锅炉原理课程设计1036th蒸汽再热切圆燃烧煤粉锅炉热力设计全套图纸.doc

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1、锅炉原理课程设计说明书指导老师： 第五组08热能（2）班全套图纸，加1538937062010.673第一节 设计任务书- 1 -一、设计题目- 1 -二、原始资料- 1 -第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别- 2 -一、煤的元素各成分的校核- 2 -二、元素分析数据校核- 2 -三、煤种判别- 2 -第三节 锅炉整体布置的确定- 3 -一、锅炉的整体外形选型布置- 3 -二、受热面的布置- 3 -三、锅炉汽水系统- 4 -第四节 燃烧产物和锅炉热平衡计算- 6 -一、燃烧产物计算- 6 -二热平衡及燃料消耗量计算11第五节 炉膛设计和热力计算12一炉膛结构设计（带前屏过热器）12二 燃烧

2、器的设计15三、炉膛和前屏过热器结构尺寸计算17四、炉膛热力计算19第六节 后屏过热器热力计算25一、后屏过热器的结构尺寸计算25二、后屏过热器热力计算26第七节 对流过热器设计和热力计算30一对流过热器结构设计30二对流过热器结构设计计算32三对流过热器热力计算33第八节高温再热器设计和热力计算38一高温再热器结构设计38二高温再热器结构尺寸计算38三、高温再热器的热力计算41第九节 第一.二.三转向室及低温再热器引出管的热力计算44一第一.二.三转向室及低温再热器引出管结构尺寸计算44二第一.二.三转向室及低温再热器引出管热力计算47第十节 低温再热器的热力计算52一低温再热器结构尺寸计算

3、52二低温再热器热力计算54第十一节、 旁路省煤器结构尺寸计算56一 旁路省煤器结构尺寸计算56二、旁路省煤器热力计算57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59一主省煤器结构设计59二、主省煤器结构尺寸计算61三、主省煤器热力计算62第十四节 空气预热器热力计算64一空气预热器结构尺寸64二、空气预热器热力计算65第十五节 热力计算数据的修正和计算结果汇总67一、热力计算数据的修正67二、排烟温度校核68三、热空气温度校核68四、热平衡计算误差校核68五、热力计算结果汇总69第十六节 锅炉设计说明书71一、设计参数及煤种71二、锅炉总体概况71三、水冷系统72四、燃烧器

4、72五、过热器72六、再热器73七、省煤器73八、回转式空气预热器73九、锅炉构架及平台布置74十、炉墙密封74十一、运行工况与汽温调节74十二 再热器的旁路保护75参考文献761036t/h蒸汽再热切圆燃烧煤粉锅炉 第一节 设计任务书一、设计题目 1036t/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2. 再热蒸汽流量3. 给水温度4. 给水压力 （表压）5. 过热蒸汽温度 6. 过热蒸汽压力 （表压）7. 再热蒸汽进口温度 8. 再热蒸汽出口温度 9. 再热蒸汽进口压力 10. 再热蒸汽出口压力 11. 汽包压力 12. 环境温度 13. 燃料特性（1） 燃料名称：

5、煤种（2） 煤的应用基成分：Cy55.45，Hy3.56，Oy5.88，Ny0.42，Sy0.81，Ay24.62，My9.26，（3） 煤的可燃基会发分：Vr21.29（4） 煤的低位发热量：21870 kJ/kg（5） 软化温度 ST=120014. 制粉系统：中速磨,正压直吹式冷一次风机系统 15. 提示数据：排烟温度假定值=130；热空气温度假定值tkq=320第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别一、煤的元素各成分的校核=46.55%+6.11%+1.94%+3.06%+0.86%+9%+32.48%=100%二、元素分析数据校核（一） 可燃基元素成分的计算可燃基元素成分与应用基元素

6、成分之间的换算因子为：Kr=方程节(下一个) =1.5124则可燃基元素成分应为（%）Cr= Kr Cy =1.512455.45=83.56； Hr= Kr Hy =1.51243.06=5.38； Or= Kr Oy =1.51245.88=8.89；Sr= Kr Sy =1.51240.42=0.64； Nr= Kr Ny =1.51240.81=1.23；（二） 干燥机灰分的计算（三） 可燃基低位发热量（试验值）的计算=33426.35（kJ/kg）（四） 可燃基低位发热量（门德雷耶夫公式计算值）的计算因为二者误差小于3%且(Ag25%),所以元素成分正确。三、煤种判别（一） 煤种判别

7、由燃料特性得知Vr=21.29%20%, 属烟煤。（二） 折算成分的计算因为Ayzs4%，属高灰分煤。,属低硫分煤。第三节 锅炉整体布置的确定一、锅炉的整体外形选型布置选择型布置的理由如下：（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。本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热

8、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%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

9、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1所示图1 1036t/h再热锅炉布置三、锅炉汽水系统按超高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

10、顶及尾部包裹过热器管束尾部包覆过热热器后集箱悬吊管过热器管束悬吊过热器出口集箱尾部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）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省煤器后隔墙省煤器进口集箱后隔墙省煤器管束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左右

11、侧墙水冷壁出管汽包下降管下联箱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。结构设计部分，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（一） 理论空气及理论烟气容积理论空气量理论氮气容积三原子气体RO2的容积 理论水蒸气容积理论烟气容积 （二） 空气平衡表及烟气特性表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,有按标-9选取个受热面烟道的漏风系数,然后列出

12、空气平衡表。根据计算出的数据,又按表2-10选取炉渣份额后计算的飞灰份额 =0.9,计算表3-2列出的各项,为烟气特性表。表3-1 空 气 平 衡 表受热面过量空气系数炉膛,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1.201.251.281.311.34漏风=0.05=00.050.030.030.030.2出口1.201.251.281.311.341.54表3-2 烟气特性表项目名称 符号单位 烟道进口过量空气系数a1.21.21.251.281.311.34烟道出口过量空气系数a1.21

13、251.281.311.341.54烟道平均过量空气系数1.21.2251.2651.2951.3251.44过剩空气量1.1135 1.2527 1.4754 1.6424 1.8094 2.4497 水蒸汽容积1.0587 1.0610 1.0647 1.0674 1.0702 1.0807 烟气总容积7.2809 7.4224 7.6487 7.8185 7.9883 8.6391 RO2气体占烟气容积份额0.1429 0.1402 0.1360 0.1331 0.1302 0.1204 水蒸汽占烟气容积份额0.0826 0.0811 0.0787 0.0770 0.0753 0.06

14、97 三原子气体和水蒸汽占烟气容积总份额0.2255 0.2212 0.2147 0.2100 0.2056 0.1901 烟气质量9.6628 9.8489 10.1467 10.3701 10.5934 11.4496 飞灰无因次浓度0.0273 0.0268 0.0260 0.0255 0.0249 0.0231 表3-3 烟气焓温表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顺序温度理论烟气焓理论空气焓飞灰的焓Hyyyyyyy1100851 741 251000 1081 1104 22001727 1490 532025 2189 2189 1107 22

15、33 113033002627 2253 833077 3257 3325 1136 3325 1136 3392 115944003553 3030 1144159 4310 4401 1144 4492 1167 4492 1167 4583 119155004504 3827 1435270 5270 5461 1151 5576 1175 5691 1199 66005481 4640 1766409 6409 1139 6641 1180 6780 1204 6920 1229 77006483 5470 2087577 1167 7577 1167 7850 1209 8014 1

16、234 8178 1259 88007505 6313 2428768 1191 8768 1191 9084 1233 9273 1259 9462 1284 99008545 7171 2799979 1211 9979 1211 10338 1254 10553 1280 10768 1305 1010009601 8036 31711209 1230 11209 1230 11611 1273 11852 1299 11110010674 8913 35712456 1247 12456 1247 12902 1291 12120011758 9801 40613718 1262 13

17、718 1262 13130012857 10695 45314996 1278 14140013963 11595 51116282 15150015079 12502 56617579 16160016203 13415 64118887 17170017338 14331 70320204 18180018474 15255 76721525 19190019618 16181 83522854 20200020765 17113 90424188 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/218702排烟

18、温度假定1303排烟焓kJ/查焓温表3-314454冷空气温度给定205理论冷空气焓kJ/查焓温表3-31476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%=6.11939散热损失%查图2-150.210灰渣物理热损失%忽略011保热系数%0.99812锅炉总热损失%+8.3193813锅炉热效率%91.680614过热蒸汽焓kJ/查蒸汽特征表，p=17.4MPa, t=5403396.3715给水焓kJ/查水特征表，p=19MPa, t=2801231.5516过热蒸汽流量/h已知103600017再热蒸汽出口焓kJ/查蒸汽特征表，p=3.64MPa, t=540

19、3540.8418再热蒸汽进口焓kJ/查蒸汽特征表，p=3.82MPa, t=3163010.9519再热蒸汽流量kJ/h已知85500020锅炉有效利用热kJ/h()+()269580947021实际燃料消耗量/h/()13445122计算燃料消耗量/h131762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。（一）炉 膛 尺 寸 的 确 定序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据 来 源数值1容积热强度W/按表2-11选取1.271032炉膛容积64313炉膛截面热强度W/按表2-12选取4.4451064炉膛截面积183.755炉

20、膛截面宽深比按选取1.0866炉膛宽度m选取值使14.2 7炉膛深度m12.938冷灰斗倾角按选取509冷灰斗出口尺寸m按选取1.210冷灰斗容积按图3-5部分结构尺寸计算718.3811折焰角长度m按计算4.3112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384.515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/h）0.284717前屏每根管子面积（为内径）6.610-418前屏总管子数根43219前屏横向管距mm按选取135020前屏片数片按选取1021前屏单片管子数根按选取4322前屏纵向节距mm按选取422

21、3前屏最小弯曲半径mm按选取7524前屏深度mm367825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m223.3730炉膛出口高度m15.7231前屏高度m按选定1532水平烟道烟气流速m/s选取1033水平烟道高度m按选取934折焰角高度m按选取1.335炉顶容积m按图3-5中部分尺寸计算2066.836炉膛主体高度m（图3-5中部分高度）19.84（二） 水 冷 壁19.94973456序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据 来 源数值1前后墙水冷壁回路个数个（按

22、每个回路加热宽度m选取）62左右侧墙水冷壁回路个数个（按每个回路加热宽度m选取）63管径及壁厚mm按表2-13选取6064管子节距mm按选取815前后墙管子根数根按选取1786左右侧墙管子根数根按选取162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，以免烧如图3-2所示。图3-2 折焰角示意图二 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。因为是烟煤，所以配风方式选用均等配风

23、并采用四角切圆燃烧方式。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。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。序号名 称符 号单 位计 算 公 式 或 数 据 来 源数值1一次风速m/s按表2-16选取302二次风速m/s按表2-16选取423一次风率%按表2-15选取254二次风率%755一次风温由制粉系统的

24、设计计算确定2006二次风温3107燃烧器数量四角布置48一次风口面积（单只）m0.30129二次风口面积（单只）m0.596710燃烧器假想切圆直径mm按表2-17选取90011燃烧器矩形对角线长度mm19212.8512特性比值初步选定1213特性比值由式（2-7）确定3714燃烧器喷口宽度mm，结构设计时定为52015一次风喷口高度mm579.3316二次风喷口高度mm1030.0717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648018最下一排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离m按选取2.419条件火炬长度m按图2-29示意的（折线长度

25、的计算结果符合表2-19规定，而且上排燃烧器中心线到前屏下边缘高度为12.1m8m,所以炉膛高度设计合理24.8517三、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3-5，12.99.443121.81A2据图3-5，0.5(9.443+13.083)2.123.65A3据图3-5，13.08320.248264.9A4据图3-5，0.5（13.083+1.2）7.0850.56ACAC=A1+A2+A3+A4460.922前墙面积Aq据图3-5，632.53后墙面积Ah据图3-5，481.024炉膛出口

26、烟窗面积Ach据图3-5，180.965炉顶包覆面积Ald据图3-5，9.44314.028132.476前屏面积Aqp据图3-6，2104.80215540.67燃烧器面积Ar据图3-5，446.880.52548前后侧墙水冷壁角系数X按膜式水冷壁选取0.989炉顶角系数Xld查附录三图I（a）4，s/d=45/38=1.184,e=00.9710前屏角系数Xqp查附录三图I（a）5，s/d=42/38=1.10.9911炉膛出口烟窗处角系数Xch选取112整个炉膛的平均角系数0.9813前屏区的侧墙面积Aqp,c据图3-5，2151.80254.0614前屏区的炉顶面积Aqp,ld据图3-

27、5，14.0281.80225.615前屏区的炉墙面积ApqAqp,c + Aqp,ld79.6616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)2043.5517炉膛容积VlAC*a6548.7818前屏占据容积Vp据图3-5，1.8021.80215384.0419炉膛的自由容积Vzy据图3-5， Vl - Vp6081.7520前屏区与炉膛的水平分割面积Af,sh据图3-5，1.80214.02825.621前屏区与炉膛的垂直分割面积Af,ch据图3-5，1514.0282426.2422

28、自由容积的辐射层有效厚度Szym3.6* Vzy/ Azy10.71323前屏间容积的辐射层有效厚度Spqm3.6* Vp/( Aqp+ Apq + Af,sh + Af,ch)1.289524炉膛的辐射层有效厚度Sm9.0525燃烧器中心线的高度Hzm据图3-59.1826炉膛高度Hlm据图3-538.7927燃烧器相对高度hr/Hlhr/Hl(见图3-5，hr=6.802m)0.0728火焰中心相对高度Xlhr/Hl+x，x按附录二表III查得等于00.28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 来 源数值1管径及厚壁d*mm由结构设计知384.5

29、2单片管子根数n1根由结构设计知723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)0.28525蒸汽质量流速wkg/(s)978.8466前屏蒸汽平均比容vpim3/kg查蒸汽特性表，p=18.1Mpa，t=4300.0137蒸汽流速wm/sw * vpi12.7258前屏辐射受热面积Aqp2 z1*2.576*10xqp289.872四、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3-32705.43炉膛漏风系数l由空气平衡表3-1知0.054制粉系统漏风系数z

30、f选用05冷空气温度tlk给定206理论冷空气焓kJ/kg查焓温表3-31477空预器出口过量空气系数1.158空气带入炉内热量QkkJ/kg2502.27591kg燃料带入炉内热量kJ/kg24372.27510理论燃烧温度根据查得170011炉膛出口烟温假定110012炉膛出口烟焓kJ/kg查焓温表3-314632.7513烟气的平均热容量VcplkJ/(kg)16.23314水蒸汽容积份额查烟气特性表3-20.058215三原子气体容积份额rn查烟气特性表3-20.144616三原子气体分压力pnMPaprn（p为炉膛压力，等于0.1013MPa）0.020517pn与S的乘积pnSmM

31、PapnS0.185518三原子气体辐射减弱系数Ky1/( mMPa)2.719灰粒子辐射减弱系数Kh1/( mMPa)73.120焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/( mMPa)取用1021无因次量x1按参考文献1选取0.522无因次量x2按参考文献1选取0.223半发光火焰辐射减弱系数K1/( mMPa)Kyrn+Khh+Kjx1x22.5124乘积KpSKpS2.325自由容积的火焰有效黑度hy0.899726乘积pnSzymMPapnSzy0.2227自由容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/( mMPa)5.428乘积KpSzy2.7229自由容积的火焰有效黑度zy0.9330乘积pnSpq

32、mMPapnSpq0.934131屏间容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/( mMPa)0.026532乘积KpSpqKpSpq8.133屏间容积的火焰有效黑度pr0.3334屏宽A与Szy比值A/SzyA/Szy0.2835屏宽A与屏节距之比A/S10.3736屏的修正系数cp查附录三图V（b）1.79637屏区的修正系数cpq查附录三图V（b）0.9538系数查附录三图V（a）0.8639屏的辐射系数查附录三图V（c）0.940屏区的辐射系数查附录三图V（d）0.1641屏的黑度p0.0942屏区的黑度p0.5443屏的暴光不均匀系数zp0.5944屏区水冷壁的暴光不均匀系数zpq0.51

33、45计及暴光不均匀的屏的面积312.57546计及暴光不均匀的屏区的面积39.814147炉墙总面积Alq2395.939048前后侧墙水冷壁的沾污系数查附录二表0.4549屏的沾污系数p查附录二表0.3550炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表0.4551炉膛出口屏的沾污系数ch（查附录三图，得=0.98）0.44152前后侧墙水冷壁的热有效系数x0.4553炉顶包覆管的有效系数0.4454屏的热有效系数0.3555炉膛出口处的屏的热有效系数0.44156平均热有效系数0.4457炉膛黑度0.95358与炉内最高温度位置有关的系数M，B、C查附录二表V，B=0.56，C=0.50.4259炉膛出

34、口烟温115460炉膛出口烟焓kJ/kg查焓温表3-313137.4861炉膛吸热量kJ/kg12296.562炉膛容积热强度12010363炉膛截面热强度W/4.1510664炉内平均辐射热强度W/182.210365炉顶辐射吸热分布系数查附录三图0.6566炉顶辐射热强度W/118.7510367炉顶辐射受热面积116.4668炉顶吸热量W13829.6kJ/kg389.869前屏辐射吸热分布系数查附录三图0.8470前屏辐射热强度W/153.110371前屏吸热量W47854.5103kJ/kg1348.872后屏辐射吸热分布系数查附录三图0.8273后屏辐射热强度W/146.510374后屏吸热量W26510103kJ/kg747.275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