电站锅炉课程设计

1、电站锅炉原理课程设计说明书学校代码： 10128学 号： 201130307075电站锅炉课程设计系 别： 热能与动力工程系 班 级： 能环11-3学生姓名： 罗中炜 学 号： 201130307075指导教师：佐双吉 张子敬 完成时间2014年7月13日前 言电站锅炉原理是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的锅炉原理知识设计一台锅炉，因此，它是电站锅炉原理课程理论联系实际的重要教学环节。它对加强学生的能力培养起着重要的作用。本设计说明书详细的记录了锅炉本体各受热面的结构特征和工作过程，内容包括锅炉受热面

2、，锅炉炉膛的辐射传热及计算。对流受热面的传热及计算，锅炉受热面的布置原理和热力计算，受热面外部工作过程，锅炉蒸汽参数的变化特性与调节空气动力计算等。由于知识掌握程度有限以及两周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存在一些错误和遗漏，希望指导老师给予指正。 编者 2012 年7月目 录第一章 锅炉课程设计说明书5 1.1设计任务5 1.2原始资料5第二章 煤的元素分析数据校核和煤种判别5 2.1元素数据分析校核5 2.2元素数据分析校核5 2.3煤种判别6第三章 锅炉整体布置的确定6 3.1炉整体的外型6 3.2受热面的布置6 3.3汽水系统6第四章 料产物和锅炉热平衡计算7 4.1燃烧

3、产物计算7 4.2热平衡及燃料消耗量计算9第五章 炉膛设计和热力计算10 5.1炉膛结构的设计11 5.2燃烧器的设计13 5.3炉膛结构尺寸计算14 5.4炉膛热力计算15 第六章 屏式过热器热力计算18 6.1屏式过热器结构尺寸计算18 6.2屏式过热器热力计算20第七章 高温过热器的计算23 7.1高温过热器结构尺寸计算24 7.2高温过热器传热计算24第八章 低温过热器的计算27 8.1低温过热器结构尺寸计算27 8.2低温过热器热力计算28 8.3第一、第二转向室结构尺寸计算29 8.4第一、第二转向室热力计算30第九章 减温水量的校核33第十章 省煤器的设计和热力计算34 10.1

4、上级省煤器结构设计35 10.2上级省煤器结构尺寸计算36 10.3上级省煤器热力计算36 10.4下级省煤器结构设计38 10.5下级省煤器结构尺寸计算40 10.6下级省煤器热力计算40第十一章 空气预热器的热力计算42 11.1上级空气预热器结构特性43 11.2上级空气预热器传热计算43 11.3下级空气预热器结构特性44 11.4下级空气预热器传热计算45第十二章 热力计算数据的修正和计算结果汇总46 12.1热力计算数据的修正46 12.2排烟温度的校核47 12.3热空气温度校核47 12.4热平衡计算误差校核47 12.5热力计算结果汇总48第十三章锅炉设计说明书49 13.1

5、设计参数及煤种49 13.2锅炉总体概况49 13.3水冷壁系统49 13.4燃烧器49 13.5过热器50 13.6省煤器50 13.7管式空气预热器50 13.8锅炉构架及平台布置50 13.9炉墙密封51 13.10运行工况和气温调节51参考文献52第一章 电站锅炉原理课程设计说明书1.1设计题目 T/h煤粉锅炉1.2原始资料（1）锅炉蒸发量: D= 44T/h（2）过热蒸汽压力: p1 = 45Mpa（3）过热蒸汽温度: t1 = 46 （4）给水温度: tgs = 35（5）给水压力: pgs = 115Mpa(表压)（6）连续排污率： pPW = 115%（7）周围环境温度: tl

6、k = 25（8）空气湿度： d= 25g/Kg（9）汽包工作压力： pqb = 56Mpa(表压)（10）燃料特性1）燃料名称： 36号 烟煤2）煤的应用基成分：Car=48.57%；Oar =9.8%；Sar =1.02%；Nar =0.47%；Aar = 20.8 %； Har=2.91 % Mar = 16.4 %3）煤的低位发热量；Qydw= 17870 kj/kg4）煤的可燃基挥发份；Vdaf= 38.63 %（11）制粉系统 自行选择合理的制粉系统第二章 煤的元素分析数据校核和煤种判别2.1 煤的元素各成分之和为100%的校核（一）可燃基元素成分的计算：（二）Car + Har

7、+ Sar + Oar + Nar + Mar + Aar =100%2.2元素分析数据校核（一）干燥基灰分的计算Ad = 38.2%（二）干燥无灰基低位发热量(试验值)的计算Qdafdw=(Qardw+25Mar) 17870 （kj/kg）（三）干燥无灰基低位发热量（门德雷也夫公式计算值）的计算Qdafdw =339 Cdaf+1030 Hdaf -109(Odaf - Sdaf)26685kj/kg)Qdafdw - Qdafdw =8815(kj/kg)2.3煤种判别（一）煤种判别 由燃料特性得知Vdaf= 20.8 12.5 %，所以属于褐煤。（二）折算成分的计算Aarzs=(%)=

8、20.8%Marzs=(%)=8.55%Sarzs=(%)= 16.4%因此煤属于低灰分煤。第三章 锅炉整体布置的确定3.1炉整体的外型选型布置选择形布置的理由如下：（一） 锅炉排烟口在下方送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低，烟囱也建在地面上；（二） 对流竖井中，烟气下行流动便于清灰，具有自身除尘的能力；（三） 各受热面易于布置成逆流的方式，以加强对流换热；（四） 机炉之间的连接管道不长。3.2受热面的布置在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。本锅炉为高压参数，汽化吸热较少，加热吸热和过热吸热较多。为使炉膛出口烟温

9、降到要求的值，保护水平烟道的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。热风温度要求较高（Trk=300），采用双级布置空气预热器。在空气预热器的烟道的转弯处，设置冷灰斗，由于转弯处离心力的作用，颗粒较大的灰粒顺冷灰斗下落，减轻除尘设备的负担。3.3汽水系统按高压大容量锅炉热力系统的设计要求，该锅炉的汽水系统的流程设计如下：（一）过热蒸汽系统的流程 汽包顶棚过热器进口联箱炉顶及尾部包覆过热器管束尾部包覆过热器后集箱（悬吊管过热器管束悬吊管过热器出口集箱）尾部左右侧包覆过热器下后集箱 尾部左右

10、侧包覆过热器管束（上升）左右侧包覆过热器上集箱尾部左右侧包覆过热器管束（下降）尾部左右侧包覆过热器下前集箱水平烟道左右侧包覆过热器管束（上升）水平烟道左右侧包覆过热器上集箱低温过热器屏式过热器对流过热器进口联箱对流过热器管束对流过热器出口集箱集汽联箱汽轮机。第四章 燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1燃烧产物计算燃烧产物计算公式见教材，只给出如下计算结果。（一） 理论烟气量及理论烟气容积理论空气量；7536.825理论氮气容积；0.00516285三原子气体RO2的容积5.7822357%理论水蒸气容积2.55645%理论烟气容积6.558214%（二） 空气平衡表及烟气特性表根据该锅炉的燃料属优质

11、燃料，可按表17选取炉膛出口过量空气系数等于 ，又选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，选取炉渣份额后计算得飞灰份额等于 。 表3-1 空气平衡表受热面名称过量空气系数炉膛,屏式过热器（l,ps）高温过热器(gwgr)低温过热器 (dwgr)上级省煤器(sm)上级空气预热器下级省煤器下级空气预热器(ky)进口1.2352.2282.8893.4224.5995.6696.987漏风1.3352.3772.8893.4224.9877.0017.88出口1.4022.5022.8893.4225.2116.928.125表4-2 烟 气 特 性 表xjky8.5548.6690.729

12、787121351.631352.8715.725619.7231Xjsm7.2997.5560.639637811201.211203.5315.719818.6371Sjky6.8826.8920.558564551047.861048.6915.712617.5168Sjsm5.3045.6200.48849789892.66893.8715.704016.440150.251Dwg4.7724.7920.33943359742.98743.5415.698515.339849.214Gwgr3.1563.1990.22339788693.58701.5215.690714.253648

13、.669l,ps2.4142.4240.12934290555.63561.5315.682313.221447.368单位Nm3/kgNm3/kgNm3/kgKg/kgKg/kg符号pjVVH2OVyrRO2rH2ORnGyh项目名称烟道进口过量空气系数烟道出口过量空气系数烟道平均过量空气系数过剩空气量水蒸气容积烟气容积RO2气体占烟气的份额水蒸气占烟气的份额三原子气体和水蒸气占烟气的份额烟气质量飞灰无因次浓度表4-3焓 温 表2200210020001900180017001600150014001300120011001000900800700600500400300200100烟气或空

14、气温度12692126091251812428123421225512196120931201311904118171180711790117271165611627115981152311450113841129111250理论烟气的的焓14521144871444414398143721433113286132491320913171131261299912954129191286312810127801272312691126401258812580理论空气的焓192201816317003159391478913345炉膛，屏式过热器烟气的焓Hy高温过热器Hy低温过热器Hy上级省煤器H

15、y上级空预器Hy下级省煤器4.2 热平衡及燃料消耗量计算 表4-4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源数 值1燃料带入热量QrkJ/kg假定178702排烟温度py0C假定1353排烟焓HpyKJ/kg查焓温表13193354冷空气温度tlkoC给定205理论冷空气焓HlkkJ/kg查焓温表13187706机械不完全燃烧热损失q4%取用 57化学不完全燃烧热损失q3%取用58排烟热损失q2%（q2+q3+q4）12.6789散热损失q5%Dgr(hgr-hgs)010灰渣物理热损失q6%AyQydw/4191.00211保热系数%1-q5/1000.4512锅炉总热

16、损失q%q2+q3+q4+q5+q60.02313锅炉热效率gl%100-q65.35%14过热蒸汽焓hgrKj/kg查蒸汽特性表1788015给水焓hgsKj/kg查水特性表1478016过热蒸汽流量DgrKj/kg已知1223617锅炉有效利用热QglKj/hDgr(hgr-hgs)+Dzr(hzr-hzr)3698018实际燃料消耗量BKg/hQgl/(glQr)2235419计算燃料消耗量BjKg/hB(1-q4/100)18998第5章 炉膛设计和热力计算锅炉运行与气温调节有密切关系，运行工况的变动会影响到气温的调节。该锅炉的气温调节是按定压运行设计的。在负荷为75%100%时，定压

17、运行，过热蒸汽采用喷水调节，一级喷水量为54T/H，二级喷水量为4T/H，按额定负荷设计的过热器受热面已经考虑了一二级喷水减温所需要增加的过热器受热面。由于采用了辐射与对流混合形式的过热器布置，所以过热蒸汽温度在负荷75%100%变动时，能维持稳定的蒸汽温度。过热蒸汽的喷水水源来自经高压加热器的给水母管。当锅炉负荷从100%降至75%时烟道挡板的位置从开到关，由于喷水减温器的水源为锅炉给水，而喷水与蒸汽直接混合，因而要求电厂运行时严格保证锅炉给水品质，否则会使出口蒸汽7.3511.36115.36473.64845.681.2514.3982.35图5-1 炉膛结构尺寸寸9.655.1 炉膛结

18、构设计表5-1 炉膛结构设计序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值（一）炉膛尺寸确定1炉膛容积热强度qVW/m3选取14622炉膛容积V1m3BQydw/3.6qv242343炉膛截面热强度qFW/m2选取12364炉膛截面积Alm2BQydw/3.6qF41355炉膛截面宽深比a/b按a/b=11.2选取1.16炉膛宽度am选取a值使a/b=11.21.17炉膛深度bmA1/a68冷灰斗倾角按50选取609冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取0.810冷灰斗容积Vdhm3按结构尺寸计算82311折烟角长度lzm按=1/3b选取212折烟角上倾角按上=2045选取4013折烟角下倾角按下=20

19、30选取3014炉膛出口烟气流速wym/s选取123.515炉膛出口烟气温度lC选取68016炉膛出口通流面积AchM2BjVy/(3600wy+*(l+273)/273618817炉膛出口高度hchmAch/a12.6818水平烟道烟气流速wsym/s选取69.519水平烟道高度hsym按BjVy/3600wya+273/273=6.4选取10.2620折焰角高度hzym按hqp-hsy-lz=1.0选取1.021炉顶容积Vldm3按图1-5中A1和A2计算1573622炉膛主体高度hltm(Vl-Vld-Vhd)/Al22.68（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数z1个8.47/2.5=3.

20、84(按每个回路加热宽度2。5选取42左右侧墙水冷壁回路个数z2个8.24/2.5=2.99(按每个回路加热宽度2。5 33管径及壁厚d*mm选取19.2054管子节距smm按s/d=1.11.2选取1.1155前后墙管子根数n1根按a/s+1=129.3选取129.36左右侧墙管子数n2根按b/s+1=125.8选取125.8 5.2燃烧器的设计图5-2燃烧器结构尺寸表5-2燃烧器结构尺寸计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1一次风速w1m / s选取1312二次风速w2m / s选取1423三次风速w3m / s选取1494一次风率r1%选取15%5二次风率r2%选取17%6三次风

21、率r3%此处未做制粉系统的设计计算18%7一次风温t1未做制粉系统的设计计算155C8二次风温t2trk -10159C9三次风温t3由制粉系统的设计计算确定177C10燃烧器数量z个四角布置4X411一次风口面积A1m2自己确定528cm12二次风口面积A2m2自己确定1024cm13三次风口面积A3m2自己确定2082cm14燃烧器假想切圆直径d jmm选取15515燃烧器矩形对角线长度2l jmm17516特性比值hr / br初步选定1.2157817特性比值hr/ br1.2457018燃烧器喷口宽度b rmm结构设计时定为br=43743719一次风喷口高度h1mmA1 / b12

22、.2二次风喷口高度h2mmA2 / br12.820燃烧器高度h rmm 按A1、A2 、A3 的要求，画出燃烧器喷口结构尺寸得 hr;核算hr / br = 13.46,接近原选定值，不必重算15.8821最下一排燃烧器的下边距冷灰斗上沿的距离m按 l = (45)br选取15.8822条件火炬长度l hyml hy的计算结果符合规定，而且上排燃烧器中心线到前屏下边缘高度大于8米，所以炉膛高度设计合理15.895.3 炉膛结构尺寸计算 表5-3炉膛结构尺寸序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积 A1m2据 图4.125.3922.2068A2m20.5(8.24+5.39)1.3

23、759.370625A3m2据 图8.2411.3693.6064A4m2据图0.5(8.24+4.62) 3.1454.2238Acm2A1 + A2 + A3 + A41584.682前墙面积Aqm2据图110.833后墙面积Ahm2据图98.6324炉膛出口烟窗面积Achm2据图21.035炉顶包覆面积Aldm2据图4.128.4727.686燃烧器面积Arm2据图22.357前后墙侧水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取18炉顶角系数X ld查附录三图I（a ）4，1.2029炉膛出口烟窗处角系数xch选取1.03510整个炉膛的平均角系数x1.111炉膛自由容积的水冷壁面积Azym21.45

24、812炉膛容积Vlm3Ac a1548613炉膛的自由容积Vzym3Vl - Vp1500514自由容积的辐射层有效厚度Syzm3.6Vzy / Azy1.23415炉膛的辐射层有效厚度Sm居图可知1.36516燃烧器中心线的高度hrm据图7.8817炉膛高度Hlm据图7.5818燃烧器相对高度hr /Hl据图7.2419火焰中心相对高度xlhr / Hl + x ,x按附录二表查得等于4.37 5.4 炉膛热力计算表5-4炉膛热力计算序号名 称符 号单位计算公式或数据来源数 值1热空气温度tlk给定3502理论热空气焓HorkkJ/kg查焓温表1-42748.343炉膛漏风系数al由空气平衡

25、表1-1知0.054制粉系统漏风系数azf选用0.045冷空气温度Tlk给定206理论冷空气焓HlkokJ/kg查焓温表1-4189.9747空预器出口过量空气系数kyal - (al + azf )1.1118空气带入炉內热量QkkJ/kgkyHrk + (al+azf )Hlk3067.75508791kg燃料带入炉內热量QlkJ/kgQr +Qk26107.575510理论燃烧温度a根据Q查焓温表1-4197011炉膛出口烟温l假定110012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-413693.90691413烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg )(Ql - hl) / (a -l)1

26、4.2687914水蒸汽容积份额rH2O查烟气特性表1-30.04715三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.15816三原子气体分压力pnMpaprn(p为炉膛压力，0.098MPa)0.01548417pn与S的乘积PnSMMpaPnS0.083918三原子气体辐射减弱系数Ky1/(mMPa)10( -0.1) (1 -0.37 )5.48078697919灰粒子辐射减弱系数Kh1/(mMPa020焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/(mMPa)取用021无因次量x1选取0.522无因次量x2选取0.123半发光火焰辐射减弱系数K1/(mMPa)Kyrn+Kh+kjx1x23.5041124

27、乘积KpSkPs6533225炉膛火焰有效黒ahy1 - e-kpS220126乘积PnSzymMPaPnSzy0.14627自由容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/(mMPa)10(- 0.1)(1 - 0.37 )3.2128乘积KpSyz(Kyrn+Khh+kjx1x2)pSzy29自由容积的火焰有效黒?azy30炉墙总面积Alqm2Azy 31前后侧墙水冷壁的沾污系数查附录二表32炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表33炉膛出口屏的沾污系数ch(查附录三图，=0.98)34前后墙水冷壁的热有效沾污系数x35炉顶包覆管热有效系数ldxld xld36平均热有效系数pj37炉膛黑度al38与炉

28、内最高温度有关的系数MBCxlB、C 查附录39炉膛出口烟温l40炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-341炉膛吸热量QflkJ/kg(Ql - Hl)42炉膛容积热强度qvW/m3BQydw /(3.6Vl)43炉膛截面热强度qfW/m2BQydw /(3.6Al)44炉内平均辐射热强度qpjlW/m2BjQfl / (3600Alp)45炉顶辐射吸热分布系数ld查附录三图46炉顶辐射热强度qldW/m2ld q47炉顶辐射受热面积Aldm2(Ald - Apq,ld)xld + Apq,ld xzpq48炉顶吸热量QldWAldqld 3.6Aldqld /Bj49屏辐射吸热分布系数hp

29、查附录三图50屏辐射热强度qhphpq11010351屏吸热量QhpWqhpAhp(Ahp=Ach) Kj/kg3.6qhpAhp / Bj52附加过热器总吸热量QfjkJ/kg先假定后校核53一级减稳水量Djw1kg/h先假定后校核54二级减温水量Djw2kg/h先假定后校核55附加过热器焓增量hfjkJ/kgQfj Bj / (D -Djw1-Djw2 )56饱和蒸汽焓hbqkJ/kg查蒸汽特性表p=15.3MPa,t=34557包覆出口蒸汽焓hbfkJ/kghbq +hfj58包覆出口蒸汽温度tbf查蒸汽特性表p=14.7MPa59炉膛出口烟温校和ldh 灰粒的平均直径，取dh=13m；

30、x1、x2考虑火焰中焦碳粒子浓度影响的无因次量。第六章 屏式过热器热力计算 锅炉中心线屏式过热器结构图6.1屏式过热器尺寸计算表6-1屏式过热器结构尺寸计算序号名 称符号单位计算公式及数据来源数值1管径及壁厚dMm选用2屏片数z1从图可知3单片管子根数n1如图4屏的深度cM如图5屏的平均高度hpjM据图可知6横向节距s1Mm33X47比值s1/d12:58纵向平均节距spj2mm9比值spj2/d10屏的角系数xhp11屏区接受炉膛热辐射面积Afpqm212屏的对流受热面积Apm22125.391.776+7.12 0.86 13屏的计算对流受热面积Ajspm214屏区炉顶受热面积Aldm21

31、5屏区两侧水冷壁受热面积Acqm216屏区附加受热面积Apfjm2Ald+Acq17屏接受炉膛热辐射面积Afpm2Afpq*Ajsp/(Ajsp+Apfj)18炉顶附加受热面辐射面积Afld m2Afpq*Ald/(Ajsp+Apfj)19水冷壁附加受热面辐射面积Afsldpfjm2Afpq*Acq/(Ajsp+Apfj)20烟气进屏流通截面积APm221烟气出屏流通截面积Apm222烟气平均流通截面积Apjm22ApAp/( AP+ Ap)23蒸汽流通截面积Apjm2/4d2nn1z124蒸汽质量流速wKg/(m2.s)(D-Djw2)/(3600A)25烟气辐射层有效厚度Sm6.2屏式过热

32、器热力计算 表6-2屏式过热器热力计算序号名 称符号单位计算公式及数据来源数值1烟气进屏温度pp=l2烟气进屏焓Hpkj/kgHp= H l3烟气出屏温度p假定4烟气出屏焓H pkj/kg查焓温表1-35烟气平均温度pj1/2(p+p)6屏区附加受热面对流吸热量Qdpfjkj/kg先估计后校核7屏的对流吸热量Qdpkj/kg(Hp+ H p)8屏入口吸受的炉膛辐射热量Qfpkj/kgQfp=Qhp9三原子气体辐射减弱系数Ky1/(mMPa)10(0.78+1.62rH2o)/(10pns)1/2-0.1)(1-0.37Tpj/1000)10乘积Kyrn1/(mMPa)Khrn11灰粒的辐射减弱

33、系数Kh1/(mMPa)55900/(T2pjd2h)1/312飞灰浓度hkg/kg查烟气特性表1-213乘积Khh1/(mMPa)Khh14烟气流的辐射减弱系数K1/(mMPa)Kyrn+ Khh15乘积KpsKps16屏区的烟气黑度a1-e-kps17屏进口对出口的角系数pp=(c/s1)2+1)1/2-c/s118修正系数r按煤种选取,据参考问献(1)19屏出口面积Afpm2等于对流过热器进口面积20炉膛及屏间烟气对屏后受热面的辐射热量Qfpkj/kg21屏区吸收炉膛辐射热Qfpqkj/kgQfp- Qfp22屏区炉顶附加受热面吸受的炉膛辐射热量Qfldpfjkj/kgQfpqAfldpfj/(Afldpfj+Afslbpfj+Afp23屏区水冷壁附加受热面吸受的炉膛辐射热量Qfslbpfjkj/kgQfpqAfldpfj/(Afldpfj+Afslbpfj+Afp)24屏所吸受的炉膛辐射热Qfpkj/kgQfpq-Qflbpfj-Qfslbpfj25屏所吸受的总热量Qpkj/kgQpd+Qfd26蒸汽进屏焓hpkj/kg(D-Djw2-Djw1) hqp+ Djw1hjs/