锅炉原理课程设计说明书.doc

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1、目 录一、锅炉课程设计的目的3二、锅炉设计计算主要内容.3三、整体设计热力计算过程顺序.3四、热力设计计算基本资参数.3五、锅炉整体布置的确定1、锅炉整体的外型-选型布置32、受热面的布置.43、汽水系统.4六、燃料特性1、燃料特性及名称.42、燃料燃烧计算.43、漏风系数和过量空气系数.5七、辅助计算1、烟气特性表62、烟气焓温表用于炉膛、屏、高过的计算.63、烟气焓温表用于低温过热器、高温省煤器的计算.74、烟气焓温表用于高温空预器、低温省煤器的计算.75、烟气焓温表用于低温空预器的计算.86、锅炉热平衡及燃料消耗量的计算9八、炉膛结构设计及热力计算1、炉膛结构尺寸设计92、水冷壁设计.1

2、03、燃烧器结构尺寸计算.114、炉膛校核热力计算115、 炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算.13九、对流受热面的热力计算1、对流受热面计算步骤.142、屏式过热器热力计算.143、凝渣管（或悬吊管）.184、高温过热器的设计及热力计算.195、低温过热器的热力计算.246、省煤器和空气预热器.26（1）、高温省煤器设计及热力计算.26（2）、高温空气预热器设计及热力计算29（3）、低温省煤器的设计及热力计算33（4）、低温空气预热器的设计及热力计算35十、锅炉热力计算误差检查1、尾部受热面热力计算误差检查.372、整体热力计算误差检查.373、排烟温度校核.384、热空气温度校核.3

3、8参考书目39 心得与体会 40锅炉课程设计说明书设计题目：220t/h超高压燃煤锅炉课程设计一、锅炉课程设计的目的锅炉课程设计是锅炉原理课程的重要教学实践环节。通过课程设计来达到以下目的：对电厂锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高；掌握锅炉机组的热力计算方法，学会使用热力计算标准方法,并具有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力二、锅炉设计计算主要内容1、锅炉辅助设计：这部分计算的目的是为后面受热面的热力计算提供必要的基本计算数据或图表。2、受热面热力计算：其中包含为热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算。3、计算数据的分析：这部分内容往往是鉴定设计质量等的主要数据。三、整体设计热力计算过

4、程顺序1、列出热力计算的主要原始数据，包括锅炉的主要参数和燃料特性参数。2、根据燃料、燃烧方式及锅炉结构布置特点，进行锅炉通道空气量平衡计算。3、理论工况下（a1）的燃烧计算。4、计算锅炉通道内烟气的特性参数。5、绘制烟气温焓表。6、锅炉热平衡计算和燃料消耗量的估算。7、锅炉炉膛热力计算。8、按烟气流向对各个受热面依次进行热力计算。9、锅炉整体计算误差的校验。10、编制主要计算误差的校验。11、设计分析及结论。四、热力设计计算基本资料、锅炉蒸发量： De=220t/h、给水温度： tgs=215 、过热蒸汽温度： tgr=540、过热蒸汽压力： Pgr=9.8MPa、制粉系统：中间储藏室（热空

5、气作干燥剂、钢球筒式磨煤机，烟煤、褐煤为乏气送粉；贫煤无烟煤为热风送粉）、燃烧方式：四角切圆燃烧、排渣方式：固态、环境温度： tlk=20五 锅炉整体布置的确定1锅炉整体的外型-选型布置选择型布置的理由如下(1)锅炉的排烟口在下方送，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，烟囱也建在地面上。(2)对流竖井中，烟气下行流动便于清灰，具有自身除尘的能力（3）各受热面易于布置成逆流的方式，以加强对流换热2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汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响 本锅炉为高压参数，汽化吸热较少，加热吸热和过热吸热较多，为使炉膛出口烟温降到

6、要求的值，保护水平烟道的对流受热面，除在水平烟道内布置高、低温对流过热器外，炉膛内布置全辐射式的屏式过热器，前会隔墙省煤器采用光管式水冷壁结构；设置省煤器时，根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式，采用双级空气预热器。3汽水系统 按高压煤粉锅炉热力系统的设计要求，该锅炉的汽水系统的流程设计如下；（1） 过热蒸汽系统的流程 一次喷水减温 二次喷水减温 汽包顶棚管低温对流过热器屏式过热器高温对流过热器冷段高温对流过热器热段汽轮机 （2）烟气系统流程 ：炉膛屏式过热器高温对流过热器低温对流过热器高温省煤器高温空预器低温省煤器低温空预器（3）水系统的流程给水-低温省煤器-高温省煤器-后墙引出管

7、-汽包-下降管-水冷壁下联箱-水冷壁-水冷壁上联箱-汽包六、燃料特性：1. 燃料特性及名称a、 燃料名称：大同烟煤b、 煤的收到基成分（%）：Car=70.8; Oar=7.1; Sar=2.2; Aar=11.7; Har=4.5; Nar=0.7; Mar=3;c、 煤的空气干燥基水分：Mad=24.7%d、 煤的收到基成分低位发热量：27800 KJ/kge、 可磨性系数： 1.05f、 灰熔点：变形温度13502.燃料燃烧计算1） 燃烧计算：需计算出理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸汽容积等。计算结果见表序号项目名称符号单位计算公式及数据结果1理论空气量/kg

8、0.0889(+0.375)+0.265-0.03337.3952理论氮容积/kg0.8+0.795.8483容积/kg1.866+0.71.3374理论干烟气容积/kg+7.1855理论水蒸汽容积/kg11.1+1.24+1.61(=0.01kg/kg)0.7646飞灰份额查指导书表2-40.92表1 燃烧计算表3.漏风系数和过量空气系数 表2序号名称漏风系数非额定负荷时漏风系数出口过量空气系数符号结果符号结果1制粉系统0.1-2炉膛0.050.074123屏、凝渣管00124高温过热器0.030.0301.235低温过热器0.030.0301.266高温省煤器0.020.0241.287高

9、温空气预热器0.030.0611.318低温省煤器0.020.0241.339低温预热器0.030.0611.36七、辅助计算：需要计算出各受热面的烟道平均过量空气系数。干烟气容积、水蒸汽容积，烟气总容积、RO2容积份额、三原子气体和水蒸汽容积总份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。具体计算见 表3 烟气特性表序号项目名称符号单位炉膛、屏凝渣管高过低过高省高空预低省低空预1受热面出口过量空气系数-1.2001.2301.2601.2841.3451.3691.4302烟道平均过量空气系数 pj-1.2001.2151.2451.2721.3151.3571.4003干烟气容积 Vgy

10、m3/kg8.6648.7748.9979.1969.5149.82510.1434水蒸气容积 VH2O m3/kg0.7880.7900.7930.7960.8010.8060.8125烟气总容积Vy m3/kg9.4529.5649.7909.99210.31510.63110.9556RO2容积份额rRO2 -0.1410.1400.1370.1340.1300.1260.1227水蒸气容积份额 rH2O -0.0830.0830.0810.080 0.078 0.076 0.0748三原子气体和水蒸气容积总份额 r-0.2240.223 0.2180.2140.2080.2020.19

11、69容积飞灰浓度vg/m311.38811.22510.99510.77310.43510.1259.82610烟气质量mgKg/kg12.47312.61712.90713.16813.58313.86714.40411质量飞灰浓度yKg/kg0.00860.00860.00840.00820.00800.00780.00753） 烟气焓、空气焓、蒸汽焓的计算：炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列成表格作为温焓表。具体见表4、5、6、7.对在锅炉受热面的各个部位的蒸汽或者空气的焓值进行计算，

12、列成表格，作为温焓表。具体见表表4 烟气焓温表用于炉膛、屏、高过的计算烟气焓温表（用于炉膛，屏式过热器,高温过热器）烟气或空气温度（）理论烟气焓h0y(kJ/kg)理论烟气焓h0K(/kg)炉膛、屏凝渣管hy=1.20高温过热器hk=1.234003767.6293320.9894431.8274537.4565004776.3444193.8405615.1125740.9276005811.5275086.3066828.7886981.3777006872.704597.1208072.1248252.0378007956.576921.5069340.8089548.453900905

13、7.7807860.62210629.90410865.723100010176.9848810.64911939.11412203.433110011312.5289776.67613267.86313561.163120012461.28110784.58714610.99814933.456130013625.28311734.35315972.15416324.184140014795.82812727.10617341.24917723.062150015977.23613724.45718722.12719133.861160017167.94714729.65420113.878

14、20555.767170018368.7411573.79421516.32921988.468180019571.65016746.30222920.91023423.299190020781.90917769.82824335.87524868.969200021996.07618729.12825754.50226318.265210023221.26219823.13327185.88927780.583220024492.90220852.05328613.31329238.874表5 烟气焓温表用于低温过热器、高温省煤器的计算烟气或空气温度（）理论烟气焓h0y(kJ/kg)理论空气

15、焓(kJ/kg)理论烟气焓增（每100）低温过热器高温过热器 =1.260 =1.2843003393.122977.894145.8514267.4201196.361474.1511498.7334004589.484006.3155670.0025766.1531229.131513.5411538.6525005818.615059.2897183.5437304.8051261.481552.3461578.1446007080.096135.9278735.8898882.9491293.251590.0921616.1437008373.347234.6761032.981104

16、99.3791320.941624.1161648.8368009696.288349.84211950.10012148.215表6 烟气焓温表用于高温空预器、低温省煤器的计算烟气或空气温度（）理论烟气焓h0y(kJ/kg)理论空气焓(kJ/kg)理论烟气焓增（每100）高温空预器低温省煤器 =1.345 =1.3691001100.11970.321443.5681466.855999.411484.7311508.7172002230.541969.7352928.2992975.5721008.161520.5781544.7743003393.122977.894448.877452

17、0.3461196.361561.5311586.2134004589.484006.3156010.4086106.5591229.131603.931628.2855005848.615059.2897613.4217734.8441261.481643.8191669.6586007080.096135.9279257.2409404.502表7 烟气焓温表用于低温空预器的计算烟气或空气温度（）理论烟气焓h0y(kJ/kg)理论空气焓(kJ/kg)理论烟气焓增（每100）低温预热器 =1.4301001100.11970.321526.045999.411569.6812002230.5

18、41969.7353095.7261008.161606.2713003393.122977.894701.9971196.361648.9484004589.484006.3156350.9451229.131693.5165005848.615059.2898043.4611261.481735.3336007080.096135.9279778.7944） 锅炉热效率及燃料热消耗量计算：1、计算锅炉输入热量，包括燃料的收到基低位发热量，燃料物理显热、外来热源加热空气时带入的热量。2、各项热损失，包括化学不完全燃烧热损失q3和机械不完全燃烧热损失q4，锅炉散热损失q5，灰渣热物理损失q6，

19、排烟热损失q2。具体数据见锅炉热平衡及燃料消耗量计算见表8.表8 锅炉热平衡及燃料消耗量的计算序号名称符号单位公式结果1锅炉输入热量QrkJ/kg 式（2-8）QrQar,net278002排烟温度 py见设计指导书1453排烟焓hpykJ/kg查焓温表，用插值法求1382.724冷空气温度tlk见设计指导书205理论冷空气焓h0lkkJ/kghlk0=（ct）kV0193.7476化学未完全燃烧热损失q3%见设计指导书0.57机械未化学燃烧热损失q4%见设计指导书1.58排烟过量空气系数py查表2-91.4309排烟热损失q2%（100-q4）（hpy-apy hlk0）3.9210散热损失

20、q5%见设计指导书0.511灰渣损失q6%式（2-13）012锅炉总损失q% q2+q3+q4+q5+q66.4213锅炉热效率100- q92.5814保温系数100-q5/（+ q5）0.99515过热蒸汽焓kJ/kg查指导书附录B-6，B-7，高温过热器出口参数，p=9.9MPa，t=5403475.416给水温度tgs给定21517给水焓hgskJ/kg查指导书附录B-6，B-7，低温省煤器入口参数p=10.78MPa，t=2159234818锅炉实际负荷DKg/h149.610319锅炉有效利用热QkJ/SDgr（hgg-hgs）.120实际燃料消耗量BkJ/h100Q/(Qr)14

21、597.021计算燃料消耗量BjkJ/hB(1-q4/100)14738.0八、炉膛结构设计及热力计算1炉膛结构尺寸设计表#1 炉膛的结构数据炉膛尺寸结构符号单位公式及计算结果1炉膛截面热负荷QFkw/m2表81039102炉膛截面积Fm2a2=BjQar,net,p/qf42.6813炉膛宽度amF0.5取整，64的倍数6.5334第一根凝渣管高Hmm设定55顶栅宽Ldpma-lzy-lxcosx3.3676折焰角前端到第一根凝渣管斜管段长Lxm设定17折焰角宽Lzym设定2.38折焰角上倾角度rs设定459折焰角下倾角度rx设定3010顶栅倾角rd设定811凝渣管同炉墙距Lnzma-ldp

22、3.16312顶栅高hdpmhnl+ldptand5.60213折焰角高度hzymlzytanx1.38214h,zymlnztanx1.82615冷灰斗底宽Lndm设定1.116冷灰斗倾角rhd设定5517冷灰斗中部宽Hhdm（a+lhd）/23.81718冷灰斗高度lhxm(a-hld)tanhd/23.8819冷灰斗斜边长度的一半qvmhhd/2sinhd2.36620炉膛容积热负荷V1kJ/m3选定17021炉膛容积Fcm2BjQar,net,p/qv81.66522侧墙面积hlzm2V1/a150.23623炉膛中部高hckm17.34824出口窗中心到冷灰斗中心高Fqm23.420

23、25前墙面积Fhm2229.45526后墙面积Fchm2258.84527出口窗面积Fdm239.17528顶棚面积F1m222.35629炉膛总面积A1m2750.35730炉膛总高H1m26.71631 炉膛深度bm6.53332 冷灰斗出口尺寸m1.22水冷壁设计水冷壁采用涂铬矿的水冷壁，管节距S=64mm,管子具有挂炉墙管子中心和炉墙e=0,每面墙宽6533mm，侧墙布置98根，前后墙布置108根，后墙水冷壁管子有折焰角处有叉管，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。序号名称符号单位公式及计算结果1前后墙水冷壁回路个数Z1个a/2.532左右侧墙水冷壁回路个数Z2个b/

24、2.533管径及壁厚d*mm按2-13选取60*44管子节距Smm按s/d=1.3-1.4选取645前后墙管子根数n1根按a/s+1=81.66选取1086左右侧墙管子数n2根按b/s+1=116.1选取983燃烧器结构尺寸计算采用角置直流式煤粉燃烧器，分布于炉膛四角。燃烧器的中心距冷灰斗为2m，每组燃烧器有两个一次风口，两个二次风口，燃烧器的设计见表。序号名称符号单位计算公式及数据来源数值1一次风速W1m/s按指导书选取352二次风速W2m/s按指导书选取453一次风率r1%按指导书选取304二次风率r2%按指导书选取705一次风温t11906二次风温t2trk-102507燃烧室数量Z个四

25、角布置48一次风口面积A1m20.1019二次风口面积A2m20.15110燃烧室假想切圆直径djmm按指导书选取80011燃烧室矩形对角线长度2ljmm1067312特性比值2lj/br初步选定413特性比值hr/br由式2-17选取21.814燃烧室喷口宽度brmm结构设计定位br=42058815一次风喷口高度h1mmA1/br171.769二次风喷口温度h2mmA2/br256.80316燃烧器高度hrmm按A1A2A3的要求画出燃烧器喷口结构尺寸图，核算hr/br=4.19229817最后一排燃烧器下边距冷灰斗上沿的距离Lmm按L=（46）br选取26464、炉膛校核热力计算序号名称

26、符号单位公式结果1炉膛出口过量空气系数查表1-5漏风系数和过量空气系数1.22炉膛漏风系数查表1-5漏风系数和过量空气系数0.0743制粉系统漏风系数查表1-5漏风系数和过量空气系数0.14热风温度trk先估后校2705理论热风焓hrk0查焓温表2949.136理论冷风焓hlk0查表8锅炉热平衡及燃料消耗量计算193.747空气带入炉膛热量（-）hrk0+（+）hlk03059.528对应每公斤燃料送入炉膛的热量（1-）+30718.49理论燃烧温度查焓温表2001.3710燃烧绝对温度K+2732274.5211火焰中心相对高度系数X0.2512系数MMA-BX 注：A，B查取指导书5，36

27、0.43513炉膛出口烟气温度先估后校注：=+273116014炉膛出口烟气焓hgl查焓温表16766.215烟气平均热容量）（- hgl）/（-）16.58216水冷壁污染系数查水冷壁污染系数0.217水冷壁角系数xsl查表#1炉膛结构数据0.9818水冷壁热有效系数xsl0.19619屏、炉交界面的污染系数0.19620屏、炉交界面的角系数取用121屏、炉交界面的热有效系数0.19622燃烧孔及门孔的热有效系数未敷设水冷壁023平均热有效系数（A+A2+Ayc）/ Al0.19424炉膛有效辐射层厚度S查表#1炉膛结构数据5.46325炉膛内压力P0.126水蒸汽容积份额查烟气特性表0.0

28、7327三原子气体容积份额查烟气特性表0.21728三原子气体辐射减弱系数102r0.07329烟气质量飞灰浓度查烟气特性表0.00830灰粒平均直径查指导书附录表一1331灰粒辐射减弱系数0.06332燃料种类修正系数取=0.50.533燃烧方法修正系数取=0.10.134煤粉火焰辐射减弱系数+100.18735火焰黑度1-0.6436炉膛黑度0.90137炉膛出口烟气温度1257.4638计算误差-(估)97.4639炉膛出口烟气焓hyl查焓温表18326.5140炉膛有效热辐射热量(- hyl)12324.7941辐射受热面平均热负荷81.3542炉膛截面热强度/()2209.9343炉

29、膛容积热强度/()108.085 炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算表#3 炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算序号名称符号单位公式结果1顶棚管径Dmm382节距Smm47.53排数n1584顶棚管角系数x查标准线图0.985顶棚面积Ahdm232.116蒸汽流通面积Altm2158*（3.14*0.332）/40.1127炉膛顶棚热负荷分配不均匀系数查标准线图0.688炉膛顶棚总辐射吸热量QldKJ/h3.6qsAld397.509减温水总流量Djwkg/h先估后校800010炉膛顶棚蒸汽流量Dldkg/hD-Djw11炉膛顶棚蒸汽焓增hldkJ/kgQld/Dld41.3712炉

30、膛顶棚进口蒸汽焓hldkJ/kg查表B6，B7272013炉膛顶棚出口蒸汽焓hldkJ/kghld+hld2761.3714炉膛顶棚出口蒸汽温度tld查附录B6，B7313.70九、对流受热面的热力计算1.对流受热面计算步骤：(1)、假设受热面出口烟气温度，查取相应焓值。(2)、根据出口烟焓，通过Qd=(I-I+aIoLF)计算对流传热量。(3)、依据烟气侧放热量等于工质侧吸热量原理，求取工质出口焓和相应温度。(4)、计算平均对流传热温差。(5)、计算烟气侧对流放热系数及管壁污染系数。(6)、计算工质侧对流放热系数。(7)、计算管壁污染层温度。(8)、计算烟气黑度，及确定烟气侧辐射放热系数。(

31、9)、计算对流放热系数K。(10)、计算对流传热量。与计算结果相比较，其差值应在允许范围之内。否则重新假设受热面出口烟温，重复上述计算。2.屏式过热器热力计算：屏式过热器在热力计算方面具有以下特点：(1)在换热方式上，既受烟气冲刷，又吸收炉膛及屏间高温烟气的热辐射；(2)屏式过热器属于中间过热器，其进出口处的工质参数在进行屏的计算时往往是未知数；(3)屏与屏之间横向节距大，烟气流速低，且冲刷不完善。所以某些交换参数不同于一般对流受热面。屏的具体热力计算见表#5表#4 屏的结构数据计算表序号名称符号单位公式结果1管子外径dmm4252屏的片数z123每片屏的管子排数n410404屏的深度Lm2.

32、0765屏的平均高度hm7.46一片屏的平均高度Apm213.57屏的横向节距S1mm屏的间距5918比值1S1/d14.19屏的纵向节距S2mm4610比值2S2/d1.0911屏的角系数xp见附录A-1曲线50.9812屏的计算受热面积Apjm22ApxpZ31713屏区顶棚面积Adpm2宽深角系数30.114屏区两侧水冷壁面积Aslm2高深角系数215.615屏区附加受热面面积Apfjm2Adp+Asl45.716烟气进屏流通面积Apm2（6.424+1.760）-120.042（6.424+1.760）58.817烟气出屏流通面积m2（6.424+0.550）-120.042（6.42

33、4+0.550）5018烟气平均流通面积Aym22(ApAp)/(Ap+Ap)5419蒸汽流通面积Altm21.8/(1/h+1/L+1/S1)(S1单位为m)0.09720烟气有效辐射层厚度sm1210dn2/40.72921屏区进口烟窗面积m2见表3-1中A26622屏区出口烟窗面积m27.686.42449.342、屏的热力计算表#5 屏的热力计算名称符号单位公式结果1烟气进屏温度p查表3-9炉膛校核热力计1257.462烟气进屏焓h ypkJ/kg查表3-9炉膛校核热力计18326.43烟气出屏温度p先估后校10504烟气出屏焓h ypkJ/kg查焓温表15587.435烟气平均温度p

34、j（p-p）/21153.726屏区附加受热面对流吸热量d pfjkJ/kg先估后校4307屏的对流吸热量QdpkJ/kg（h yp- h yp+h0lk）-d pfj2303.788炉膛与屏互相换热系数附录A-150.969 炉膛出口窗的沿高度的热负荷分配系数yc附录A-60.8110炉膛出口烟窗辐射屏区的炉膛辐射热量kJ/kgyc（Q1- h yp）A/Alz931.7711屏间烟气有效负荷层厚度sm查表4-5屏的结构数据表0.77912屏间烟气压力pMPa0.113水蒸气容积份额rH2o表2-9烟气特性表0.07314三原子气体辐射减弱系数kq1/（mMPa）10.2r（）*(1-0.37)0.21315三原子气体和水蒸气容积总份额r表2-9烟气特性表0.2916灰粒的辐射较弱系数kh1/（mMPa）0.06317 烟气质量飞灰浓度ykg/m3表2-9烟气特性表0.00818烟气的辐射减弱系数k1/（mMPa）kqr+khy0.06219屏区烟气黑度