水泥窑余热锅炉设计(苍松参考)

页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4摘要目前，我国水泥工业中存在大量的中低温余热资源，这部分余热资源的热量占水泥生产工艺系统总热量的三分之一左右，若直接将其排放会造成能源的严重浪费。应用水泥窑低温余热发电技术将这部分余热资源回收加以利用，产生蒸汽进入汽轮机做功发电，可以大大地提高水泥企业的能源利用率。本文主要阐述水泥窑余热发电的发展历程和发展现状，介绍水泥窑余热发电技术所存在的一些问题，同时对水泥窑纯低温余热发电技术的工艺流程和发展现状做一些阐述。最后根据国家的一些政策对水泥窑余热发电技术的发展前景作了一些展望。首先，本次设计是设计一个32t/h水泥窑余热锅炉的设计。然后，按方案设计时的选型进行热力计算、结构计算和校核，为各个部分选取正确的参数并确定结构形式。最后，根据计算结果和CAD绘制水泥窑余热锅炉总图。关键词:水泥窑；发展历程；余热发电；余热锅炉；设计页眉页脚町一页眉页脚町一键删除仅供借鉴页眉页脚町一页眉页脚町一键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4AbstractAtpresent,ourcountryhaslargeamountsoflowtemperaturewasteheatresourcesincementindustry,theheatofthispartofthewasteheatresourcesarearoundathirdofcementproductionsystem.Iftheyareemission-eddirectly,itwillcauseseriousenergywaste.Takeadvantageofthispartofwasteheatresourcesbyrecoveringlowtemperaturewasteheatpowergenerationtechnologyofcementkiln,andproducesteamtopowergeneration,whichwillincreaseenergyefficiencyofthecemententerprisesgreatly.Thisarticlefocusesonthedevelopmentofthecementkilnwasteheatpowergenerationprocessandthedevelopmentstatusof,cementkilnwasteheatpowergenerationtechnologyintroducedbyanumberofproblems,meanwhile,cementkilnwasteheatpowergenerationtechnology,process,yet,cementkilnwasteheatpowergenerationprocesstechnologyanddevelopmentofsomeelaborate.Finally,accordingtosomeofthepoliciesofthenationalcementkilnwasteheatpowergenerationtechnologyforthedevelopmentprospectsofsomeprospects.First,thisdesignistodesigna32t/hcementkilnwasteheatboilerdesign.Then,presstheprogramselectionforthermaldesigncalculations,structuralcalculationsandcheck,foreachpartoftheselectedparametersandtodeterminethecorrectstructure.Finally,accordingtothecalculationsandCADdrawingcementkilnwasteheatboilerassemblydiagram.Keywords:CementKiln;DevelopmentHistory;WasteHeatPowerGeneration;WasteHeatBoiler;Design页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4目录TOC\o"1-5"\h\z1文献综述11.1概论11.2水泥工业的余热利用11.2.1低温余热发电技术的发展1我国余热发电技术的现状及问题4国外水泥工业余热发电发展及展望5余热锅炉6余热锅炉简介61.3.2余热锅炉的分类按照锅炉操作压力的大小分类6按结构来分类6按照循环方式分类7按照余热种类分类按余热锅炉烟气侧热源分类按受热面布置方式分类81.3.3余热锅炉与常规锅炉的区别81.3.4余热锅炉各部分构件101.4余热锅炉的运行及维护10余热锅炉的启动101.4.2余热锅炉的正常运行101.5水泥余热发电的设备111.5.1窑尾余热SP炉和窑头余热AQC炉111.6余热锅炉技术特点12ASH过热器的防堵、AQC锅炉的防磨12162SP锅炉采取有效的清除积灰措施121.6.3采取有效的锅炉密封防漏风措施122方案设计和可行性论证13热力系统初步方案设计13热力系统方案设计13窑头取热方式设计13窑头余热锅炉设计14过热器14蒸发器14省煤器152.3本章小结153设计计算16设计参数16窑头AQC余热锅炉16废气参数[14]16蒸汽参数16窑头ASH过热器16废气参数16蒸汽参数17流量分配17热力及结构计算17ASH过热器17烟气量和焓的计算17进入ASH过热器的总热量18ASH过热器的余热利用率18ASH过热器的蒸发量19ASH过热器的热力计算20ASH过热器的结构计算21AQC锅炉的热力及结构计算22次中压蒸汽段22低压蒸汽段29热水段30计算结果30水动力循环计算32自然循环介绍及特点33自然循环计算的意义及步骤33自然循环的计算方法34余热锅炉的水动力计算34次中压蒸汽段34低压蒸汽段42本章小结47参考文献47致谢错误!未定义书签。depsdeps4depsdeps4页眉页脚町一键删除仅供借鉴文献综述1.1概论“余热资源”又称“废热资源”，是指某种特定的设备或系统排出的可以以热能形式回收的能量，可燃物料在与一次能源发生反应转换的过程中会放出大量的热量，放出的热量在反应结束后会剩余一部分，这些剩佘的热量即为转换工程的余热资源［1］，属于“二次能源”。它广泛存在于工农业生产中，遍及冶金、石化、机械、玻璃、造纸等方面。据统计，工业生产中使用的各种炉窑，如加热炉、转炉、沸腾焙烧炉、回转窑等都耗用大量燃料，热效率却很低，一般只有30％左右，而高温烟气、高温炉渣等带走的热量却高达40％-60％。其中冶金方面，可利用余热约占燃料消耗量的1/3，机械、玻璃、造纸等方面占15％以上。目前，全国能源利用效率（截止到2008年底）不到32％，比先进国家约低10个百分点；若考虑开采、运输，我国能源系统总利用效率不到12％，也就是说，能源可采储量变成终端用能的只有约1/10，约90％的能源在转换过程和终端利用过程中损失（或浪费）掉。如果能有效利用这些余热，则可节约大量能源，减少大气污染，提高产量，降低成本，改善劳动条件，节省占地面积等等。可见随着工业的发展，科学技术水平的不断提高，余热利用技术必将发挥越来越重要的作用，成为工业生产不可分割的重要组成部分。但是，我国目前的余热利用技术与世界先进水平的还有一定差距，所以在十一五“节能减排”的总趋势下，大力开展余热回收工作对我国国民经济的发展具有重要意义。节能是国家发展经济的一项长远的战略方针，在国家经济建设中起到重要作用［2］。水泥工业的余热利用水泥行业是高能耗、高电耗的产业，水泥生产中水泥窑排放出大量的温度在350°C左右的中低温废气，这部分废气的热量占燃料总输入热量的30%左右，如果直接排放到大气中，会造成能源的严重浪费。因此，水泥窑低温余热发电技术应运而生，应用低温余热发电技术将这部分中低温的废气余热回收利用，产生高温过热的蒸汽进入汽轮机做功发电，发电机输出的电量可以供给水泥厂自身的水泥生产线及厂区生活用电,积极实施了节能减排措施，相比于火力发电厂，余热发电无需燃用煤炭等燃料，不会产生排放二氧化碳等环境污染物，因此，无论从项目的经济效益还是环保效益方面上看，余热发电项目都是十分具有发展意义的。1.2.1低温余热发电技术的发展我国水泥窑余热发电技术大致分为三个阶段:中空窑高温余热发电、干法中空窑余热发电和中低温余热发电［3-7］。第一阶段:20世纪50-70年代,中空窑高温余热发电。当时我国的水泥需求量增大，页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴V；V；川以刑町-键删除仅供借鉴depsdeps4deps4deps4电力供应持续紧张，这些原因促成了水泥窑余热发电技术的第一次发展。当时的技术主要是依靠改造已有的水泥余热发电窑，建立了若干条水泥余热发电窑。随着我国在水泥窑余热发电技术水平上的发展和进步，改造并建设了若干条中空余热发电窑，这是我国水泥窑余热发电技术经历的第一阶段。第二阶段:90年代初，干法中空窑余热发电。这时我国水泥行业主要以生产新型干法水泥为主，而水泥需求量的增大和电力供应短缺的问题仍然没有得到有效地解决，因此促成了水泥窑佘热发电技术的第二次发展。水泥窑余热发电技术的第二阶段发展主要以提高余热发电量来减缓供电的需求为主。随着“带补燃炉低温余热发电技术及装备”的成功研发及应用，,标志着我国水泥窑余热发电技术达到了一个新水平,这项技术能够充分回收水泥窑的低温余热，并同时设置环保型的循环流化床锅炉，燃用劣质煤进行发电或热电联产，而同时循环流化床锅炉产生的灰渣可用于水泥熟料的生产，既经济又环保。第三阶段:80年代初，中低温余热发电。随着人们对节能和环保意识的不断提高，单纯以发电量为目标的余热发电技术已经不能满足水泥余热发电的需求，因此，低温余热发电技术有了较大的发展。国家依靠从日本引进的一套成熟先进的低温余热发电技术和设备，将它成功的应用于我国现有的一家水泥厂，这套系统运行有效稳定，余热回收充分，发电成本低，这些充分说明了低温余热发电技术适用于现代水泥生产技术，不仅可以降低水泥生产成本又可以节约大量能源，大大地提高了水泥企业的经济效益和社会环保效益。与水泥窑余热发电系统发展的三个阶段相对应的是水泥余热发电所经历的三代技术，以下分别为水泥窑余热发电三代技术的基本思路［8］。第一代余热发电技术:它的基木组成是窑尾设置一余热锅炉回收利用预热器一级出口排出的350°C以下的废气余热，窑头设置一余热锅炉回收利用篦冷机排出的400°C以下的废气余热，系统布置一台蒸汽轮机，一台发电机，主蒸汽压力在0.69—1.27MPa,温度在280C—340C，吨熟料发电量在28—33kWh/t。第一代余热发电技术包括三种余热发电热力系统，分别为单压不补汽式系统、双压补汽式系统、复合闪蒸式系统，这三种余热发电系统都是产生低压的蒸汽来进行做功发电，在本质上是相同的。第二代余热发电技术:它的基本组成是窑尾部分直接利用窑尾预热器一级出口的350C以下的废气余热或者同时利用预热器一、二级，在二级预热器内部设置过热器同时回收废气余热；窑头部分是与第一代余热发电技术设置相同，或者在窑头篦冷机上设置两个抽气口，高温抽气口排出500C以下的废气余热利用外设的过热器回收利用，低温抽气口排出的360C以下的废气余热利用一台余热锅炉回收利用，余热锅炉的排气全部返回篦冷机内部，篦冷机采用循环冷却风，系统布置一台补汽式蒸汽轮机，一台发电机，主蒸汽压力在1.57—3.43MPa，温度在340—435C，补汽压力在0—0.15MPa,补汽温度为饱和温度，吨熟料发电量为38—42kW・h/t。第二代余热发电技术的特点是在窑尾二级预热器设置过热器，以产生过热蒸汽并且不影响水泥窑正常生产运行；窑头篦冷机采用分级抽气,实现了能量的梯级利用,并且窑头余热锅炉的排汽全部返回篦冷机内部,实现了篦冷机的循环冷却,提高佘热回收效率。第三代余热发电技术:第三代技术主要是对第二代余热发电技术的优化和提高,即将窑头篦冷机的抽气口再增加,使得中温废气得到很好的利用，并且在不影响水泥熟料生产线正常稳定的运行工况、增加其他工艺及设备能耗、不影响利用窑尾余热锅炉排气来烘干生料等情况下，提高系统的吨熟料发电量达到48—52.5kWh/t。带补燃炉的余热发电技术:这种余热发电技术的特点是利用窑头400°C以下的废气余热和窑尾350C以下的废气余热来生产高压饱和蒸汽和饱和水，通过补燃锅炉将这部分蒸汽参数调整到适合汽轮机的数值，并将窑头余热锅炉产生的120C左右的饱和水作为锅炉给水的热力除氧的热源，也可取代汽轮机的回热抽气，以减小汽轮机的气耗率。带补燃锅炉的余热发电系统也是普遍采用的余热发电系统，它适用于水泥窑生产运行波动较大的情况，但由于增加了一台补燃锅炉，增加了余热发电系统的投资图1.1带补燃锅炉的余热发电系统以上讨论的几代余热发电技术，它们的本质都是对余热资源的梯级利用来产生高品质的蒸汽，主要区别在于主蒸汽的参数上，第一代余热发电技术的主蒸汽参数为低温低压，第二、三代余热发电技术的主蒸汽参数为中温中压，虽然主蒸汽参数的提高有利于提高余热发电量，但也会增加余热发电系统的复杂性，对操作人员的要求更高。因此，水泥企业在选择建设余热发电工程项目时要充分考虑自身水泥熟料生产线的运行特点及自身的目的要求，最终决定所要采用的余热发电系统。122我国余热发电技术的现状及问题（1）余热发电技术现状［9-10］低温余热发电技术的主要特点包括:除余热资源外，无其他热源用于发电；余热资源的温度在350°C左右，品质相对较低；余热资源的数量大于一；配套的余热发电热力系统相对复杂；对发电设备的要求高,设备趋于大型化；主蒸汽的参数不高。纯低温余热发电系统不设置外部热源，完全依靠从窑头的篦冷机和窑尾的预热器中所回收的烟气余热来产生蒸汽进行发电，系统简单，便于管理。目前，水泥窑余热发电系统在国外广泛应用，尤其是在日本，大约3/4的水泥企业都在水泥熟料生产线上配置了余热发电系统。国内的水泥窑余热发电技术在经过了十几年的研究和开发并实际运行之后已经十分成熟，我国自主研发的补汽式汽轮机的成功运行，使得我国余热发电技术及设备在总体上已经达到了国际先进工业国家的水平，能够为我国不同的水泥熟料生产线提供配套的余热发电系统。虽然目前的低温余热发电技术在各方面运行十分良好，但是在热力循环系统、余热锅炉、汽轮机等设备上仍然有很大的发展空间，使得余热发电系统能够更加有效地回收烟气余热。1996年提出的水泥工业可持续发展的“四零一负”战略至今已10年有余，通过国际和国内的大量实践，“四零一负”战略已由当初的发展苗头与大胆设想成长为明确的趋势和奋斗目标，其中有些目标在德国、日本、美国以及北欧诸国已基本实现或实现了将近一半。预计在2010—2012之间，德国水泥工业很可能会率先基本实现“四零一负”目标，其他的欧、日、美等国可望在2015年内相继实现。我国水泥工业在2020年前也会基本达到“四零一负”的目标［11］。所谓“四零一负”战略，其具体内容为：水泥工业和生态环境和谐共处，水泥企业对其周围生态环境完全实现零污染；创新水泥工艺和余热回收技术，降低熟料（或水泥）单位电耗，提高单位熟料余热发电量，实现熟料（或水泥）企业对外界电能的零消耗；水泥企业完全实现废料、废渣、废水的零排放；降低熟料单位热耗，开发利用各种替代燃料，实现熟料生产对天然矿物燃料（煤、油、天然气）的零消耗；节约资源，扩大利废功能，消纳各种废弃物，减轻环境负荷，为全社会的各种工业废渣、废料以及城市垃圾的增长做出应有的贡献。可以看出，纯低温余热发电技术的具体目标就是，在水泥窑熟料单位热耗＜4.18页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4X750kJ/kg的前提下，尽可能提高单位熟料的净发电能力。首先要争取早日实现的是，吨熟料发电量达到熟料的单位电耗，即50kwh/t，两者持平。这样就实现了熟料生产对外界电能的零消耗。进一步还要争取尽可能地增加发电量，努力实现吨熟料发电量与水泥的单位电耗能基本持平。此外还必须具有相当的远见，准备应对今后熟料单位热耗可能会降到4.18X700kJ/kg的条件下而维持吨熟料发电量基本不变或不致减少太多的挑战。余热发电技术存在的问题目前,低温余热发电技术主要存在以下几个问题:如何将余热发电系统和水泥熟料生产系统更有效地结合起来，能够在不影响水泥窑正常稳定的运行工况下，更有效的回收烟气余热的问题。要发展我国自主研发的余热发电技术，无论是从热力系统上，还是从装置上，如何能够更高效、更合理的运行使用，进而降低成本，提高系统的热效率和余热发电量等问题。要促进水泥企业余热发电与电力行业和谐发展，协调解决各方面可能产生的问题。1.2.3国外水泥工业余热发电发展及展望最近，已经出现了一些新的探索和实践，旨在基本不增加熟料单位热耗的前提下，谋求从蓖冷机、预热器和窑头炉体等处获取少量高温气体来提高吨熟料余热发电能力的工业试验，有的已初显成效，有的正在准备实施，前景看好，令人期待。国际水泥工业余热发电技术最先进的德国和日本，近十几年来国内建筑业持续萎缩，水泥需求逐年下滑，德日两国1996年的本国水泥消费量分别由3550万吨和8400万吨，锐减为2006年的2600万吨和6000万吨，分别下降了27%和29%。导致有些水泥厂纷纷关闭，技术人员大批流失。水泥工业处于一片不景气之中，大大地阻碍了余热发电技术的发展进程。例如日本，实际上完全就是在勉强维持着，十几年来可以说基本上没有进展。近年日本的经济形势虽稍显逆转，但是他们拿到中国来推销的水泥工业余热发电技术大部仍停留在10年前的水平。相反地，德国水泥界应对这种不景气的挑战，心态十分积极。首先是从1996年的进口水泥628万吨，逐渐转变为2006年的出口水泥450万吨。维持了本国水泥年生产量约3000万吨基本不变的局面。同时积极推进“四零一负”的各项目技术措施和法规建设，取得了卓越成效。即使在资金十分困难的情况下，1999年在巴伐利亚州(现拜恩州)海德堡水泥公司所属的Lengfurt水泥厂的一台日产3000吨的熟料蓖冷机上采用了以色列ORMAT公司的新装备新技术。这是一套以有机工质戊烷(C5H12)汽轮机和导热油为热载体的余热锅炉组成的利用冷却机废气余热的发电系统，装机1.5MW。至今已正常运转了8年。按照这套系统长期生产参数推算，如果将这台3000t/dPC窑的全部废气余热都用上，则其吨熟料发电量将达45-50kw・h/t。显然比我国现有的水平高出一大块。碍于非技术的原因，他们至今仍苦于缺乏市场机遇来证明这一推论的正确可行。美国早在上世纪90年代初，美国电气与电子工程师学会（IEEE）的水泥工业委员会联合美国能源部门曾发起过一个动议，计划在10-15年（即2000-2005年）内实现水泥工业吨熟料余热发电量达50-60kw・h/t的目标。后来也是因其建筑业的不景气而使这个计划付之东流。但是在上世纪90年代后期，美国Recurrent工程公司开发了一个名为Kalina系统的工业废热回收发电系统。它是用氨（NH3）和水的混合液为工质的汽轮机来发电的。Kalina系统已经在美国钢铁厂和化工厂通过了中试，正意欲进入水泥工业市场。要据Recurrent公司的初步报价书，以日产3000吨熟料生产线为例，其锅炉及汽轮机等全套设备费用约1000万美元，装机9-10MW，按常规从窑尾预热器和篦冷机抽取废气，吨熟料发电量的保证值为50-60kw・h/t,视各水泥厂的具体情况而异。1.3余热锅炉余热锅炉简介余热锅炉，顾名思义是指利用各种工业过程中的废气、废料或废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量把水加热到一定工质的锅炉。具有烟箱、烟道余热回收利用的燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉也称为余热锅炉，余热锅炉通过余热回收可以生产热水或蒸汽来供给其它工段使用。余热锅炉的分类按照锅炉操作压力的大小分类余热锅炉可以分为低压（蒸汽压力在1.3MPa以下）、中压（蒸汽压力在1.4—3.9MPa范围内）、高压（蒸汽力在4.0—10.0MPa范围内）三大类。按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类：目前余热锅炉采用有单压、双压、双压再热、三压、三压再热等五大类的汽水系统。（1）单压级余热锅炉余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机。（2）双压或多压级余热锅炉余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机。按结构来分类（1）按照炉管的结构形式不同，余热锅炉一般可以分为两大类:管壳式余热锅炉和烟道式余热锅炉。1）管壳式余热锅炉管壳式余热锅炉是一种由锅筒、管子及金属壳体构成一体的紧凑型小型余热锅炉。对于DL480-0.6型管壳式余热锅炉，它用于小化肥工业，其蒸汽压力为0.588MPa，蒸汽温度为饱和温度，受热面积为480。锅炉蒸发器是由锅筒、受热的上升管和不受热的下降管所组成的自然循环水管系统。具有余热的炉气从锅炉下部的进气室进入，流经蒸发器受热管后从锅炉上部的出口气室排出。水在蒸发器中受热后形成汽水混合物，沿上升管向上进入锅筒。在锅筒中进行汽水分离后，蒸汽向外输出；水由锅筒经下降管流下，然后再进入上升管受热、汽化、上升，从而形成自然水循环，并不断汽水分离，输出蒸汽。属于这一系列的锅炉产品还有DL100-0.6、DL480-1.2等型号。2)烟道式余热锅炉烟道式余热锅炉是一种布置成烟道形式的水管型受热面装置，它具有单独的炉墙和构架，因而是一种较大型的余热锅炉。其第一烟道(高温部分)为一个大的辐射冷却室，其后各烟道为对流受热区。烟道式余热锅炉可布置成多烟道式的和直通式的。前者的烟气是作上下转弯流动，而后者的烟气则自前至后作水平直通流动。烟道式的大型余热锅炉，又有强制循环和非强制循环两种结构型式。此外，低压余热锅炉一般设置上、下两个汽包，中压余热锅炉或设置上、下两个汽包、或设置一个上汽包，高压余热锅炉一般只设置一个上汽包。按照循环方式分类自然循环余热锅炉烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的。管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的密度差，是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力。强制循环余热锅炉烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。直流余热锅炉直流余热锅炉靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽。在蒸发受热面中，工质的流动是由给水泵压头来实现。强制循环多烟道式余热锅炉由锅筒、蒸发管束及过热器等组成。锅炉强制水循环的动力由循环泵产生。锅水自锅筒由循环泵抽出后，分两路分别进入焙烧炉冷却装置的受热管和余热锅炉的蒸发受热面吸热，所产生的汽水混合物全部流回锅筒进行汽水分离。分离出来的饱和蒸汽先后进入第一级过热器和第二级过热器受热，使其过热到450°C后输出。炉气进口温度为800〜900°C左右。由于含尘量较高，为了避免矿尘沉积，故在炉气向上流动的第二烟道中不布置受热面，此烟道用作余热锅炉启动时加热用的燃烧装置的燃烧室。按照余热种类分类(1)高温烟气余热；(2)高温炉渣余热；(3)高温产品余热；(4)冷却介质余热；(5)可燃废气余热；(6)化学反应及残碳的余热；(7)冷凝水余热。按余热锅炉烟气侧热源分类(1)无补燃的余热锅炉这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量，产生一定压力和温度的蒸汽。（2）有补燃的余热锅炉由于燃气轮机排气中含有14%〜18%的氧，可在余热锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器，充天然气和燃油等燃料进行燃烧，提高烟气温度，还可保持蒸汽参数和负荷稳定，以相应提高蒸汽参数和产量，改善联合循环的变工况特性。一般来说，采用无补燃的余热锅炉的联合循环效率相对较高。目前，大型联合循环大多采用无补燃的余热锅炉。按受热面布置方式分类按受热面布置方式进行分类，可以将余热锅炉划分为两大类：卧式布置余热锅炉（大都采用火管式，即管内走高温工艺气体，而管外走饱和水或水蒸气）和立式布置余热锅炉（比卧式锅炉水循环速度快，传热速率较高，蒸汽空间也较大，因此这种锅炉蒸发量大）两大类。（1）卧式布置余热锅炉（2）立式布置余热锅炉余热锅炉与常规锅炉的区别余热锅炉与普通动力锅炉一样,都是生产动力蒸汽的一种高温高压设备,并且一般锅炉受热面部分的结构相近，由钢构架、汽包、管束和水冷壁、过热器、蒸发器、省煤器等部件组成。所不同的是热源不同，它不是采用煤油、天然气、煤等燃料,而是利用化工生产工艺气中的余热。因此，它既是一种能量回收装置,也是一种化工介质工艺设备。余热锅炉的共同特点是:操作条件比较恶劣（如高温、高压、热流强度大,锅炉受压元件的热应力大等）,并要求连续、稳定地安全运行,对高温工艺气的温度和冷却速度的控制要求十分严格。余热锅炉的运行比常规锅炉更复杂,余热锅炉利用的是余热,不仅是高温气体的显热,而且还利用某些废气中所含少量的可燃物质（如一氧化碳、氢气、甲烷）等化学热能。例如,催化裂解装置中再生器排出的再生气体,其温页眉页脚町一键删除页眉页脚町一键删除仅供借鉴页眉页脚町一键删除页眉页脚町一键删除仅供借鉴deps4deps4deps4deps4度可达550°C〜750°C。另外催化裂解装置再生器排出的高温烟气中含有很多粉状催化剂。烟气中灰分含量高,不但对流受热面的磨损加剧,而且因为受热面积灰严重,需要经常除灰和定期停炉清扫,给生产带来一定困难。有些高温烟气中含有较多的二氧化硫和三氧化硫,使得烟气露点升高,受热面的低温腐蚀严重,检修工作量增加。图和图1.3分别为余热锅炉和电站锅炉。余热锅炉主要是利用燃气轮机排气作为热源，因此不需要燃烧系统(除非有补燃要求)；余热锅炉不用风机；余热锅炉可在变压状态下产生蒸汽，提高热回收效率；对流热交换而不是辐射热交换；余热锅炉不采用膜式水冷壁结构；余热锅炉采用翅片管提高传热效率。图1.2余热锅炉depsdeps4depsdeps4图1.3电站锅炉1.3.4余热锅炉各部分构件通常余热锅炉是由省煤器、蒸发器、过热器以及联箱和汽包等换热管组成,其中自然循环锅炉的蒸发设备还包括汽包、下降管、水冷壁、联箱及一些连接管道。在有再热器的蒸汽循环中，可以加设再热器。在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务，使水温度升高到接近饱和温度的水平；在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽；在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽；在再热器中再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度。1.4余热锅炉的运行及维护1.4.1余热锅炉的启动锅炉设备的启动过程是一个极其不稳定的变化过程。在启动初期，锅炉各受热面内工质流动不正常，工质的流量、流速较小，甚至工质短时间断续流动会影响受热面的冷却而造成局部受热面金属管壁的超温。在锅炉点火后的一段时间内，燃料投入量少，炉膛温度低，燃烧不易控制，容易出现燃烧不完全、不稳定，炉膛热负荷不均匀的现象，可能出现灭火和爆炸事故。余热锅炉的启动与煤粉炉有相同之处，尤其是启动前的检查和准备工作。余热锅炉的起动步骤一般分为：起动前的检查、点火前的检查、升火前的准备、点火升压、暖管并汽等。1.4.2余热锅炉的正常运行余热锅炉的正常运行是生产系统的一个重要环节，它和前后工艺生产的运行工况页眉页脚町一页眉页脚町一键删除仅供借鉴页眉贡页眉贡脚可…键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4时互有联系的，这就要求余热锅炉运行人员做到密切配合，以使全系统生产运行达到正常。汽压调节保持汽压稳定是余热锅炉运行中一个重要的指标。如果汽压过高，会引起安全阀的频繁动作。余热锅炉汽压波动太大，则不能满足汽轮机运行的要求，同时也可能引起锅炉本身事故的发生。因此运行人员要密切注视运行压力的变化，调整负荷，保持汽压稳定。为了便于有效的调节汽压，除余热锅炉本身装设压力调节装置外，一般还可以通过装设蓄热器、装设调节负荷的燃烧燃料的锅炉或在余热锅炉中装设辅助燃烧设备、装设旁烟道等方法，调节负荷，保持汽压稳定。汽温的调节余热锅炉过热蒸汽的汽温调节与一般锅炉的相同。由于过热器积灰会影响过热蒸汽的温度，运行人员要及时清除过热器管的积灰。余热锅炉并列运行时给水的调节几台余热锅炉并列运行时，应注意到余热锅炉的燃烧时不能由锅炉运行人员主动调节的这一特点。辐射冷却室出口和锅炉出口排烟温度的调节余热锅炉在运行当中，应当保持辐射冷却室出口排烟温度在规定的范围内波动，这是保证余热锅炉和工艺设备运行安全的关键条件。1.5水泥余热发电的设备1.5.1窑尾余热SP炉和窑头余热AQC炉AQC余热锅炉：即窑头锅炉为立式，自然循环。由于冷却机废气中粉尘粘附性不强，所以不设置清灰装置。同时换热管采用螺旋翅片管，大大增加了换热面积,使得锅炉体积大幅下降,降低了投资成本。同时，在AQC余热锅炉前端设置了高效沉降室，大大减轻了废气对AQC余热锅炉的磨损。SP余热锅炉：即窑尾锅炉，它的设计有独特之处：立式布置，机械振打，自然循环。整个锅炉的振打形式为连续式，清灰较为均匀，同时设计有合理的灰斗，避免了因清灰原因造成废气中含尘浓度突然增大而引起风机跳停。该锅炉最具特点的地方是采用自然循环方式，省掉了二台强制循环热水泵，降低了运行成本，提高了系统可靠性。立式的结构形式，在节约了占地面积的同时，也方便了废气管道的布置。ASH过热器：其热源是从窑头篦冷机中部抽出的550°C左右的热空气、出口废气再并入AQC余热锅炉。1.6余热锅炉技术特点ASH过热器的防堵、AQC锅炉的防磨进入ASH过热器的烟气温度波动幅度较大，若高于650°C以上时，烟尘软化熔融堵塞在ASH过热器的螺旋翅片管受热面上，设计时在烟气进口段采用了不易积灰的膜片管。AQC余热锅炉热源来自水泥窑窑头熟料冷却机排出的废气，废气中含有较多的坚硬的熟料颗粒，如处理不当，受热面就会产生严重的磨损。针对这种工况条件，在整个布置和设计中采取相应有效措施：设计时选取适当的、较低的烟气速度；锅炉过热器、蒸发器和热水段换热管均采用螺旋翅管，从而组织起更为有效的废气流场，加强换热，并且能在较大程度上减轻磨损，延长检修周期；同时设置导流和均流装置，避免偏流和涡流，防止局部磨损，并在蛇形管弯头处采用特制的盖板遮盖，保证锅炉有较长的使用年限［12］。SP锅炉采取有效的清除积灰措施由于进入窑尾SP锅炉的烟气含尘浓度在120g/标准m?左右，含尘量大,粒径小，平均粉尘粒径1〜30“m特别容易引起受热面积灰，甚至堵塞。在设计SP锅炉时，选用清灰周期短、效果好的锤式机械振打清灰。振打锤布置在过热器、蒸发器、省煤器每组受热面的下部，通过振打杆与内部受热面管束相连。清灰周期为15〜30秒，采用变频调节。另外在热力计算时，适当增大受热面裕度以补偿积灰造成的影响，这样可以降低清灰振打频率，减轻蛇形管焊口的疲劳。采取有效的锅炉密封防漏风措施AQC锅炉和SP锅炉都有一定的负压，尤其窑尾SP余热锅炉烟气侧负压很大，负压值达6000Pa左右，如果密封措施做不好，大量冷空气漏入炉内，会影响到水泥窑的正常运行，降低锅炉的产汽量。设计时，采用了轻型金属护板炉墙，由型钢组成框架，两面贴钢板，中间添加硅酸钙保温板，护板安装时应予满焊。锅炉受热面采用整体内挂式结构，并采用特殊的管子穿墙密封金属膨胀节及专用的炉门装置，振打装置穿墙采用油浸盘根和特殊的橡胶圈密封措施。这样，最大限度的减少炉墙漏风，降低锅炉的散热损失，提高了锅炉的效率。方案设计和可行性论证热力系统初步方案设计不同的水泥生产线,它的余热资源不同,余热资源的利用也不相同,需要根据水泥企业自身的水泥窑余热特点和要求来进行余热发电系统的设计。本文所要设计的水泥窑低温余热发电系统对应的水泥生产线，对水泥窑的生产参数影响变化不大，但是蒸气压力要求较高为3.82MPa。由于第一代余热发电技术的主蒸汽压力在0.69—1.27MPa以及传统的第二代余热发电技术的主蒸汽压力在1.57—3.43MPa，达不到技术要求。通过查阅资料，国内新型第二代余热发电技术已经开发出来，大连易世达能源工程有限公司设计：主蒸汽参数1.57〜3.82MPa次中压或中压----饱和温度至450°C过热蒸汽，窑头熟料冷却机两个及两个以上用于生产蒸汽的取废气口，窑头设置独立的过热器，熟料冷却机循环风技术［13］。2.1.1热力系统方案设计（备注：由于本次设计时间限制故此次设计只利用窑头余热）采用双压补汽系统，两炉一机，在冷却机厂房及冷却机电气室之间露天布置AQC余热锅炉，整个热力系统分为高压、低压两个汽水循环。低压水循环是给水经过低压给水泵进入窑头AQC锅炉的低压省煤器进行加热，经低压省煤器加热后的高温水进入AQC锅炉的低压汽包，进入汽包内的高温水在锅炉内循环受热，产生低压过热蒸汽，进入汽轮机低压缸；高压水循环是给水经过高压给水泵进入窑头AQC锅炉的公共省煤器中进行给水预热，预热后的高温热水一部分进入窑头锅炉的高压省煤器，另一部分进入窑尾锅炉省煤器，进入两炉内的高温水在锅炉内循环受热，最终产生高温过热蒸汽，两路过热蒸汽汇集后进入ASH过热器过热，然后送到汽轮机高压缸，与进入汽轮机低压缸的蒸汽共同做功。做功之后的蒸汽经过凝汽器冷凝后形成凝结水重新参与两个水循环系统。2.1.2窑头取热方式设计窑头取热即在不影响水泥熟料生产的情况下，从冷却机热端至冷端的某一或几个部位进行抽气，抽气口如果靠近热端，抽取的余热烟气温度高、流量小；抽气口如果靠近冷端，则抽取的余热烟气温度低、流量大。本次设计利用熟料冷却机中部排出的部分380C以下废气设置一台AQC余热锅炉、利用熟料冷却机热端排出的部分600C以下废气设置一台熟料冷却机废气余热过热器（简称ASH过热器）、冷却机尾部的剩余低温余热通过尾部排气与窑头余热锅炉出口的废气一起经过电除尘设备后排入大气中。冷却机采用多级取废气方式，为电站采用相对高温高压主蒸汽参数及实现按废气温度将废气热量进行梯级利用创造条件；设计独立的熟料冷却机废气余热过热器，也为调整控制主蒸汽参数创造条件。□图2.1新型第二代余热发电系统1□图2.1新型第二代余热发电系统1£$5程垃创窑头余热锅炉设计AQC锅炉则是利用冷却机中部的中温废气来进行动力回收，从而充分利用余热资源。锅炉为立式自然循环炉，带汽包，炉膛内设置过热器、蒸发器、省煤器、公共省煤器四部分。烟气从冷却机中部引出进入AQC锅炉前，先通过了沉降室，减少了进入锅炉的粉尘含量，降低了熟料颗粒对锅炉受热面的磨损，因此，AQC锅炉受热面使用螺旋翅片管，可增大换热面积，强化换热效果。2.2.1过热器过热器是锅炉中将一定压力下饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。过热器由并联的钢管组成。在锅炉负荷或其他工况变动时，应保证过热温度的波动处在允许的范围之内。在现代电站锅炉中，蒸发过热器是锅炉的一个必备的重要部件，在很大程度上影响着锅炉的经济性和运行安全。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式三种。由于本次设计的烟气实质为热空气，灰尘较少、温度较低，辐射忽略，故采用对流式。关于受热管束排列布置要经过计算才能确定。2.2.2蒸发器蒸发受热面的作用是将饱和水加热到相同压力下的饱和蒸汽。在自然循环锅炉中，蒸发受热面的蒸发设备有汽包、下降管、水冷壁、联箱以及连接管道组成。其中汽包作用很重要，主要作用是与受热面和连接管道相连接，增加锅炉水位平衡和蓄热能力，汽水分离和改善蒸汽品质，装有安全附件，保证锅炉的安全。水冷壁主要有光管和销钉式。本方案采用光管。具体管束数和布置排列要经计算才能布置。2.2.3省煤器省煤器就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的受热面，由于它吸收的是比较低温的烟气，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器。钢管式省煤器不受压力限制，可以用沸腾式，一般有外径为32-51毫米的碳素钢管制成。有时在管外加鳍片和肋片，以改善传热效果。钢管式省煤器有水平布置的并联弯头管子组成（也称蛇形管）。省煤器具体的管束数与布置要根据计算结果确定。2.3本章小结本章根据国内最新余热发电技术即窑头熟料冷却机有两个用于生产蒸汽的取废气口，窑头设置独立的过热器，并进行方案论证，确定为本次设计的设计方案。页眉贡页眉贡脚可…键删除仅供借鉴页眉贡页眉贡脚可…键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4设计计算3.1设计参数3.1.1窑头AQC余热锅炉废气参数[14]废气流量145000标准m3/h入口温度350°C含尘浓度10g/标准m3出口温度100C左右漏风系数1%废气成分含尘空气(N78%H020%01%CO1%)2222蒸汽参数(1)次中压蒸汽段额定蒸发量10t/h额定蒸汽压力2.5MPa额定蒸汽温度320C给水温度100C排污率1%(2)低压蒸汽段额定蒸发量4t/h额定蒸汽压力0.2MPa额定蒸汽温度160C给水温度40C排污率1%(3)热水段出水量34.12t/h出水温度100C进水温度40C排污率1%3.1.2窑头ASH过热器废气参数废气流量36400标准m3/h入口温度550°C出口温度370C含尘浓度10g/标准m3废气阻力250Pa漏风系数1%蒸汽参数额定蒸汽压力3.82MPa额定蒸汽温度450C过热蒸汽量32t/h3.1.3流量分配本AQC余热锅炉与窑尾余热锅炉配合使用，AQC余热锅炉高温过热器输出的10t/h过热蒸汽和窑尾过热器输出的相同参数的22t/h的过热蒸汽合并输入到ASH过热器中进行过热，然后送到汽轮机高压缸。热力及结构计算ASH过热器烟气量和焓的计算烟气量按下式计算：二V'+AaV'+V+VNm3/hyyychby式中---总的烟气量Nm3/hy'---进入余热锅炉的烟气量Nm3/hyAa---漏风系数Vch---吹灰介质容积Nm3/h（此处采用间断时吹灰，故吹灰介质容积可忽略不计）Vby--辅助燃料装置生产烟气量Nm3/h（余热锅炉无辅助燃料，故V=0）by故总烟气量V二36400+0.01x36400+0+0二36764Nm?/hy总烟气的焓公式:I=I'+1+AaIyyblk式中I--总的烟气焓KJ/m3y打--烟气的焓KJ/m3Ib-烟尘的焓KJ/m?Ilk--冷空气的焓KJ/m3TOC\o"1-5"\h\zI'二I+1+1+1yco2o2H2ON2则进口烟气焓的计算过程如下：I=V*c*t=0.01x2.015x550=11.0825KJ/m?co2co2co2I=V*c*t=0.01x1.4074x550=7.7407KJ/m?O2O2O2I=V*c*t=0.01x1.60225x550=176.2475KJ/m?H2OH2OH2OI=V*c*t=0.78x1.3339x550=572.2431KJ/m?N2N2N2则550°C烟气的总焓：I'=I+1+1+1yco2o2H2ON2=11.0825+7.7407+176.2475+572.2431=767.3138KJ/m?烟尘的焓：由于含尘量很小，可忽略不计故I二0b冷空气的焓：I二c*t二1.298x20二25.96KJ/m?lk空空烟气总焓：I=I'+1+AaI=767.3138+0+0.01x25.96=767.5743KJ/myyblk进入ASH过热器的总热量Q'=Q+Q+Qychlk式中：Q--烟气带入的热量KJ/hyQ--吹灰介质带入的热量（采用间断吹灰方式，此处可以忽略）chQ--漏入余热锅炉的冷空气带入的热量kJ/hlkQ'=（767.3138+0+0.01x25.96）*36400=2.794x107kJ/hASH过热器的余热利用率（1）热平衡方程式如下：Q'二Q+Q+Q+Q+Q+Q123456式中：Q'--进入余热锅炉的热量kJ/hQ--余热锅炉的有效利用热量kJ/hQ--排烟热损失kJ/h2页眉页脚可一键删除页眉页脚可一键删除仅供借鉴页眉页脚可一键删除页眉页脚可一键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4Q-化学不完全燃烧热损失kJ/h3Q--机械不完全燃烧热损失kJ/h4Q--散热损失kJ/h5Q--排灰渣热损失kJ/h6注：①由于余热锅炉没有安装辅助燃烧装置，所以无Q、Q；

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②而且排灰渣量相对较少可以忽略，即Q可以忽略。6（2）排烟热损失计算出口烟气焓的公式如下：I”二I'+1'+1'+1'yCO2O2H2ON2则有：I'=0.01*1.9097*370=7.06589kJ/m3CO2I'=0.01*1.37111*370=5.073107kJ/m?O2I'=0.2*1.55951*370=115.40374kJ/m?H2OI'=0.78*1.31408*370=379.243kJ/m?N2所以：I''=7.06589+5.073107+115.40374+379.243=506.786kJ/m?y空气焓：I'=c'*t'=1.32543x370=490.4091kJ/m?空空空排烟热损失：Q=506.786*36400+0.01*490.4091*36400=1.8626x107kJ/h（3）ASH过热器热利用率计算公式如下：q=100—Eq=100—q—q—q—q—qyz23456式中：q--余热锅炉的余热利用系数，%yzq--余热锅炉的排烟热损失，%q--化学不完全燃烧热损失，%3q--机械不完全燃烧热损失，%4q5--散热损失，%

q--排尘渣热损失，%6余热锅炉的排烟热损失q二x100%=1.8626x107%100%=66.67%2Q'2.794x107q、q、q可以忽略不计；346查《锅炉原理及计算》得q=1%则有：q二100-Eq二100-66.67-1二32.33%yzASH过热器的蒸发量额定蒸发量的计算公式如下：

r耳Q0.3233x2.794x107“羽小门D———32578kg/h=32.6t/hi-i3333.166-3055.9gr2gr1查《未饱和水与过热蒸汽性质表》得：入口蒸汽的焓i—3055.9kJ/kggr1出口蒸汽的焓i—3333.166KJ/Kggr2ASH过热器的热力计算在选取管径和管壁中，主要考虑水循环的阻力，选取dx5=038x3mm管距：横向选取s=60mm1纵向选取s=70mm2假设烟气流速：w=5.5m/s烟道截面边长:F=烟道截面边长:F=1Vx(t+273.15)m3600x273.15xw36400x(550+273.15)3600x273.15x5.5=5.54m2将求得的横截面积取平方根近似得到横截面边长为a=JF=^554=2.35m171过热管长：l=3m炉宽：a=2.5m蒸汽流通截面积：f=兀蒸汽流通截面积：f=兀=3.14xf°.038一°.006)2=0.00080384m3对于本身辐射角系数，由于其整体的温度较低，可以把辐射相关的问题忽略掉，而直接考虑对流传热。单根过热器管受热面H=dim=0.038*3*3.14=0.35796m2入口烟气温度9'=550°C飞灰浓度以及飞灰颗粒直径忽略。工质的相关数据：蒸汽受热面入口蒸汽压力：p'=2.5MPa入口蒸汽温度：t'=320C(给定值)出口蒸汽压力：=3.82MPa出口蒸汽温度：「=450C(工况确定)对过热器进行热力计算：(1)查《未饱和水与过热蒸汽性质表》得：入口蒸汽的焓i=3055.9kJ/kggr1

出口蒸汽的焓i=3333.166KJ/Kggr2过热器所需热量：、Q=d\-i)=32x103x(3333.166-3055.9)=8.87x106KJ/hgqgr2gr1过热器进口烟气温度：9'=550C

4)过热器出口烟气温度:5)0''七-乂=550-4)过热器出口烟气温度:5)0''七-乂=550-8-87X106=375.9C

1.4V1.4x36400y最大温差At=0'-1=550-450=100Cdgr2最小温差At=0'-1=375.9-320=55.9Cagr1温压：At=仙1dLn(1001<At丿155.9丿LnAt-At100-55.9J-—=75.8C7)8)a经校核烟气流速取：3m/s综合传热系数：查《锅炉课程设计指导书》附录图A-7[15]a二aCCC二54x1x1x1.06二57.24W/・°C)d0zsw受热面积：8.87x8.87x106H二gq二二567.9in2gq3.6axAt3.6x57.24x75.8dASH过热器的结构计算已经算出流经ASH过热器受热面积的值，对受热管束进行布置排列，然后进行下列的核算：管子的直径和厚度：dx5=38x3mm管子横向截距：s1=60mm管子纵向截距：s=70mm2管子根数：n=5679=1587根x0.038x3横向管排数的计算公式为:z=int(a/s)=int(2.350.06)=39根111■管子排数：横向排数：n1=37纵向排数：n=442总根数：n=37*44=1628根若采取两根管同时行程，则过热器行程数为22个行程管子弯曲半径：R=(1.5-2.5)d=57-95mm,取R=2d=76mm烟道截面面积：s=2.5X3=7.5m管子占有的面积：s'=0.038*37*3=4.218烟气流通截面：F=7.5-4.218=3.282y算出流经余热锅炉各个受热面积的实际烟气量贝川以训町亠键删除贝川以训町亠键删除仅供借鉴贝川以训町亠键删除贝川以训町亠键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4depsdeps4V二V(1V二V(1+0.01)二36400(1+0.01)=36764m3ay通过各个受热面上的实际烟气平均流速：贝眉刃脚可…键删除V36764W=ay==3.1m/sp3600F3600x3.282y、…W-W3.1-3■y=误差：e=py=x100©-=3.2■y=W3.100y4出誉出「l「i.:"■J:4出誉出「l「i.:"■J:nEII-HI;荊証斗lr席“m“1T“妇il图3-1ASH过热器结构AQC锅炉的热力及结构计算次中压蒸汽段1设计参数烟气量：V=145000Nm3/hy进口烟气焓：I'=I+1+1+1=478.2323KJ/m3yco2o2H2ON2冷空气焓：I=c*t=1.298x20=25.96KJ/m3lk空空总焓：I=478.2323+0.01x25.96=479.21878KJ/m?总进入余热锅炉总热量：Q'=Q+Q+Qychlk式中：Q--烟气带入的热量KJ/hyQ--吹灰介质带入的热量(采用间断吹灰方式，此处可以忽略)chQ--漏入余热锅炉的冷空气带入的热量kJ/hlkQ'=(478.2323+0+0.01x25.96)x36400=2.794xi07kJ/h

假设排烟温度为220°C（计算校核）则出口烟气焓：I=0.01X1.80224X220=3.9649KJ/m3co2I=0.01x1.33938x220=2.946636KJ/m3o2I=0.2x1.52632x220=67.15808KJ/m3H2OI=0.78X1.30102x220=223.255KJ/m3N2I''=3.9649+2.946636+67.15808+223.255y=297.3246KJ/m3I'=1.30912x220=288KJ/m3空Q二297.3246x145000+0.03x288x145000二4.436x107KJ/m32Q4.436x107633/q=2=x1000=63.3(/2Q'6.949X10700取q=1050耳二100-63.3-1二35.7%过热蒸汽压力：2.5MPa温度：320C过热蒸汽的焓：i=3055.9KJ/Kggr给水温度：100C给水焓：i二517.51KJ/Kggs蒸发量：耳Q'0.357x6.949x107蒸发量：=9.77t=9.77t/hi-i3055.9—517.51grgs高温过热器的计算：在选取管径和管壁中，主要考虑水循环的阻力，选取dx5=O51x2.5mm管距：横向选取s=90mm1纵向选取s=100mm2假设烟气流速：w=5m/s烟道截面边长:VX(/+273.15)145000x(350+273.15)F1=3600X273.15xw3600x273.15x518.38ma=F=£18.38=4.3m1*1过热管长：l=6m炉宽：a=3m蒸汽流通截面积：f=兀蒸汽流通截面积：f=兀=3.14x〔°.051—°.005)20.00166m3页肩页脚可一页肩页脚可一键删除仅供借鉴页肩页脚可一页肩页脚可一键删除仅供借鉴页川页脚叮-键删除页川页脚叮-键删除仅供借鉴deps4deps4deps4deps4depsdeps4对于本身辐射角系数，由于其整体的温度较低，可以把辐射相关的问题忽略掉，而直接考虑对流传热。单根过热器管受热面H=d加=0.051*6*3.14=0.96084入口烟气温度9'二350°C飞灰浓度以及飞灰颗粒直径忽略。工质的相关数据：蒸汽受热面入口蒸汽压力：p'=2.5MPa入口蒸汽温度：t'=224C(给定值)出口蒸汽压力：p‘‘=2.5MPa出口蒸汽温度：「=320C(工况确定)(1)对过热器进行热力计算：查《饱和水和水蒸气特性表》得：入口蒸汽的焓i=2802.14KJ/Kgbq出口蒸汽的焓i=3055.9KJ/Kggq过热器所需热量：、Q=D'i-i)=10x103x(3055.9-2802.14)=2.538x106KJ/hgqgqbq过热器进口烟气温度：9'=350C过热器出口烟气温度：9”=9'9”=9'—gq—1.4V

y=350-2.538x1061.4x145000=337.5C最大温差At=9”—t=337.5—224=113.5Cdbq最小温差At=9'—t=350—320=30Cagq温压：At=A温压：At=At—At113.5—30d孑LnfAtd=60.1C(Ata烟气流速：假设5m/s综合传热系数：查《锅炉课程设计指导书》附录图A-7a=aCCC=46x1x1x1.12=51.52W/(^・C)d0zsw受热面积：Q2.358x106H—gq——211.54gq3.6axAt3.6x51.52x60.1d2)对过热器进行结构计算：已经算出流经余热锅炉过热器受热面积的值，对受热管束进行布置排列，然后进行下列的核算：管子的直径和厚度：dx5=51x2.5mm管子横向截距：S］=90mm管子纵向截距：s=100mm2管子根数：n=21154=221根x0.051x6横向管排数的计算公式为:z=int(a/s)=int(3.0.09)=33根111管子排数：横向排数：n1=33纵向排数：n=82总根数：n=33*8=264根若采取两根管同时行程，则过热器行程数为4个行程烟道截面面积：s=6X3=18m管子占有的面积：s'=0.051*33*6=10.098烟气流通截面：F=18-10.098=7.902y算出流经余热锅炉各个受热面积的实际烟气量V=V(1+0.01)=145000(1+0.01)=146450m3ay通过各个受热面上的实际烟气平均流速：W=ay==5.15m/sp3600F3600x7.902y、…W—W5.15-5误差：e=py=x100=2.90，W5.1500p图3-2高温过热器结构3高温蒸发器的计算［16］：在选取管径和管壁中，主要考虑水循环的阻力，选取dx5=O51x2.5mm管距：蒸发受热面采用的蒸发管簇，管簇间距取s=90mm管簇中的管子间距选取s=90mm1纵向选取s=90mm2蒸发器管长：l=6m页川页脚叮■删除页川页脚叮■删除仅供借鉴页眉页脚可一键删除页眉页脚可一键删除仅供借鉴页加叭脚可一页加叭脚可一键删除仅供借鉴depsdeps4deps4deps4depsdeps4炉宽：a=3m对于本身辐射角系数，由于其整体的温度较低，可以把辐射相关的问题忽略掉，而直接考虑对流传热。单根蒸发管受热面积H=d加=0.051*6*3.14=0.96084入口烟气温度0'=337.5°C飞灰浓度以及飞灰颗粒直径忽略。工质的相关数据：蒸发器入口蒸汽压力：p'=2.5MPa入口蒸汽温度：t'=224C（给定值）出口蒸汽压力：p‘‘=2.5MPa出口蒸汽温度：「=224C（给定值）（1）对蒸发器进行热力计算：查《饱和水和水蒸气特性表》得：工质（饱和水）进口的焓i=961.961KJ/Kgbs工质（饱和蒸汽）出口焓i=2800.9KJ/Kgbq蒸发器所需热量：、Q=D,-i）=10x103x（2800.9-961.961）=1.839x107KJ/hzfbqbs蒸发器进口烟气温度：0'=337.5C（过热器出口烟气温度）蒸发器出口烟气温度：0”=0'-%=337.5-1.839X107=247C1.4V1.4x145000y最大温差At=0'-1=337.5—224=113.5Cdbq最小温差At=0''—t=247—224=23Cabs温压：At=A温压：At=At—At113.5—23d~7LnfAtd=56.7C(Ata烟气流速：假设5m/s综合传热系数：查《锅炉课程设计指导书》附录图A-7a=aCCC=46x1x1x1.16=53.36W/（^・C）d0zswQ1.839x107受热面积：H=gq==1688.4mgq3.6axAt3.6x53.36x56.7d2）对蒸发器进行结构计算：已经算出流经余热锅炉蒸发器受热面积的值，对受热管束进行布置排列，然后进行下列的核算：

管子的直径和厚度：dx5=51x2.5mm管子横向截距管子纵向截距蒸发管簇间距管子根数：管子的直径和厚度：dx5=51x2.5mm管子横向截距管子纵向截距蒸发管簇间距管子根数：管子排数：横向排数：n1=33采用蒸发管簇，每个管簇并排10根管子，则蒸发管簇数目为s=90mm1s=90mm2s=90mm1688.4n=3.14x0.051x6=1758根1758n==6233x10总根数：n=33*10*6=1980根由于管子斜向布置故烟道截面面积：s=6X3=18m管子占有的面积：s'=0.051*33*6=10.098烟气流通截面：F二18-10.098二7.902y算出流经余热锅炉各个受热面积的实际烟气量V二V(1+0.01)二145000(1+0.01+0.01)=147900m3ay通过各个受热面上的实际烟气平均流速：V—ay147900W=ay==5.2m/sp3600F3600x7.902y、…W—W5.2-5误差：e=p斗=x100j/=3.8(/W5.200p5i,7nrF+~rJirmrpifi匕三址弓土扌址三二世些土图3-3高温蒸发器高温省煤器的计算在选取管径和管壁中，主要考虑水循环的阻力，选取dx5=O51x2.5mm管距：横向选取s1=90mm

纵向选取s=90mm2省煤器管长：l=6m炉宽：a=3m对于本身辐射角系数，由于其整体的温度较低，可以把辐射相关的问题忽略掉，而直接考虑对流传热。单根蒸发器管受热面H=d加=0.051*6*3.14=0.96084入口烟气温度0'=247°C飞灰浓度以及飞灰颗粒直径忽略。工质的相关数据：入口水温度：t'=100C出口水温度:「=224C对省煤器进行热力计算：查《饱和水和水蒸气特性表》得：入口水的焓i=419.1KJ/Kggs出口水的焓i=961.98KJ/Kgbs省煤器所需热量：、Q=D,-i)=10x103x(961.98-419.1)=5.43x106KJ/hgfbsgs省煤器进口烟气温度：0'=247C省煤器出口烟气温度：0''=0'-2」=247-5.43X106=220.3C1.4V1.4x145000y前面给定的出口烟气温度为220C，进行误差计算：0''-0''-t''e=0”220.3-200220.3x10000=0.140；最大温差At=0”—t=220.3—100=120.3Cdgs最小温差At=0'-1=247-224=23Cabs温压：At=A温压：At=At-At120.3-23d/L(AtLn—d

(AtaT(120.3)Ln(23丿=58.8C烟气流速：假设5m/s综合传热系数：查《锅炉课程设计指导书》附录图A-7a=aCCC=46x1x1x1.16=53.36W/・C)d0zswQ5.43x106受热面积：H=gf==480.7m3.6axAt3.6x53.36x58.8d

对省煤器进行结构计算：已经算出流经余热锅炉过热器受热面积的值，对受热管束进行布置排列后进行下列的核算：管子的直径和厚度：dx5=51x2.5mm管子横向截距：s=90mm1管子纵向截距：s=90mm2管子根数：n=480.7=500根x0.051x6管子排数：横向排数：n1=33纵向排数：n=162若采取两根管同时行程，则省煤器行程数为8个行程烟道截面面积：s=6X3=18m管子占有的面积：s'=0.051*33*6=10.098烟气流通截面：F=18-10.098=7.902y算出流经余热锅炉各个受热面积的实际烟气量V=V(1+0.01)=145000(1+0.01+0.01+0.01)=149350m3ay通过各个受热面上的实际烟气平均流速：VayVay—3600F1493503600x7.902=5.25m/s、…W—W5.25-5.误差：e=py=x100(/=4.8(/W5.2500p通过计算所示，上述假设的烟气流速符合工程设计的误差，所以假设成立图3-4高温省煤器低压蒸汽段计算过程与次中压蒸汽段一致，故省略过程，计算结果以表格形式列出贡川贝脚可…贡川贝脚可…键删除仅供借鉴贡川贝脚可…贡川贝脚可…键删除仅供借鉴页眉页脚可一键删除页眉页脚可一键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4deps4deps4322.3热水段计算过程与次中压蒸汽段一致，故省略过程，计算结果以表格形式列出3.2.3计算结果表3-1设计参数信息表名称符号单位公式ASH过热器高温过热器高温蒸发器高温省煤器烟气流量VNm3/h给定36400145000145000145000烟道截面宽am选取2.5333管子直径dm选取0.0380.0510.0510.051管径厚度5m选取0.0030.00250.00250.0025管子长度lm选取3666横向管排数ni根计算37333333纵向管排数n2根计算4486X1016横向节距s1m给定0.060.090.090.09横向相对节距c1s/d11.581.761.761.76纵向节距s2m给定0.070.10.090.09纵向相对节距c2s/d21.841.961.761.76排列形式螺旋翅片管螺旋翅片管光管蛇形管计算受热面积Hm2公式567.9211.541688.4480.7进口烟温9'°C给定550350337.5247出口烟温9''°C公式计算375.9337.5247220.3平均烟温9C计算462.95343.75292.25233.65温降A9'C计算174.112.590.526.7工质t'C给定320224224100

进口温度工质出口温度t”°C给定450320224224烟气流速wm/s假定校核055.25传热系数adW（曲C）计算57.2451.5253.3653.36平均、'/曰工AtmC公式计算75.860.156.758.8工质吸热量QKJ/h公式计算88700002538000183900005430000设计误差e%4.8设计参数信息表（续上）名称符号单位低温过热器低温蒸发器低温省煤器公共省煤器烟气流量VNm3/h145000145000145000145000烟道截面宽am3333管子直径dm0.0510.0510.0510.051管径厚度5m0.00250.00250.00250.0025管子长度lm6666横向管排数n1根33323033纵向管排数n2根12X10340横向节距s1m0.090.090.090.09横向相对节距c11.761.761.761.76纵向节距s2m0.10.090.090.1纵向相对节距c21.961.761.761.96排列形式螺旋翅片管光管蛇形管蛇形管页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴页眉贡脚可…页眉贡脚可…键删除仅供借鉴页川以诃町亠键删除页川以诃町亠键删除仅供借鉴depsdeps4depsdeps4depsdeps4计算受热面积Hm222.46608.7676.561172.2进口烟温9'°C220.3218.66175.3167.7出口烟温9''°C218.66175.3167.7104平均烟温9C219.33196.98171.5135.85温降A9'C1.6443.367.663.7工质进口温度t'C120.23120.234040工质出口温度t”C160120.23120.23100烟气流速wm/s5.45传热系数adW/（曲C）52.953.8254.2855.2平均、'/曰工AtmC77.874.6690.1665.8工质吸热量QKJ/h3328008806000134880012928000设计误差e%5.63.04.00.913.3水动力循环计算水循环的计算是通过循环回路的压差平衡或压头平衡，求得回路的汽水流动状态，确定循环回路的循环水流速度、工作压差、循环倍率等安全指数，从而鉴定水循环工作的可靠性。对新设计的锅炉或对系统较大改动的锅炉都需要进行水动力计算。水循环对余热锅炉系统的经济效率影响不是很大，但是对于余热锅炉的安全运行，稳定操作，延长使用寿命则有很重要的意义。余热锅炉的传热关直接与高温烟气接触，如果水循环的流动工况不好，水气介质不能有效的冷却传热管，壁温会很快的升高。当壁温超过材料的许用温度，管子的强度会降低。因此，为了保证锅炉使用可靠，必须对水循环进行合理的设计和系统的计算。