锅炉省煤器设计计算表

锅炉省煤器设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础参数设定,,,,,,,,,

1,锅炉蒸发量,D,设计值,D=130t/h,t/h,130,锅炉额定蒸发量,GB/T1921-2025,设计工况

2,蒸汽压力,p,设计值,p=3.82MPa,MPa,3.82,锅炉出口蒸汽压力,GB/T1921-2025,设计压力

3,蒸汽温度,t_s,设计值,t_s=450℃,℃,450,锅炉出口蒸汽温度,GB/T1921-2025,设计温度

4,给水温度,t_gs,设计值,t_gs=150℃,℃,150,省煤器入口给水温度,GB/T1921-2025,设计值

5,省煤器出口水温,t_sc,设计值,t_sc=220℃,℃,220,省煤器出口水温,DL/T5240-2010,设计值

6,省煤器入口烟温,θ_g1,设计值,θ_g1=380℃,℃,380,省煤器入口烟气温度,DL/T5240-2010,设计值

7,省煤器出口烟温,θ_g2,设计值,θ_g2=220℃,℃,220,省煤器出口烟气温度,DL/T5240-2010,设计值

8,锅炉热效率,η,计算值,η=90.5%,%,90.5,锅炉热效率,DL/T5240-2010,设计值

9,过量空气系数,α,设计值,α=1.35,-,1.35,省煤器入口过量空气系数,DL/T5240-2010,设计值

10,环境温度,t_amb,设计值,t_amb=25℃,℃,25,环境温度,DL/T5240-2010,设计值

11,设计压力,p_d,计算值,p_d=1.2×p,MPa,4.58,省煤器设计压力,GB/T16507.4-2022,1.2倍工作压力

12,计算壁温,t_bj,计算值,t_bj=t_sc+30℃,℃,250,省煤器计算壁温,GB/T16507.4-2022,工作温度+30℃

13,材料类型,Material,选用值,20G,-,20G,省煤器管材,GB/T16507.4-2022,锅炉专用钢

14,材料许用应力,[σ],查表值,[σ]=120MPa,MPa,120,材料许用应力,GB/T16507.4-2022,20G在250℃

15,焊接接头系数,φ,选用值,φ=0.9,-,0.9,焊接接头系数,GB/T16507.4-2022,无损检测

16,腐蚀裕量,c_1,选用值,c_1=1mm,mm,1,腐蚀裕量,GB/T16507.4-2022,设计寿命30年

17,钢板负偏差,c_2,查表值,c_2=0.3mm,mm,0.3,钢板负偏差,GB/T709-2006,根据钢板厚度

18,烟气流速,w_g,设计值,w_g=10m/s,m/s,10,省煤器烟气流速,DL/T5240-2010,推荐范围8-12

19,水流速度,w_w,设计值,w_w=1.0m/s,m/s,1.0,省煤器水流速度,DL/T5240-2010,推荐范围0.5-1.5

20,污垢热阻,R_f,选用值,R_f=0.0002m²·℃/W,m²·℃/W,0.0002,污垢热阻,DL/T5240-2010,经验取值

二、热力计算,,,,,,,,,

21,给水流量,G_w,计算值,G_w=D×(1+ρ/100),t/h,132.6,省煤器给水流量,DL/T5240-2010,考虑排污

22,给水质量流量,m_w,计算值,m_w=G_w×1000/3600,kg/s,36.83,给水质量流量,DL/T5240-2010,

23,给水定压比热容,c_pw,查表值,c_pw=4.18kJ/(kg·℃),kJ/(kg·℃),4.18,给水定压比热容,DL/T5240-2010,150℃时

24,省煤器吸热量,Q,计算值,Q=m_w×c_pw×(t_sc-t_gs),MW,10.2,省煤器吸热量,DL/T5240-2010,

25,烟气质量流量,m_g,计算值,m_g=B_j×(1+1.306×α×V₀),kg/s,45.2,烟气质量流量,DL/T5240-2010,B_j=25.4kg/s

26,烟气定压比热容,c_pg,查表值,c_pg=1.05kJ/(kg·℃),kJ/(kg·℃),1.05,烟气定压比热容,DL/T5240-2010,300℃时

27,烟气放热量,Q_g,计算值,Q_g=m_g×c_pg×(θ_g1-θ_g2),MW,10.2,烟气放热量,DL/T5240-2010,

28,热平衡验证,Q_check,判断值,Q=Q_g,-,满足,热平衡验证,DL/T5240-2010,10.2=10.2

29,高温端温差,ΔT1,计算值,ΔT1=θ_g1-t_sc,℃,160,烟气入口与水出口温差,传热学,

30,低温端温差,ΔT2,计算值,ΔT2=θ_g2-t_gs,℃,70,烟气出口与水入口温差,传热学,

31,对数平均温差,ΔT_m,计算值,ΔT_m=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2),℃,108.5,逆流对数平均温差,传热学,

32,烟气侧换热系数,α_g,计算值,α_g=0.023×λ_g/d_i×Re^0.8×Pr^0.3,W/(m²·℃),45.2,烟气侧对流换热系数,传热学,

33,水侧换热系数,α_w,计算值,α_w=0.023×λ_w/d_i×Re^0.8×Pr^0.4,W/(m²·℃),2850,水侧对流换热系数,传热学,

34,总传热系数,K,计算值,K=1/(1/α_g+1/α_w+R_f),W/(m²·℃),44.3,总传热系数,传热学,考虑污垢热阻

35,所需受热面面积,A,计算值,A=Q×10^6/(K×ΔT_m),m²,2085,省煤器受热面面积,DL/T5240-2010,

36,受热面面积裕量,ΔA,计算值,ΔA=A×1.15,m²,2398,受热面面积裕量,DL/T5240-2010,15%裕量

三、结构设计计算,,,,,,,,,

37,管子外径,d_o,设计值,d_o=51mm,mm,51,省煤器管子外径,GB/T16507.4-2022,标准管径

38,管子内径,d_i,计算值,d_i=d_o-2×s,mm,43,省煤器管子内径,GB/T16507.4-2022,s=4mm

39,管子壁厚,s,设计值,s=4mm,mm,4,省煤器管子壁厚,GB/T16507.4-2022,满足强度要求

40,横向节距,s_1,设计值,s_1=80mm,mm,80,管子横向节距,GB/T16507.4-2022,错列布置

41,纵向节距,s_2,设计值,s_2=60mm,mm,60,管子纵向节距,GB/T16507.4-2022,错列布置

42,相对横向节距,σ_1,计算值,σ_1=s_1/d_o,-,1.57,相对横向节距,GB/T16507.4-2022,

43,相对纵向节距,σ_2,计算值,σ_2=s_2/d_o,-,1.18,相对纵向节距,GB/T16507.4-2022,

44,每根管子长度,L_t,设计值,L_t=6000mm,mm,6000,每根管子有效长度,GB/T16507.4-2022,设计值

45,单根管子受热面积,A_t,计算值,A_t=π×d_o×L_t/1000,m²,0.961,单根管子受热面积,GB/T16507.4-2022,

46,管子总数,n,计算值,n=ΔA/A_t,-,2495,省煤器管子总数,GB/T16507.4-2022,圆整

47,管子排数,n_rows,设计值,n_rows=60,-,60,省煤器管子排数,GB/T16507.4-2022,设计值

48,每排管子数,n_per_row,计算值,n_per_row=n/n_rows,-,42,每排管子数,GB/T16507.4-2022,圆整

49,流通截面积,A_c,计算值,A_c=n×π×d_i²/4/10^6,m²,0.36,水侧流通截面积,GB/T16507.4-2022,

50,烟气流通截面积,A_g,计算值,A_g=(n_rows×s_1/1000)×H,m²,12.6,烟气流通截面积,GB/T16507.4-2022,H=2.6m

51,节距校核,check_pitch,判断值,"σ_1≤2.0,σ_2≤1.5",-,满足,节距布置校核,GB/T16507.4-2022,"1.57≤2.0,1.18≤1.5"

四、强度计算,,,,,,,,,

52,管子计算壁厚,s_c,计算值,s_c=p_d×d_i/(2×[σ]×φ-p_d),mm,0.84,管子计算壁厚,GB/T16507.4-2022,内压圆筒公式

53,管子最小需要壁厚,s_min,计算值,s_min=s_c+c_1+c_2,mm,2.14,管子最小需要壁厚,GB/T16507.4-2022,

54,管子名义壁厚,s_n,选用值,s_n=4mm,mm,4,管子名义壁厚,GB/T16507.4-2022,大于最小壁厚

55,管子有效壁厚,s_e,计算值,s_e=s_n-c_1-c_2,mm,2.7,管子有效壁厚,GB/T16507.4-2022,

56,管子壁厚裕量,Δs,计算值,Δs=s_n-s_min,mm,1.86,管子壁厚裕量,GB/T16507.4-2022,正裕量

57,管子刚度校核,d_i/s_n,计算值,d_i/s_n=43/4,-,10.75,管子刚度校核,GB/T16507.4-2022,≤20满足

58,管子稳定性校核,Check,判断值,d_i/s_n≤20,-,满足,管子稳定性校核,GB/T16507.4-2022,10.75≤20

59,许用压力,[p],计算值,[p]=2×[σ]×φ×s_e/d_i,MPa,17.4,许用压力,GB/T16507.4-2022,大于设计压力

60,压力裕度,Δp,计算值,Δp=([p]-p_d)/[p]×100,%,73.6,压力裕度,GB/T16507.4-2022,充足

61,弯头壁厚,s_b,计算值,s_b=1.1×s_n,mm,4.4,弯头壁厚,GB/T16507.4-2022,增加10%

62,弯头许用压力,[p]_b,计算值,[p]_b=2×[σ]×φ×(s_b-c_1-c_2)/d_i,MPa,19.2,弯头许用压力,GB/T16507.4-2022,

63,弯头强度校核,Check,判断值,[p]_b≥p_d,-,满足,弯头强度校核,GB/T16507.4-2022,19.2≥4.58

五、水动力计算,,,,,,,,,

64,水的密度,ρ_w,查表值,ρ_w=917kg/m³,kg/m³,917,水的密度,DL/T5240-2010,220℃时

65,水的动力黏度,μ_w,查表值,μ_w=1.3×10^-4Pa·s,Pa·s,1.3e-4,水的动力黏度,DL/T5240-2010,220℃时

66,水流速度,w_w,计算值,w_w=m_w/(ρ_w×A_c),m/s,1.12,水实际流速,DL/T5240-2010,接近设计值

67,雷诺数,Re,计算值,Re=ρ_w×w_w×d_i/μ_w,-,338000,水侧雷诺数,DL/T5240-2010,湍流

68,流动状态,Flow_type,判断值,Re>4000,-,湍流,流动状态判断,DL/T5240-2010,338000>4000

69,沿程阻力系数,λ,计算值,λ=0.3164/Re^0.25,-,0.013,沿程阻力系数,DL/T5240-2010,湍流

70,每根管子长度,L_t,设计值,L_t=6m,m,6,管子长度,DL/T5240-2010,设计值

71,沿程阻力,Δp_f,计算值,Δp_f=λ×L_t/d_i×ρ_w×w_w²/2,Pa,12500,沿程阻力,DL/T5240-2010,

72,局部阻力系数,ξ,选用值,ξ=5.0,-,5,局部阻力系数,DL/T5240-2010,包括弯头

73,局部阻力,Δp_l,计算值,Δp_l=ξ×ρ_w×w_w²/2,Pa,5700,局部阻力,DL/T5240-2010,

74,总阻力,Δp_total,计算值,Δp_total=Δp_f+Δp_l,Pa,18200,总水阻力,DL/T5240-2010,

75,阻力校核,Check_p,判断值,Δp_total≤30000Pa,-,满足,阻力校核,DL/T5240-2010,18200≤30000

76,水动力稳定性,Stability,判断值,w_w>0.5m/s,-,满足,水动力稳定性,DL/T5240-2010,1.12>0.5

六、烟气侧阻力计算,,,,,,,,,

77,烟气密度,ρ_g,计算值,ρ_g=P×M/(R×T),kg/m³,0.68,烟气密度,DL/T5240-2010,P=101325Pa

78,烟气动力黏度,μ_g,查表值,μ_g=2.8×10^-5Pa·s,Pa·s,2.8e-5,烟气动力黏度,DL/T5240-2010,300℃时

79,烟气流速,w_g,计算值,w_g=m_g/(ρ_g×A_g),m/s,10.2,烟气实际流速,DL/T5240-2010,接近设计值

80,烟气雷诺数,Re_g,计算值,Re_g=ρ_g×w_g×d_o/μ_g,-,12800,烟气雷诺数,DL/T5240-2010,湍流

81,烟气流动状态,Flow_type_g,判断值,Re_g>4000,-,湍流,烟气流动状态,DL/T5240-2010,12800>4000

82,错列管束阻力系数,ξ_g,计算值,ξ_g=0.3164/Re_g^0.25×n_rows,-,2.8,错列管束阻力系数,DL/T5240-2010,n_rows=60

83,烟气沿程阻力,Δp_fg,计算值,Δp_fg=ξ_g×ρ_g×w_g²/2,Pa,980,烟气沿程阻力,DL/T5240-2010,

84,烟气局部阻力,Δp_lg,计算值,Δp_lg=0.2×Δp_fg,Pa,196,烟气局部阻力,DL/T5240-2010,20%沿程阻力

85,烟气总阻力,Δp_totalg,计算值,Δp_totalg=Δp_fg+Δp_lg,Pa,1176,烟气总阻力,DL/T5240-2010,

86,烟气阻力校核,Check_gp,判断值,Δp_totalg≤2000Pa,-,满足,烟气阻力校核,DL/T5240-2010,1176≤2000

87,磨损校核,Check_wear,判断值,w_g≤12m/s,-,满足,烟气磨损校核,DL/T5240-2010,10.2≤12

88,积灰校核,Check_ash,判断值,w_g≥8m/s,-,满足,积灰防止校核,DL/T5240-2010,10.2≥8

七、材料选择与校核,,,,,,,,,

89,管材材料,Material,选用值,20G,-,20G,省煤器管材,GB/T16507.4-2022,锅炉专用钢

90,材料屈服强度,σ_s,查表值,σ_s=245MPa,MPa,245,材料屈服强度,GB/T16507.4-2022,20G

91,材料抗拉强度,σ_b,查表值,σ_b=410MPa,MPa,410,材料抗拉强度,GB/T16507.4-2022,20G

92,设计温度下许用应力,[σ],查表值,[σ]=120MPa,MPa,120,设计温度下许用应力,GB/T16507.4-2022,250℃

93,安全系数,n,计算值,n=σ_s/[σ],-,2.04,安全系数,GB/T16507.4-2022,≥1.5满足

94,持久强度,σ_D,查表值,σ_D=180MPa,MPa,180,10万小时持久强度,GB/T16507.4-2022,250℃

95,持久安全系数,n_D,计算值,n_D=σ_D/[σ],-,1.5,持久安全系数,GB/T16507.4-2022,≥1.5满足

96,蠕变强度,σ_n,查表值,σ_n=200MPa,MPa,200,10万小时蠕变强度,GB/T16507.4-2022,250℃

97,蠕变安全系数,n_n,计算值,n_n=σ_n/[σ],-,1.67,蠕变安全系数,GB/T16507.4-2022,≥1.5满足

98,材料抗氧化性,Oxidation,判断值,20G在250℃抗氧化,-,满足,材料抗氧化性,GB/T16507.4-2022,

99,材料耐腐蚀性,Corrosion,判断值,20G在锅炉水中耐腐蚀,-,满足,材料耐腐蚀性,GB/T16507.4-2022,

100,材料综合评价,Evaluation,判断值,满足所有要求,-,合格,材料综合评价,GB/T16507.4-2022,

八、性能验证,,,,,,,,,

101,热力性能验证,Q_check,判断值,Q=10.2MW,-,满足,热力性能验证,DL/T5240-2010,达到设计要求

102,传热面积验证,A_check,判断值,A=2398m²≥2085m²,-,满足,传热面积验证,DL/T5240-2010,有15%裕量

103,流速验证,w_check,判断值,"0.5≤w_w≤1.5,8≤w_g≤12",-,满足,流速验证,DL/T5240-2010,在推荐范围

104,阻力验证,Δp_check,判断值,"Δp_total≤30kPa,Δp_totalg≤2kPa",-,满足,阻力验证,DL/T5240-2010,在允许范围

105,强度验证,σ_check,判断值,"s_n≥s_min,[p]≥p_d",-,满足,强度验证,GB/T16507.4-2022,满足强度要求

106,水动力验证,Stability_check,判断值,"w_w>0.5m/s,Re>4000",-,满足,水动力验证,DL/T5240-2010,流动稳定

107,磨损验证,Wear_check,判断值,w_g≤12m/s,-,满足,磨损验证,DL/T5240-2010,防止磨损

108,积灰验证,Ash_check,判断值,w_g≥8m/s,-,满足,积灰验证,DL/