锅炉原理课程设计

1、锅 炉 原 理 课 程 设 计锅 炉 原 理 课 程 设 计 姓名：前辈 学号：0714081 时间：20102011学年第二学期第十八周 地点：3号教学楼B411 指导老师：衡丽君、宋艳萍 建 筑 环 境 与 能 源 工 程 系目录第一节 设计任务书.3第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别3第三节 锅炉整体布置的确定5 第四节 燃烧产物和锅炉热平衡计算7第五节 炉膛设计和热力计算13第六节 后屏过热器热力计算23第七节 对流过热器设计和热力计算27第八节 高温再热器设计和热力计算33第九节 第一、二、三转向室及低温再热器引出管的热力计算38第十节 低温再热器热力计算46第十一节 旁路省煤器

2、热力计算49第十二节 减 温 水 量 校 核53第十三节 主省煤器设计和热力计算53第十四节 空气预热器热力计算57第十五节 热力计算数据的修正和计算结果汇总61第十六节 锅炉设计说明书64第一节 设计任务书一、 设计题目 400t/h再热煤粉锅炉二、 原始材料1。锅炉蒸发量D1 40t/h2。再热蒸汽流量D2 350t/h3。给水温度tgs 2354。给水压力pgs 15.6MPa(表压)5。过热蒸汽温度t1 5406。过热蒸汽压力p1 13.7M Pa(表压)7。再热蒸汽进入锅炉机组时温度t 3308。再热蒸汽离开锅炉机组时温度t 5409。再热蒸汽进入锅炉机组时压力p 2.5M Pa(表

3、压)10。再热蒸汽离开锅炉机组时压力p 2.3M Pa表压)11。周围环境温度tlk 2012。燃料特性 (1)燃料名称：阜新烟煤 (2)煤的应用基成分（%）：= 48.3 ; = 8.6 ; = 1 ; = 3.3 ; = 0.8 ; = 15 ; = 23 (3)煤的可燃基挥发分Vr= 41 %(4)煤的低位发热量Q= 18645 kJ/kg (5)灰融点:t1、t2、t3>150013。制粉系统 中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机14。汽包工作压力 15.2MPa(表压)提示数据:排烟温度假定值py=135;热空气温度假定值trk=320第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别

4、一、煤的元素各成分之和为100%的校核+= 48.3+8.6+1+3.3+0.8+15+23 =100%二、元素分析数据校核(一)可燃基元素成分的计算可燃基元素成分与应用基元素成分之间的换算因子为 Kr=则可燃基元素成分应为(%)1.613×48.3=77.9 1.613×3.3=5.3 1.613×8.6=13.9 1.613×0.8=1.3 1.613×1=1.6 (二)干燥基灰分的计算(三)可燃基低位发热量(试验值)的计算(四)可燃基低位发热量（门德雷也夫公式计算值）的计算因为所以元素成分是正确的三、煤种判别(一)煤种判别由燃料特性得知V

5、r=41 %>20%,但是=18645KJ/Kg<18840KJ/Kg，所以属于: 劣质烟煤。(二)折算成分的计算因此Aar,zs=5.16，%>4，%，属于高灰分煤。第三节 锅炉整体布置的确定一、锅炉整体的外型选n形布置 选择n形布置的理由如下: (1)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，烟囱也可以建筑在地面上； (2在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰，具有自身除灰的能力; (3)各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热; (4)机炉之间连接管道不长。二、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

6、汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。 本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热相应较大。为使炉膛出口烟温降低到要求的数值，保护水平烟道内的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的后屏过热器。为使前屏、后屏过热器中的传热温差不致过大，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。 为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热汽温的调节，使负荷在100%75%之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边(竖

7、井烟道的前部)设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。 热风温度要求较高（trk=320°），理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修也方便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。 在主省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，颗粒较大的灰粒顺落灰斗下降，有利于防止回转式空气预热器的堵灰，减轻除尘设备的负担。 锅炉整体布置如图3-1所示三、锅炉汽水系统 按超高压大容量锅炉热力系统设计的要求

8、.该锅炉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集箱炉顶及尾部包覆过热器管束尾部包覆过热器后 悬吊管过热器管束悬吊管过热器出口集箱集箱 尾部左右侧包覆过热器下后集箱尾部左右侧包覆过热器管束(上升)尾部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前屏过热器后屏过热器对流过热器进口集箱对流过热器管束对流过热器出口集箱集汽集箱汽轮机(二)水系统的流程给水主省煤器进口集箱主省煤器管束主省煤器出口集 前隔墙省煤器进口集箱前隔墙省煤器管束箱 后隔墙省煤器进口集箱后隔墙省煤器

9、管束隔墙省煤器出口集箱旁路省煤器进口集箱旁路省煤器及斜烟道包覆管束旁路省煤器 左右侧墙水冷壁出口集箱后墙引出管汽包下降管下联箱 上联箱汽包。前后墙水冷壁 (三)再热蒸汽系统的流程 汽轮机低温再热器进口集箱低温再热器管束低温再热器出口集箱高温再热器进口集箱高温再热器管束高温再热器出口集箱再热器集汽集箱汽轮机。 下面介绍该锅炉各受热面的结构设计和热力计算的详细内容。结构设计部分，属于同一类型的受热面，只选其中一个介绍。第四节 燃烧产物和锅炉热平衡计算一、燃烧产物计算燃烧产物计算公式略，只给出如下计算结果。(一)理论空气量及理论烟气容积理论空气量 4.9168Nm³/Kg 理论氮气容积 3

10、.8907 Nm³/Kg 三原子气体RO2的容积 0.9083 Nm³/Kg 理论水蒸汽容积 0.3018 Nm³/Kg 理论烟气容积 5.1008 Nm³/Kg (二)空气平衡表及烟气特性表 根据该锅炉的燃料属劣质烟煤，可按表2-7选取炉膛出口过量空气系数l=1.2又按表2-9选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表3-1。根据上述计算出的数据，又按表2-10选取份炉渣份额后计算得飞灰份额fh=0.9，计算表3-2列出的各项，此表为烟气特性表。(三)烟气焓温表计算表3-3列出的各项，此表为烟气焓温表。 表3-1 空气平衡表 受热面名称过量空

11、气系数炉膛、后屏过热器（）对流过热器（）高温再热器（）低温再热器，旁路省煤器（）主省煤器（）空气预热器（）进口1.201.251.281.311.33漏风al=0.05ahp=00.050.030.030.020.2出口1.201.251.281.311.331.5362表 3-2 烟 气 特 性 表项 目 名 称符 号单 位l,hpdlgrgzrdzr,psmsmky烟道进口过热量空气系数a¢1.21.21.251.281.311.33烟道出口过热量空气系数a"1.21.251.281.311.331.53烟道平均过热量空气系数apj1.21.2251.2651.2951

12、.321.43过剩空气量DVNm3/kg0.98341.10631.30301.45051.57342.1142水蒸气容积VH2ONm3/kg0.31760.319630.32280.32520.32710.3358烟气总容积VyNm3/kg5.78245.90536.10206.24956.37246.9132RO2气体占烟气容积总份额rRO20.15710.15380.14890.14540.142540.1314水蒸汽占烟气容积总份额rH2O0.05490.05410.05290.05200.05130.0486三原子气体和水蒸汽占烟气容积总份额rn0.21200.20790.20180

13、.19740.19390.1800烟气质量Gykg/kg8.47568.63618.8939.08569.24629.9525飞灰无因次浓度hkg/kg0.02440.0240.02330.02280.02240.0208表3-3 烟 气 焓 温 度 表顺序烟气(或空气)温度(oc)理论烟气的焓Hyo(kJ/kg)理论空气的焓Hko(kJ/kg)飞灰的焓Hfh(kJ/kg)烟气的焓Hy(kJ/kg)炉膛，后屏过热器al,hp"=1.2对流过热器adlgr"=1.25高温再热器agzr"=1.28低温再热器，旁路省煤器adzr,psm"=1.31主省煤器a

14、sm"=1.34空预器热段aky(r)"=1.44空预器冷段aky(l)"=1.54DHyDHyDHyDHyDHyDHyDHy1100705.8705.81057984.882915.5410501124.3981220013381338717.85981.2979.8031769.61900.422031993.471061.81192330021732172.72786.982826.63024.7532231002.141016.1440029412940.73686.83766.783820.14086.571008.11029.6104455003726

15、3726.43363.146684768.924836.2727.691033.61055.47660045334533.45349.64080.95676.15798.525880.11019742.441052.5770053635363.363254808.66709.76853.991018752.27880062086207.97318.25551.17762.21049990070667066.18326.86303.3105010100079387938.19349.2108511110089428941.810510108812120097149714.211438131300

16、10621106211250414140011531135731515001225411531144551616001337615739171700143061225416830181800152421763319190016178133761902913972020001712114306201361107212100180731524221253222200190191617822364注：因为，所以计算烟气焓Hy是不考虑飞灰的焓Hfh。 二、热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表3-4所示。表3-4 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

17、值1燃料带入热量QrkJ/kg186452排烟温度pyoC1353排烟焓HpykJ/kg1463.8644冷空气温度tlkoC205理论冷空气焓HlkokJ/kg1306机械不完全燃烧损失q4%27化学不完全燃烧损失q3%08排烟损失q2%6.648778339散热损失q5%0.410灰渣物理热损失q6%011保热系数j%0.99612锅炉总热损失Sq%9.0487783313锅炉热效率hgl%90.951221714过热蒸汽焓hgr"kJ/kg3434.45315给水焓hgskJ/kg1016.52416过热蒸汽流量Dgrkg/h42000017再热蒸汽出口焓hzr"kJ

18、/kg3551.418再热蒸汽进口焓hzr'kJ/kg3078.319再热蒸汽流量Dzrkg/h35000020再热蒸汽焓增量DhzrkJ/kg473.121锅炉有效利用热Qglkg/h1.1811E+0922实际燃烧消耗量Bkg/h69650.03323计算燃烧消耗量Bjkg/h68257.0323第五节 炉膛设计和热力计算一、 炉膛结构设计（带前屏过热器）炉膛结构设计（带前屏过热器）列表于3-5表3-5 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）炉膛尺寸的确定1炉膛容积热强度qvW/m31500002炉膛容积Vlm32404.583炉膛截面热强度qFW/m3

19、40000004炉膛截面积Alm390.17175炉膛截面宽深比a/b1.02136炉膛宽度am9.67炉膛深度bm9.48冷灰斗斜角q509冷灰斗出口尺寸m1.210冷灰斗容积Vhdm3171.95611折焰角长度lzm312折焰角上斜角q上4513折焰角下斜角q下3014前屏管径及壁厚d´dmm38X4.515前屏管内工质质量流速rwkg/(m2.s)100016前屏管子总流通面积Am20.1080617前屏每根管子面积A1m20.0006618前屏总管子数n根163.67519前屏横向管距s1mm135020前屏片数z1片621前屏单片管子数n1根2722前屏纵向节距s2mm4

20、223前屏最小弯曲半径Rmm7524前屏深度bqpmm233425前屏与前墙之间距离mm124026前后屏之间距离mm78027炉膛出口烟气流速wym/s628炉膛出口烟气温度l"oC110029炉膛出口通流面积Achm297.268130炉膛出口高度hchm10.132131前屏高度hqpm1032水平烟道烟气流速wsym/s1033水平烟道高度hsym5.834折焰角高度hzym0.835炉顶容积Vldm3549.33936炉膛主体高度hltm18.6675（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数z1个42左右侧墙水冷壁回路个数z2个43管径及壁厚d´dmm60X64管子节距

21、smm80.55前后墙管子根数n1根1206左右侧墙管子根数n2根117 为了保证后墙水冷壁在折焰角处的刚度，便于后墙水冷壁的悬吊，其中有38根水冷壁用分叉管，即有38根上升管在折焰角处呈三叉管结构，考虑到流动阻力的影响，在38根上升叉管上方装有10的节流孔，使有足够的汽水混合物流过折焰角处的上升管，以免烧坏，如图3-2所示。 二、燃烧器的设计 本锅炉燃烧器是根据煤的Vr大小，按表2- 14选用的四角布置的直流燃烧器。因为是劣质烟煤，所以配风方式选用分级配风，并采用双切圆(大小切圆直径选取800和200)燃烧方式。这样有利于加强炉内气流扰动，使燃料在炉内的停留时间增长。为了加强燃烧器对煤种的适

22、用性及适应负荷的变化，燃烧器的喷口截面采用可调的，以调节气流量和火炬长度。此外，喷口还可摆动一角度，单个喷口的摆动为±10°，联动时能上下摆动±20°，这样可改变火焰中心的高度。燃烧器风口布置如图3-3所示，其中一次风喷口层数按表2-18选取为3层。 燃烧器结构尺寸计算列于表3-6，其喷嘴结构尺寸如图3-4。表3-6 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1ms272二次风速2ms503三次风速3ms504一次风率r1%255三次风率r3%206二次风率r2%557一次风温t10C2008二次风温t20C3109三次

23、风温t30C7010燃烧器数量z个411一次风口面积（单只）A1m20.1246312二次风口面积（单只）A2m20.1642413三次风口面积（单只）A3m20.1405514燃烧器假想切圆直径djmm80015燃烧器矩形对角线长度2ljmm13430.816特性比值hr/br1217特性比值2lj/br40.218燃烧器喷口宽度brmm42019一次风喷口宽度h1mm296.737二次风喷口宽度h2mm391.055三次风喷口宽度h3mm334.6520燃烧器高度hrmm540621最下一排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离lm1.722条件火炬长度lhym22.59>14三、炉膛和前

24、屏过热器结构尺寸计算根据炉膛和前屏过热器的结构尺寸(图3-5和图3-6)，计算炉膛和前屏过热器结构尺寸数据，列于表3-7和表3-8中。表3-7 炉膛结构尺寸计算序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值1侧墙面积A1m243.54A2m213.683A3m2177.3A4m217.956Acm2252.482前墙面积Aqm2349.773后墙面积Ahm2270.394炉膛出口烟窗面积Achm2115.645炉顶包覆面积Aldm241.7986前屏面积Aqpm2280.087燃烧器面积Arm228.88前后侧墙水冷壁角系数x19炉顶角系数xld0.9710前屏角系数xqp0.9911炉膛出

25、口烟窗处角系数xch112整个炉膛的平均角系数x0.997413前屏区的侧墙面积Apq,cm246.6814前屏区的炉顶面积Apq,ldm222.40615前坪区的炉墙面积Apqm269.08616炉膛自由容积的水冷壁面积Azym21184.717炉膛容积Vlm32423.818前屏占据容积Vpm3224.0619炉膛的自由容积Vzym32199.720前屏区与炉膛的水平分割面积Af,shm222.40621前屏区与炉膛的垂直分割面积Af,chm219222自由容积的辐射层有效厚度Szym6.684623前屏间容积的辐射层有效厚度Spqm1.431324炉膛的辐射层有效厚度Sm6.842125

26、燃烧器中心线的高度hrm5.14626炉膛高度Hlm26.77627燃烧器相对高度hrHl0.192228火焰中心相对高度xl0.2922表3-8 前屏过热器结构尺寸计算序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值1管径及壁厚d´dmm38X4.52单片管子根数n1根273前屏片数z1片64蒸汽流通截面积Am2 0.106955蒸汽质量流速rkg(m2s)1062.2836前屏蒸汽平均比容pjm3kg0.0147蒸汽流速ms14.871968前屏辐射受热面积Aqpm2277.2792四、炉膛热力计算（带前屏过热器）炉膛热力计算（带前屏过热器） 结果列于表3-9中表3-9 炉膛热力

27、计算（带前屏过热器）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3202理论空气焓kJ/2118.163炉膛漏风系数0.054制粉系数漏风系数0.15冷空气温度206理论冷空气焓kJ/1307空预器出口过量空气系数1.058空气带入炉内热量kJ/2243.5791kg燃料带入炉内的热量kJ/20888.610理论燃烧温度2067.3711炉膛出口烟温114012炉膛出口烟焓kJ/10881.413烟气的平均热容量10.790914水蒸气容积份额0.0549315三原子气体容积份额0.2120116三原子气体分压力MPa0.0207817Ps与s的乘积Sm·MPa0.1

28、421618三原子气体辐射减弱系数(m·MPa)3.5966519灰粒子辐射减弱系数(m·MPa）80.294920焦炭粒子辐射减弱系数(m·MPa）1021无因次量0.522无因次量0.123半发光焰辐射减弱系数(m·MPa）3.2235824乘积K2.161525炉膛火焰有效黑度0.8848526乘积0.1388927自由容积内三原子气体辐射减弱系数(m·MPa)3.6007728乘积KP2.1117329自由容积的火焰有效黑度0.8789730乘积0.0297431屏间容积内三原子气体辐射减弱系数(m·MPa)4.01432乘积

29、KP0.908233屏间容积的火焰有效黑度0.596834屏宽A与Sxy比值0.349235屏宽A与屏节距之比1.728936屏的修正系数0.9537屏区的修正系数0.8638系数0.939屏的辐射系数0.1640屏区的辐射系数0.0841屏的黑度0.730442屏区的黑度0.657243屏的暴光不均匀系数0.830944屏区水冷壁的暴光不均匀系数0.747745计及暴光不均匀的屏的面积232.1246计及暴光不均匀的屏区的面积51.52447炉墙总面积1468.348前后侧墙水冷壁的玷污系数0.4549屏的玷污系数0.3550炉顶包覆管玷污系数0.4551炉膛出口屏的玷污系数0.44152前

30、后侧墙水冷壁的热有效系数0.4553炉顶包覆管的热有效系数0.436554屏的热有效系数0.346555炉膛出口处的屏的热有效系数0.44156平均热有效系数0.409257炉膛黑度0.949458与炉内最高温度位置有关的系数M0.4459炉膛出口烟温1159.460炉膛出口烟焓kJ/1120061炉膛吸热量kJ/9649.93262炉膛容积热强度W/150017.563炉膛截面热强度W/400046864炉内平均辐射热强度W/12460965炉顶辐射吸热分部系数0.6566炉顶辐射热强度W/80995.8867炉顶辐射受热面积35.5641668炉顶的吸热量W2880551kJ/151.92

31、5569前屏辐射吸热分布系数0.8470前屏辐射热强度104671.671前屏吸热量W24296663kJ/1281.4572后屏辐射吸热分布系数0.8273后屏辐射强度100851.174后屏吸热量W11662581kJ/615.105775附加过热器总吸热量kJ/753.776一级减温水量Kg/h600077二级减温水量Kg/h500078附加过热器焓增量kJ/125.783279饱和蒸汽焓kJ/2533.00880包覆出口蒸汽焓kJ/2658.79181包覆出口蒸汽温度35682前屏焓增量kJ/213.858283前屏出口蒸汽焓kJ/2872.64984前屏出口蒸汽温度385.43118

32、5炉膛出口烟温校核19.4<100第六节 后屏过热器热力计算一、后屏过热器结构尺寸计算根据后屏过热器结构尺寸图3-7，计算后屏过热器结构尺寸数据，列于表3-10中。表3-10 后屏过热器结构尺寸计算序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值1管径及壁厚mm38x52屏片数片143单片管子根数根 124屏的深度Cm27765屏的平均高度m91506横向节距mm6307比值16.588纵向平均节距mm61.6899比值1.623410屏的角系数0.8211屏区接受炉膛热辐射面积115.6412屏的对流受热面积741.213屏的计算对流受热面积48014屏区炉顶受热面积25.8515屏区

33、两侧水冷壁受热面积39.07116屏区附加受热面积64.92217屏接受炉膛热辐射面积101.8618炉顶附加受热面积辐射面积5.485819水冷壁附加受热面辐射面积8.291620烟气进屏流通截面积107.221烟气出屏流通截面积74.722烟气平均流通截面积88.04523蒸汽流通截面积0.103424蒸汽质量流速Kg/（.s）1114.925烟气辐射层有效厚度Sm0.8751二、后屏过热器热力计算后屏过热器热力计算的结果列于表3-11中表3-11 后屏过热器热力计算序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值1烟气进屏温度1159.42烟气进屏焓kJ/112003烟气出屏温度1050

34、4烟气出屏焓kJ/9929.85烟气平均温度1104.76屏区附加受热面对流吸热量kJ/1557屏的对流吸热量kJ/11108屏入口吸收的炉膛辐射热量kJ/615.119三原子气体辐射减弱系数(m·MPa)9.48810乘积(m·MPa)2.011611灰粒的辐射减弱系数(m·MPa）81.66112飞灰浓度0.024413乘积(m·MPa)1.994414烟气流的辐射减弱系数K(m·MPa)4.00615乘积K0.343616屏区的烟气黑度0.290817屏进口对出口的角系数0.11218修正系数0.519屏出口面积76.820炉膛及屏间烟气

35、对屏后受热面的辐射热量kJ/169.8121屏区吸收炉膛辐射热量kJ/445.2922屏区炉顶附加受热面吸收的炉膛辐射热量kJ/21.12423屏区水冷壁附加受热面吸收的炉膛辐射热量kJ/31.92824屏所吸收的炉膛辐射热kJ/392.2425屏所吸收的总热量kJ/1502.326蒸汽进屏焓kJ/2845.827蒸汽进屏温度372.4728蒸汽出屏焓kJ/3092.929蒸汽出屏温度425.8730屏内蒸汽平均温度399.1731屏内蒸汽平均比容/0.017732屏内蒸汽平均流速m/s19.452733管壁对流蒸汽的散热系数·499234屏间烟气平均流速m/s6.2831735烟气侧对流放热系数·4536灰污系数0.00737管壁灰污层温度837.08338辐射放热系数·14939利用系数0.8540烟气对管壁的放热系数·180.62441对流传热系数·65.297142较大温差775.02743较小温差606.39444平均温差688.03945屏对流传热量kJ/1137