjy3600S273查烟气特性表查烟