锅炉课程设计

1、锅炉原理课程设计热动1204班qUTHCfNliUl QdilLri指导教师学生姓名专业班级题 420t/h煤粉锅炉课程设计设计时间 2015 年9月能源科学与工程学院锅炉原理课程设计热动1204班能源科学与工程学院锅炉原理课程设计热动1204班目录一、确定锅炉基本结构 .1.二、辅助计算1.(1)空气平衡1.(2)燃烧产物容积及始的计算2(3)不同过量空气系数下燃烧产物的容积 3(4)不同过量空气系数下燃烧产物的始温表 5(5)锅炉热平衡及燃料消耗量计算5(6)燃烧室水冷壁布置6.(7)燃烧室辐射吸热量的分配 11三、凝渣管的传热计算11四、过热器的传热计算14五、省煤器结构设计及传热计算过

2、程23六、空气预热器结构设计及计算过程26七、排烟温度和空气温度校核29八、计算结果汇总表30九、个人总结31附图32能源科学与工程学院锅炉原理课程设计热动1204班能源科学与工程学院锅炉原理课程设计热动1204班1一、确定锅炉基本结构采用单锅炉筒n型布置，上升烟道为燃烧室及凝渣管，水平烟道布置两级悬 挂对流过热器，垂直下行烟道布置两级省煤器及两级管式空气预热器。整个炉膛全部布满水冷壁，炉膛出口凝渣管簇由锅炉后墙水冷壁延伸组成， 在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好地充满炉膛， 采用光管水冷壁。对流过热器分两级布置，由悬挂式蛇形管束组成，在两级之间有锅炉自制冷 凝水喷水减

3、温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水， 回收凝结水 放热后再进入省煤器。省煤器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面，减少钢材消耗量。锅炉采用四根集中下降管，分别供水给 12组水冷壁系统。燃烧方式采用四角布置的直流燃烧器。根据煤的特性选用中速磨煤机的负压直吹系统。、辅助计算(1)空气平衡烟道各处过量空气系数及各受热面的漏风系数列于表1,炉膛出口处过量空表1烟道中各受热面的过量空气系数及漏风系数烟道名称-过量空气系数一漏风系数3入口 a 炉膛1.20.1 (固排，无护板)凝渣管簇1.21.2第二级对流过热器1.21.2150.03第一级对流过热器1.2151.230.03高温省煤

4、器1.231.250.02高温空气预热器1.251.280.03低温省煤器1.281.30.02低温空气预热器1.31.330.03系数按书表4-2取，各受热面的漏风系数按书表 4-3取，空气预热器出口热 空气的过量空气系数(DF.06表2烟气特性表名称及公式符号单位炉膛及凝 渣管第二级过 热器热器出口处过量空气系数a 1.21.2151.23平均过量空气系数 0.5 (a + oT)p PJ1.2001.2081.223过剩仝气里(a j -1 ) V pjNm3/kg1.4051.4581.563H2O容积 V；2O +0.0161Gpj -1V0Vh 2ONm3/kg0.6140.614

5、0.616烟气总容积VH2OVn2VRO2+ -：pj 1VVyNm3/kg8.8438.8969.002RO2容积彳额VRO2 /VyrRO20.1460.1450.143H2O容积彳额VH2O/Vy-Har+0.0124War+0.01610=0.5910085Nm3/kg(5)能源科学与工程学院锅炉原理课程设计热动1204班烟气焰温表顺序烟气或空气理论理论飞灰烙烟气的焰Hy(kJ/kg)温度烟气焰空气焰Hy0Hk0H fh炉膛、高过等主烟道省煤器及旁路烟道省煤器等空气块热器CkJ/kgkJ/kgkJ/kg.鎏,hp= osm = (Xky =A Hy1100103192712122812

6、861305103122002086186725248426022641208633003172282938377639544013317244004293380552510653465426429355005440480268646867706871544066006618582781786582328354661877007830686697930197337830880090647926113107621126190649900103189000119122371031810100011593100741471375511593111100128841119716515289128841

7、212001419012307185168361419013130015517134372091841415517141400168491457423219996168491515001819115718260215951819116160019549168702872321019549171700209111802132324838209111818002228219180353264712228219190023655203523852811023655202000250372152441729759250372121002643222704030973264322222002781823

8、883032595278183能源科学与工程学院锅炉原理课程设计热动1204班(3)不同过量空气系数下燃烧产物的容积见表2。(4)不同过量空气系数下燃烧产物的始温表见表3(5)锅炉热平衡及燃料消耗量计算见表4。表3 热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式及计算结果1燃料拥有热量Qar,net,pkJ/kg任务书给定21701.102排烟温度由yC任务书给定130.003排烟烙I pykJ/kg查表 3, - py=1.331762.614冷空气温度IlkC任务书给定30.005冷空气久含I IkkJ/kg见表3185.476气体未完全燃烧热损失qqt%由表6-51查取07固体未完全燃烧热损

9、失qgt%由表6-51查取1.508排烟热损失qpy%(Ipy -二 pyI；)(100-qt)/Qjy6.889外部冷却损失Plq%图3-310锅炉效率刀gl%100-(qgt qqt qpyqj88.1011过热蒸汽出口燃,i grkJ/kgP=9.8Mpa, t=450 C ,查水蒸气表3439.0012饱和水烙ibhkJ/kgP=10.2 Mpa,查水蒸气表1608.0013给水崎igskJ/kgP= 10.5 Mpa, t= 165 C ,查水蒸气表880.3114排污率Ppw%任务书给定2.0015过热蒸汽流量DgsKg/h任务书给定42000016锅炉总吸热量QgikwD(igr

10、 -igs) 0.02D(ibh-igs)300211.7817/心业、I 1/山士目.Bkg/sQgl15.16燃料消耗重Qar, net, p18计算燃料消耗量Bjkg/sqqtB=(1-100)14.9319空气坎热器吸热量QkykJ/kg丁 00 3ky ( I rk - I lk )2396.4220空气坎热器吸热量与燃 料热量的百分比qky%QkyM00Qj11.04121保热系数1 qlqgl -qky0.9965(6)燃烧室水冷壁布置Fch水冷壁采用60的光管，管节距s=64mm,管子悬挂炉墙，管子中心和炉墙距 e=0.o表4燃烧器特性计算名称符号单位公式及计算1一次风份额1%

11、表6-4402二次风份额2%100-1603一次风出口速度31m/s选用254二次风出口速度32m/s选用455一次风容积流量V1m3/s10七1273=0.3X1.06X4.861 X5.576 j 273273 33086.83X2736二次风容积流量V2m3/s4)273130.247每个一次风口面积f12V119.040.43mn1 1 - 2 4 258每个二次风口面积2V228.560.36f2mn2 2 - 2 4 359炉膛容积热强度qvW/m 3查表15900010炉膛容积Vi3 mBQd3(3.6qv)2068.7411炉膛截面热强度qF2W/m2查表350000012炉膛

12、截面积Ai2 mBQdw/(3.6qF)93.9813炉膛截面宽深比a/b按a/b=11.2选取1.1414炉膛宽度am选取a值使a/b=11.29.615炉膛深度bmA /a9.7916冷灰斗倾角0按。皂50o选取50o17冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取1.218冷灰斗容积Vhd3 m157.119炉膛主体高度hitmVi -VhdAi22.01注：1) 6 是空预器出口的过量空气系表5燃烧室结构特征计算序号名称符号单位公式及计算前、后、 侧预棚出口窗1水冷壁管规格d空mm460 360 360 32管节距smm64853相对值s/d1.071.424管中心与炉墙距离emm0305相对值

13、e/d00.56角系数x2 m0.980.9417炉墙面积F12 m516.8158.1344.218水冷壁后效辐射面积H除去FR511.6152.9337.429灰污系数0.450.450.4510水冷壁受热面平均热有 效性系数Wpj、H Ft0.4411炉膛面积V. jV.3.6 -F. J2068.7412烟气辐射层有效厚度s12.0313燃烧器中心高度h rm3.8214炉膛出口高度hlm19.2515燃烧器相对高度X rhr hi0.2016火焰中心高度Xhr :. =0.32 00.20注：1）用加权平均法求64 644 1288:出穿表6燃烧室（炉膛）的传热计算序号名称符号单位公

14、式及计算结果1炉膛出口过量空气 系数:彳见表11.202炉膛漏风系数-1非膜式水冷壁，无护板0.103煤粉系统漏入风系 数二 f中速磨，负压运行0.044热空气温度trkc选用2605热空气焰J0JrkkJ/kg查表31843.776冷空气温度t1k任务书给定307冷空气久含I0J1 kkJ/kg查表 I-3 ( 0=1.2)185.478空气预热器未热空 气份额k1.069空气进入炉膛的热 量QkkJ/kg:kl :（5 三 日f ）1：2618.9910燃料后效放热量QakJ/kgQ100-9统担脑Qar，net，P 100qqtk24320.0911理论燃烧温度0 a查表 3 ( =1.

15、2)173012炉膛出口烟温町y先假定，供计算等用113013炉膛出口烟烙I1kJ/kg查表 3 ( =1.2)16371.3414烟气平均热容量VCkJ/(k g。（Ql；）/（一“）13.2515容积份额水蒸气/ 二原子气体h2o / 三 kg/N3 m查表2（仪=1.2）0.3116烟气密度PYkgGyM1.3417飞灰浓度%kg/kg查表 2 (a =1.2)0.0118飞灰颗粒平均直径dfh(1 m用中速磨选取16续表7序 号名称符号单位公式及计算结果10.2 i 0.78 +1.6,心。_0.1 !i _0.37 Tljrv-(10 .2 p ts) 0.51000 1 . 19二

16、原子气体辐射减 弱系数kq胃1/m Mpa0.4620灰粒辐射减弱系数kfhfh1 / m Mpa43850 Py4/(Tldfh)为0.9121焦炭辐射减弱系数kft MjpikfX1X21.0222火焰辐射减弱系数k(kq三khf f , kft)2.4023火焰辐射吸收率kpskps2.9224火焰黑度ahkps1-e0.9525炉膛黑度a1二 h/ ：h (1 -?h),-;pf 0.9826火焰中心高度系数M0.59-0.5Xh0.495.6710 q，-;PjFl：.lTa3 06T M (pj l)0.6 ： 1 .27327炉膛出口烟温T：B V)j c1193.0828炉膛出

17、口烟烙I 11kJ/kg查表 3 ( =1.2)16725.4329炉内辐射传热量Q1kJ/kg中 Q-I；)7568.0830辐射受热面热负荷qfKw/ mBjQl/H187.70每面墙宽6336mm,侧墙布置100根管子，前后墙布置98根管，后墙的水 冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙 的重量，斜叉管组成凝渣管，凝渣管有 94根管子，另四根管直接向上与联箱 相连。侧墙水冷壁向上延伸，在凝渣管区域形成附加受热面。燃烧室结构特性计算见表6。燃烧室的传热计算见表7。(7)燃烧室辐射吸热量的分配燃烧室辐射吸热量中有部分由凝渣管及高温过热器吸收。凝渣管直接吸收燃烧

18、室的辐射热量辐射受热面是燃烧室的出口窗 Fch。凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数 有关，根据凝渣管的横向相对节距Si/d =4.27，从图7-10中的无炉墙反射的曲线 上查得单排管的角系数x = 0.32,现凝渣管有三排，总的角系数Xnz =1(1 -x 8 =0.686(14)凝渣管辐射受热面为Hnz =XnzFch =0.686 黑 44.21 = 30.33卜2】(15)由于出口窗位于燃烧室上不，热负荷比较小，需要计算沿高度的热负荷不均 匀系数，出口窗中心的高度为hch,从冷灰斗中心到炉顶的总高度为 此，根据hch _ 16.06足 19.25= 0.834(16)和燃烧器中心相对高度

19、Xr =0.324,查图11-20中2线，得至ljh=0.67。凝渣管 吸收的辐射热量Qn；=3.hMqf MHnz =0.68M484.25M30.33 =9987.37kw】(17)高温过热器直接吸收燃烧室的辐射热量Qgr =qf m(44.21-30.33)=0.68父484.25M13.88 = 4570.55kW(18)水冷壁的平均辐射受热面热负荷qs = QlBj - Qnfz Qfr ! 1 = 220383.9-14557.9 l jgr(994.04-44.21)949.83 (19)= 216.7 kW 1三、凝渣管的传热计算凝渣管束是错列布置，由后墙水冷壁延伸组成，每四根

20、相邻的管子组成第一、三排和折焰角，所以凝渣管的横向节距为 4X64mm。凝渣管结构特性计算见表8。凝渣管的传热计算见表9。表7凝渣管结构特性计算序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格d X 8mm60 32横向管子截距SS2mm256纵向管子截距250横向相对截距二 1S/d =255/604.273纵向相对截距二 2mmS2/d =250/604.17管子数目：A排234第二排出24第三排%25每根管子计算长：第lm5.172+0.7344.93一排5第二排121m5.294+0.445+0.2514.89l3m5.416+0.156+0.5024.83第三排6凝渣管受热面积H2 m必1

21、狐2 相3 d66.257侧墙水冷壁在本区H 2 m8.44的附加受热向面积8计算受热面积H2 mH H74.689烟气辐射层有效厚Sm1.17度2L a - nd = 5294 0.44510烟气流通截面Fym37.416.336 -24 0.06表8凝渣管的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温C见表71193.082入口烟烙IkJ/kg见表716725.43出口烟温0 ”C先假定，后校核113016013.04出口烟烙IkJ/kg查表 3 : =1.205烟气平衡放热量QvkJ/kg1-I-I709.946平均烟温eC1161.547烟气体积VvNm3/kg查表2：!；=1.2

22、8.84容积份额水蒸气/0.318二原子气体rHzO / rT查表 2 ： =1.29烟气密度p ykg/Nm3Gy/Vy1.3410飞灰浓度%kg/kg查表21.20.012411飞灰颗粒平均直径d fhMm选用1612烟气流流速ym/s18.5413烟气对流放热系数:dW/(m2 C )0 Cz Cw Cs查图 8-618014二原子气体辐射减 弱系数kgr三1/(m - MPa)1.8315飞灰辐射减弱系数kfh 口 fh1/(m - MPa)0.9016烟气辐射吸收力kpskqrz kfh ps0.3217烟气黑度a1-e*ps0.2718管内工质温度TC饱和温度（9.8MPa）255

23、19管壁灰污层厚度thCt 8033520烟气辐射放热系数W/(m 2 C )a”。查图 8-1554.0721烟气总放热系数:tW/(m 2 C ): d f234.0722热后效性系数选用0.6523传热系数kW/(m 2 C )Wot1152.1424平均温压tCU -t906.5425传热量kJ/kgKUH j689.94Qc1000Bj26庆方A%Qy -Qc2.82Qy四、过热器的传热计算从锅筒出来的饱和蒸汽先到凝渣管上方的蒸汽联箱，经过顶棚管到第一级 对流过热器的入口联箱。蒸汽通过悬挂的蛇形管逆流至出口联箱， 最后一圈管束 是顺流布置，这样可以避免出口管束与顶棚管的交叉。 从第一

24、级过热器出口联箱 出来的蒸汽进入第二级过热器的入口联箱， 蒸汽在第二级对流过热器中先逆流后 顺流，此处第一圈管束是逆流，其余均为顺流，这样可以使过热器出口高温蒸汽 处在较低温的烟气流中。第二级过热器的第一、二排管组成四排错列管，使节距增大，防止堵灰。其 余均是顺列布置。由于一组受热面内有错、顺列布置，而计算时的平均温压是按 整组受热面计算的，因此传热系数也要用整组受热面的平均值，此时采用加权平 均法来计算以下参数：横向节距S1,纵向节距S2,烟气流通截面Fy,对流放热系 数ad,灰污系数& ,最后算出传热系数k。加权平均是用错列、顺列的受热面来 加权的。第二级过热器的结构特性计算见表10,传热

25、计算见表11。第一级过热器的结构特性计算见表12,传热计算见表13。表9第二级（高温）过热器的结构特性序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格d、：mm38X5.52002横向节距S1mm3纵向节距S2mm1504错横向相对节距二 1s1 /d5.265列纵向相对节距二 2s2 /d3.956管横向管排数Z1317束纵向管排数Z248平均管长lcm上部和下部倾斜段并入顺列管束4.539受热面Ho2 m二 dgM67.0210010横向节距s1mm11纵向节距S2mm(60+160)/211012相对横向节距 顺相对纵向节距横向管排数二 1 /d2.6313二 2s2 /d2.8914Z1621

26、5目纵向管排数Z2616每根管平均长度1 shm4.25者几、州料次N皮,1工11且改干17受热面Hsh2 m二 dz141sh188.641819错列、顺列总受热面HS12 mHc Hsh(saHc+sshHsh)/(H a+H sh)255.67126.22加权平均横向节距mm20加权平均纵向节距S2mm120.4921相对横向节距二 1s1 /d3.3222相对纵向节距二 2/d3.172324辐射层有效厚度sf24,、0.9d(二；：O)2二/4 dn n0.420.07烝汽流通截面m25Fc211：(hr hc)- Td(lrlc)-2226.13错列区烟F流通截面m26Fsh217

27、.50顺列区烟F流通截面m27F219.16平均烟F流通截面yH1m2 m(hc Hsh)26.5428两侧水冷壁附加受热面(Hc .H sh)29折焰角附加受热面H22 m35 -协3.7330顶棚管附加受热面H32 m按 A 排计算：05-：dnl7.22表10第二级（高温）过热器的传热计算序号名称符号单位公式及计算1直接吸收炉膛辐射热fQrkJ/kg见例题174.52入口烟温eFC见表911303入口烟烙IkJ/kg见表916013.004蒸汽出口温度tC任务书给定5405蒸汽出口久含ikJ/kg见表43439.006蒸汽入口温度tC假定4507蒸汽入口烙ikJ/kg查蒸汽特性表3243

28、.648蒸汽吸热量QqkJ/kg-D(i -DBj1635.649附加受热面吸热量Q13kJ/kg假定，其中顶棚为 58,水冷壁为24430210烟气放热量kJ/kgQq-Qf Q131763.1411烟气出口烙IkJ/kgI -Q-二 Ilk14246.4512烟气出口温度日“C查表 3 ( 0=1.215)821.613平均烟温0C十T)975.814烟气容积VvNm3/kg8.9015水蒸气容积份额TH2O0.0716二原子气体容积份额入0.2117烟气密度什kg/Nm 3GY/Vv =8.357/6.3031.3418飞灰浓度Lhkg/kg0.0119飞灰颗粒平均直径dfh!m按中速磨

29、，选用1620m/sBjVv27331.71烟气流速；，, vFv , 27321错例区烟气对流放热 系数W/(m 2 ：C)二 CzCwCs93.0822顺列区烟气对流放热 系数W/(m 2 ：C)二 0CzCwCs8823烟气平均对流放热系 数: dW/(m 2 ：C)(:dcH c 二 dshHsh)/H89.33续表11序号名称符号单位公式及计算结果24蒸汽平均温度tc1(t+t)249525蒸汽比容vm3/kg查蒸汽表0.02026蒸汽流速必m/sDv f34.62827蒸汽放热系数0( 2W/(m 2 -C)122828三原子气体辐射减弱 系数1/(m MPa)1.9029飞灰辐射

30、减弱系数Kfh 1/(m MPa)6.5130烟气辐射吸收力kpsgk/Pps0.3631烟气黑度a0.3032飞灰系错列管(m2:c )/WE 0Caf Cd 出0.0071顺列管(m2 :c )/W选用0.0043H33平均灰污系数z(m2 :C )/W(-Hc+H- 1 c1 sh0.004834管壁灰污层温度thCt +(e十一 a11000 R)_H_B2(Qq)2495.3335辐射放热系数a fW/(m 2 )%a45.8036修正后辐射放热系数W/(m 2 )af4dj：1000 J g gz!65.0437烟气总放热系数W/(m 2 )adaf,154.3738热功效性系数W

31、取自表8-50.6039传热系数KW/(m 2 )a a1 a2 a a?82.28平均温压计算 纯逆流温压5mlCn(4d/x)472.4240修正系数中t0.99平均温压tc由中tml t465.33续表11名称符号单位41传热量QkJ/kgK. ：tH655.641000B j水冷壁附加受热面H1 H2 m30.27其中：平均温压tcb921.7342传热系数K取主受热面的K82.28传热量Q1kJ/kgK. ：tH640.551000Bj顶棚附加受热面H 32 m二-t37.2243平均温压传热系数tKcW/(m 2 -C)取主受热面的K719.882.28传热量Q3kJ/kgK. ：

32、tH1014.181000Bj44总传热量QW/(m2 )Q Q1 Q22310.3645庆方e%QV _Qx100 -Qv5.8346主过热器热量误差e%(Qv -(Q1 3) -Q)5.05QY-Q1 Q347顶棚受热面出口蒸汽 始顶棚受热面出口蒸汽 温度idtdkJ/kgCQ3Bj (D -；：D) ir2925.18257表11第一一级（低温）过热器结构计算序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格d 二mm38 3.52横向管子带距S1mm1003纵向管子节距S2mm11641577.64横向相对节距二 1 d2.635纵向相对节距二 2S2 d2.046横向管子排数Z1637纵向管子

33、排数Z2168每根管子平均长度lm8 3.16 4(0.13 0.075)二 0.974 1.1629.999顶棚管子长度ldm0.694+0.9+1.02.610受热面H2 m2”dl 乙n dl 二63二 0.038(2 29.99 2.6)470.4211辐射层有效厚度Sm,4、，4、0.9d(1e1)=0.9 0.038(-2.63 2.04 1)nU小Tt0.2012f20.10烝汽流通截面m13Fy26.4 x 3.8-63 x 0.038 x 3.6315.63烟F流通截面m表13第一级（低温）过热器的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温6Fc见表11821.62入口烟烙IkJ/kg见表1111208.003蒸汽出口温度tC假定4504蒸汽出口久含ikJ/kg见表43243.645蒸汽入口温度tC查蒸汽特性表，p=14.98MPa3426蒸汽入口烙” ikJ/kg按p=10MPa,查蒸汽表2620.007蒸汽吸热量QqkJ/kg-D(i -i)Bj5221.398附加受热面吸热量Q13kJ/kg假定，其中顶棚为 58,水冷壁为