毕业设计（论文）-10th循环流化床锅炉的设计

10t/hDesignof10t/hcirculatingfluidizedbedboiler学院名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： PAGEPAGE10t/h循环流化床锅炉的设计摘要本设计为双锅筒横置式循环硫化床锅炉，额定蒸发量为10t/h，锅炉热效率为81.82%，排烟温度为140oC。设计过程中先对锅炉结构进行了解，主要设备为布风板、炉膛、烟窗、防渣管、旋风分离器、过热器、八字烟道以及尾部烟道中的空气预热器和铸铁式省煤器。再对炉膛结构、防渣管结构、旋风分离器结构、过热器结构、八字烟道结构以及尾部受热面中的省煤器和空气预热器结构进行确定。最后根据设计规范和要求以及国家标准确定锅炉各部件结构，并进行热力计算，确定结构。Designof10t/hcirculatingfluidizedbedboilerAbstractThisdesignisadoubleboilertubecrossbedtheratedevaporationis10t/h，theheatefficiencyis81.82%,theexhaustgastemperatureis140oC.Themainequipmentisclothwindplate,furnace,chimney,antislagpipe,cyclonesuperheater,eightflueandtailflueoftheairpreheaterandtypecastironeconomizer.Thefurnacestructure,preventslagpipestructure,cycloneseparatorstructure,superheaterstructureandcharacterfluestructureandtailheatingsurfaceeconomizerandairpreheaterstructureweredetermined.Finally,accordingtothedesignspecificationsandrequirementsandnationalstandardsfortheboilerstructure,andtodeterminethestructureofthestructure.Key：Slagpipe 目录绪论 5第一章锅炉结构及设计任务 91.1锅炉结构 91.2初始参数 91.3计算方法 101.4计算内容 11第二章辅助计算 122.1烟道中各处过量空气系数及各受热面漏风系数 122.2理论空气量和烟气理论容积计算（标准状态） 122.3各受热面烟道中烟气特性计算 132.3.1炉膛 132.3.2八字烟道 152.4烟气焓温表（标准状态） 152.5锅炉热平衡及燃料消耗量计算 172.5.1热平衡基本概念 172.5.2锅炉热平衡及燃料消耗量计算 18第三章锅炉基本结构及计算 203.1锅炉结构 203.2锅炉结构计算 203.2.1锅筒 203.2.2炉膛周界面积 213.2.3辐射受热面积计算 223.2.4有效辐射层厚度 223.2.5火床与炉膛面积之比 223.2.6防渣管结构计算 233.2.7旋风分离器结构计算 243.2.8过热器结构计算 253.2.9八字烟道结构计算 263.2.10省煤器结构计算 273.2.11空气预热器结构计算 28第四章锅炉热力计算 304.1炉膛热力计算 304.2防渣管热力计算 334.3过热器热力计算 344.4八字烟道热力计算 384.5省煤器的热力计算 394.6空器预热器热力计算 40致谢 43参考文献 44绪论概念锅炉是一种大型换热设备，即，利用燃料燃烧释放出的热能将工质（水或其他流体）加热到所需参数的设备。由于大部分锅炉用于蒸汽的产生，所以锅炉又叫蒸汽发生器。从能源利用来看，锅炉又是一种能源转换设备。一次能源储存的化学能通过燃烧，体传递到各个设备。增强传热，以在较小的锅炉内获得更高的燃烧效率。水火管锅炉的发展水火管锅炉是1965结构紧凑等，故得到广泛采用。二十年前采用的旧型结构对水质要求较高，因水质问题所导致的管板开裂、锅壳底部鼓包、水冷壁爆管等事故时有发生。另外，单台容量不大，最大约为10t/h(7MW)。从1983期运行验证，至今又经历了二十年。由于新型结构采用了一系列新技术：螺纹烟管、拱型管板、回水引射、自身支承、炉内除尘等，不仅使旧型结构存在的上述缺点得到了有效克服，并使其优点更加突出：钢材耗量、工艺量、安装量、原始排尘浓度也明显下降。双锅筒横置式水管锅炉2t/h到20t/h都有。在配置燃烧设备方面，它不单限于层燃炉，也适宜配置室燃炉。图0-1是型锅炉的结构简图。SHL20-13型锅炉本体主要由上、下锅筒，对流管束和水冷壁管及联箱等受压部件组成，尾部有铸铁式省煤器和钢管式空气预热器。上、下锅筒横置在同一垂直面上，上锅筒直径较下锅筒直径稍大。两个锅筒之间有三组对流管束，前组管束只有一排管子，位于炉膛烟气出口附近，后两组管束中间有三道隔烟墙。烟气由炉膛后上方进入对流区，先向下纵向冲刷第二组管束，再转1800向后，呈PAGEPAGE最后经烟气出口进入除尘器，由引风机通过烟囱排至大气。1煤斗2链条炉排3风室4老鹰铁5人孔6空气预热器7下锅筒8旁路烟道门9省煤器10上锅筒图0-1SHL22-13型锅炉的结构简图炉膛在锅炉的前部，四周布满水冷壁管。前、后墙水冷壁管的上端直接接入上锅筒，接入侧下联箱(位于侧墙中下部)，上端接入侧上联箱，并通过导汽管与上锅筒连通。所有的下联箱和防焦箱均由从下锅筒引出的下降管供水。烧。双锅筒纵置式水管锅炉这种水管锅炉的产品型式颇多。按照锅炉炉膛布置的相对位置不同，可分为“D”型和"O"型两种布置结构。双锅筒纵置式"D"型锅炉这种锅炉可以制成快装锅炉，工作压力为1.3MPa，蒸发量为2t/h或4t/h。两个锅筒平行纵置在同一垂直面上。锅筒之间用两组对流管束相连接，在管束的左前部和两个锅筒平行纵置在同一垂直面上。锅筒之间用两组对流管束相连接，在管束的左前部和PAGEPAGE构成了"D"字形。烟气由炉膛后部右侧进入对流烟道，先由后向前冲刷第中组管束，再向右转1800弯折入第二组管束，由前向后流动，从管束末端直接进入尾部受热面，通过烟囱排入大气。系统。另一是对流热受部分。两组对流管束，第一组管束(上升管)受高温烟气加热，锅水或汽水混合物密度小，向上流动，第二组管束(下降管)吸收热量较少，锅水的温度低，密度大，向下流动，从而在上、下锅筒之间构成了水循环回路系统。双锅筒纵置式"O"型锅炉“O”字形。工作压力一般为1.3MPa，蒸发量为6.5t/h或l0t/h。有长上锅筒和短上锅筒两种结构。分别接有下联箱，并有下降管形成循环回路。图0-2所示为这种锅炉的结构简图。主要由上、下两个纵置的长短锅筒、对流管束、烟道中，设置了燃烬室(一个基本上不布置受热面的烟道空间)，为从炉膛出来的烟气创造低不完全燃烧热损失。此炉下锅筒长度比上锅筒约短一半，位于锅炉整体后半段的下部。上锅筒的前半段伸至炉膛顶部。锅筒间由对流管束相连，对流管束中设置两堵横向隔烟墙，把整个烟道分隔成三个烟气通道。炉膛的前、后、左、右四面都布有水冷壁。水冷壁管的上端与上锅筒连烟气从炉膛右侧流入对流管束区，顺着两道双纵长置式上锅筒锅炉受热面，最后经过除尘器，由引风机送入烟囱排至大气。这种锅炉优点是，结构紧凑，烟气横向冲刷炉管，传热效果较好。缺点是，由于采用这种锅炉优点是，结构紧凑，烟气横向冲刷炉管，传热效果较好。缺点是，由于采用或鼓包。图0-2双锅筒纵置式"O"型锅炉第一章锅炉结构及设计任务1.1锅炉结构效率。采用横置式使锅炉结构紧凑尺寸较小，便于安装。温、高压和抵抗烟气的腐蚀，同时还应具有良好的传热性能。1.2初始参数本章主要对给定的参数进行分析确定计算内容和计算方法，对设计有个初步的规划。给定参数燃煤锅炉蒸发量 10t/h饱和蒸气压力 0.49MPa给水参数 常温排污率 3％排烟温度 140℃煤的分析数据表1-1山东良庄二类烟煤特性表CyHyOyNySyWyAy46.553.066.110.861.94932.48y rQdw=17693.4kJ/kg V=38.5%的影响的依据。（1）水分的影响迟；水分多，炉内燃烧温度会降低，使着火困难，燃烧也不易完全，机械和化学不完全燃PAGEPAGE件。（2）灰分的影响矿物质转化为灰分，并会熔融，它要吸收热量，并由排渣带走大量的物理显热；灰分多，使理论燃烧温度降低，而且，煤粒表面往往形成灰分外壳，妨碍煤中可燃质和氧气接触，也增加不完全燃烧热损失；灰分多，灰粒随烟气流过受热面时，如果烟速高，会磨损受热面，如果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并增加排烟热损失，使排烟温度升高，降低锅炉效率；灰分多，会产生炉内结渣，同时腐蚀金属。（3）挥发分的影响挥发分愈多的煤，愈容易着火，燃烧也易于完全。这是因为：挥发分是气体可燃物，应表面，使反应速度加快，也使煤易于完全燃烧。（4）硫分的影响硫有直接关系。煤中含硫对着火和燃烧无明显的影响，但随着含硫量的增加，煤粉自然地倾向增大。（5）燃料特性备的工作有很大的影响。1.3计算方法热力计算的目的不同可分为设计计算和校核计算两种。锅炉容量的参数、燃料性质及受热面处的水温等条件下，确定锅炉的结构尺寸和计算出受锅炉容量的参数、燃料性质及受热面处的水温等条件下，确定锅炉的结构尺寸和计算出受热面面积。通常设计计算与锅炉结构设计同时进行，同时为空气动力计算、水动力计算、强度计算及其辅机选型提供依据。设备的合理性和适用性，寻找进行锅炉结构改进所需的措施。1.4计算内容烟道、螺纹烟管的结构计算等，并对其进行校核，确认其是否满足要求。10t/h循环流化床锅炉热力计算包括以下内容：（1）锅炉规范（2）燃料特性（3）烟道中各处过量空气系数及各受热面漏风系数（4）理论空气量和烟气理论容积计算（5）各受热面烟道中烟气特性表（6）烟气焓温表（7）锅炉热平衡及燃料消耗量计算（8）结构特性图（9）炉膛结构计算（10）防渣管结构计算（11）旋风分离器结构计算（12）过热器结构计算（13）八字烟道结构计算（14）炉膛热力计算（15）防渣管热力计算（16）过热器热力计算（17）八字烟道热力计算第二章辅助计算算，并获得锅炉各处焓温表为结构及热力计算做准备。2.1烟道中各处过量空气系数及各受热面漏风系数根据进出口过量空气系数，漏风系数方程式可表示为：式中：αˊˊ—入口过量空气系数；炉膛：过量空气系数αˊ=1.4，αˊˊ=1.5，则漏风系数（2-2）八字烟道：过量空气系数αˊ=1.5，αˊˊ=1.6，则漏风系数（2-3）2.2理论空气量和烟气理论容积计算（标准状态）由燃料特性表2-1，已知Cy=46.55，Sy=1.94，Hy＝3.06，Oy＝6.11，则理论空气量：＝0.0889×(46.55+0.375×1.94)+0.265×3.06－0.0333×6.11＝4.81Nm3/kg式中：Cy—碳的应用基；Sy—硫的应用基；Hy—氢的应用基；Oy—氧的应用基。已知Ny=0.86，V0=4.81m3/kg，则N2理论容积：0.79V0＋0.8Ny/100 （2-5）＝0.79×4.81＋0.8×0.86/100＝3.807Nm3/kg式中：V0—理论空气量；Ny—氮的应用基。由燃料特性表2-1，已知Cy=46.55，S0=1.94，则RO2容积：＝0.01866×(46.55+0.375×1.94)＝0.882m3/kg式中：Cy—碳的应用基；Sy—硫的应用基。由燃料特性表2-1，已知数据Hy=3.06，wy=9，V0=4.81m3/kg，则H2O理论容积：＝0.111×3.06+0.0124×9+0.0161×4.81＝0.529m3/kgHy—氢的应用基；2.3各受热面烟道中烟气特性计算烟气特性计算需要计算出：过热空气系数、实际蒸汽容积（标准状态）、烟气的容积（标准状态）、三原子气体总容积比、飞灰浓度、烟气重度等。口过量空气系数；其他受热面则取该受热面进出口过量空气系数的算术平均数。2.3.1炉膛已知αˊ=1.4，αˊˊ=1.5，则过热空气系数：式中：αˊˊ—入口过量空气系数；αˊ—出口过量空气系数。由于已知H2O理论容积VOH2O=0.529m3/kg，V0=4.81m3/kg，则实际蒸汽容积（标准状态）：=0.529+0.0161×(1.5-1)×4.81=0.5677m3/kg式中：VOH2O—H2O理论容积，m3/kg；αpj—过热空气系数；V0—理论空气量，m3/kg。则烟气的容积（标准状态）：（2-10）=7.6617m3/kg式中：VRO2—RO2容积，m3/kg；VoN2—N2理论容积，m3/kg；VH2O—H2O理论容积，m3/kg；αpj—过热空气系数；V0—理论空气量，m3/kg。由于已知RO2容积VRO2=0.882m3/kg，Vy=7.6617m3/kg，则RO2容积份额：＝0.882/7.6617＝0.1151式中：VRO2—RO2容积，m3/kg；Vy—烟气的容积（标准状态），m3/kg。由H2O理论容积VH2O=0.5677m3/kg得H2O容积份额：VH2O/Vy=0.0741 （2-12）式中：—H2O理论容积，m3/kg；Vy—烟气的容积（标准状态），m3/kg。由RO2容积份额RRO2=0.1151，H2O容积份额RH2O＝0.0741得三原子气体总容积比：（2-13）=0.1151+0.0741=0.1892式中：RRO2—RO2容积份额；RH2O—H2O容积份额。根据燃料特性表2-1，已知Ay=32.48,则烟气重度：PAGEPAGE=1－32.48/100＋1.306×1.5×4.81=10.10kg/kgV0—理论空气量，m3/kg。则飞灰浓度：2.3.2八字烟道

μfh=Ayafh/(100G) （2-15）=0.0064kg/kg实际蒸汽容积（标准状态）：

αpj=1.550 3已知=0.5716m3/kg，烟气的容积（标准状态）：

=0.5716m/kg （2-16）NVy=VRO2+VH2O+Vo2+（αpj-1）V0=7.9061m3/kg （2-17）NRO2容积份额：H2O容积份额：

VRO2/Vy（2-18）VH2O/Vy＝0.0723 （2-19）则将RO2容积份额RRO2＝0.1116，H2O容积份额RH2O＝0.0723，得三原子气体总容积比：（2-20）按燃料特性表2-1，已知Ay=32.48,则求得烟气重度：Gy=1－Ay/100＋1.306αpjV0=10.41kg/kg （2-21）则飞灰浓度：μfh＝0.00622.4烟气焓温表（标准状态）烟气焓的计算需要分别计算出炉膛、八字烟道和螺纹烟管所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓值。因为在锅炉烟道中，沿着烟气的流程，不同部位的过量空气系数不同，则烟气的焓值也不同，所以，需计算各个受热面所在部位的烟气焓并制成焓温表。表2-1(a)烟气焓温表（标准状态）VD 3RO2=0.882m/kgV0=3.807m3/kgN2VD =0.529m3/kgH20I0y℃0×VDN2D×VH20kJ/m3kJ/mkJ/m3kJ/mkJ/m3kJ/mkJ/m100170.0149.94129.6493.39150.579.61722.94200357.5315.32259.9989.44304.5161.081465.84300558.8492.86392.01492.34462.7244.772229.9740071.9680.82526.52004.39626.2331.263016.47500994.4877.06663.82527.09794.9420.503824.656001224.61080.10804.13061.21968.9512.554653.867001461.91289.40947.53607.131148.9607.775504.308001704.91503.721093.64163.341334.4705.906372.969001952.31721.931241.64726.771526.1807.317256.0110002203.51943.491391.75298.201722.98153.1011002458.42168.311543.85877.251925.11018.389063.9412002716.62396.041697.26461.242132.39985.2713002976.72625.451852.77053.232343.71239.8210918.5014003239.12856.892008.77647.122559.11353.7611857.7715003503.13089.732166.08245.962779.01470.0912805.7816003768.83324.082324.58849.373001.81587.9613761.4017004036.43560.102484.09456.593229.21708.2514724.94表2-1(b)烟气焓温表（标准状态）V0=4.81m3/kgIy=I0+(α-1)I0+Ifhy k(cθ)K=(cθ)KV0炉膛α,,＝1.5八字烟道α,,＝1.6IyΔIyIyΔIykJ/m3kJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kg132.4636.841041.361105.04266.41281.382106.531065.172234.671129.63402.71936.993198.471091.943392.161157.49541.82606.064319.501121.031187.95684.13290.525469.911150.415798.961218.85829.73990.866649.291179.387048.381249.42978.34705.621207.828327.671279.291129.15430.979088.451231.349631.541303.871282.36167.8610339.941251.4910956.731325.191437.36913.411269.8712301.151344.421594.97671.4712899.681289.8713666.821365.671753.48433.8514202.201302.5215045.581378.761914.29207.3015522.151319.9516442.881397.302076.29986.5316851.031328.8817849.681406.802238.910769.1118190.341339.3119267.251417.572402.911557.9619540.381350.0420696.171428.922567.312348.7120899.301358.9222134.171438.002.5锅炉热平衡及燃料消耗量计算2.5.1热平衡基本概念量平衡。一般的热平衡方程式为：式中：Qr—锅炉输入热量；Q1—锅炉有效利用的热量；Q2—排烟热损失；Q3—可燃气体不完全燃烧热损失；Q4—固体不完全燃烧热损失；Q5—锅炉散热损失；Q6—其他热损失。上式用百分数表示，则为：2.5.2锅炉热平衡及燃料消耗量计算y已知燃料低位发热值Qdw＝17693.4kJ/kg，即锅炉输入热量tlk＝20℃，y则理论冷空气焓：V0(ct)k＝4.81×1.324×20＝127.4kJ/kg假设排烟温度θpy＝140℃，根据3-1(a)可知排烟焓炉排实测统计固体不完全燃烧损失q4＝6%；查《工业锅炉设计计算》表B4得气体不完全燃烧损失q3＝0.5%，则排烟损失q2：oq2＝Ipy-apyIlko×(100-q4）/Qyw （2-24）o式中：—排烟焓；—理论冷空气焓；

＝9.86%—燃料低位发热值，kJ/kg；根据《工业锅炉设计计算》表4-1，根据锅炉结构选取散热损失q5＝1%；查《工业锅B4取飞灰份额αfh＝0.2；根据thz＝600℃,B8，取灰渣焓(cθ)h＝560.2，则灰渣物理热损失q6：q6＝(cθ)hɑfhAy/Qyow （2-25）＝0.82%式中：αfh—飞灰份额；(cθ)h—灰渣焓；—燃料低位发热值，kJ/kg。根据公式（3-14），则求得锅炉热效率：＝100-9.86-0.5-6-1-0.82＝81.82%锅炉有效输出热量Qyx为：式中：tr—出水温度，℃；th—回水温度，℃。

＝29780.12kw燃料消耗量B：

B＝Qyz/(Qyowη) （2-28）＝0.42kg/s式中：Qyx—锅炉有效输出热量，kJ/kg；—燃料低位发热值，kJ/kg；η—锅炉热效率，%。由燃料消耗量B＝0.4234kg/s，固体不完全燃烧损失q4＝6%，得燃料消耗量Bcal：（2-29）＝0.40kg/s=1429.20kg/h式中：B—燃料消耗量，kg/s；q4—固体不完全燃烧损失，%。Φ＝1-q5/(1-q5) （2-30）＝0.988式中：η—锅炉热效率，%；q5—散热损失，%。PAGEPAGE第三章锅炉基本结构及计算体尺寸进行确定，以方便热力计算。3.1锅炉结构本锅炉水冷壁管采用Φ51×2.5的水冷壁管，并用插入式方式引入锅筒；后墙布置Φ51×2.5的管子；在烟道内设置旋风分离器以及过热器，同时烟气流经八字烟道，提高燃烧效率，尾部烟道布置铸铁式省煤器。3.2锅炉结构计算3.2.1锅筒选用钢板为20g详细参数见GB713。（1）上锅筒封头（标准见JB1154-73）h1=300mmh2=40mmS=10mm(2)下锅筒封头（标准见JB1154-73）h1=225mmh2=25mmS=10mm（3）上锅筒尺寸Φ=1200mmδ=18mm（4）下锅筒尺寸 图3-1锅筒结构图Φ=900mmδ=14mm（5）底座（标准见GGT10）下锅筒中心到底座底面的距离定为3座为固定支座，后面两个支座为滑动支座。锅筒支座为设计标准件。（6）钢架前后钢架外边至前后水冷壁的距离为275mm，左右钢架外边至左右水冷壁的距离为170mm，顶部钢架外边至锅筒中心的距离为200mm。左右钢架各用3~4根［10槽钢作为主钢架（包括两侧各一根），槽钢间距离3000m~4500m，两槽钢之间加数根∠50x50x5角钢，角钢距离1000m~1200m。横向顶部钢架：各用3~4左右钢架相同，槽钢平向放置；两槽钢之间加数根∠50x50x5角钢，角钢间距离与左右钢架相同。纵向顶部钢架：纵向左右侧外边用1根［10槽钢]；纵向右侧中间用数根［10槽钢]，纵向右侧靠近锅筒一侧用数根∠50x50x5角钢。3.2.2炉膛周界面积通过确定炉膛周界面积以方便炉膛内水冷壁的布置以进行热力计算进行校核。假定：炉膛面积热负荷qR=800KW/m2炉膛容积热负荷qV=300KW/m3取花板宽度b=2m炉膛截面积则，炉膛长度L=R/b=5/2=2.59m炉膛容积

R=BQdy/qR （3-1）w=0.4234×17693.4/800=5.17m2wV=BQy/q （3-2）dwv（1）根据计算机绘图得：前墙面积Fq=4.98m2=后墙面积=Fh左侧墙面积Fz=14.25267m2

=0.4234×17693.4/300=24.97m3PAGEPAGE右侧墙面积Fy=10.6652m2炉膛出口烟窗面积Fc=0.0000314m2周界面积F1=Fq+Fh+Fz+Fy+Fc=34.8779m2 （3-3）3.2.3辐射受热面积计算根据《锅炉运行》中设计给定横向节距S=60；管子外径d=51；则相对节距S/d=1.18查《工业锅炉设计计算》，有效角系数x1=0.94则侧墙辐射受热面积：（3-4）前后墙辐射受热面积：（3-6）H1—侧墙辐射受热面积，m2；3.2.4有效辐射层厚度式中：Vl—炉膛容积，m3；3.2.5火床与炉膛面积之比由于已知火床面积R=36.29m2；周界面积Fl=243.6m2，则火床与炉膛面积之比为：R—火床面积，m2。=0.287PAGEPAGE3.2.6防渣管结构计算布置在炉膛出口，因炉膛出口温度为1012oC接近于结渣温度，而设置防渣管。此处选用管径d=0.051m，管长l=1.5m。工业锅炉设计计算方法图C2得)。则，受热面面积烟气流通截面积（3-9）=2×3.14×0.051×1.5×8=3.84m2fch=2.85×1.5-8×1.5×0.051=3.66m2排错列布置xhl=0.41(查工业锅炉设计计算方法图C2得)。受热面面积 Hhi=7.69m2烟气流通截面积 fhi=2.85×1.5-16×1.5×0.051=3.05m2受热总面积 H=3.84+7.69=11.53m2烟气平均流通截面积Hch+Hhi 2favH chf

3.23mH hiH fhi

（3-10）防渣管受炉膛辐射面积Fe，o=0.5024m2防渣管有效角系数x-

1xc2

1xi2 3）防渣管有效辐射受热面积横向平均节距

=1-（1-0.2）2（1-0.41）2=0.78（3-12）=0.78×0.5024=0.392m2SSccSii/=0.227m纵向节距S2纵向节距S2=0.18m烟气有效辐射层厚度S0.94S2πd1（314=0.872m相对节距

3.2.7旋风分离器结构计算进入旋风分离器的含尘浓度为0.1kg/m3;气体的密度为的密度为2000kg/m3;分离临界直径为10μm;允许压降为700pa。

图3-2旋风分离器g g20.272pdsipd式中：

g

1/2△Pd：含尘气流压降，pa；S：排气管底离进口管的距离，m；Si：气流含尘浓度，kg/m3；μ：气体粘度，pa·s。此处取D=0.95m，则：H1=2D=1.9mB=1/4D=0.238mS=1/8D=0.119mk=1/2D=0.475mD1=1/2=0.475mH2H2=2D=1.9mD2=1/4D=0.238m3.2.8过热器结构计算取管外径d=0.038m，管内径dn=0.031m，横向平均节距S1=0.085，纵向平均节距S2=0.1m(按结构设计)，横向管排数Z1=30根，纵向管排数Z2=8跟。横向冲刷受热面积纵向冲刷受热面积总受热面积横向冲刷烟气流通截面积纵向冲刷烟气流通截面积蒸汽逆流流通截面积蒸汽顺流流通截面积蒸汽平均流通截面积=30×8×π×0.038×1=28.64m2=30×8×π×0.038×0.57=16.32m2=28.64+16.32=44.96m2=（2.85-30×0.038）×1=1.71m2=2.52m2=0.0241m2=0.0211m2（3-23）=0.0226m2管间有效辐射层厚度管间有效辐射层厚度纵向冲刷当量直径横向相对节距=0.222m2（3-25）=0.277m=0.035/0.038=2.24纵向相对节距 =0.1/0.038=2.633.2.9八字烟道结构计算取管径d=0.051m，横向节距S1=0.12m，纵向节距S2=0.12m，横向管数n1=16根，纵向管数n2=24根。受热管长∑L=44.759m（每根管长见表3-1）表3-1每根管子长度序号长度序号长度13.08292.46122.809102.58632.613112.74042.466122.92152.359133.12762.286143.35772.242153.60782.228163.875右下角耐火材料覆盖面积H1=0.18m2受热面面积受热面面积=3.14×0.051×44.759×24=171.845m2烟气流通截面积f(见图3-3)=1.437m2图3-3八字烟道FAU=AU×（2.85-0.051×24）=0.655×（2.85-0.051×24）=1.065m2烟气平均流通截面积=1.1125m2比值σ1=S1/d=2.35σ2=S2/d=2.353.2.10省煤器结构计算采用设计计算的方法求出受热面积后进行受热面布置。参考文献[1]表n省煤器单根管型为1500-16-60型。由于省煤器一路进水时，水速w(DpD)d4)=1.01m/s>1m/s，即超过最大允许水速，所以采用并联的两个进水口、两个出水口。铸铁省煤器的组装结构如图3-4所示。n取省煤器的管外径d=0.076m，管内径dn=0.060m，每根管长l=1.5m，方鳍片宽b=0.15m，每根管受热面积H1=2.95m2/根,每根管烟气流通截面积f1=0.12m2/根，横向节距纵向节距纵向管排数Z2=5，则：省煤器受热面积（3-29）=94.4m2省煤器烟气流通截面积3-4省煤器=8×0.12=0.96m2水的流通截面积 fw=2×πd2/4=0.00565m2横向相对节距σ1=S1/d=1.97纵向相对节距σ2=S2/d=1.973.2.11空气预热器结构计算热空气温度低于270℃，则单级布置即可（见空气预热器热力计算）。选取管外径d=0.04m，管内径dn=0.037，管长l=2.4m，横向节距S1=0.08m纵向节距S2=0.045m，横向管排数Z1=13排，纵向管排数Z2=45排。管根数 =585根受热面面积 =169.8m22烟气流通截面积 fg=nπdn/4 （3-33）2=585×3.14/4×0.0372=0.629m2空气流通截面积 =1.2×（1.084-13×0.04）=0.677m2横向相对节距 σ1=S1/D=80/40=2纵向相对节距 σ2=S2/D=80/45=1.78PAGEPAGE第四章锅炉热力计算通过本章进行热力计算，对相应结构进行校核以确定结构的可靠性。4.1炉膛热力计算y已知炉膛过量空气系数α,,=1.5；输入热量Qr=Qdw=17693.4kJ/kg，则空气带入炉内热量y入炉热量：式中：Qr—输入热量，kJ/kg；（4-1）=1.5×127.4=191.1kJ/kg=17636kJ/kgq3—气体不完全燃烧损失，%；q4—固体不完全燃烧损失，%；q5—散热损失，%。根据α1.5查表焓温表得绝热燃烧温θjr1458.6℃假设炉膛出口烟温θl]101℃,根据假设查焓温表得：炉膛出口烟焓Il=11739kJ/kg,则烟气平均热容量：Vc=13.15kJ/(kg·℃)已知水蒸气容积份额=0.0741；三原子气体容积份额rq=0.1892,则；三原子气体辐射减弱系数：kq=10.2[0.78+0.6rH2O/sqrt(10pn×6.646)-0.1]×[1－0.37(θpj+273)/1000]rq已知飞灰浓度μfh=0.0064kg/kg，则飞灰辐射减弱系数：=0.41(m·MPa)-1按《工业锅炉设计计算》，取焦炭粒子修正系数c=0.153，则烟气辐射修正系数：PAGEPAGE火焰黑度：=1.215+0.41+0.153=1.778(m·MPa)-1=1-e-1.778×0.1×2.44=0.352p—炉膛的压力，MPa。；s—炉膛的有效辐射层厚度，m。按《工业锅炉设计计算》，取水冷壁表面黑度αb=0.8，则炉膛黑度：=0.5746αhy:炉膛火焰有效黑度已知保热系数φ=0.988，则玻尔茨曼准则：式中：σ0—绝对黑体的辐射系数，5.67×10-11kJ/(m2·s·K4)；φ—保热系数。按《工业锅炉设计计算》根据5.4.1，取管外结灰层热阻ε=2.6m2·℃/kW，则炉内传热量:辐射热流密度:

=0.988×(17636-11739)=5826kW/m2（4-10）=123.65kW/m2式中：Bcal—计算燃料消耗量,kg/s；Qf—炉膛辐射吸热量,kW/m2；Hf—炉膛水冷壁面积，m2。已知工质平均温度tpj=100℃,则金属管壁温度:Tgb=tpj+273=100+273=373℃；按《工业锅炉设计计算》根据5.4.1，取绝对黑体辐射系数σ0=5.67×10-11kW/(m2·K4)，则系数值：m=σ0(εqr+Tgb4)/qr （4-11）=0.107按《工业锅炉设计计算》表5-2，取系数k=0.6755，p=0.1714，则无因次方程：Θlˊˊ=0.7421Θl炉膛出口烟气温度：θlˊˊ=TjrΘl-273 （4-12=(1458.6+273)×0.7421-273=1012℃l式中：Θ,,—无因次方程。l根据θl=1012℃查焓温表，得炉膛出口烟气焓Il=11765kJ/kg，则炉内辐射传热量：lQf=Φ(Ql-Iˊˊ) （4-13）l式中：φ—保热系数；Ql—入炉热量，kJ/kg。

=0.988×(17636-11765)=5801kJ/kg与假设炉膛出口烟气温度之差：ll因此不必重新计算。炉排面积热负荷:ll

[θˊˊ

]-θˊˊ式中：Bj—计算燃料消耗量,kg/s；wQdy—燃料低位发热值，kJ/kg；w炉膛容积热负荷:

qR=BjQdy/R （4-15）w=917kW/m2wwqv=BjQdy/Vl （4-16）w式中：Bj—计算燃料消耗量,kg/s；yQdw—燃料低位发热值，kJ/kg；y

=202kW/m2Vl—炉膛容积，m3。4.2防渣管热力计算进口烟温θscrˊ=1012oC，进口烟焓Iscrˊ=15628.21kJ/kg（查焓温表ɑ=1.5），出口烟温θscrˊˊ=975oC(假定)，出口烟焓Iscrˊˊ=14876.95kJ/kg。烟气侧对流放热量平均烟温=15628.21-14876.95=751.26kJ=993.5oC取管内工质温度t=196.66oC，则，最大温压△tmax为815.34oC，最小温压△tmin为778.34oC。平均温差烟气流速错列布置=（815.34+778.34）/2=796.84oC=1429.2×10(993.5+273)/3600×3.23×273=5.70m/s对流放热系数ɑo=55W/（m2·oC）（查工业锅炉计算方法表C14a）修正系数错列对流防热系数顺列布置=39.81W/（m2·oC）对流放热系数ɑo=44W/（m2·oC）（查工业锅炉计算方法表C14a）修正系数顺列对流防热系数=36.76W/（m2·oC）对流放热系数ccHcii/cHi） 422）管壁积灰层表面温度

=37.78W/（m2·oC）（4-20）=276.6oC查《工业锅炉计算方法》表C18得条件辐射放热系数ɑo=166W/（m2·oC），三原子气体辐射减弱系数ktri=2.0533。气体介质吸收能力烟气黑度=2.0533×0.1×0.872=0.179=0.1639取烟窗处炉膛辐射热负荷分布系数ye，o=0.6，则防渣管吸收炉膛热量（4-23）=511.89烟气对管壁放热系数

=37.78+27.21=64.99取有效系数ψ=0.6，传热系数K=30.64，则传热量=733.69kJ/kgQhb-QhtQhb-Qhtb

10000=1.8% （4-26）在误差允许范围内，结构合适。4.3过热器热力计算进口烟温θˊ=1020oC，进口烟焓Iˊ=15109kJ/kg，出口烟温θˊˊ=750oC（假定），出口烟焓Iˊˊ=11503.9kJ/kg（ɑ=1.55查焓温表），则烟气放热量kQh，b=ψIˊ-Iˊˊ+△ɑIl，o （4-27）k接受炉膛的辐射热

=0.977×（15109-11503.9+0.05×256.07）=3534.69kJ/kg=144.38kJ/kg查《工业锅炉设计计算方法》图B13，过热蒸汽进口蒸汽温度tˊ=196.6oC，过热器进口焓iˊ=2789.4kJ/kg，过热器出口焓iˊˊ=3140.71kJ/kg，过热蒸汽出口温度tˊˊ=345.4oC（查工业锅炉设计计算B15其中p=1.35mp），则：过热蒸汽平均温度=682.7oC蒸汽进口比体积vˊ=0.14m3/kg，蒸汽出口比体积vˊˊ=0.21m3/kg蒸汽平均比体积蒸汽流速（4-30）=0.17m3/kg（4-31）=21.08m/s系数Cd=0.99。蒸汽侧对流放热系数平均烟温=475.2W/（m2·oC）=（1020+750）/2=885oC三原子气体辐射衰减系数ktri=4.441气体介质吸收能力PAGEPAGE烟气黑度

=4.441×0.1×0.222=0.0986（4-35）=0.0939取条件辐射放热系数ɑo=158（查工业锅炉设计计算B18），则辐射放热系数横向冲刷烟气流速烟气流速（4-36）=158×0.0939=14.84（4-37）=8.84m/s对流放热系数

mC（查工业锅炉设计计算13修正系数Cz0.978烟气侧对流放热系数热有效系数ψ=0.66横向冲刷传热系数=70×0.978×0.92×1=62.98=62.98+14.84=77.82

1 111Qr-Qr纵向冲刷烟气流速烟气流速

Qcom

2Qcom2（4-41）=6m/s取条件对流放热系数15.1/m·C（查工业锅炉设计计算15修正系数C2.1C1=0.75，则对流放热系数烟气侧对流放热系数纵向冲刷传热系数

（4-42）=15.1×0.75×2.1=23.78=62.98+14.84=38.62

1 Q1 11 r

-Qr平均传热系数

2

Qcom

Qcom最大温压最小温压平均温差（4-45）=674.6oC=（674.6+553.34）/2=613.97oC无因次计算参数P=（tˊˊ-tˊ）/（θˊ-tˊˊ）=0.203R=(θˊ-θˊˊ)/(tˊˊ-tˊ)=1.203取温差修正系数ψt=0.994（查工业锅炉设计计算C22），则平均温差传热量（4-49）=0.994×568.47=565.06oC=2518.75kJ/kg

10000=1.5% （4-51）Qhb-QhtQhb-Qhtb4.4八字烟道热力计算出口烟焓Iˊˊ=5328.80kJ/kg，则烟气侧放热量管内工质温度t=196.6oC平均温度

Qh，b=Φ（Iˊ-Iˊˊ+△ɑIl，o） （4-52）k=0.977（11.503.95-5328.80+0.1×256.01）=6058.14kJ/kgk△t=tmax-tmixlntmaxt烟气计算温度烟气流速

θav=196.66+307.64=504.30=5.42m/s取条件对流放热系数ɑo=46W/（m2·oC）（查《工业锅炉设计计算》C13），修正系数Cz=1.0 对流放热系数管壁积灰层表面