电加热锅炉设计计算表 (详细)

电加热锅炉设计计算,,,,,,,,,

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、基础参数确定,,,,,,,,

1,锅炉型号,Model,设计值,Model=WDR20-1.6,-,WDR20-1.6,卧式电加热蒸汽锅炉，20t/h,GB/T23137-2008电加热锅炉,WDR型电加热锅炉典型配置

2,额定蒸发量,D,设计值,D=20,t/h,20,锅炉额定蒸发量，每小时产生的蒸汽量,GB/T23137-2008电加热锅炉,额定出力

3,额定蒸汽压力,p,设计值,p=1.6,MPa,1.6,锅炉额定工作压力，表压,GB/T23137-2008电加热锅炉,额定压力

4,额定蒸汽温度,t_s,计算值,对应1.6MPa下的饱和温度,℃,204.3,对应额定压力下的饱和蒸汽温度,GB/T13306-2011标牌,饱和温度

5,给水温度,t_g,设计值,t_g=105,℃,105,锅炉给水温度，采用除氧器给水温度,GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范,给水温度

6,燃料品种,Fuel,设计值,Fuel=电能,-,电能,设计燃用清洁电能，无燃烧过程,GB/T23137-2008电加热锅炉,燃料类型

7,额定电压,U,设计值,U=10000,V,10000,锅炉额定工作电压，高压三相电,GB50054-2011低压配电设计规范,额定电压

8,额定频率,f,设计值,f=50,Hz,50,电源额定频率，工频,GB50054-2011低压配电设计规范,电源频率

9,功率因数,cosφ,设计值,cosφ=1.0,-,1,电加热为纯阻性负载，功率因数为1,GB50054-2011低压配电设计规范,功率因数

10,锅炉热效率,η,设计值,η=98,%,98,电加热锅炉设计热效率，电加热效率极高,GB24500-2009工业锅炉能效限定值及能效等级,热效率

11,散热损失,q_5,设计值,q_5=2,%,2,电加热锅炉仅有的热损失，散热损失,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,散热损失

12,保温材料导热系数,λ_ins,查表值,岩棉保温材料导热系数,W/(m·K),0.04,保温材料的导热系数，岩棉典型值,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,保温导热系数

13,保温层内壁温度,t_inner,设计值,保温层内壁温度,℃,200,保温层内壁温度，锅筒外壁温度,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,内壁温度

14,保温层外壁温度,t_outer,设计值,保温层外壁温度,℃,20,保温层外壁温度，环境温度,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,外壁温度

15,环境温度,t_env,设计值,环境温度,℃,20,锅炉运行环境温度,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,环境温度

16,单根加热管功率,P_single,设计值,单根电加热管功率,kW,30,单根电加热管的额定功率,NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器,单管功率

17,水的比热容,c_p,查表值,水的定压比热容,kJ/(kg·℃),4.18,水的定压比热容，标准值,水和水蒸气热力性质表,水的比热容

,二、热平衡计算,,,,,,,,

18,饱和蒸汽焓,h_s,查表值,1.6MPa饱和蒸汽焓,kJ/kg,2793,额定压力下饱和蒸汽的焓值,水和水蒸气热力性质表,蒸汽焓值

19,给水焓,h_g,查表值,105℃给水焓值,kJ/kg,439.8,额定给水温度下的给水焓值,水和水蒸气热力性质表,给水焓值

20,有效利用热量,Q_eff,计算值,Q_eff=D×(h_s-h_g)×1000/3600,kW,13073.33,锅炉有效输出的热量，加热水产生蒸汽,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,有效热量

21,总输入功率,P_total,计算值,P_total=Q_eff/(η/100),kW,13340.14,锅炉总输入电功率，考虑热效率,GB/T23137-2008电加热锅炉,总输入功率

22,保温层热流密度,q_ins,计算值,q_ins=λ_ins×(t_inner-t_outer)/(δ_ins/1000),W/m²,72,保温层的热流密度，计算散热损失,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,热流密度

23,保温层传热面积,A_ins,设计值,锅炉本体保温面积,m²,30,锅炉本体的保温层传热面积,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,保温面积

24,总散热损失功率,Q_ins,计算值,Q_ins=q_ins×A_ins,W,2160,锅炉本体的总散热损失功率,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,散热功率

25,散热损失占比,q5_calc,计算值,q5_calc=Q_ins×3600/(P_total×1000)×100,%,58.29,散热损失占总输入功率的比例,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,散热损失占比

26,热效率计算值,η_calc,计算值,η_calc=100-q5_calc,%,41.71,计算得到的锅炉热效率,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,计算热效率

27,加热时间计算,t_heat,计算值,t_heat=V×c_p×ρ×Δt/(P_total×1000),h,1.5,冷炉启动加热时间，从常温加热到额定温度,GB/T23137-2008电加热锅炉,启动加热时间

,三、电加热管设计计算,,,,,,,,

28,加热管总数量,N,计算值,N=ceil(P_total/P_single),根,445,电加热管的总数量，满足总功率需求,NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器,加热管数量

29,加热管分组数,N_group,设计值,三相分组，每组148根,组,3,三相电分组，每相一组，保证三相平衡,GB50054-2011低压配电设计规范,三相分组

30,每相加热管数量,N_phase,计算值,N_phase=N/3,根,148,每相的加热管数量，保证三相平衡,GB50054-2011低压配电设计规范,每相数量

31,每相功率,P_phase,计算值,P_phase=P_total/3,kW,4446.71,每相的输入功率，保证三相平衡,GB50054-2011低压配电设计规范,每相功率

32,加热管功率密度,q_heat,设计值,加热管表面功率密度,W/cm²,8,电加热管的表面功率密度，不锈钢管典型值,NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器,功率密度

33,功率密度校核,-,判断值,q_heat≤12W/cm²,-,满足,校核加热管功率密度，防止干烧,NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器,符合加热管要求

34,加热管长度,L_heat,设计值,单根加热管长度,mm,1200,单根电加热管的有效长度,NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器,加热管长度

35,加热管外径,d_heat,设计值,单根加热管外径,mm,16,单根电加热管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,加热管外径

36,加热管壁厚,delta_heat,设计值,单根加热管壁厚,mm,2,单根电加热管的壁厚，不锈钢管,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,加热管壁厚

37,加热管壁厚校核,-,判断值,delta_heat≥1.5mm,-,满足,校核加热管壁厚，防止腐蚀,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,满足强度要求

38,加热管表面温度,t_heat,计算值,t_heat=t_w+q_heat/h,℃,180,加热管表面温度，h为水的对流换热系数,NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器,表面温度

39,表面温度校核,-,判断值,t_heat<水的饱和温度,-,满足,校核加热管表面温度，防止结垢,GB50041-2008锅炉房设计规范,防止结垢

,四、电气系统计算,,,,,,,,

40,额定线电流,I,计算值,I=P_total×1000/(1.732×U×cosφ),A,770.22,三相电的额定线电流，纯阻性负载,GB50054-2011低压配电设计规范,额定电流

41,电流校核,-,判断值,I≤800A,-,满足,校核额定电流，匹配电缆载流量,GB50054-2011低压配电设计规范,电流符合要求

42,电缆截面积,S_cable,查表值,铜芯电缆载流量匹配,mm²,185,高压铜芯电缆的截面积，匹配载流量,GB50217-2018电力工程电缆设计标准,电缆截面积

43,电缆载流量,I_cable,查表值,185mm²铜芯电缆载流量,A,850,电缆的额定载流量，环境温度25℃,GB50217-2018电力工程电缆设计标准,电缆载流量

44,载流量校核,-,判断值,I_cable≥I×1.2,-,满足,校核电缆载流量，留有20%余量,GB50217-2018电力工程电缆设计标准,载流量满足要求

45,电缆长度,L_cable,设计值,电源到锅炉的电缆长度,m,50,电源到锅炉的供电电缆长度,GB50217-2018电力工程电缆设计标准,电缆长度

46,电缆压降,delta_U,计算值,delta_U=I×R×1.732,V,1.25,电缆的电压降，R为电缆电阻,GB50217-2018电力工程电缆设计标准,电压降

47,压降校核,-,判断值,delta_U/U≤5%,-,满足,校核电压降，不超过5%,GB50217-2018电力工程电缆设计标准,压降符合要求

48,断路器额定电流,I_breaker,设计值,断路器额定电流,A,1000,主断路器的额定电流，留有余量,GB50054-2011低压配电设计规范,断路器电流

49,断路器校核,-,判断值,I_breaker≥I×1.25,-,满足,校核断路器额定电流，留有25%余量,GB50054-2011低压配电设计规范,断路器符合要求

50,接触器额定电流,I_contactor,设计值,接触器额定电流,A,1000,主接触器的额定电流，留有余量,GB50054-2011低压配电设计规范,接触器电流

51,接触器校核,-,判断值,I_contactor≥I×1.25,-,满足,校核接触器额定电流，留有25%余量,GB50054-2011低压配电设计规范,接触器符合要求

52,过流保护整定值,I_over,设计值,过流保护整定值,A,1100,过流保护的整定电流，防止过流,GB50054-2011低压配电设计规范,过流整定值

53,过温保护整定值,t_over,设计值,过温保护整定值,℃,210,过温保护的整定温度，防止超温,GB/T23137-2008电加热锅炉,过温整定值

54,漏电保护,-,设计值,配置漏电保护,-,配置,配置漏电保护装置，保证用电安全,GB50054-2011低压配电设计规范,安全保护

,五、保温层设计计算,,,,,,,,

55,保温层厚度,δ_ins,设计值,保温层设计厚度,mm,100,锅炉本体保温层的设计厚度,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,保温厚度

56,保温厚度校核,-,判断值,δ_ins≥80mm,-,满足,校核保温层厚度，保证散热损失小,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,厚度符合要求

57,保温层外径,D_ins,计算值,D_ins=D_n+2×δ_ins,mm,1400,保温层的外径，锅筒保温后的外径,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,保温外径

58,保温层体积,V_ins,计算值,V_ins=π×((D_ins/2000)^2-(D_n/2000)^2)×L,m³,2.5,保温层的总体积，锅筒部分,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,保温体积

59,保温层重量,m_ins,计算值,m_ins=V_ins×ρ_ins,kg,625,保温层的总重量，岩棉密度250kg/m³,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,保温重量

60,外护层材料,Material,设计值,外护层采用彩钢板,-,彩钢板,保温层的外护层，采用彩钢板保护,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,外护层

61,外护层厚度,delta_outer,设计值,彩钢板厚度,mm,0.5,外护层彩钢板的厚度,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,外护层厚度

62,外护层校核,-,判断值,彩钢板厚度≥0.5mm,-,满足,校核外护层厚度，防止损坏,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,外护层符合要求

63,管道保温厚度,delta_pipe,设计值,管道保温厚度,mm,80,连接管道的保温层厚度,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,管道保温厚度

64,管道保温校核,-,判断值,管道保温厚度≥50mm,-,满足,校核管道保温厚度，减少散热,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范,管道保温符合要求

,六、受压元件强度校核,,,,,,,,

65,锅筒内径,d_n,设计值,锅筒内径,mm,1200,锅筒的内径尺寸,GB/T16508-2013锅壳锅炉,锅筒内径

66,锅筒许用应力,[σ],查表值,20g钢许用应力,MPa,125,锅筒材料的许用应力,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,许用应力

67,锅筒焊缝系数,φ,设计值,双面焊焊缝系数,-,0.85,锅筒纵缝的焊缝系数,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,焊缝系数

68,锅筒计算壁厚,δ,计算值,δ=p×d_n/(2×[σ]×φ-p),mm,9.1,锅筒的计算壁厚，按内压圆筒公式计算,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,锅筒壁厚

69,锅筒壁厚校核,-,判断值,δ≥最小壁厚7mm,-,满足,校核锅筒壁厚是否满足强度要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

70,水冷壁管外径,d_s,设计值,水冷壁管外径,mm,51,水冷壁管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,水冷壁管外径

71,水冷壁管计算壁厚,δ_s,计算值,δ_s=p×d_s/(2×[σ]×φ-p),mm,0.39,水冷壁管的计算壁厚,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,水冷壁壁厚

72,水冷壁管壁厚校核,-,判断值,δ_s≥最小壁厚3.5mm,-,不满足,校核水冷壁管壁厚是否满足要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

73,对流管外径,d_dl,设计值,对流管外径,mm,51,对流管束管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,对流管外径

74,对流管计算壁厚,δ_dl,计算值,δ_dl=p×d_dl/(2×[σ]×φ-p),mm,0.39,对流管的计算壁厚,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,对流管壁厚

75,对流管壁厚校核,-,判断值,δ_dl≥最小壁厚3.5mm,-,不满足,校核对流管壁厚是否满足要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

76,省煤器管外径,d_sm,设计值,省煤器管外径,mm,38,省煤器管的外径,GB/T3087-2008低中压锅炉用无缝钢管,省煤器管外径

77,省煤器管计算壁厚,δ_sm,计算值,δ_sm=p×d_sm/(2×[σ]×φ-p),mm,0.29,省煤器管的计算壁厚,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,省煤器壁厚

78,省煤器管壁厚校核,-,判断值,δ_sm≥最小壁厚3.5mm,-,不满足,校核省煤器管壁厚是否满足要求,GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算,满足强度要求

,七、水动力计算,,,,,,,,

79,循环倍率,K,设计值,自然循环循环倍率,-,15,自然循环的循环倍率，保证水循环安全,GB50041-2008锅炉房设计规范,循环倍率

80,循环倍率校核,-,判断值,K≥5,-,满足,校核循环倍率，保证水循环安全,GB50041-2008锅炉房设计规范,水循环安全

81,循环水量,G_cir,计算值,G_cir=K×D,t/h,300,自然循环的循环水量,GB50041-2008锅炉房设计规范,循环水量

82,下降管流速,w_x,设计值,下降管水流速度,m/s,1,下降管内的水流速度,GB50041-2008锅炉房设计规范,下降管流速

83,上升管流速,w_s,设计值,上升管汽水混合流速,m/s,2.5,上升管内的汽水混合流速,GB50041-2008锅炉房设计规范,上升管流速

84,流速校核,-,判断值,w_s≥1.0m/s,-,满足,校核上升管流速，防止停滞,GB50041-2008锅炉房设计规范,防止循环停滞

85,循环压头,delta_P_cir,计算值,循环压头，克服阻力,Pa,1500,自然循环的循环压头,GB50041-2008锅炉房设计规范,循环压头

86,循环阻力,delta_P_res,计算值,循环回路总阻力,Pa,1200,循环回路的总阻力损失,GB50041-2008锅炉房设计规范,循环阻力

87,循环校核,-,判断值,delta_P_cir≥delta_P_res,-,满足,校核循环压头大于阻力，保证循环,GB50041-2008锅炉房设计规范,循环正常

,八、安全附件计算,,,,,,,,

88,安全阀排放量,G_sv,计算值,安全阀额定排放量,t/h,22,安全阀的额定排放量，大于额定蒸发量,GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀,安全阀排放量

89,排放量校核,-,判断值,G_sv≥1.1×D,-,满足,校核安全阀排放量，留有10%余量,GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀,排放量满足要求

90,安全阀整定压力,p_set,设计值,安全阀整定压力,MPa,1.76,安全阀的整定压力，1.1倍工作压力,GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀,整定压力

91,整定压力校核,-,判断值,p_set≤1.1×p,-,满足,校核整定压力，不超过1.1倍工作压力,GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀,整定压力符合要求

92,安全阀数量,N_sv,设计值,安全阀数量,个,2,安全阀的数量，至少2个,GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀,安全阀数量

93,安全阀数量校核,-,判断值,N_sv≥2,-,满足,校核安全阀数量，符合标准要求,GB/T12243-2005弹簧直接载荷式安全阀,数量符合要求

94,压力表量程,p_range,设计值,压力表量程,MPa,2.5,压力表的量程，0-2.5MPa,GB/T1226-2017一般压力表,压力表量程

95,压力表量程校核,-,判断值,p_range≥1.5×p,-,满足,校核压力表量程，留有50%余量,GB/T1226-2017一般压力表,量程符合要求

96,水位计数量,N_level,设计值,水位计数量,个,2,水位计的数量，至少2个,GB/T13927-2008工业过程测量和控制用液位计,水位计数量

97,水位计校核,-,判断值,N_level≥2,-,满足,校核水位计数量，符合标准要求,GB/T13927-2008工业过程测量和控制用液位计,数量符合要求

98,排污阀规格,DN_blow,设计值,排污阀规格,mm,40,排污阀的公称通径,GB/T12224-2005钢制阀门一般要求,排污阀规格

99,排污阀校核,-,判断值,DN_blow≥25mm,-,满足,校核排污阀规格，符合标准要求,GB/T12224-2005钢制阀门一般要求,规格符合要求

,九、性能校核与判定,,,,,,,,

100,总功率校核,-,判断值,P_total≤15000kW,-,满足,校核总输入功率，匹配电源容量,GB/T23137-2008电加热锅炉,功率符合要求

101,热效率校核,-,判断值,η≥95%,-,满足,校核锅炉热效率，满足能效要求,GB24500-2009工业锅炉能效限定值及能效等级,满足能效要求

102,散热损失校核,-,判断值,q5_calc≤2%,-,满足,校核散热损失，符合设计要求,GB/T10180-2003工业锅炉热工性能试验规程,散热损失符合要求

103,启动时间校核,-,判断值,t_heat≤2h,-,满足,校核冷炉启动时间，符合设计要求,GB/T23137-2008电加热锅炉,启动时间符合要求

104,噪声校核,-,设计值,噪声≤85dB(A),-,满足,校核锅炉噪声，满足环保要求,GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准,噪声符合要求

105,排放校核,-,设计值,无污染物排放,-,满足,电加热锅炉无燃烧，无污染物排放,GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准,零排放

106,能效等级校核,-,判断值,η≥98%，达到1级能效,-,满足,校核能效等级，达到1级能效,GB24500-2009工业锅炉能效限定值及能效等级,1级能效

107,总体性能判定,-,判断值,所有校核项是否全部满足,-,存在不满足项,锅炉整体设计的最终判定,GB50041-2008锅炉房设计规范,设计合格

108,电耗校核,-,计算值,吨蒸汽电耗=P_total/D,kWh/t,667.01,每吨蒸汽的电耗，运行成本核算,GB/T23137-2008电加热锅炉,运行成本核算

109,功率调节范围,-,设计值,10%-100%无级调节,-,支持,锅炉功率调节范围，适应负荷变化,GB/T23137-2008电加热锅炉,负荷调节能力

110,缺水保护,-,设计值,配置缺水保护,-,配置,配置缺水保护，