鍋爐課程設(shè)計(jì)

1、能源科學(xué)與工程學(xué)院 鍋爐原理課程設(shè)計(jì) 熱動1204班 課 題 420t/h煤粉鍋爐課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 設(shè)計(jì)時間 2015年9月 目 錄一、確定鍋爐基本結(jié)構(gòu)1二、輔助計(jì)算1 （1）空氣平衡1 （2）燃燒產(chǎn)物容積及焓的計(jì)算2 （3）不同過量空氣系數(shù)下燃燒產(chǎn)物的容積3 （4）不同過量空氣系數(shù)下燃燒產(chǎn)物的焓溫表5 （5）鍋爐熱平衡及燃料消耗量計(jì)算5 （6）燃燒室水冷壁布置6 （7）燃燒室輻射吸熱量的分配9三、凝渣管的傳熱計(jì)算11四、過熱器的傳熱計(jì)算14五、省煤器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳熱計(jì)算過程.236、 空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算過程.26七、排煙溫度和空氣溫度校核.29八、計(jì)

2、算結(jié)果匯總表.30九、個人總結(jié).31附圖.32一、確定鍋爐基本結(jié)構(gòu)采用單鍋爐筒型布置，上升煙道為燃燒室及凝渣管，水平煙道布置兩級懸掛對流過熱器，垂直下行煙道布置兩級省煤器及兩級管式空氣預(yù)熱器。整個爐膛全部布滿水冷壁，爐膛出口凝渣管簇由鍋爐后墻水冷壁延伸組成，在爐膛出口處采用由后墻水冷壁延伸構(gòu)成的折焰角，以使煙氣更好地充滿爐膛，采用光管水冷壁。對流過熱器分兩級布置，由懸掛式蛇形管束組成，在兩級之間有鍋爐自制冷凝水噴水減溫裝置，由進(jìn)入鍋爐的給水來冷卻飽和蒸汽制成凝結(jié)水，回收凝結(jié)水放熱后再進(jìn)入省煤器。省煤器和空氣預(yù)熱器采用兩級配合布置，以節(jié)省受熱面，減少鋼材消耗量。鍋爐采用四根集中下降管，分別供水給

3、12組水冷壁系統(tǒng)。燃燒方式采用四角布置的直流燃燒器。根據(jù)煤的特性選用中速磨煤機(jī)的負(fù)壓直吹系統(tǒng)。二、輔助計(jì)算（1）空氣平衡煙道各處過量空氣系數(shù)及各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)列于表1，爐膛出口處過量空氣表 1 煙道中各受熱面的過量空氣系數(shù)及漏風(fēng)系數(shù)煙道名稱過量空氣系數(shù)漏風(fēng)系數(shù)入口出口爐膛1.20.1（固排，無護(hù)板）凝渣管簇1.21.2第二級對流過熱器1.21.2150.03第一級對流過熱器1.2151.230.03高溫省煤器1.231.250.02高溫空氣預(yù)熱器1.251.280.03低溫省煤器1.281.30.02低溫空氣預(yù)熱器1.31.330.03系數(shù)按書表4-2取，各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)按書表4-3取，空

4、氣預(yù)熱器出口熱空氣的過量空氣系數(shù)1.06（1）表 2 煙氣特性表名稱及公式符號單位爐膛及凝渣管第二級過熱器第一級過熱器出口處過量空氣系數(shù)1.21.2151.23平均過量空氣系數(shù)（）1.2001.2081.223過?？諝饬浚ǎ㎞m3/kg1.4051.4581.563容積Nm3/kg0.6140.6140.616煙氣總?cè)莘e+Nm3/kg8.8438.8969.002容積份額0.1460.1450.143容積份額0.0670.0660.066三原子氣體總?cè)莘e份額0.2130.2120.209煙氣質(zhì)量kg/kg11.84811.91612.054飛灰濃度kg/kg煙0.01240.01230.012

5、1注：1) 取fh=0.9其中，為制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)系數(shù)（以理論空氣量為基礎(chǔ)）。（2）燃燒產(chǎn)物容積及焓的計(jì)算1）煤完全燃燒（）時理論空氣量及燃燒產(chǎn)物容積計(jì)算：理論空氣量（1kg燃料為準(zhǔn)）理論空氣量 V0=0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy=7.025Nm3/kg（2）RO2理論容積： VRO2=1.866×(Cy+0.375Sy)/100=1.291 Nm3/kg（3）N02理論容積: VN2=0.79×V0+0.8×Nar/100=5.556 Nm3/kg（4）H2O理論容積:VH2O=0.111×Har+0.0124&

6、#215;War+0.0161×V0=0.5910085Nm3/kg（5）3煙氣焓溫表順序煙氣或空氣理論理論飛灰焓煙氣的焓Hy(kJ/kg)溫度煙氣焓空氣焓Hy0Hk0Hfh爐膛、高過等主煙道省煤器及旁路煙道省煤器等空氣預(yù)熱器°CkJ/kgkJ/kgkJ/kgl",hp=sm"=ky"=Hy110010319271212281286130510312200208618672524842602264120863300317228293837763954401331724400429338055251065346542642935500544048

7、026864686770687154406600661858278178658232835466187700783068669793019733783088009064792611310762112619064990010318900011912237103181010001159310074147137551159311110012884111971651528912884121200141901230718516836141901313001551713437209184141551714140016849145742321999616849151500181911571826021595

8、1819116160019549168702872321019549171700209111802132324838209111818002228219180353264712228219190023655203523852811023655202000250372152441729759250372121002643222704030973264322222002781823883032595278185（3）不同過量空氣系數(shù)下燃燒產(chǎn)物的容積見表2。（4）不同過量空氣系數(shù)下燃燒產(chǎn)物的焓溫表見表3。（5）鍋爐熱平衡及燃料消耗量計(jì)算見表4。表 3 熱平衡及燃料消耗量計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算

9、結(jié)果1燃料擁有熱量Qar,net,pkJ/kg任務(wù)書給定21701.102排煙溫度py任務(wù)書給定130.003排煙焓IpykJ/kg查表3,=1.331762.614冷空氣溫度Ilk任務(wù)書給定30.005冷空氣焓I”lkkJ/kg見表3185.476氣體未完全燃燒熱損失qqt由表6-51查取07固體未完全燃燒熱損失qgt由表6-51查取1.508排煙熱損失qpy6.889外部冷卻損失plq圖3-310鍋爐效率gl88.1011過熱蒸汽出口焓kJ/kgP=9.8Mpa,t=450,查水蒸氣表3439.0012飽和水焓ibhkJ/kgP=10.2 Mpa,查水蒸氣表1608.0013給水焓igsk

10、J/kgP= 10.5 Mpa,t= 165,查水蒸氣表880.3114排污率ppw任務(wù)書給定2.0015過熱蒸汽流量DgsKg/h任務(wù)書給定42000016鍋爐總吸熱量Qglkw300211.7817燃料消耗量Bkg/s15.1618計(jì)算燃料消耗量Bjkg/sB=(1-)14.9319空氣預(yù)熱器吸熱量QkykJ/kg(-)2396.4220空氣預(yù)熱器吸熱量與燃料熱量的百分比qky×10011.0421保熱系數(shù)0.9965（6）燃燒室水冷壁布置水冷壁采用60的光管，管節(jié)距s=64mm，管子懸掛爐墻，管子中心和爐墻距e=0.。表 4 燃燒器特性計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1一次風(fēng)

11、份額r1%表6-4402二次風(fēng)份額r2%100-r1603一次風(fēng)出口速度1m/s選用254二次風(fēng)出口速度2m/s選用455一次風(fēng)容積流量V1m3/s86.836二次風(fēng)容積流量V2m3/s130.247每個一次風(fēng)口面積f1m20.438每個二次風(fēng)口面積f2m20.369爐膛容積熱強(qiáng)度qvW/m3查表15900010爐膛容積Vlm32068.7411爐膛截面熱強(qiáng)度qFW/m2查表350000012爐膛截面積Alm293.9813爐膛截面寬深比a/b按a/b=11.2選取1.1414爐膛寬度am選取a值使a/b=11.29.615爐膛深度bm9.7916冷灰斗傾角按50º選取50º

12、;17冷灰斗出口尺寸m按0.61.4選取1.218冷灰斗容積Vhdm3157.119爐膛主體高度hltm22.01注：1）´´是空預(yù)器出口的過量空氣系表 5燃燒室結(jié)構(gòu)特征計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果前、后、側(cè)預(yù)棚出口窗1水冷壁管規(guī)格mm2管節(jié)距smm64853相對值s/d1.071.424管中心與爐墻距離emm0305相對值e/d00.56角系數(shù)xm20.980.9417爐墻面積F1m2516.8158.1344.218水冷壁有效輻射面積H除去511.6152.9337.429灰污系數(shù)0.450.450.4510水冷壁受熱面平均熱有效性系數(shù)0.4411爐膛面積2068

13、.7412煙氣輻射層有效厚度s12.0313燃燒器中心高度m3.8214爐膛出口高度m19.2515燃燒器相對高度0.2016火焰中心高度0.20注：1）用加權(quán)平均法求：出表 6 燃燒室（爐膛）的傳熱計(jì)算序號名稱符號單 位公式及計(jì)算結(jié)果1爐膛出口過量空氣系數(shù)見表11.202爐膛漏風(fēng)系數(shù)非膜式水冷壁，無護(hù)板0.103煤粉系統(tǒng)漏入風(fēng)系數(shù)中速磨，負(fù)壓運(yùn)行0.044熱空氣溫度選用2605熱空氣焓kJ/kg查表31843.776冷空氣溫度任務(wù)書給定307冷空氣焓kJ/kg查表I-3（=1.2）185.478空氣預(yù)熱器未熱空氣份額1.069空氣進(jìn)入爐膛的熱量kJ/kg2618.9910燃料有效放熱量kJ/

14、kg24320.0911理論燃燒溫度查表3（=1.2）173012爐膛出口煙溫先假定，供計(jì)算等用113013爐膛出口煙焓kJ/kg查表3（=1.2）16371.3414煙氣平均熱容量kJ/(kg.)13.2515容積份額 水蒸氣/三原子氣體kg/Nm3查表2（=1.2）0.3116煙氣密度kg1.3417飛灰濃度kg/kg查表2（=1.2）0.0118飛灰顆粒平均直徑用中速磨選取16續(xù)表7序號名稱符號單 位公式及計(jì)算結(jié)果19三原子氣體輻射減弱系數(shù)0.4620灰粒輻射減弱系數(shù)0.9121焦炭輻射減弱系數(shù)1.0222火焰輻射減弱系數(shù)2.4023火焰輻射吸收率2.9224火焰黑度0.9525爐膛黑度

15、0.9826火焰中心高度系數(shù)0.4927爐膛出口煙溫1193.0828爐膛出口煙焓kJ/kg查表3（=1.2）16725.4329爐內(nèi)輻射傳熱量kJ/kg7568.0830輻射受熱面熱負(fù)荷Kw/m187.70每面墻寬6336mm，側(cè)墻布置100根管子，前后墻布置98根管，后墻的水冷壁管子在折角處有叉管，直叉管垂直向上連接聯(lián)箱，可以承受后墻管子和爐墻的重量，斜叉管組成凝渣管，凝渣管有94根管子，另四根管直接向上與聯(lián)箱相連。側(cè)墻水冷壁向上延伸，在凝渣管區(qū)域形成附加受熱面。燃燒室結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見表6。燃燒室的傳熱計(jì)算見表7。（7）燃燒室輻射吸熱量的分配燃燒室輻射吸熱量中有部分由凝渣管及高溫過熱器吸收。

16、1 凝渣管直接吸收燃燒室的輻射熱量輻射受熱面是燃燒室的出口窗。凝渣管吸收的熱量與凝渣管束的角系數(shù)有關(guān)，根據(jù)凝渣管的橫向相對節(jié)距,從圖7-10中的無爐墻反射的曲線上查得單排管的角系數(shù)，現(xiàn)凝渣管有三排，總的角系數(shù)（14）凝渣管輻射受熱面為（15）由于出口窗位于燃燒室上不，熱負(fù)荷比較小，需要計(jì)算沿高度的熱負(fù)荷不均勻系數(shù)，出口窗中心的高度為，從冷灰斗中心到爐頂?shù)目偢叨葹?，根?jù)（16）和燃燒器中心相對高度，查圖11-20中2線，得到。凝渣管吸收的輻射熱量（17）2 高溫過熱器直接吸收燃燒室的輻射熱量（18）3 水冷壁的平均輻射受熱面熱負(fù)荷（19）三、凝渣管的傳熱計(jì)算凝渣管束是錯列布置，由后墻水冷壁延伸組

17、成，每四根相鄰的管子組成第一、二、三排和折焰角，所以凝渣管的橫向節(jié)距為4×64mm。凝渣管結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見表8。凝渣管的傳熱計(jì)算見表9。表 7 凝渣管結(jié)構(gòu)特性計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1管子規(guī)格dmm2橫向管子截距縱向管子截距mm2562503橫向相對截距縱向相對截距mm4.274.174管子數(shù)目：第一排第二排第三排2324255每根管子計(jì)算長：第一排第二排第三排mmm5.172+0.7345.294+0.445+0.2515.416+0.156+0.5024.934.894.836凝渣管受熱面積m266.257側(cè)墻水冷壁在本區(qū)的附加受熱面面積m28.448計(jì)算受熱面積m274

18、.689煙氣輻射層有效厚度m1.1710煙氣流通截面m237.41表 8 凝渣管的傳熱計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1入口煙溫見表71193.082入口煙焓kJ/kg見表716725.43出口煙溫先假定，后校核11304出口煙焓kJ/kg查表316013.005煙氣平衡放熱量kJ/kg709.946平均煙溫1161.547煙氣體積Nm3/kg查表28.848容積份額 水蒸氣/三原子氣體查表20.319煙氣密度kg/Nm31.3410飛灰濃度kg/kg查表20.012411飛灰顆粒平均直徑m選用1612煙氣流流速m/s18.5413煙氣對流放熱系數(shù)W/(m2·)查圖8-618014

19、三原子氣體輻射減弱系數(shù)1/(m·MPa)1.8315飛灰輻射減弱系數(shù)1/(m·MPa)0.9016煙氣輻射吸收力0.3217煙氣黑度0.2718管內(nèi)工質(zhì)溫度飽和溫度(9.8MPa)25519管壁灰污層厚度33520煙氣輻射放熱系數(shù)W/(m2·)a0查圖8-1554.0721煙氣總放熱系數(shù)W/(m2·)234.0722熱有效性系數(shù)選用0.6523傳熱系數(shù)W/(m2·) 152.1424平均溫壓906.5425傳熱量kJ/kg689.9426誤差%2.82四、過熱器的傳熱計(jì)算 從鍋筒出來的飽和蒸汽先到凝渣管上方的蒸汽聯(lián)箱，經(jīng)過頂棚管到第一級對流過熱

20、器的入口聯(lián)箱。蒸汽通過懸掛的蛇形管逆流至出口聯(lián)箱，最后一圈管束是順流布置，這樣可以避免出口管束與頂棚管的交叉。從第一級過熱器出口聯(lián)箱出來的蒸汽進(jìn)入第二級過熱器的入口聯(lián)箱，蒸汽在第二級對流過熱器中先逆流后順流，此處第一圈管束是逆流，其余均為順流，這樣可以使過熱器出口高溫蒸汽處在較低溫的煙氣流中。第二級過熱器的第一、二排管組成四排錯列管，使節(jié)距增大，防止堵灰。其余均是順列布置。由于一組受熱面內(nèi)有錯、順列布置，而計(jì)算時的平均溫壓是按整組受熱面計(jì)算的，因此傳熱系數(shù)也要用整組受熱面的平均值，此時采用加權(quán)平均法來計(jì)算以下參數(shù)：橫向節(jié)距s1，縱向節(jié)距s2，煙氣流通截面Fy，對流放熱系數(shù)d，灰污系數(shù)，最后算出

21、傳熱系數(shù)k。加權(quán)平均是用錯列、順列的受熱面來加權(quán)的。第二級過熱器的結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見表10，傳熱計(jì)算見表11。第一級過熱器的結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見表12，傳熱計(jì)算見表13。表 9 第二級（高溫）過熱器的結(jié)構(gòu)特性序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1管子規(guī)格mm38×5.52錯列管束橫向節(jié)距mm2003縱向節(jié)距mm1504橫向相對節(jié)距5.26 5縱向相對節(jié)距3.95 6橫向管排數(shù)317縱向管排數(shù)48平均管長m上部和下部傾斜段并入順列管束4.539受熱面m267.02 10順列管橫向節(jié)距mm10011縱向節(jié)距mm(60+160)/211012相對橫向節(jié)距2.63 13相對縱向節(jié)距2.89 14橫向管排數(shù)6

22、215縱向管排數(shù)616每根管平均長度m考慮傾斜段長度，平均值按一半4.2517受熱面m2188.64 18錯列、順列總受熱面m2255.67 19加權(quán)平均橫向節(jié)距mm(saHc+sshHsh)/(Ha+Hsh)126.22 20加權(quán)平均縱向節(jié)距mm120.49 21相對橫向節(jié)距3.32 22相對縱向節(jié)距3.17 23輻射層有效厚度0.42 24蒸汽流通截面fm20.07 25錯列區(qū)煙氣流通截面m226.13 26順列區(qū)煙氣流通截面m217.50 27平均煙氣流通截面m219.16 28兩側(cè)水冷壁附加受熱面m226.54 29折焰角附加受熱面m23.73 30頂棚管附加受熱面m2按第一排計(jì)算：7

23、.22 表 10第二級（高溫）過熱器的傳熱計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1直接吸收爐膛輻射熱kJ/kg見例題174.52入口煙溫見表911303入口煙焓kJ/kg見表916013.00 4蒸汽出口溫度任務(wù)書給定5405蒸汽出口焓kJ/kg見表43439.00 6蒸汽入口溫度假定4507蒸汽入口焓kJ/kg查蒸汽特性表3243.64 8蒸汽吸熱量kJ/kg1635.64 9附加受熱面吸熱量kJ/kg假定，其中頂棚為58，水冷壁為24430210煙氣放熱量kJ/kg1763.14 11煙氣出口焓kJ/kg14246.45 12煙氣出口溫度查表3（=1.215）821.613平均煙溫975.81

24、4煙氣容積Nm3/kg8.90 15水蒸氣容積份額0.07 16三原子氣體容積份額0.21 17煙氣密度kg/Nm31.34 18飛灰濃度kg/kg0.01 19飛灰顆粒平均直徑m按中速磨，選用1620煙氣流速m/s31.71 21錯例區(qū)煙氣對流放熱系數(shù)W/(m2·)93.08 22順列區(qū)煙氣對流放熱系數(shù)W/(m2·)8823煙氣平均對流放熱系數(shù)W/(m2·)89.33 續(xù)表11序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果24蒸汽平均溫度49525蒸汽比容vm3/kg查蒸汽表0.020 26蒸汽流速m/s34.628 27蒸汽放熱系數(shù)W/(m2·)122828三原子氣

25、體輻射減弱系數(shù)1/(m·MPa)1.90 29飛灰輻射減弱系數(shù)1/(m·MPa)6.51 30煙氣輻射吸收力kps0.36 31煙氣黑度a0.30 32飛灰系數(shù)錯列管(m2·)/W0.0071 順列管(m2·)/W選用0.004333平均灰污系數(shù)(m2·)/W0.0048 34管壁灰污層溫度495.33 35輻射放熱系數(shù)W/(m2·)45.80 36修正后輻射放熱系數(shù)W/(m2·)65.04 37煙氣總放熱系數(shù)W/(m2·)154.37 38熱有效性系數(shù)取自表8-50.60 39傳熱系數(shù)KW/(m2·)8

26、2.28 40平均溫壓計(jì)算純逆流溫壓472.42 修正系數(shù)0.99 平均溫壓465.33 續(xù)表11序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果41傳熱量QkJ/kg655.64 42水冷壁附加受熱面m230.27 其中：平均溫壓921.73 傳熱系數(shù)K取主受熱面的K82.28 傳熱量kJ/kg640.55 43頂棚附加受熱面m27.22 平均溫壓719.8傳熱系數(shù)KW/(m2·)取主受熱面的K82.28 傳熱量kJ/kg1014.18 44總傳熱量W/(m2·)2310.36 45誤差5.8346主過熱器熱量誤差5.05 47頂棚受熱面出口蒸汽焓頂棚受熱面出口蒸汽溫度kJ/kg2925.

27、18 257表 11 第一級（低溫）過熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1管子規(guī)格mm2橫向管子節(jié)距mm1003縱向管子節(jié)距mm77.64橫向相對節(jié)距2.635縱向相對節(jié)距2.046橫向管子排數(shù)637縱向管子排數(shù)168每根管子平均長度lm29.999頂棚管子長度m0.694+0.9+1.02.610受熱面Hm2470.4211輻射層有效厚度Sm0.2012蒸汽流通截面fm20.1013煙氣流通截面Fym26.4×3.8-63×0.038×3.6315.63表 13第一級（低溫）過熱器的傳熱計(jì)算序號名稱符號單位公式及計(jì)算結(jié)果1入口煙溫見表11821.62入口煙焓kJ/kg見表1111208.00 3蒸汽出口溫度假定4504蒸汽出口焓kJ/kg見表43243.64 5蒸汽入口溫度查蒸汽特性表，p=14.98MPa3426蒸汽入口焓kJ/kg按p=10MPa,查蒸汽表2620.00 7蒸汽吸熱量kJ/k