西宁地区6th燃煤蒸汽锅炉设计 毕业设计论文.doc
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1、西宁地区6t/h燃煤蒸汽锅炉设计摘 要 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,也是目前世界上少有的几个以煤为基本能源的国家之一。我国是世界上拥有工业锅炉最多的国家,至1998年末全国在用中小型工业锅炉50.12万台,年耗煤4.3亿吨。 本次设计任务是设计一台在西部高原地区运行的蒸汽锅炉,适用于海拔2200米青海西宁地区的区域性供暖和供热。锅炉的特点如下:该锅炉为双锅筒横置式自然循环锅炉,炉膛四周布置水冷壁。为了保证炉膛中燃料持续和稳定地燃烧,采用高而短的前拱和低而长的后拱。加大炉排受热面积,加高炉膛,以适应海拔2200米地区的运行。炉膛之后设有燃尽室,使没有燃尽的物质继续燃烧,同时对较大灰粒有
2、沉降作用。在上下锅筒之间布置密集的对流锅炉管束为主要对流受热面。尾部烟道布置空气预热器,加强着火和燃烧,同时也可以降低排烟温度,提高锅炉效率。燃烧设备为链条炉炉排,燃料为当地产的三类无烟煤,其低位发热量为29400KJ/kg,锅炉型号为SHL6-1.27-W。锅炉主要数据如下:锅炉效率 73.3768%排烟温度 165燃料耗量 0.2071kg/s辐射受热面积 40.2459m2对流受热面积 126.5234m2 锅炉容量 6t/h炉排面积 13m2有关锅炉各部分的结构特性和设计过程将在正文中详细介绍。本设计说明书包括热力计算说明书、强度计算说明书、烟风阻力计算说明书及英文翻译四个主要部分关键
3、词蒸汽锅炉;链条炉排;海拔2200米;双锅筒;自然循环; Design for the Steam Boiler of XINING RegionAbstract Our country produce and consume the most coal in the world,our country is one of countries which essential resource is coal.There is the most industrial boils in our country.By the end of 1998,there are about 0.5millio
4、n industrial boils,and 430 billion kilogram coal has consumed. The theme of this document is to design a vapor boiler, whose type is SHL6-1.27-W. This kind of boiler is suitable for the regional heating and heating of the area which has an elevation of 2200 meters in xining region in qinghai provinc
5、e. Now, the following is the simple introduction of characteristic of this boiler.This boiler is double-drum natural circulation boiler, there are many water walls around the furnace. To ensure the continuous and steady ignition in the furnace, I take the high and short front arch, while the back ar
6、ch is low and long. It is proved that it can increase the height and of the furnace to make it adapt to the operation of an elevation of 2200 meters district. Behind the furnace is the burning-out zone. There are dense water-tubes between the two drums, which compose the main boiler surface. In the
7、back pass, There is air-heater, the aim of setting the air-heater is to strengthen ignition and firing, meanwhile to lower the exit-gas temperature and improve the efficiency of the boiler. The burner equipment is chain-grate, the design fuel is anthracite I whose lower heating value is 29400KJ/kg.T
8、he main data cited below give perspective of the quantities involve this boiler. The boiler overall efficiency is 73.3768 %, stack gas temperature is165, consumption of fuel is 0.2071kg/s, the area of radiate heating is 40.2459, the area of convection heating surface is126.5234,the boiler capacity i
9、s 6 t/h, the area of grate is 13. The explanation about the characteristic of every part of boiler and design process will be stated in the context.This document involves four main parts: heat account, intensity account, gas-air resistance account and English translation.Keywords vapor boiler;chain-
10、grate;the elevation of 2200 meters; natural circulation不要删除行尾的分节符,此行不会被打印- II -目 录 摘要IAbstractII第1章 绪论1第2章 西宁地区6t/h燃煤蒸汽锅炉方案论证22.1 设计任务22.2 方案论证22.2.1 燃料的选择22.2.2 布置方式的选取22.2.3 燃烧方式的选择22.2.4 尾部受热面的选择32.3 课题分析32.3.1 低气压对高原地区锅炉的影响32.3.2 高原地区蒸汽锅炉主要特征52.4 锅炉结构62.4.1 燃烧设备62.4.2 炉膛82.4.3 循环回路92.4.4 凝渣管束92.
11、4.5 燃尽室92.4.6 锅筒及筒内设备102.4.7 锅炉管束122.4.8 尾部受热面的设计122.4.9 炉墙的设计132.4.10 锅炉安全附件132.5 锅炉经济指标的选取142.5.1 炉排面积142.5.2 排烟温度152.6 锅炉的工作过程162.6.1 炉内过程162.6.2 锅内过程162.7 本章小结17第3章 热力计算183.1 燃料特性183.1.1 燃料名称183.1.2 应用基成分183.1.3 燃料低位发热量183.2 辅助计算183.2.1 空气平衡183.2.2 燃烧产物的容积及焓的计算193.2.3 理论空气量燃烧产物的计算193.2.4 不同过量空气系
12、数下燃烧产物的容积及成份193.2.5 不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表203.2.6 锅炉热平衡及燃料耗量计算213.3 炉膛计算233.3.1 炉膛结构计算233.3.2 有效辐射层厚度253.3.3 炉膛水冷度253.3.4 火床与炉墙面积之比263.3.5 炉膛传热计算263.4 凝渣管束计算283.4.1 凝渣管结构计算283.4.2 凝渣管传热计算293.5 燃尽室计算303.5.1 燃尽室结构特性计算303.5.2 有效辐射层厚度333.5.3 水冷度333.5.4 燃尽室传热计算333.6 锅炉管束计算343.6.1 管束结构特性计算343.6.2 锅炉管束传热计算363.7
13、 空气预热器计算373.7.1 空气预热器结构特性计算373.7.2 空气预热器结构布置383.7.3 空气预热器传热计算393.8 热力计算误差校核和计算结构汇总403.8.1 热力计算误差校核403.8.2 热力计算结果汇总413.9 本章小结41第4章 强度计算424.1 上锅筒封头强度计算424.2 上锅筒筒身强度计算434.3 下锅筒封头强度计算454.4 下锅筒筒身强度计算464.5 后集箱强度计算484.6 安全阀排泄能力计算494.7 本章小结50第5章 烟风阻力计算515.1 锅炉通风方式的选择515.2 锅炉烟道阻力计算及引风机的选择515.2.1 烟道总阻力的计算515.
14、2.2 引风机的选择565.3 风道阻力及送风机的选择575.3.1 风道系统阻力的计算575.3.2 送风机的选择625.4 本章小结62结论63致谢64参考文献65附录A66附录B74千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- V -第1章 绪论 西部高原地区的最主要地理特点是海拔高、气压低、大气含氧浓度低。高原地区锅炉运行的主要问题是:出力不足、效率低、风机匹配不当、检修周期短等。本次设计任务是设计出适合于海拔2200米的青海西宁地区的蒸汽锅炉,实现其对该地区的区域性供暖与供热,锅
15、炉出力为6t/h,额定工作压力为1.27MPa。西宁地区海拔2200米,位于西北的青海省,西宁取“西陲安宁”之意,是青藏高原的东方门户,地理位置十分重要,古有“西海锁钥”之称,西宁古称“湟中”,是一座具有2100多年历史的高原古城。西宁曾是西汉将军赵充国屯田的基地,是丝绸之路青海道的通衢、沟通中原与西部边地的重要城镇,也是历史上“唐蕃古道”必经之地。今天的西宁市为兰青铁路终点、青藏铁路和青藏公路起点,依然是通往青藏高原腹地的交通要冲。有丰富的地表资源和地下资源。全年河流量18.94亿立方米,地下水储量6.6亿立方米,水资源12.74亿立方米,耕地面积926万亩,有广阔的开发前景。能源、电力充裕
16、,有年产100多万吨煤矿一座。黄河上游可建设13座大中型水电站,总装机容量为1300万千瓦,年均发电量360亿千瓦时,现已建成龙羊峡水电站,装机容量128万千瓦,李家峡水电站已开工建设,装机容量为200万千瓦,加上市内已有的火电、水电等中小型电站,使西宁电网电力资源极为充沛本次设计燃料来源是西宁富盛商贸有限责任公司供应的,价格为450元/吨。西宁地区海拔2261m,大气压是55mmHg。本次设计的内容包括设计方案的论证、锅炉结构的选择、热力计算、强度计算和烟风阻力计算等。尤其针对高原地区的地理特点,提出了高原地区锅炉设计所需要注意的问题,并对其中的部分问题给出了具体的解决措施。第2章 西宁地区
17、6t/h燃煤蒸汽锅炉方案论证2.1 设计任务锅炉额定供热量:=6t/h锅炉出口蒸汽压力:=1.27MPa(表压)饱和蒸汽温度:=192.42给水温度:=20给水压力:=1.37Mpa(表压)排污率:=5%排烟温度:=165冷空气温度:=30蒸汽湿度:=3%2.2 方案论证2.2.1 燃料的选择燃料选取由西宁富盛商贸有限责任公司提供的无烟煤(W),价格是450元/吨,燃料特性如下: C:85%;:2.3%;:8%;A:8.5%,V:7.5-8.5%,发热量29400KJ/kg。2.2.2 布置方式的选取采用双锅筒,目的是为了扩大使用范围,需要适应停炉和起炉,负荷的变化。双锅筒水含量较大,且有较大
18、的蓄热能力,所以适应负荷变化的能力就很强,前气压稳定,运行特性好,自然循环好,且可以得到顺利实现,对于低压锅炉仅靠辐射受热面时不够的,双锅筒有很多受热面,采用横置式,可使安装支撑方便,结构紧凑,易于吊装。仅靠锅炉水冷壁吸热远不能满足蒸发吸热的要求,因此还需要布置锅炉管束。2.2.3 燃烧方式的选择燃烧方式选择链条炉。本次设计的燃烧方式选择链条炉,一方面是由于三类无烟煤拥有较高的固定含碳量和较低的挥发份,其燃烧和着火都比较困难,不适宜用往复推饲炉。且抛煤机炉对燃料的颗粒度有要求,燃用低挥发份煤时飞灰中的机械不完全燃烧损失大,初始排尘浓度高,并存在冒黑烟的问题,对环境污染较严重,每班要清炉2-3次
19、,锅炉负荷难免要下降,所以不宜采用抛煤机炉。又由于所要求的锅炉出力较小,仅为6t/h,也不适合煤粉炉;链条炉是一种结构比较完善的层燃炉,它的机械化程度高(加煤、清渣、除灰等主要操作均由机械来完成),而且制造工艺成熟,运行稳定可靠,燃烧效率也较高,能用于大、中、小型工业锅炉。2.2.4 尾部受热面的选择尾部烟道布置空气预热器即可,主要原因在于空气预热器可以向炉膛提供热风,提高炉温,加快燃料的着火和燃烧,减少气体不完全燃烧和固体不完全燃烧热损失,这对难于着火的无烟煤尤为有利,所以空气预热器是不可缺少的部件。另外,在空气预热器中,入口风温较低,可以起到降低排烟温度作用。不布置省煤器的原因在于锅炉的出
20、力较小,尾部处仅布置空气预热器便可以将排烟温度降低到所要求的标准,满足设计要求;不布置省煤器也减小了本次设计的经济成本。所以本次设计采取的方案为SHL6-1.27-W锅炉,此种锅炉属低压小型工业锅炉,所设计重点是围绕链条炉排的特点使所设计锅炉在高海拔、低气压的西宁地区做到运行正常且达到“安全耐用,节约能源,消尘除烟”的要求。2.3 课题分析2.3.1 低气压对高原地区锅炉的影响2.3.1.1 对燃烧反应的影响1.高海拔地区低气压使炉内煤粒的环境压力降低,研究表明,低的环境压力有利于减小挥发分逸出的阻力,缩短其在颗粒内部的停留时间。由于挥发分的析出燃烧过程中,挥发分的析出时间占较长,而燃烧是在瞬
21、间,因此,低的环境压力将使挥发分的析出加快,并使挥发分产物有所增加,使燃烧过程加快和混合更趋于激烈,在浓相区释放出的热量更多,使浓相区的温度升高。2.高海拔地区低气压将使环境氧浓度降低,如果不考虑煤质和其它因素的影响,高海拔地区低气压将使焦炭燃尽时间延长。也就是说,高海拔地区低气压最终将使煤粒燃尽时间延长。因此,在燃用相同煤种的情况下,高海拔地区的锅炉要获得与平原地区锅炉相同的燃烧效率,只有提高炉膛高度10。2.3.1.2 对锅炉锅炉容积送风量的影响气压变化(大气含氧量忽略不计,锅炉的质量送风量不变),通过以下推导可得出容积送风量随气压降低而增大。在=0.077MPa压力下,与关系是:=1.3
22、式中:,分别为标准压力,压力下气体的比容。国内通用的热力计算所用空气量计算为:当气压由降低时,上式应为 式中,=1.3 为压力修正系数, 为标准压力下空气总容积量, 为标准压力下所需空气质量, 为压力下的空气总容积量。由以上三式知:西宁地区运行的锅炉所需容积风量是标准气压地区的1.3倍。2.3.1.3 对空气和烟气阻力的影响在高原地区运行的锅炉,无论是空气侧还是烟气侧,阻力必须修正。标准压力下空气侧或烟气侧阻力公式是:在压力下,上式可写成:以上两式说明:由于低气压的影响,空气和烟气侧的阻力都分别是标准气压下的1.3倍10。2.3.1.4 对锅炉传热的影响1.对辐射换热的影响:(1)低气压对炉膛
23、辐射换热的影响 火焰黑度,低气压下,火焰辐射减弱系数和煤层厚度不变的情况下,可知要减小,从而炉膛黑度下降。因而,在总的换热量不变的情况下,炉膛出口烟温升高。(2)低气压对各级受热面辐射换热的影响低气压使各级受热面中辐射放热系数下降,导致总的传热系数下降,因而辐射换热量下降。海拔高度越高,辐射换热量下降的越多。2.对对流换热的影响对流换热系数表达式:顺列:错列: 由以上两式可知:对流换热系数与雷诺数成一定的正比关系,而,则雷诺数与流体速度成正比。在低气压下,气流的速度增加,雷诺数增大,对流换热系数相应也要增大。所以在第气压下对流换热系数要增大。2.3.2 高原地区蒸汽锅炉主要特征2.3.2.1
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