1、锅炉原理?课程设计说明书06热能2班第二组 沈云云 0600203211 2009-05-25-2008-06-10目录： 第一节： 设计任务书3 第二节： 煤的元素分析数据校核和煤种判别3 第三节： 锅炉整体布置确实定5第四节： 燃烧产物和锅炉热平衡计算7第五节： 炉膛设计和热力计算12第六节： 后屏过热器热力计算23第七节： 对流过热器设计和热力计算28第八节： 高温再热器设计和热力计算35第九节： 第一二三转向室及低温再热器引出管热力计算42第十节： 低温再热器热力计算51第十一节： 旁路省煤器热力计算55第十二节： 减温水量校核59第十三节： 主省煤器设计和热力计算59第十四节： 空
2、气预热器热力计算64第十五节： 热力计算数据的修正和计算结果汇总69第十六节： 锅炉设计说明书74第一节 设计任务书一、 设计题目 410t/h 蒸汽再热切圆燃烧煤粉锅炉热力设计 二、 原始资料1. 锅炉额定蒸发量Dgr 410t/h中型锅炉2. 再热蒸汽流量Dzr 360t/h3. 给水温度tgs 2304. 给水压力pgs(表压)5. 过热蒸汽温度tgr 5456. 过热蒸汽压力pgr 1Mpa表压超高压锅炉7. 再热蒸汽进口温度 3358. 再热蒸汽出口温度 5459. 再热蒸汽进口压力MPa10. 再热蒸汽出口压力11. 汽包工作压力pqb 15.2 MPa12. 周围环境温度tlk
3、2513. 燃料特性1燃料名称：四川芙蓉贫煤2煤的收到基%: Cy，Hy，Oy，Ny0.74，Sy，Ay，Wy93煤的枯燥无灰基挥发分：Vr4低位发热量20900 kJ/kg(5) 灰融点 t1150014. 制粉系统 ：中间储仓式、闭式热风送粉、筒式钢球磨煤机提示数据：排烟温度假定 140，热空气温度假定 320。第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别一、煤的元素各成分之和为100%的校核=55.19%+1.51%+2.51%+2.38%+0.74%+9%+28.67%=100%二、元素分析数据校核一枯燥无灰基成分与收到基元素成分之间的换算因子为那么枯燥基元素成分应为100%二枯燥基灰分的计
4、算三枯燥无灰基低位发热量试验值的计算 四枯燥无灰基低位发热量门德雷也夫公式计算值的计算 =34118-33892=226因为226kj/kg80025%，所以元素成分是正确的。三、煤种判别一煤种判别由燃料特性得知，所以属于贫煤。二折算成分的计算因此，属高灰分煤；,属高硫分煤。 第三节 锅炉整体布置确实定一、锅炉整体外型选形布置选择形布置的理由如下：1锅炉排烟口在下方，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，烟囱也可以建筑在地面上；2在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰，具有自身除灰的能力；3各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热；4机炉之间连接管道不长。二、受热面的布置
5、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热蒸汽参数，锅炉容量和燃料性质的影响。本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热相应较大。为使炉膛出口烟温降低到要求的数值，保护水平烟道内的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的后屏过热器。为使前屏，后屏过热器中的传热温差不致过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温教高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热气温的调节，使负荷在100%75
6、之间变化时，再热器出口气温保持不变，在低温再热器旁边竖井烟道的前部设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。热风温度要求较高trk=320,理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑，材料剩，维修也方便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。在主省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，颗粒较大的灰粒顺落灰斗下降，有利于防止回转式空气预热器的堵灰，减轻除尘设备的负担。锅炉整体布置如图3-1所示三、锅炉汽水系统按超高
7、压大容量锅炉热力系统设计的要求，该锅炉汽水系统的流程设计如下：（一） 过热蒸汽系统的流程汽包顶棚过热器进口集箱炉顶及尾部包裹过热器管束 尾部包覆过热器后 集箱 悬吊管过热器管束 悬吊过热器出口集箱 尾部左右侧包覆过热器下后集箱 尾部左右侧包覆过热器管束上升 尾部左右侧包覆过热器上集箱 尾部左右侧包覆过热器管束下降 尾部左右侧包覆过热器下前集箱 水平烟道左右侧包覆过热器管束上升 水平烟道左右侧包 一级喷水减温器 二级喷水减温器覆过热器上集箱 前屏过热器 后屏过热器 对流过热器进口集箱 对流过热器管束 对流过热器出口集箱 集汽集箱 汽轮机。（二） 水系统的流程给水主省煤器进口集箱主省煤器管束主省煤
8、器出口集箱前隔墙省煤器进口集箱前隔墙省煤器管束隔墙省煤器出口集箱旁路省煤后隔墙省煤器进口集箱 后隔墙省煤器管束 器进口集箱旁路省煤器及斜烟道包覆管束旁路省煤器出口集箱后墙引出管汽包下降管下联箱左右侧墙水冷壁上联箱汽包 前后墙水冷壁 （三） 再热蒸汽系统的流程汽轮机 低温再热器进口集箱低温再热器管束低温再热器进口集箱高温再热器管束高温再热器进口集箱再热器集汽集箱汽轮机。下面介绍该锅炉各受热面的结构设计和热力计算的详细内容。结构设计局部，属于同一类型的受热面，只选其中一个介绍。 第四节 燃烧产物和锅炉热平衡计算一、燃烧产物计算燃烧产物计算公式略，只给出如下计算结果。（一） 理论空气及理论烟气容积理
9、论空气量V0=Nm3/kg理论氮气容积=Nm3/kg三原子气体RO2的容积=4 Nm3/kg理论水蒸汽容积=Nm3/kg理论烟气容积= Nm3/kg(二)空气平衡表及烟气特性表表3-1 空 气 平 衡 表 受热面名称过量空气系数炉膛,后屏过热器(l,hp)对流过热器dlgr高温再热器gzr低温再热器，旁路省煤器(dzr,psm)主省煤器(sm)空气预热器(ky)进口漏风=0出口根据该锅炉的燃料属劣质烟煤,可按表2-7选取炉膛出口过量空气系数 =1.2,又按表2-9选取各受热面烟道的漏风系数,然后列出空气平衡表,如表3-1.根据上述计算出的数据,又按表2-10选取炉渣份额后计算的飞灰份额 =0.
10、9,计算表3-2列出的各项,此表为烟气特性表(三)烟气焓温表计算表3-3列出的各项,此表为烟气焓温表. 表3-2 烟气特性表工程名称符号单位炉膛，后屏过热器对流过热器高温再热器低温再热器，旁路省煤器主省煤器空气预热器烟道进口过量空气系数a烟道出口过量空气系数a烟道平均过量空气系数过剩空气量水蒸气容积烟气总容积7.1896RO2气体占烟气容积份额水蒸气占烟气容积份额三原子气体和水蒸气占烟气容积总份额烟气质量飞灰无因次浓度 表3-3 烟气焓温表顺序烟气温度理论烟气焓理论空气的焓烟气的焓炉膛，后屏过热器对流过热器高温再热器低温再热器主省煤器空预器热端空预器冷端ky(l)HHHHHHH11008197
11、351142121611701244220016611481216423122460112612021279330025272244322332903514373911311155440034193018426443544445113711611184550043353808528754015515562911431168119212176600527546216199643065696707684611291170119412207700623954457328760077637927115211941220880072236286848087948983117012139900822371
12、3896501000711871010009239798910837120811110010269888012045121912120011312976013264131300123681065614140013430115581515001450112466161600155811337917170016670142921818001776115210191900188581610122078129420200019958170702337212972121002106918005246702222002217618941二热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表3-4。表3-
13、4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源数 据1燃料带入热量kJ/209002排烟温度假定1403排烟焓kJ/查焓温表3-34冷空气温度给定255理论冷空气焓kJ/查焓温表3-36机械不完全燃烧热损失%取用27化学不完全燃烧热损失%取用08排烟热损失%=9散热损失%查图2-1510灰渣物理热损失%按计算得011保热系数%12锅炉总热损失%+13锅炉热效率%14过热蒸汽焓kJ/查蒸汽特征表，p=13.8MPa, t=545344715给水焓kJ/查水特征表，p=15.7MPa, t=23099316过热蒸汽流量/h41000017再热蒸汽出口焓kJ/查蒸汽特征表，p=2
14、3MPa, t=54518再热蒸汽进口焓kJ/查蒸汽特征表，p=2.5MPa, t=33519再热蒸汽流量kJ/h36000020再热蒸汽焓增量kJ/21锅炉有效利用热kJ/h()+()117682614022实际燃料消耗量/h/()6188223计算燃料消耗量/h60644第五节 炉膛设计和热力计算一炉膛结构设计带前屏过热器炉膛结构设计带前屏过热器列表3-5。表3-5 炉膛结构设计带前屏过热器一炉 膛 尺 寸 的 确 定序号名 称符 号单 位计 算 公 司 或 数 据 来 源数 值1容积热强度W/按表2-11选取152炉膛容积22783炉膛截面热强度W/按表2-12选取4.2344炉膛截面
15、积5炉膛截面宽深比按选取66炉膛宽度m选取值使9.67炉膛深度m48冷灰斗倾角按选取509冷灰斗出口尺寸m按选取10冷灰斗容积按图3-5局部结构尺寸计算151.4211折焰角长度m按计算12折焰角上倾角按选取4513折焰角下倾角按选取3014前屏管径及壁厚mm取用3815前屏管内工质质量流速/(S)按表2-21选取100016前屏管子总流通面积假定减温水量/h17前屏每根管子面积为内径66.0218前屏总管子数根17219前屏横向管距mm按选取135020前屏片数片按选取621前屏单片管子数根按选取2822前屏纵向节距mm按选取4223前屏最小弯曲半径mm按选取7524前屏深度mm241825
16、前屏与前墙之间距离mm选取124026前后屏之间距离mm选取78027炉膛出口烟气流速m/s选取628炉膛出口烟气按表2-20选取110029炉膛出口流通面积M30炉膛出口高度m10.431前屏高度M按选定1032水平烟道烟气流速m/s选取1033水平烟道高度M按选取6.534折焰角高度M按选取35炉顶容积M按图3-5中局部尺寸计算36炉膛主体高度M图3-5中局部高度二 水 冷 壁1前后墙水冷壁回路个数个按每个回路加热宽度m选取42左右侧墙水冷壁回路个数个按每个回路加热宽度m选取33管径及壁厚mm按表2-13选取6064管子节距mm按选取80.55前后墙管子根数根按选取1206左右侧墙管子根数
17、根按选取104为了保证后墙水冷壁在折焰角处的刚度，便于后墙水冷壁的悬吊，其中有38根水冷壁用分叉管，即有38根上升管在折焰角处呈三叉管结构，考虑到流动阻力的影响，在38根上升叉管的上方装有10的节流孔，使有足够的汽水混合物流过折焰角处的上升管，以免烧坏，如图3-2所示。二 燃烧器的设计本锅炉燃烧器是根据煤的大小，按表2-14选用的四角布置的直流燃烧器。因为是劣质烟煤，所以配风方式选用分级配风，并采用双切圆大小切圆直径选取800和200燃烧方式。这样有利于加强炉内气流扰动，使燃料在炉内的停留时间增长。为了加强燃烧器对煤种的适用性及适应负荷的变化，燃烧器的喷口截面采用可调的，以调节气流量和火炬长度
18、此外，喷口还可以摆动一角度，单个喷口的摆动为，联动时能上下摆动，这样可以改变火焰中心的高度。燃烧器风口布置如图3-3所示，其中一次风口喷口层数按表2-18选取为3层。 燃烧结构尺寸计算列于表3-6，其喷口尺寸如图3-4。表3-6 燃烧器结构尺寸计算序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据 来 源数 据1一次风速m/s按表2-16选取222二次风速m/s按表2-16选取503三次风速m/s按表2-16选取504一次风率%按表2-15选取225三次风率%由制粉系统的设计计算确定的磨煤废气份额206二次风率%587一次风温由制粉系统的设计计算确定2008二次风温3109三次风温由制粉系统的
19、设计计算确定7010燃烧器数量四角布置411一次风口面积单只m62512二次风口面积单只m74213三次风口面积单只m41414燃烧器假想切圆直径mm按表2-17选取90015燃烧器矩形对角线长度mm1305016特性比值初步选定1217特性比值由式2-7确定18燃烧器喷口宽度mm，结构设计时定为42019一次风喷口高度mm387二次风喷口高度mm415三次风喷口高度mm33720燃烧器高度mm按、的要求，画出燃烧器喷口结构尺寸图3-4，得；核算，接近原选定值不必重算565621最下一排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离m按选取222条件火炬长度m按图2-29示意的折线长度的计算结果符合表2-1
20、9规定，而且上排燃烧器中心线到前屏下边缘高度为m8m,所以炉膛高度设计合理17三、炉膛和前屏过热器结构尺寸计算表3-7 炉膛结构尺寸计算序 号名 称符号单位计 算 公 式 或 数 据 来 源数 值1侧墙面积A1据图3-5，4.444*10A2据图3-5，0.5*11A3据图3-5，A4据图3-5，0.5*2ACAC=A1+A2+A3+A42前墙面积Aq据图3-5，3后墙面积Ah据图3-5，4炉膛出口烟窗面积Ach据3-5，5炉顶包覆面积Ald据图3-5，42.666前屏面积Aqp据图3-6，2*6*2.44*107燃烧器面积Ar据图3-5，4*4*1.2*68前后侧墙水冷壁角系数X按膜式水冷壁
21、选取9炉顶角系数Xld查附录三图Ia4，s/d=45/38=1.184,e=010前屏角系数Xqp11炉膛出口烟窗处角系数Xch选取1.012整个炉膛的平均角系数713前屏区的侧墙面积Aqp,c据图3-5，2*1014前屏区的炉顶面积Aqp,ld据图3-5，15前屏区的炉墙面积ApqAqp,c + Aqp,ld16炉膛自由容积的水冷壁面积AzyAq + Ah +2( AC -0.5*Ar -0.5* Aqp,c)+ Ach +( Ald - Aqp,ld)1117炉膛容积VlAC*a227818前屏占据容积Vp据图3-5，2.44*9.6*1019炉膛的自由容积Vzy据图3-5， Vl - V
22、p20前屏区与炉膛的水平分割面积Af,sh据图3-5，21前屏区与炉膛的垂直分割面积Af,ch据图3-5，*219222自由容积的辐射层有效厚度Szym3.6* Vzy/ Azy923前屏间容积的辐射层有效厚度Spqm3.6* Vp/( Aqp+ Apq + Af,sh + Af,ch)24炉膛的辐射层有效厚度Sm8825燃烧器中心线的高度Hzm据图3-526炉膛高度Hlm据图3-527燃烧器相对高度hr/Hlhr/Hl(见图3-5，hr=m)28火焰中心相对高度Xlhr/Hl+x，x按附录二表III查得等于0.1表3-8 前屏过热器结构尺寸计算序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据
23、 来 源数 值1管径及厚壁d*mm由结构设计知2单片管子根数n1根由结构设计知283前屏片数z1片由结构设计知64蒸汽流通截面积A,(dn为管子内径)5蒸汽质量流速wkg/(s)6前屏蒸汽平均比容vpim3/kga，t=3727蒸汽流速wm/sw * vpi14.348前屏辐射受热面积Aqp2 z1*2.44*10xqp28四、炉膛热力计算表3-9 炉膛热力计算序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据 来 源数 值1热空气温度trk给定3202理论热空气焓kJ/kg查焓温表3-33炉膛漏风系数l由空气平衡表3-1知4制粉系统漏风系数zf选用5冷空气温度tlk给定256理论冷空气焓kJ/
24、kg查焓温表3-37空预器出口过量空气系数8空气带入炉内热量QkkJ/kg91kg燃料带入炉内热量kJ/kg10理论燃烧温度根据查得203811炉膛出口烟温假定110012炉膛出口烟焓kJ/kg查焓温表3-31204513烟气的平均热容量VcplkJ/(kg)14水蒸汽容积份额查烟气特性表3-215三原子气体容积份额rn查烟气特性表3-217216三原子气体分压力pnMPaprnp为炉膛压力，等于0.098MPa2117pn与S的乘积pnSmMPapnS18三原子气体辐射减弱系数Ky1/( mMPa)3.219灰粒子辐射减弱系数Kh1/( mMPa)20焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/( mMPa
25、)取用1021无因次量x1按参考文献1选取22无因次量x2按参考文献1选取23半发光火焰辐射减弱系数K1/( mMPa)Kyrn+Khh+Kjx1x224乘积KpSKpS25自由容积的火焰有效黑度hy0.89526乘积pnSzymMPapnSzy3627自由容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/( mMPa)28乘积KpSzy29自由容积的火焰有效黑度zy0.8930乘积pnSpqmMPapnSpq04531屏间容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/( mMPa)7.4432乘积KpSpqKpSpq0.61833屏间容积的火焰有效黑度pr0.4634屏宽A与Szy比值A/SzyA/Szy735屏宽
26、A与屏节距之比A/S136屏的修正系数cp查附录三图Vb37屏区的修正系数cpq查附录三图Vb38系数查附录三图Va039屏的辐射系数查附录三图Vc40屏区的辐射系数查附录三图Vd41屏的黑度p0.642屏区的黑度p0.5343屏的暴光不均匀系数zp0.67444屏区水冷壁的暴光不均匀系数zpq序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据 来 源数 值45计及暴光不均匀的屏的面积46计及暴光不均匀的屏区的面积47炉墙总面积Alq137348前后侧墙水冷壁的沾污系数查附录二表49屏的沾污系数p查附录二表50炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表51炉膛出口屏的沾污系数ch查附录三图，得=0.985
27、2前后侧墙水冷壁的热有效系数x53炉顶包覆管的有效系数54屏的热有效系数55炉膛出口处的屏的热有效系数56平均热有效系数57炉膛黑度5558与炉内最高温度位置有关的系数M0.38559炉膛出口烟温1160炉膛出口烟焓kJ/kg查焓温表3-361炉膛吸热量kJ/kg62炉膛容积热强度63炉膛截面热强度W/64炉内平均辐射热强度W/65炉顶辐射吸热分布系数查附录三图66炉顶辐射热强度W/67炉顶辐射受热面积368炉顶吸热量WkJ/kg69前屏辐射吸热分布系数查附录三图470前屏辐射热强度W/71前屏吸热量WkJ/kg72后屏辐射吸热分布系数查附录三图273后屏辐射热强度W/74后屏吸热量WkJ/k
28、g76975附加过热器总吸热量QfjkJ/kg先假定后校核70076一级减温水量Djw1kg/h先假定后校核77二级减温水量Djw2kg/h先假定后校核78附加过热器焓增量hfjkJ/kg79饱和蒸汽焓hbqkJ/kg查蒸汽特性表p=15.3Mpa,t=34580包覆出口蒸汽焓kJ/kg81包覆出口蒸汽温度3582前屏焓增量kJ/kg83前屏出口蒸汽焓kJ/kg84前屏出口蒸汽温度38485炉膛出口烟温校核2100 第六节 后屏过热器热力计算一 后屏过热器的结构尺寸计算根据后屏过热器结构尺寸图3-7，计算后屏过热器结构尺寸数据，列于表3-10中。表3-10 后屏过热器结构尺寸计算序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数值 1管径及壁厚mm选用385 2屏片数片14 3单片管子根数根12 4屏的深度Cm2.32 5屏的平均高度m据图3-7,(10+8.3)5 6 横向节距mm630 7比值16.58 8纵向平均节距mm据图37，1578/45(屏的深度方向有45个管间距) 9比值1.36 10 屏的角系数查附录三图I(a)之50.84 11屏区接受炉膛热辐射面积= 12屏的对流受热面积据图3-7,2141
