课程设计76979

1、20t/h燃煤锅炉空气预热器课程设计说明书江苏大学京江学院动力热能1002班3101105036张冠中摘要 空气预热器是电厂中的一个基本的设备，其作用主要是降低排烟温度，提高锅炉效率，改善燃烧的着火条件和燃烧过程；降低不完全燃烧损失等等。可见其是一种一箭双雕的设备：一方面可以吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉的经济性；另一方面使冷风变成热风送入炉内，改善燃烧，提高锅炉燃烧效率，并且强化传热。 管式空气预热器是一个立方体的官箱，中间有隔板，由于许多薄壁钢管组成，管子一般采用错列布置两端与钢板焊接。管子垂直布置，烟气在管内从上到下流动，空气从管间的缝隙通过，进行热量交换。管式空气预热器是通过它的

2、下管板支撑在锅炉空气预热器框架上的。管式空气预热器可分为单流程和多流程，当空气预热器受热面积不变时，增加流程会使每一通道的温度降低，因此空气流动速度就会增大，管式空气预热器根据进口方式不同，可分为单面进风和多面进风。其他条件不变的时候，进风面越多，空气的流动速度越低。与回转式空气预热器相比，管式空气预热器构造简单，制造、安装和维护方便，价格便宜，密封性能好，工作也可靠，但是管式传热性能差，使得空气预热器的体积庞大，钢耗严重。 本次课程实际经过锅炉选材，耗煤量计算，确定基本计算数据，通过物料平衡，热平衡来确定焓值等数据来进行传热计算，设计出空气预热器结构尺寸，从而形式具体结构就的出。再进行阻力计

3、算，得到数据。 本课程设计由于时间限制，设计条件极为理想，只可作为理想设计，不考虑漏风等因素，并不十分完善。目录第一章 已知参数 1.1 锅炉已知参数 1.2 燃料特性第二章 空气预热器设计 2.1 锅炉的选型 2.2 燃煤量计算 2.3 物料平衡与热平衡 2.4 传热计算 2.5 结构设计 2.6 阻力计算第三章 数据总结参考文献第一章 已知参数1.1 锅炉的已知参数 表 11 锅炉已知参数锅炉蒸发量额定蒸汽压力给水温度额定蒸汽温度空气预热器入口温度排烟温度环境温度排污率 20t/h2.5MPa105 4002501602051.2 燃料特性 燃料选择： 贫煤 贫煤：它是烟煤的一种，对煤化程

4、度最高的烟煤的称谓，这种煤着火温度高，燃烧时火焰短，但发热量高，燃烧持续时间长。一般挥发份>10%20%，含碳量高达90%，含氢量一般在4%4.5%。贫煤一般用作炼焦配煤。 1.2.2 煤的成分 表12 煤的成分成分CarOarSarHarNarMarAarVdaf百分比（）39.94.60.22.70.6745251.2.3 煤的低位发热量单位质量的燃料在完全燃烧时所发出的热量称为燃料的发热量，高位发热量是指1Kg燃料完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽已凝结成水所放出的汽化潜热。从燃料的高位发热量中扣除烟气中水蒸汽的汽化潜热时，称燃料的低位发热量。低位发热量因为最接近工业锅炉燃

5、烧时的实际发热量，常用于设计计算。低位发热量（Qnet）单位质量的试样在恒容条件下，在过量氧气中燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫，气态水以及固态灰时放出的热量。恒容低位发热量即由高位发热量减去水（煤中原有的水和煤中氢燃烧生成的水）的气化热后得到的发热量。 Qnet = 15890 KJ/ kg第二章 空气预热器设计2.1 锅炉选型根据已知参数，在我国一般35t/h 以下的锅炉多采用链条炉排，阴齿设计选择燃烧方式为链条炉排。链条炉排锅炉，是一种卧式三回程水火管混合式锅炉，在锅筒内布置一束螺纹烟管。炉膛左右二侧装有光管水冷墙。采用轻型链条炉排实现机械加煤，配有鼓风机、引风机进行

6、机械通风，并装有刮板式出渣机实现自动出渣。该炉前后拱采用新型的节能技术炉拱。燃料自煤斗落到炉排上，进入炉膛燃烧后，火焰经过后拱折射向上通过本体两侧燃烬室折向转到前烟箱，再由前烟箱折回锅内管束，通过后烟箱进入省煤器，然后由引风机抽引通过烟道至烟囱排向大气。 根据锅炉蒸发量20t/h，燃料的特性，查锅炉的最低效率表1 , 可得锅炉的最低效率为76%，由于课程设计的限制，简化设计，不考虑漏风等实际因素，因此取锅炉的效率为87.1%。2.2 计算燃煤量 根据锅炉蒸发量：20t/h ； 额定蒸汽量：400 额定蒸汽压力：2.5MPa查过热蒸汽表1 ,得到h=3240.7kj/kg又根据锅炉蒸发

7、量：20t/h,得锅炉总吸热量： 得： = 18004KJ/ s根据锅炉的效率，得消耗燃料的输入热量： （21） =20670.5KJ/s燃煤量为： （22） 1.3 kg/s2.3 物料平衡与热平衡 物料平衡即产品或物料实际产量或实际用量及收集到的损耗之和与理论产量或理论用量之间的比较，并考虑可允许的偏差范围。 热平衡定律是热力学中的一个基本实验定律，其重要意义在于它是科学定义温度概念的基础，是用温度计测量温度的依据。在热力学中，温度、内能、熵是三个基本的状态函数，内能是由热力学第一定律确定的；熵是由热力学第二定律确定的；而温度是由热平衡定律确定的。所以热平衡定律如第一、第二定律一样也是热力

8、学中的基本实验定律，其重要性不亚于热力学第一、第二定律，但由于人们是在充分认识了热力学第一、第二定律之后才看出此定律的重要性，故英国著名物理学家R.H.否勒称它为热力学第零定律。 根据燃烧方式，燃料种类，查炉膛出口空气系数表2,得到炉膛的出口过量空气系数的范围：1.20 1.25。取过量空气系数为1.20，不考虑漏风情况。2.3.1 理论空气量的计算 理论燃烧空气指1kg液体或固体燃料(对气体燃料则为1Nm3)中所含可燃物质与氧进行燃烧化学反应，按理论计算求得的空气需要量(常以标准立方米计)。燃料完全燃烧时空气中所含氧均与燃料中的可燃物质相化合，在燃烧产物中不再存在任何可燃物质和多余的氧。理沦

9、空气量是确定燃料实际燃烧所需空气量的一个重要依据。 根据： (23) 得： 4.144 Nm3/h2.3.2 理论燃烧后的燃烧产物计算 燃烧产物是指由燃烧或热解作用产生的全部物质。燃烧产物包括：燃烧生成的气体、能量、可见烟等。 （24） 0.745934 Nm3/h (25)3.27856 Nm3/h (26)0.3738584Nm3/h2.3.3理论烟气量的计算 理论烟气量:指单位燃料与理论空气进行完全燃烧生成的烟气量。 查1m3空气，烟气和1kg灰的焓表1 经过差值计算170+0.6（358-170） 282.8KJ/ m3 130+0.6(260-130) 208 KJ/ m3 151+

10、0.6（305-151） 243.4 KJ/ m3 根据 （27） 983.49181KJ/ kg2.3.4 根据空气预热器的过量空气系数1.20的计算 过量空气系数是指通过的可燃混合气成分指标，常用符号表示。 在我国及前苏联等国，通过的可燃混合气成分指标是过量空气系数，常用符号表示。=燃烧1kg燃料实际所供给的空气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量由上面的定义表达式可知：无论使用任何燃料，凡过量空气系数=1的可燃混合气即为理论混合气，此时燃料与空气中的氧气完全燃烧；<1时，此时燃料与空气中的氧气不完全燃烧，产生的为浓混合气；>1时则为稀混合气 过量空气量 ： （28） 0

11、.8288 Nm3/h 水蒸气容积： （29） 0.3872 Nm3/h 烟气总容积: (210) 5.3235 RO2容积份额： （211） 0.142 H2O容积份额： （212） 0.074 三原子气体份额： （213） 0.216 烟气质量： （214） 7.04kg2.3.5 焓的计算 在热力学中，分子、原子、离子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。既然组成物体的分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能。分子动能与温度有关，温度越高，分子的平均动能就越大，反之越小。所以从分子动理论的角度看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志（即微观含义，

12、宏观：表示物体的冷热程度）。分子间存在相互作用力，即化学上所说的分子间作用力（范德华力）。分子间作用力是分子引力与分子斥力的合力，存在一距离r0使引力等于斥力，在这个位置上分子间作用力为零。分子势能与弹簧弹性势能的变化相似。物体的体积发生变化时，分子间距也发生变化，所以分子势能同物体的体积有关系。当 时的空气以及烟气的焓根据空气预热器入口温度250，排烟温度160，空气入口温度20，因此温度计算范围为0-300表31 焓值表顺序123456789t,()CCO2* CCO2*100170.0126.8130426.21150.756.34609.132549200357.6266.826085

13、230411412332661104300538.9416.93921285463172.9518754031669表32 焓温表kj/kgkj/kg公式1.20100613.20548.67613.2+*548.67722.934738.6162001241.041102.731241+*1102.731461.55758.923001886.721668.751887+*16692220.472.4 传热计算 空气出口温度的计算 根据空气预热器的烟气入口温度：250 排烟温度：160 空气入口温度： 20查不同燃料和燃烧方式对预热空气温度表1 根据烟气入口温度：250 得： 1563.88

14、kj/kg 根据烟气出口温度：160 得： 989.904kj/kg 因此 （41） 4036.89Kj/kg (42) 5247.957Kj/s 根据空气预热器已知参数：64 mm 60 mm 在空气预热器中烟气流速一般为的范围内选取，烟气流速过高则磨损大，烟气流速过低则会堵灰，设计中一般取空气流速比烟气流速低，为烟气的。 即， （43） 取 烟气流速 根据烟气流速得： 烟气总容积 ： （44） 6.8055 流通截面积： （45） 2.44 根据能量守恒 （46） 查空气热物理性质表3,利用试算法，先估后算，再根据焓温表32，得出温度。根据试算法的出：125 核对误差：5108.73Kj/

15、s （47） 误差符合要求 锅炉对流受热面的传热系数K的计算 传热系数，是换热操作中热量通量 q（见传热过程）与传热推动力（温度差t）的比例系数，即： Kq/t它在数值上等于在单位温度差推动下于单位时间内经单位传热面所传递的热量，它与传热面积乘积的倒数为传热过程的总热阻。 根据 （48） ：烟气侧热阻 ：受热面烟气侧灰污层热阻 ：受热面管壁金属热阻 ：空气侧热阻 由于本课程设计数据精度不高，因此不考虑辐射换热，只对对流换热研究，由于管壁的厚度很小，因此管壁热阻可以忽略不计，在进行维护中，水垢沉积层的厚度很薄，因此可以忽略不计，即传热系数公式可以简化为： （48） 查管式空气预热器利用系数表1

16、查得： 根据纵流冲刷受热面的温度改正系数图1 查得：1.05 38 由 （49） 得：40.32 根据空气在管外冲刷管子，利用 （410） 根据决定横向冲刷错簇的对流放热系数的线算图1 得：1.05 1 与有关 根据： （411） （412） 得 ： 1.7 因此 （413） 0.94 求得： 61.6875 20.73 根据空气预热器的烟气入口温度：250 排烟温度：160 空气入口温度： 20 空气出口温度：125 小温降等于： （414） 90 大温降等于： （415） 105 （416） 0.39 （417） 1.15 查交差温压改正系数图1 选择二流程，查的 由 （418） （419

17、） （420） 得 140 125 132.4 （421） 132.4 2.4.3 传热面积的计算 根据 （422） 求得： 1.91 2.4.4 管束的计算 根据烟道的截面积2.44 设计烟道长度为1.63m 烟道高度为1.5 m 根据单根管子的换热面积 （423） 由 （424） 根 根据设计为二流程，因此需要三段管箱，而每个管箱中有504根管子。 表42 计算参数表 序号名称符号单位公式结果1进口空气温度给定202进口空气焓kj/kg查焓温表32109.73出口空气温度先估后校1254出口理论空气焓kj/kg查焓温表32687.1855进口烟气温度给定250序号名称符号单位公式结果6进口

18、理论烟气焓kj/kg查焓温表321563.887出口烟气温度给定1608出口理论烟气焓kj/kg查焓温表32989.9049烟气平均温度20510烟气流速m/s1211流通截面积2.44序号名称符号单位公式结果12烟气传热热阻40.3213空气侧热阻61.687514传热系数K20.7315大温降10516小温降9017对数平均温度132.418温差132.419单根管换热面积序号名称符号单位公式结果20传热面积F1.9121管数n根10082.5 结构设计 根据已知参数，设计第一级空气预热器有16与15 根管子交错排列，空气预热器长度为1.63m，宽度为1.5m，高度为1.5m，管子共有24排，共504根管子。 设计第二级空气预热器有16与15 根管子交错排列，空气预热器长度为1.63m，宽度为1.5m，高度为1.5m，管子共有24排，共504根管子。 2.6 阻力计算烟气侧阻力 由于立式管式空气预热器烟气从管内流过，空气预热器的阻力由：入口局部阻力，管内流动的沿程摩擦阻力和出口局部阻力组成。 根据 （61） ：气动压 ：沿程阻力 ：进口局