西宁地区6th燃煤蒸汽锅炉设计 毕业设计论文.doc

西宁地区6t/h燃煤蒸汽锅炉设计摘 要 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是目前世界上少有的几个以煤为基本能源的国家之一。我国是世界上拥有工业锅炉最多的国家，至1998年末全国在用中小型工业锅炉50.12万台，年耗煤4.3亿吨。 本次设计任务是设计一台在西部高原地区运行的蒸汽锅炉，适用于海拔2200米青海西宁地区的区域性供暖和供热。锅炉的特点如下：该锅炉为双锅筒横置式自然循环锅炉，炉膛四周布置水冷壁。为了保证炉膛中燃料持续和稳定地燃烧，采用高而短的前拱和低而长的后拱。加大炉排受热面积，加高炉膛，以适应海拔2200米地区的运行。炉膛之后设有燃尽室，使没有燃尽的物质继续燃烧，同时对较大灰粒有沉降作用。在上下锅筒之间布置密集的对流锅炉管束为主要对流受热面。尾部烟道布置空气预热器，加强着火和燃烧，同时也可以降低排烟温度，提高锅炉效率。燃烧设备为链条炉炉排，燃料为当地产的三类无烟煤，其低位发热量为29400kj/kg，锅炉型号为shl6-1.27-w。锅炉主要数据如下：锅炉效率 73.3768%排烟温度 165燃料耗量 0.2071kg/s辐射受热面积 40.2459m2对流受热面积 126.5234m2 锅炉容量 6t/h炉排面积 13m2有关锅炉各部分的结构特性和设计过程将在正文中详细介绍。本设计说明书包括热力计算说明书、强度计算说明书、烟风阻力计算说明书及英文翻译四个主要部分关键词蒸汽锅炉；链条炉排；海拔2200米；双锅筒；自然循环； design for the steam boiler of xining regionabstract our country produce and consume the most coal in the world,our country is one of countries which essential resource is coal.there is the most industrial boils in our country.by the end of 1998,there are about 0.5million industrial boils,and 430 billion kilogram coal has consumed. the theme of this document is to design a vapor boiler, whose type is shl6-1.27-w. this kind of boiler is suitable for the regional heating and heating of the area which has an elevation of 2200 meters in xining region in qinghai province. now, the following is the simple introduction of characteristic of this boiler.this boiler is double-drum natural circulation boiler, there are many water walls around the furnace. to ensure the continuous and steady ignition in the furnace, i take the high and short front arch, while the back arch is low and long. it is proved that it can increase the height and of the furnace to make it adapt to the operation of an elevation of 2200 meters district. behind the furnace is the burning-out zone. there are dense water-tubes between the two drums, which compose the main boiler surface. in the back pass, there is air-heater, the aim of setting the air-heater is to strengthen ignition and firing, meanwhile to lower the exit-gas temperature and improve the efficiency of the boiler. the burner equipment is chain-grate, the design fuel is anthracite i whose lower heating value is 29400kj/kg.the main data cited below give perspective of the quantities involve this boiler. the boiler overall efficiency is 73.3768 %, stack gas temperature is165, consumption of fuel is 0.2071kg/s, the area of radiate heating is 40.2459, the area of convection heating surface is126.5234,the boiler capacity is 6 t/h, the area of grate is 13. the explanation about the characteristic of every part of boiler and design process will be stated in the context.this document involves four main parts: heat account, intensity account, gas-air resistance account and english translation.keywords vapor boiler；chain-grate；the elevation of 2200 meters； natural circulation不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- ii -目 录 摘要iabstractii第1章 绪论1第2章 西宁地区6t/h燃煤蒸汽锅炉方案论证22.1 设计任务22.2 方案论证22.2.1 燃料的选择22.2.2 布置方式的选取22.2.3 燃烧方式的选择22.2.4 尾部受热面的选择32.3 课题分析32.3.1 低气压对高原地区锅炉的影响32.3.2 高原地区蒸汽锅炉主要特征52.4 锅炉结构62.4.1 燃烧设备62.4.2 炉膛82.4.3 循环回路92.4.4 凝渣管束92.4.5 燃尽室92.4.6 锅筒及筒内设备102.4.7 锅炉管束122.4.8 尾部受热面的设计122.4.9 炉墙的设计132.4.10 锅炉安全附件132.5 锅炉经济指标的选取142.5.1 炉排面积142.5.2 排烟温度152.6 锅炉的工作过程162.6.1 炉内过程162.6.2 锅内过程162.7 本章小结17第3章 热力计算183.1 燃料特性183.1.1 燃料名称183.1.2 应用基成分183.1.3 燃料低位发热量183.2 辅助计算183.2.1 空气平衡183.2.2 燃烧产物的容积及焓的计算193.2.3 理论空气量燃烧产物的计算193.2.4 不同过量空气系数下燃烧产物的容积及成份193.2.5 不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表203.2.6 锅炉热平衡及燃料耗量计算213.3 炉膛计算233.3.1 炉膛结构计算233.3.2 有效辐射层厚度253.3.3 炉膛水冷度253.3.4 火床与炉墙面积之比263.3.5 炉膛传热计算263.4 凝渣管束计算283.4.1 凝渣管结构计算283.4.2 凝渣管传热计算293.5 燃尽室计算303.5.1 燃尽室结构特性计算303.5.2 有效辐射层厚度333.5.3 水冷度333.5.4 燃尽室传热计算333.6 锅炉管束计算343.6.1 管束结构特性计算343.6.2 锅炉管束传热计算363.7 空气预热器计算373.7.1 空气预热器结构特性计算373.7.2 空气预热器结构布置383.7.3 空气预热器传热计算393.8 热力计算误差校核和计算结构汇总403.8.1 热力计算误差校核403.8.2 热力计算结果汇总413.9 本章小结41第4章 强度计算424.1 上锅筒封头强度计算424.2 上锅筒筒身强度计算434.3 下锅筒封头强度计算454.4 下锅筒筒身强度计算464.5 后集箱强度计算484.6 安全阀排泄能力计算494.7 本章小结50第5章 烟风阻力计算515.1 锅炉通风方式的选择515.2 锅炉烟道阻力计算及引风机的选择515.2.1 烟道总阻力的计算515.2.2 引风机的选择565.3 风道阻力及送风机的选择575.3.1 风道系统阻力的计算575.3.2 送风机的选择625.4 本章小结62结论63致谢64参考文献65附录a66附录b74千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“abstract”这一行后加一空行- v -第1章 绪论 西部高原地区的最主要地理特点是海拔高、气压低、大气含氧浓度低。高原地区锅炉运行的主要问题是：出力不足、效率低、风机匹配不当、检修周期短等。本次设计任务是设计出适合于海拔2200米的青海西宁地区的蒸汽锅炉，实现其对该地区的区域性供暖与供热，锅炉出力为6t/h，额定工作压力为1.27mpa。西宁地区海拔2200米，位于西北的青海省，西宁取“西陲安宁”之意，是青藏高原的东方门户，地理位置十分重要，古有“西海锁钥”之称，西宁古称“湟中”，是一座具有2100多年历史的高原古城。西宁曾是西汉将军赵充国屯田的基地，是丝绸之路青海道的通衢、沟通中原与西部边地的重要城镇，也是历史上“唐蕃古道”必经之地。今天的西宁市为兰青铁路终点、青藏铁路和青藏公路起点，依然是通往青藏高原腹地的交通要冲。有丰富的地表资源和地下资源。全年河流量18.94亿立方米，地下水储量6.6亿立方米，水资源12.74亿立方米，耕地面积926万亩，有广阔的开发前景。能源、电力充裕，有年产100多万吨煤矿一座。黄河上游可建设13座大中型水电站，总装机容量为1300万千瓦，年均发电量360亿千瓦时，现已建成龙羊峡水电站，装机容量128万千瓦，李家峡水电站已开工建设，装机容量为200万千瓦，加上市内已有的火电、水电等中小型电站，使西宁电网电力资源极为充沛本次设计燃料来源是西宁富盛商贸有限责任公司供应的，价格为450元/吨。西宁地区海拔2261m，大气压是55mmhg。本次设计的内容包括设计方案的论证、锅炉结构的选择、热力计算、强度计算和烟风阻力计算等。尤其针对高原地区的地理特点，提出了高原地区锅炉设计所需要注意的问题，并对其中的部分问题给出了具体的解决措施。第2章 西宁地区6t/h燃煤蒸汽锅炉方案论证2.1 设计任务锅炉额定供热量：=6t/h锅炉出口蒸汽压力：=1.27mpa（表压）饱和蒸汽温度：=192.42给水温度：=20给水压力：=1.37mpa(表压)排污率：=5%排烟温度：=165冷空气温度：=30蒸汽湿度：=3%2.2 方案论证2.2.1 燃料的选择燃料选取由西宁富盛商贸有限责任公司提供的无烟煤（w）,价格是450元/吨，燃料特性如下： c：85%；:2.3%；：8%；a：8.5%，v：7.5-8.5%，发热量29400kj/kg。2.2.2 布置方式的选取采用双锅筒，目的是为了扩大使用范围，需要适应停炉和起炉，负荷的变化。双锅筒水含量较大，且有较大的蓄热能力，所以适应负荷变化的能力就很强，前气压稳定，运行特性好，自然循环好，且可以得到顺利实现，对于低压锅炉仅靠辐射受热面时不够的，双锅筒有很多受热面，采用横置式，可使安装支撑方便，结构紧凑，易于吊装。仅靠锅炉水冷壁吸热远不能满足蒸发吸热的要求，因此还需要布置锅炉管束。2.2.3 燃烧方式的选择燃烧方式选择链条炉。本次设计的燃烧方式选择链条炉，一方面是由于三类无烟煤拥有较高的固定含碳量和较低的挥发份，其燃烧和着火都比较困难，不适宜用往复推饲炉。且抛煤机炉对燃料的颗粒度有要求，燃用低挥发份煤时飞灰中的机械不完全燃烧损失大，初始排尘浓度高，并存在冒黑烟的问题，对环境污染较严重，每班要清炉2-3次，锅炉负荷难免要下降，所以不宜采用抛煤机炉。又由于所要求的锅炉出力较小，仅为6t/h，也不适合煤粉炉；链条炉是一种结构比较完善的层燃炉，它的机械化程度高(加煤、清渣、除灰等主要操作均由机械来完成)，而且制造工艺成熟，运行稳定可靠，燃烧效率也较高，能用于大、中、小型工业锅炉。2.2.4 尾部受热面的选择尾部烟道布置空气预热器即可，主要原因在于空气预热器可以向炉膛提供热风，提高炉温，加快燃料的着火和燃烧，减少气体不完全燃烧和固体不完全燃烧热损失，这对难于着火的无烟煤尤为有利，所以空气预热器是不可缺少的部件。另外，在空气预热器中，入口风温较低，可以起到降低排烟温度作用。不布置省煤器的原因在于锅炉的出力较小，尾部处仅布置空气预热器便可以将排烟温度降低到所要求的标准，满足设计要求；不布置省煤器也减小了本次设计的经济成本。所以本次设计采取的方案为shl6-1.27-w锅炉，此种锅炉属低压小型工业锅炉，所设计重点是围绕链条炉排的特点使所设计锅炉在高海拔、低气压的西宁地区做到运行正常且达到“安全耐用，节约能源，消尘除烟”的要求。2.3 课题分析2.3.1 低气压对高原地区锅炉的影响2.3.1.1 对燃烧反应的影响1.高海拔地区低气压使炉内煤粒的环境压力降低，研究表明，低的环境压力有利于减小挥发分逸出的阻力，缩短其在颗粒内部的停留时间。由于挥发分的析出燃烧过程中，挥发分的析出时间占较长，而燃烧是在瞬间，因此，低的环境压力将使挥发分的析出加快，并使挥发分产物有所增加，使燃烧过程加快和混合更趋于激烈，在浓相区释放出的热量更多，使浓相区的温度升高。2.高海拔地区低气压将使环境氧浓度降低，如果不考虑煤质和其它因素的影响，高海拔地区低气压将使焦炭燃尽时间延长。也就是说，高海拔地区低气压最终将使煤粒燃尽时间延长。因此，在燃用相同煤种的情况下，高海拔地区的锅炉要获得与平原地区锅炉相同的燃烧效率，只有提高炉膛高度10。2.3.1.2 对锅炉锅炉容积送风量的影响气压变化（大气含氧量忽略不计，锅炉的质量送风量不变），通过以下推导可得出容积送风量随气压降低而增大。在=0.077mpa压力下，与关系是：=1.3式中：，分别为标准压力，压力下气体的比容。国内通用的热力计算所用空气量计算为：当气压由降低时，上式应为 式中，=1.3 为压力修正系数， 为标准压力下空气总容积量， 为标准压力下所需空气质量， 为压力下的空气总容积量。由以上三式知：西宁地区运行的锅炉所需容积风量是标准气压地区的1.3倍。2.3.1.3 对空气和烟气阻力的影响在高原地区运行的锅炉，无论是空气侧还是烟气侧，阻力必须修正。标准压力下空气侧或烟气侧阻力公式是：在压力下，上式可写成：以上两式说明：由于低气压的影响，空气和烟气侧的阻力都分别是标准气压下的1.3倍10。2.3.1.4 对锅炉传热的影响1.对辐射换热的影响：（1）低气压对炉膛辐射换热的影响 火焰黑度，低气压下，火焰辐射减弱系数和煤层厚度不变的情况下，可知要减小，从而炉膛黑度下降。因而，在总的换热量不变的情况下，炉膛出口烟温升高。（2）低气压对各级受热面辐射换热的影响低气压使各级受热面中辐射放热系数下降，导致总的传热系数下降，因而辐射换热量下降。海拔高度越高，辐射换热量下降的越多。2.对对流换热的影响对流换热系数表达式：顺列：错列： 由以上两式可知：对流换热系数与雷诺数成一定的正比关系，而，则雷诺数与流体速度成正比。在低气压下，气流的速度增加，雷诺数增大，对流换热系数相应也要增大。所以在第气压下对流换热系数要增大。2.3.2 高原地区蒸汽锅炉主要特征2.3.2.1 炉膛容积分析随着海拔的增加，气压逐渐下降，所以在燃料量不变的情况下，要使燃料充分燃烧就要增大气体的体积。在一定的炉膛容积下，随气体一起运动的煤粉颗粒的停留时间将缩短。在1000米以上的海拔区域，必须考虑停留时间大幅缩短的影响，即需略增大炉膛容积，但如按气压下降的比例增大炉膛容积以维持与海平面附近地区同样的停留时间，不但使炉膛容积大大增加，且使炉内受热面增加过大导致炉膛出口烟温过低会给设计带来很大的困难及浪费钢材，因此，在炉膛断面积不变情况下，只增加锅炉炉膛高度即可。所以修正为增加海平面附近高度的k倍，以保证煤粉细粒在炉膛内停留时间基本上与海平面附近地区相一致，从而保证较完善的燃尽。2.3.2.2 锅炉热空气温度分析高原地区，由于单位容积内氧气分子数减少降低了燃烧的反应速度，加之无烟煤的挥发分低，不容易着火，应增大热空气值，以燃烧反应速度基本不变或降低很少，因此在2200米高原地区应取150170左右为宜8。2.4 锅炉结构2.4.1 燃烧设备2.4.1.1 分层给煤技术特点本次采用分层给煤技术，将由煤层落煤管道输送到炉排上的煤，经煤颗粒筛分装置分成不同颗粒，自上而下分层排列。第一层粒径0-5mm，第二层粒径5-15mm，第三层粒径15-25mm，形成分层排列的煤层，进入炉膛内逐步分层燃烧。其特点是煤层像海绵状，通风阻力小，透过性好，起燃迅速，燃烧比较完全。煤层分层排列，小颗粒煤在煤层上面，加大一此风或强风，将小颗粒煤吹起来在火床上面半沸腾燃烧。因而使燃烧具有沸腾炉的燃烧优越性，也有力于火床煤烧得更加旺盛。2.4.1.2 给煤装置的改造方案拆除原来的闸板式给煤机构，安装由定量给煤和筛分组成一体的锅炉给煤均匀分层装置15。改造后的给煤装置如图1 图1 改造后的给煤装置2.4.1.3 链条炉排链条炉排是由很多的炉排片构成，而炉排片又由活动的链条连接。煤自炉前煤斗落至炉排上，炉排由传动机构带动自前往后缓慢移动，带动燃料进入炉膛。在链条炉排的腹中框架里，设置几个能单独调解风量的风仓，燃烧所需要的空气从风仓经过炉排的通风孔隙进入燃烧层，参与燃烧反应。进入炉膛的煤依次完成预热干燥，挥发物析出和焦炭形成、燃烧、燃尽各个阶段，燃尽后的灰渣由装置在炉排末端的老鹰铁铲落至渣斗。炉排两侧装置纵向防渣箱，通常以侧水冷壁下集箱兼作防渣箱。装置防渣箱的目的主要是为了保护炉墙，使之不受高温燃烧层的磨损和侵蚀；其次，可避免紧贴燃烧层的侧墙部位粘结渣瘤，确保煤在炉排横向均匀布满，防止炉排两侧漏风而影响燃烧的正常进行。炉排的有效长度为煤闸门至老鹰铁之间的距离。本设中炉排有效长度为6500毫米，宽度为2000毫米。2.4.2 炉膛2.4.2.1 炉拱1.炉拱的主要作用：加强炉内气流的混合，使还原区产生的可燃气体和随气流带入炉膛的煤末、焦炭粒子与空气充分混合燃烧、燃尽，以减少排烟损失、气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失，提高锅炉热效率。合理组织炉内热辐射及烟气流动，以保证新入炉煤能及时着火和稳定燃烧。对于无烟煤，因其挥发分含量低，着火困难，拱的作用在于保证入炉煤及时着火燃烧。拱分为前拱和后拱。2.前拱：作用是通过以再辐射为主、镜反射为辅的方式，将燃烧火床的辐射热和部分高温烟气辐射热，传递到新入炉的着火区，加速煤的着火燃烧。前拱应具有一定的长度和足够的敞开度。3.后拱：作用是与前拱组成喉口，加强气流扰动，促使可燃物和空气充分混合，以利于燃烧；延长气流在炉内逗留时间，以利于可燃物的燃尽；将大量的高温烟气、过量空气和炽热炭粒输送到燃料燃烧区，是燃烧进一步强化，是可燃气体得到氧气而燃尽，从而达到更高的燃烧温度等。对于燃料为三类无烟煤，设计中采用高而短的前拱，低而长的后拱相配合以利于燃料的引燃和着火，前拱倾角为30度，高2100毫米，覆盖率为25%，后拱倾角为10度，高1100毫米，覆盖率为60%。2.4.2.2 卫燃带链条炉中，燃料系单面引燃，着火条件比较差；为了保证燃料及时着火燃烧，在炉膛四周水冷壁上均应覆盖耐火隔热层，这样就可以构成卫燃带，减少水冷壁的吸热量，维持着火区较高温度。2.4.2.3 合理配风炉排下沿长度方向布置了6个风室，实行分区段送风，炉排头尾的风门开度不大，而中部风门的开度较大，从而在一定程度上改善了空气供求之间的配合情况；本次设计采用沿炉排宽度方向双侧相对进风的方式。无烟煤挥发份最低，不易引燃，着火较迟，且主要是焦炭燃烧，需要大量空气，故分段送风的开度由炉排中间部位以后逐渐开大，燃用无烟煤时，到后拱部位分段送风门才能全开。切实可行的确定配风比例的方法是：先根据各燃烧区段的工作特点，全面分析不同配风比例对燃烧经济性及安全性的影响、然后从中得出比较合理的原则性配风方案，再由运行人员据此进行调试，最后确定出最佳的配风比例。原则性配风方案有三种、即：尽早配风法、强风后吹法及推迟配风法11。2.4.2.4 高原地区炉膛设计由于海拔升高气压下降，空气及烟气体积膨胀，在一定的炉膛容下，随气体一起运动的煤粉颗粒的停留时间将缩短，因而在高海拔地区必须相应增大炉体。炉膛容积要增大到燃烧产物有足够的停留时间，以达到燃料的完全燃烧；对于燃煤锅炉，烟道的断面积也要适当放大以降低烟速，防止飞灰对对流受热面的磨损过限。如果按低海拔条件设计制造的燃煤锅炉在高海拔地区运行，就会因此导致燃烧不完全、蒸发出力可能不足、炉膛出口烟温偏高、长期运行会发生对流受热面局部过早磨穿等现象。空气压力和密度的降低多少会导致燃料燃烧反应速率的降低，也就是说，随着大气压力的下降，为达到同等的燃尽度，要求燃烧产物在炉内停留的时间可能比平原地区还要适当延长些，即炉膛容积可能在上述因素的基础上还要再放大些，但如按气压下降的比例增大炉膛容积以维持与海平面附近地区同样的停留时间，不但使炉膛容积大大增加，而且使炉内受热面增加过大导致炉膛出口烟温过低会给设计带来很大的困难及浪费钢材，因此，在炉膛断面积不变情况下，只增加锅炉炉膛高度即可。2.4.3 循环回路工业锅炉循环回路的设计主要是考虑提高运动压头，减少上升管和下降管的阻力和热偏差，使循环稳定。由于本设计中前后墙水冷壁均布置13根，侧墙布置了18根水冷壁管。因此前后集箱均采用同一直径下降管1084，侧集箱均采用同一直径下降管1084，前后集箱和侧集箱均采用1596mm。水冷壁管采用513.5的无缝钢管。前后墙水冷壁管接进入锅筒，锅炉管束相邻两管环向分度为8度。下降管均从炉墙外引入以防止受热。2.4.4 凝渣管束 凝渣管束是布置在炉膛出口的对流管束。它在结构上横向和纵向节距都设计的很大，因此它本身不容易结渣，即使在锅炉燃烧不正常时在凝渣管束上结了一些渣，也不会把烟气通道堵塞。同时烟气流过时，烟气温度会降低几十度，烟气中携带的飞灰就会因此而凝固，不致再粘结在受热面上。凝渣管束可以保护后面密集的过热受热面不结渣堵塞。2.4.5 燃尽室为了减少固体不完全燃烧损失，延长燃烧路程，以便提高热效率，在炉膛和锅炉管束之间布置燃尽室。燃尽室的尺寸选择恰当，既可以调节合理烟速，又可以使没有燃尽的碳粒完全燃烧，而且使烟气中较大的灰粒产生重力分离，起沉降室的作用，产生除尘的效果，也起了减轻了后面对流管束受磨损的程度。为了避免积灰过多，堵塞烟气通道，在侧墙处应开设人孔，必要时可以人工除灰。2.4.6 锅筒及筒内设备锅筒是容纳水和蒸汽的筒形受压容器，采用双锅筒结构，既经济易安装，又检修固定方便。2.4.6.1 上锅筒对低压锅炉，内径一般取800-1200mm，壁厚16-25mm，材料一般为a3g，20g。本次设计取内径1200mm，壁厚16mm，筒身长3800 mm，包括两侧封头一起为4200mm。上锅筒筒身用20g钢板热卷冷校而成，封头为20g钢冲压而成的椭圆形封头，为了焊接方便，封头和筒身壁厚都采用一致即16mm。为了方便进入锅筒内部进行安装和检修工作，在锅筒两端的风头上开设人孔， 人孔一般为椭圆形，尺寸为400mm*400mm。人孔使用拉力螺丝由锅筒里面向外关紧。人孔之所以作成椭圆形，使为了使人孔盖能能够放进锅筒。运行中锅筒内的压力可进一步将孔盖压紧。上锅筒设置连续排污管。2.4.6.2 下锅筒下锅筒内径dn=1200mm,壁厚=16mm，筒身长 2600 mm，包括两侧封头一起为3000mm,筒身及封头都为20g钢板制成。下锅筒底部有定期排污管，以便排出杂质和沉淀物。上下锅筒之间有管束。2.4.6.3 上锅筒筒内设备锅筒内设备主要用以净化蒸汽，分配给水，排污和加药。锅筒起着贮存水量，进行汽水分离和排除一部分盐分以保持合理的炉水浓度。锅筒内元件包括汽水分离装置，分段蒸发装置，排污装置，给水管和加药管等。设计汽水分离装置时，要尽量做到：使锅筒内的蒸汽负荷沿锅筒长度和宽度方向分布均匀；防止汽水混合物，蒸汽和水对水面的直接冲击；避免微小水滴的出现；组织好分离装置的疏水，避免分离后的水滴被二次带走；防止汽泡被带进下降管，影响水循环的可靠性；安装制造简单，检修方便。 汽水分离装置有粗分离元件和细分离元件。粗分离元件作用是消除汽水混合物的动能并初步把蒸汽和循环水分离。带有少量水分的蒸汽还要有足够的空间高度进行重力分离，然后进入细分离元件进行机械分离。使蒸汽进一步得以“干燥”，最后由锅筒引出。进入锅筒的汽水混合物的干度一般小于10%，粗分离元件的出口的蒸汽湿度应将到0.5%-1%。粗分离元件有旋风分离器，挡板（包括进口挡板，缝隙挡板），水下孔板和钢丝网等。本次设计粗分离元件采用缝隙挡板和水下孔板，细分离元件采用均汽板。1.缝隙挡板：挡板用3-5mm的钢板制成，上挡板和下挡板组成缝隙通道。汽水混合物自引入管引出经缝隙挡板进入蒸汽空间时受到两次转弯而产生惯性分离，并减弱汽水的动能。缝隙通道宽度应保证允许的蒸汽流速(1.5-2.3m/s)，两块板重叠长度应为宽度的2倍。当汽水混合物引入锅筒位置较高时应加装导向板。布置缝隙挡板时，上板下边缘与正常水位的距离不小于150mm，以免气流冲击水面。下挡板的下边缘应没入正常水位150-200mm以形成可靠的水封防止蒸汽由底部窜出。挡板两端要加端板以防止工质由两端逸出。2. 水下孔板：当汽水混合物在孔板下面引入时靠小孔的节流作用，在孔板下面形成形成一层蒸汽垫，使汽泡能均匀流过孔板，沿锅筒宽度均匀分布，同时消除了汽水混合物的动能。水下孔板离锅筒底部的距离应大于300-350mm，使孔板上的水能畅通流下，水下孔板一般布置在最低水位下50-100 mm，以保证最低水位时仍能起到均匀蒸发面负荷的作用；孔板侧端与锅筒内壁的距离不小于150mm，以保证孔板上的水畅通留下。孔径8-12 mm，其作用为均衡水下蒸汽负荷，使锅筒内水面较平稳，减少蒸汽带水造成虚假水位，引起事故。水下孔板的长度不宜小于锅筒直段长度的2/3。为了避免蒸汽带入下降管，下降管入口距离水下孔板不应小于300mm。水下孔板对蒸汽起到一定的清洗作用，孔板端部与锅筒壁之间留有一排水口，其宽度约150-200mm，此时大约保持水的流速为0.2-0.3m/s。3. 均汽孔板：顶部设有均汽孔板，利用孔板的节流作用使蒸汽沿着锅筒长度、宽度均匀分布，防止局部蒸汽负荷集中，从而有效的利用锅筒空间，降低蒸汽的上升速度有利于进行重力分离；其小孔孔径一般可取812mm，但不应小于5mm，孔间距s不宜大于60mm；在满足设计要求的前提下，匀汽孔板应尽量布置在高处，以增加蒸汽空间的有效分离高度，其长度也不应小于锅筒直段长度的2/3，以增加蒸汽空间的利用程度。均汽板可点焊在支撑架上，也可用销子固定。4.给水分配管:其作用是使给水沿锅筒长度均匀分配，当配水至特定位置时（如近水面处），尚可起到减少蒸汽带盐和减轻或避免泡沫形成的作用。压力配水管是一根两端堵板，管上开有间距100-200mm，直径为8-12mm的小孔母管。给水接到配水母管上后，在压力作用下，靠小孔的节流作用沿预定部位均匀分配并消除动能。为考虑工况，排污或其他情况的需要，给水管中水流量应考虑为锅炉蒸发量的1.2-1.5倍左右。管上小孔中的水速，应为3-4m/s。给水管中水速一般等于或小于孔水速的一半。5. 排污管：上锅筒内设有连续的排污管，其作用是：排走含盐量大的锅水，使锅水含盐量维持在允许的范围内，以减小锅水膨胀和防止形成泡沫，减少蒸汽的湿度和带盐，减少蒸发管内的积垢。6. 加药管：其作用是使磷酸三钠等药剂沿锅筒长度均匀分配，以使水中生成硬度盐或易排除的沉渣，并在金属表面形成一层有益的保护膜，防止苛性脆化。加药管应远离排污管，靠近给水管或下降管入口，亦可布置在受热最弱的对流管束区内，使药液能很好地与给水混合，反应生成的软渣可以顺利地排至下集箱或下锅筒，定期由排污管排出。加药管的直径一般在50mm左右，沿管长均匀开3-5mm的小孔。保持孔中流速大于或等于加药母管中的最大纵向速度的2-2.5倍。2.4.7 锅炉管束在低压小型锅炉中，锅炉管束是非常重要的受热面。本设计采用上下锅筒结构，管子两端胀接在锅筒上。采用相同的弯管直径r=160毫米。管束间用隔板把烟道分成三个流程，形成倒“s”冲刷路线，同时各个流程的烟气流通截面随烟温的降低而减少，以保证各流程烟速相近。综合考虑换热效果、烟气流动阻力、吹灰和受热面磨损等因素，设计中取烟速wy=9.5535m/s。管束采用顺列布置，以便于清灰。下降管入口应离开锅简最低水位线以下至少300毫米。如果不能满足上述数据。应按下列公式核算：式中：为下降管管口上沿经最低水值钱的距离，米；为下降管入口处的水速，米秒；为重力加速度。若高度不够，将在入口处上部产生游涡蒸汽泡窜入波涡内被带进下降管内，如果进入的汽泡逐渐聚积扩大，则十分危险，甚至很快发生爆管事故。下降管在符合截面比要求的前提下，尽可能选用大直径管，这样可以减小下降管的阻力。下降管的形状要简单，不能采用不同的直径管段对接，不允许有大的水平管段和锐角管段。炉墙外的下降管应可靠的保温。2.4.8 尾部受热面的设计本设计中尾部烟道布置了钢管式空气预热器，吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉效率。热空气温度为160，改善炉膛内燃料着火燃烧条件，使燃烧持续稳定的进行。所采用的钢管式空气预热器，单级错列布置，由528根401.5组成，横向节距60mm,纵向节距40mm，高2400 mm，烟气在管内自上而下流动，空气在管外做横向冲刷。2.4.9 炉墙的设计锅炉炉墙作用是用来把锅炉中的烟气，受热面和外界隔绝。它的主要作用是：1. 防漏。防止外界的冷空气等漏入烟道和炉膛，以免在正常负压运行下降低锅炉运行的经济性。2. 绝热。尽量减少锅炉的散热损失，有助于保持锅炉中高温燃烧和强烈的传热，不使锅炉房中温度过高，保证劳动条件和安全运行。3. 组成烟气流道。流道的形状应尽量避免死角和累赘的部分炉墙必须满足以下条件：具有良好的热稳定性、具有良的密封性、具有良好的绝热性能、具有结构可靠性、具有足够的耐热和承受灰渣腐蚀的能力、具有一定的机械强度。本次设计中，前墙用重型炉墙。内衬墙为耐火砖，为了能承受高温，但是保温绝热性能较差，所以外面绝热性能较好的耐火材料和红砖砌成。炉墙均直接支撑在钢筋混凝土地基或梁上，红砖外墙的四壁转角处常在砌筑时互相咬住，四壁就自行形成整体。常用2-2.5砖厚的重型炉墙每平米炉墙面积约重1000-1200kg。重型炉墙总厚度通常1.5-3块砖，相当于360-720mm厚，内层是0.5-1块内火砖，外层1-2块红砖。小型锅炉炉膛部分的炉墙总厚度约500mm，内衬墙是一砖后的内火砖；对流受热面炉墙总厚度为360-473，内衬墙是用半砖厚的耐火砖。为了更好的保温，常在重型炉墙的内外曾之间留有7-20mm的空气夹层。为了让高温的内层炉墙能自由膨胀，常在墙角上沿整个炉墙高度留有宽约25mm的膨胀缝，缝中嵌入石棉绳以防止漏气和防止灰渣杜塞而失去作用。为了防止内衬墙和外墙的脱离和倾斜，内衬墙在每高7层砖就把一层耐火砖伸向红砖外墙内。另外，重型炉墙的高度不宜超过10-12m，一般4-8m高7。2.4.10 锅炉安全附件工业锅炉的安全附件是指压力表、安全阀和水位计，它们是保证蒸汽锅炉安全运行极为重要的附件，因此，被称为蒸汽锅炉的三大安全附件。2.4.10.1 压力表压力表是用以测量和显示锅炉汽水系统工作压力的仪表。锅炉上如果没有压力表或者压力表失灵，锅内压力显示不出来，就直接危及安全。每台锅炉除必须装有与锅筒蒸汽空间直接相连接的压力表外、还应在给水调节阀前，可分式省煤器出口，蒸汽过热器的出口与主汽阀之间，都应装设压力表。压力表应根据工作压力选用。压力表的最大量程(表盘刻度极限值）一般取工作压力的1.5-3倍。最好选用2倍 压力表量程赵入其允许的误差值越大，准确性降低；反之，量程太小，工作压力接近压力表的最大量程，会使表内的弹簧弯管经常处于很大的变形状态，很容易产生永久性变形使之失效。锅炉工作压力越高。所用压力表的精度要求也应越高。对于额定压力2.5mpa的锅炉，不应低于2.5级精度。本锅炉采用重锤式压力表。2.4.10.2 安全阀安全阀有两个作用：一是当锅炉压力达到额定工作压力，安全阀即自动开启，排出蒸汽，发出警报，使司炉人员能及时采取措施；二是安全阀开启后能排出足够的蒸汽，使锅炉压力下降、当压力降至额定工作压力以下时，安全阀即能自动关闭。安全阀是能自动将锅炉工作压力控制在允许压力范围以内的安全附件。蒸发量大于0.5吨/时的锅炉，至少要装设两个安全阀。安全阀的总排汽能力，必须大于锅炉额定蒸发量并保证在所有安全阀开启后锅炉内的蒸汽压力上升幅度不超过过安全阀开启压力的3%，并不得使锅炉内蒸汽压力超过设汁时计算压力的1.1倍。安全阀按其阀心开启的程度，有全启式和微启式之分，一般蒸汽安全阀采用全启式；弹簧式安全阀和杠杆式安全阀是工业锅炉上通常使用的两种安全阀。本锅炉采用杠杆式安全阀。2.4.10.3 水位计水位计是利用连通器原理来显示锅内水位高低或当锅内水位达到最高或最低限界时，能自动发出警报信号的安全附件。为了便于司炉人员监视水位，水位计应有指示最高、最低安全水位的明显标志。工业锅炉上用得较多的有玻璃水位计、低地位水位计、高低水位报警器等。本锅炉使用双色玻璃水位计(玻璃板式水位计的改进型)，它是应用光学彩色显示原理制造而成的玻璃水位计，其与蒸汽接触的玻璃面显示红色，而与水接触的玻璃面则显示绿色，汽水分界线十分清晰，无论白天还是黑夜，都能看清水位6。综合以上分析，采用增大炉膛容积（主要是高度方向）、增加空气预热器热空气温度、适当增大辐射受热面等措施解决了高海拔地区低气压对锅炉的影响，使所设计的锅炉能够在青海西宁地区正常安全稳定的运行。 2.5 锅炉经济指标的选取2.5.1 炉排面积炉排面积小，炉排面积可热负荷大，使通过煤层的风速过高，燃料的燃烧时间缩短，飞灰带走的可燃物增加，未完全燃烧损失增大。面积过大，热负荷减少，结构尺寸大，浪费材料，考虑该锅炉在高海拔，低气压区运行，大气中氧浓度低，为了使燃料能很好的燃尽，就要加大炉排面积，减小炉排面积热负荷。对于一定的燃料量而言，炉膛容积热负荷，由于低气压的影响，在高原地区的。所以要使低气压地区的锅炉效率与标准压力下的锅炉效率相似，就应减小炉排面积热负荷，增加炉排面积，提高炉膛高度。又 综合考虑可取炉排面积r=13。2.5.2 排烟温度排烟温度过高，排烟热损失增大，降低排烟温度减轻低温腐蚀方法研究指出，排烟温度每升高15-20，锅炉效率大约降低1%，且污染环境。排烟温度过低，会使低温受热面的壁温低于酸露点，易引起受热面腐蚀，且受热面金属耗量大，经济上不合理。烟气露点温度的主要影响因素有：燃料种类，燃料硫含量和燃烧方式，过量空气系数，烟气中水蒸汽，飞灰或受热面结构及积灰影响。烟气露点温度可根据经验公式:式中： 分别为燃料的折算硫分，灰分； 为烟气中水蒸汽露点温度一种简便实用的湿空气性质计算方法拟合0-80温度内饱和蒸汽压力方程，在此温度范围内，平均相对误差0.23%，最大相对误差0.67%。该方程经单位换算及变换得出如下水蒸汽露点计算方程：经计算水蒸汽露点温度 烟气露点温度是：排烟温度：计算得：73.68总的来说，给水温度高，燃料水分多需采用较高的排烟温度。一般还要考虑腐蚀问题，一般很说少采用低于120的排烟温度。燃料中水分，硫分多的燃料还要采用烧高的的排烟温度。燃料中含硫较多时，则应使受热面的壁温高于酸露点温度，此时应采用提高空气温度的方法提高壁温，因为再用提高排烟温度的方法将使锅炉效率大为降低。本设计中排烟温度165。2.6 锅炉的工作过程锅炉的工作过程大致可分为同时进行的两大过程：炉内过程和锅内过程。2.6.1 炉内过程给煤通过煤斗落到缓缓向前移动的链条炉排上，燃料燃烧所需要的空气经送风机压入空气预热器，升温后进入炉排下面的分段送风仓，进而与炉排上面的煤充分接触、混合，进行强烈的燃烧反应，产生的高温烟气，以辐射换热得方式，向敷设在燃烧室四周水冷壁内的水或汽水混合物传递热量。继而，未燃尽部分和高温烟气经烟窗（炉膛出口）掠过凝渣管，进入燃尽室进一步燃尽，在燃尽室内烟气中较大的灰粒产生重力分离沉积下来，减轻了后面对流管束受磨损的程度。之后，高温烟气进入锅炉管束，隔板将对流烟道隔成三个行程，烟气在管外横向冲刷，通过对流换热方式将热量传递给对流受热面管束内的汽、水、汽水混合物等工质；沿途温度逐渐降低的烟气进入尾部受热面（空气预热器管内），以对流方式将热量传递给管外流动的工质-空气，被加热后的空气进入炉膛，使炉内燃烧强化、炉温升高，从而提高了锅炉效率。至此烟气温度已经降低到经济排烟温度，离开锅炉本体，经过除尘器除尘、引风机、烟道、烟囱排入大气。燃烧生成的灰渣经除灰渣装置送往渣厂。2.6.2 锅内过程本次设计没设置省煤器，所以经过水处理系统处理并符合锅炉水质要求的给水直接送入上锅筒，水循环过程可分为四大循环系统。第一循环系统：由上、下锅简与连接的对流管束组成问路；此回路中受热多的管子市上升管，受热弱的是下降管。第二循环系统：从上锅简左右接出的下降管接至前墙集箱通过前墙水冷壁管，引至上锅简组成回路；第三循环系统，从上锅简左右接出的后墙下降管，接至后墙集箱，通过后墙水冷壁管引至上锅简组成回路；第四循环系统：从上锅简左右接出的两侧下降管接至两侧下集箱，通过两侧水冷壁管引至两侧上集箱，再由引出管引至上锅简组成回路。整个回路都是由于工质受热，产生密度差而自然循环。2.7 本章小结本章对高海拔，低气压对锅炉造成的影响进行了分析，提出运行在高原地区的锅炉要与运行在平原地区的锅炉有相近的效率，采取的措施是：增大炉排面积热负荷，增加高炉膛高度。对于难燃的无烟煤，在炉膛敷设卫燃带是可行的措施。由于燃料含有较大的硫分，所以在排烟温度的选取上 特别注意烟气的露点对尾部受热面的影响。第3章 热力计算3.1 燃料特性3.1.1 燃料名称西宁地区三类无烟煤3.1.2 应用基成分1）碳 =85%2）氧 =3.19%3）水分 =8%4）灰分 =8.5%5）挥发分 =8%6）硫分 =2.3%7）氢 =2.64%8）氮 =0.99%以上数据除氧、氢外都来源于当地煤种成分，氧、氢含量是按标准三类无烟煤选取。 3.1.3 燃料低位发热量=29400kj/kg3.2 辅助计算3.2.1 空气平衡烟道各处过量空气系数，各受热面的漏风系数列于表3-1中。炉膛出口处过量空气系数表2-1取，烟道中各受热面的漏风系数表2-3取。但考虑到高原地区燃烧条件较差，主要是