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1、目录第一章 煤的元素分析数据校核和煤种判别11.1元素分析数据校核：11.2元素分析数据校核：11.3煤种判别：1第二章 锅炉整体布置的确定22.1 炉整体的外型-选型布置22.2受热面的布置22.3汽水系统2第三章：燃料产物和锅炉热平衡计算3第四章：炉膛设计和热力计算6第五章：燃烧器设计和热力计算10第六章：凝渣管设计和热力计算15第七章：高温过热器设计和热力计算19第八章：低温过热器设计和热力计算26第九章：省煤器设计和热力计算30第十章：空气预热器热力计算39第十一章：热力计算数据的修正和计算结果汇总44参考文献45第一章 煤的元素分析数据校核和煤种判别1.1元素分析数据校核：1收到基元
2、素成分的计算： Mar =22.0 Aar=25.74Kr =(100- Mar -Aar)/100=52.26%Car=35.28 Sar=0.16 Har=3.24 Oar=12.54 Nar=1.05 2. 煤的元素各成分之和为100%的校核 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=35.28 + 3.24 + 12.54 + 1.05 + 0.16 + 22.0 + 25.74=1001.2元素分析数据校核：1干燥基灰分的计算: Ad =33.02干燥无灰基低位发热量的计算: Qdaf,net,p=(Qar,net+25Mar)100/（100-Mar-Aar）=267
3、12.59（kJ/kg）3干燥无灰基低位发热量（门德雷也夫公式计算值）的计算Q,p=339Cdaf+1030Hdaf-109(Odaf-Sdaf) =26685.2(kJ/kg)Q,p-Q,p=34363.450-34393.23=-27.39(kJ/kg)1.3煤种判别：1煤种判别 由燃料特性得知:因为Vdaf =55.0% ，10%Vdaf20%所以煤种为褐煤 第二章 锅炉整体布置的确定2.1 炉整体的外型-选型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
4、各受热面易于布置成逆流的方式，以加强对流换热；4机炉之间的连接管道不长。2.2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，汽化吸热较多，加热吸热和过热吸热较少。为使炉膛出口烟温降到要求的值，保护水平烟道的对流受热面，在水平烟道内布置高、低温对流过热器外，炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。为使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。热风温度要求高（t=360）采用双级布置空气预热器双级省煤器。在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
5、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。2.3汽水系统1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覆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管过热器出口集箱）尾部左右侧包覆过热器上集箱尾部上下侧包覆过热器管束尾部上下侧包覆过热器下前集箱水平烟道左右侧包覆过热器管束水平烟道左右侧包覆过热器上集箱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。2水系统的流程给水省煤器进口集箱省煤器管束省煤器出口集箱后墙引出管汽包下降管下联箱水冷壁上联箱汽包。整个炉膛全部布满水冷壁，炉膛出口凝渣管簇由锅炉后墙水冷壁延伸而成，在炉膛出口处采用油后墙
6、水冷壁延伸构成的遮焰角，以使烟气更好地充满炉膛。采用光管水冷壁。对流过热器分两级布置，由悬挂式蛇形管束组成。在两级之间有锅炉自制冷凝水喷水减温装置.由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器。省谋器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面。减少钢材消耗量。锅炉采用四根集中下降管，分别供水给12组水冷壁系统。燃烧方式采用四角布置的直流燃烧器。根据煤的特性选用中速磨煤机的负压直吹系统次风。锅炉本体结构见图I -10 I-4辅助计算第三章：燃料产物和锅炉热平衡计算（1）燃烧产物容积计算煤完全燃烧（)时理论空气量及燃烧产物容积计算见表I-1(以lkg燃料为准)。表I-1初
7、始数据序号名称符号单位公式及计算结果1理论空气容积3.58272三原子气体容积0.65943理论氮气容积 2.83874理论水蒸气客积0.69005理论烟气容积4.18826飞灰中纯灰份额-查表8-510.957烟气中飞灰质量浓度0.24458煤的折算灰分8.0368（2）空气平衡及焓温表 1）烟道各处过量空气系数、各受热面的漏风系数及不同过量空气系数下的燃烧产物的容积列于表I-2中，炉膛出口处过量空气系数按表4-2取。I-2名称及公式符号单位炉膛及凝渣管第二级过热器第一级过热器上级省煤器上级空气预热器下级省煤器下级空气预热器漏风系数-0.050.030.030.020.030.020.03出
8、口处过量空气系数-1.151.181.211.231.261.281.31平均过量空气系数-1.125 1.1651.195 1.221.245 1.271.295 水蒸汽容积0.3723 0.3764 0.3769 0.3776 0.3781 0.3790 0.3790 烟气总容积7.1626 7.4198 7.4500 7.4954 7.5257 7.5862 7.5862 水蒸气容积份额 -0.0520 0.0507 0.0506 0.0504 0.0502 0.0500 0.0500 三原子气体容积份额 -0.1531 0.1478 0.1472 0.1463 0.1457 0.144
9、6 0.1446 三原子气体总容积份额 -0.2051 0.1985 0.1978 0.1967 0.1960 0.1945 0.1945 烟气质量9.7932 10.1237 10.1626 10.2210 10.2598 10.3376 10.3376 飞回浓度0.0259 0.0251 0.0250 0.0248 0.0247 0.0245 0.0245 各各受热面的漏风系数按表4-3取。空气预热器出口热空气的过量空气系数：2） 不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表见表I-3表I-3 焓温表第四章：炉膛设计和热力计算表I-4 热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式及计算结果1固体未完全
10、燃烧损失qgt%查表2-1422气体未完全燃烧损失qqt%查表2-1403外部冷却损失qlq%由图2-2得D=33.33Kg/s，有尾部受热面0.64灰渣物理热损失qhz% 不计算05排烟过量空气系数q”py查表I-21.256排烟温度py0C见任务书1107排烟焓IpykJ/kg查表I-3(”=1.235)1366.28冷空气温度tlk见任务书259冷空气焓IlkkJ/kg查表I-319710排烟损失qpy%(Ipy-”pyIlk) 4.86811锅炉效率gl%100-qgt-qqt-qlq-qhz-qpy92.53212锅炉蒸发量DKg/s见任务书33.3313过热蒸汽出口焓i”grkJ/
11、kgP=3.9MPa,t=4500C,查水蒸气表3332.414饱和水焓ibhkJ/kgP=4.4MPa，查水蒸汽表1115.115给水温度tgs0C见任务书16516给水焓igskJ/kgP=4.9MPa,t=1650C, 查水蒸气表699.81817排污率ppw%见任务书118锅炉总吸热量QglkwD(i”gr-igs)8774419燃料消耗量Bkg/s4.194320计算燃料消耗量BjKg/s4.153621制粉系统漏风系数f查表2-50.122空气预热器出口空气温度trk0C见任务书38023空气预热器出口空气焓IrkkJ/kg查表I-34609.224空气预热器吸热量QkykJ/kg
12、”ky(Irk-Ilk)5029.9125空气预热器吸热量与燃料热量的百分比qky%22.2526保热系数0.9936I-5燃烧室设计及传热计算1燃烧室尺寸的决定 1)炉膛宽度及深度 因采用角置直流式燃烧器。炉膛采用正方形截面。按表8-39取炉膛截面热负荷，qF2519kWfrn,炉膛截面F=40.145m2,取炉膛宽a=,炉膛深b= ,布置=的水冷壁管，管间距s=,侧面墙的管数为 根，前、后墙的管数为 根。 (2)燃烧室炉墙面积的决定 燃烧室侧面尺寸见图I-2，决定过程见表I-5。表I-5 炉膛结构尺寸序号名称符号单位公式及计算结果1炉膛截面热负荷查表6-3824802炉膛截面积F37.44
13、383炉膛宽度F0.5取整，64的倍数6.5624第一根凝渣管高设定4.25顶棚宽度3.7266折焰角前端到第一排凝渣管斜管段长设定0.7357折焰角宽度设定2.28折焰角上倾角度。设定459折焰角下倾角度。设定3010顶棚倾角。设定011凝渣管与炉墙距离2.83712顶棚高度4.213折焰角高度1.27014_1.63815冷灰斗底口宽度。设定116冷灰斗倾角。设定5517冷灰斗中部宽度3.781018冷灰斗高度3.971719冷灰斗斜边长度的一半m2.424320炉膛容积热负荷选定11621炉膛容积m3800.52322侧墙面积m121.99323炉膛中部高度m15.361124出口窗中心
14、到灰斗中心高20.900825前墙面积167.420826后墙面积145.783627出口窗面积32.383728顶棚面积28.229029炉膛总面积617.803130炉膛总高m23.1846第五章：燃烧器设计和热力计算1、煤粉燃烧器的型式及布置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上沿为1.73m。每组燃烧器有两个一次风口、两个二次风口和两个废气燃烧器，燃烧器的结构计算见表I-6表1-6 燃烧器结构序号名称符号单位公式及计算结果1计算燃料消耗量查表1-44.11042燃料收到基低位发热量见任务书226083燃料干燥无灰基挥发分%由任务书初始数据得164理论空气量查表
15、1-15.95485炉膛出口过量空气系数-查表1-2烟气特性1.206炉膛漏风系数-查表1-2烟气特性0.077空气预热器出口风温见任务书3808一次风率-参考表7-50.259磨煤废气（三次风率）-由制粉系统得0.210磨煤废气及煤粉温度由制粉系统得15011二次风及送粉热风温度37012一次风中煤粉浓度0.4313热风比热查下的空气比热表1.350814一次风温先假设后校验349.2615一次风下的空气比热查下的空气比热表1.323016燃烧器前的一次风温304.31117炉膛漏风率-0.0618二次风率- 0.4919二次风量33.9020一次风量15.5321磨煤废气量23.21322
16、一次风速参考表7-62023二次风速参考表7-64024磨煤废气（三次风）速参考表7-65025燃烧器数量-切向燃烧四角布置4.0026每个燃烧器的标准煤出力2.85427一次风口面积0.3928二次风口面积0.4329废气（三次风）喷口面积0.2330炉膛宽度查表1-5炉膛尺寸6.56231炉膛深度查表1-5炉膛尺寸6.56232燃烧器间距-6.56233炉膛高度查表1-5炉膛尺寸23.184634下二次风口下沿到冷灰斗转角的间距选定0.6035燃烧器假想切圆直径参考选定0.8236燃烧器矩形对角线长度9.2837特性比值1.00 1.00初步选定6参考图8-84选定2838燃烧器喷口宽度m
17、，结构设计定为0.3339燃烧器喷口高度m按、要求画出结构图，得1.9540燃烧器占有面积1.013燃烧室水冷壁布置水冷壁采用60的光管，管节距s=64mm。管子悬挂炉墙，管子中心和炉墙距e=0。每面墙宽6336mm，侧墙布置100根，前、后墙布置98根。后墙水冷壁管子在折角处有叉管，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，斜叉管组成凝渣管和折焰角。凝渣管有243=72根管子，折焰角上有22根管子，另4根管直接与联箱相连。侧墙水冷壁向上延伸，在折焰角区域和凝渣管区域形成附加受热面。燃烧室结构特性计算见表I-7表I-7炉膛受热面序号名称符号单位公式及计算结果前、后、侧顶棚出口窗1水
18、冷壁规格dmm-606060mm-3332管节距smm-6678-3相对值-1.11.3-4管中心与炉墙距离emm-030-5相对值-00.5-6角系数x-插图11-100.990.9417护绮而积-447.91224.86732.588水冷璧有效辐射而积除去燃烧器占有面积527.79124.86732.589总水冷壁有效辐射面艰H585.23810灰污系数-查表11-20.3511水冷壁受热面平均热有效性系数-0.331612烟气福射层有效厚度sm4.66513燃烧器中心高度m3.56114燃烧器相对高度-0.153615火焰中心相对高度修正-查表11-3016火焰中心相对高度-0.1536
19、燃烧室的传热计算见表I-8表I-8 炉膛传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1热空气温度trk查表-43802热空气焓IrkkJ/kg查表-44609.23冷空气温度tlk查表-4254冷空气焓IlkkJ/kg查表-41975炉膛漏风系数a1查表-20.076煤粉系统漏入风系数af查表-40.17空气预热器空气份额ky查表-41.148空气进入炉膛的热量QkkJ/kg5498.7689燃料有效放热量QakJ/kg27654.60810理论燃烧温度a2023.4TaK2296.411炉膛出口烟温先假设，再校核1056T1K132912炉膛出口烟焓I1kJ/kg1834213烟气平均热容量Vck
20、J/(kg)16.86914容积份额，水蒸气/三原子气体0.74415烟气密度ykg/Nm41.32916飞灰浓度fhkg/kg查表-20.025317飞灰颗粒平均直径dfhm查表11-4，用钢球滚筒磨煤机1318三原子气体分压pMPa0.0219三原子气体辐射减弱系数kqr1/(mMPa)0.685020灰粒辐射减弱系数kfhfh1/(mMPa)1.635621焦炭辐射减弱系数x1无烟煤1x2悬浮燃烧0.1经验数据10.21/(mMPa)0.10222火焰辐射减弱系数k1/(mMPa)2.422623火焰辐射吸收率kps-kps2.234124火焰黑度-1-e-kps0.892925炉膛黑度
21、-0.9326火焰中心高度系数查表11-3,0.59-0.50.513227炉膛出口烟温K1354.21081.228炉膛出口烟焓kJ/kg1199729炉内辐射传热量kJ/kg1486430辐射受热面热负荷kW/m2104.4第六章：凝渣管设计和热力计算凝渣管直接吸收燃烧室的辐射热量辐射受热面是燃烧室的出口窗，凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数有关。根据凝渣管的横向相对节距=4.267，从图11-10中的无炉墙反射的曲线上查得单排管的角系数x=0.32。现凝渣管有三排，总的角系数为凝渣管辐射受热面为由于出口窗位于燃烧室上部，热负荷比较小，需要计算沿高度的热负荷不均匀系数。出口窗衷心的高度为，
22、从冷灰斗中心到炉顶的总高度为，根据和燃烧器中心相对高度,查图15-4的2线，得到。凝渣管吸收的辐射热量：高温过热器直接吸收燃烧室的辐射热量 水冷壁的平均辐射受热面热负荷 I-6凝渣管的传热计算凝渣管束是错列布置，由后墙水冷壁延伸而成，每四根相邻的管子组成第一、二、三排今儿折焰角，所以凝渣管的横向节距为464mm。凝渣管束的结构简图见图-3。表1-9 凝渣管结构序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格d6032横向管子节距2563纵向管子节距2504横向相对节距4.2675纵向相对节距4.1676平均每排管子数目n根设定247第一排凝渣管高度m4.28第三排凝渣管与折焰角距离m0.1379前两排
23、凝渣管间底斜边长m0.28910第三排凝渣管底斜边长m0.15811第二排凝渣管高度m4.34412第三排凝渣管高度m4.48813凝渣管出口高度m4.74814每根管计算长第一排m4.936第二排m 4.916第三排m4.50215凝渣管受热面面积64.9216侧墙水冷壁附加受热面面积8.12617计算受热面面积73.04618烟气辐射层有效厚度sm1.16819烟气流通截面F y25.66凝渣管的传热计算见表1-10 表1-10凝渣管传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温查表1-81081.22入口烟焓kJ/kg查表1-8119973出口烟温先假定，后校核9504出口烟焓kJ/k
24、g查表1-3（ ）103975烟气热平衡放热量kJ/kg15846平均烟温1015.67烟气容积查表1-2（ ）7.54218水蒸气容积份额查表1-2（ ）0.04989三原子气体容积份额查表1-2（ ）0.0195210烟气重度1.34311飞灰浓度/查表1-2（ ）0.025312飞灰颗粒平均直径查表1-81313烟气流速m/s3.28614烟气对流放热系数查图12-7或计算40.6515三原子气体辐射减弱系数0.55316飞回辐射减弱系数2.53217烟气辐射吸收力0.30918烟气黑度0.26619管内工质温度饱和温度（p=4.3MPa）255.828420管壁灰污层温度335.828
25、421烟气辐射放热系数0.472式（12-47）48.4022烟气总放热系数99.4023热有效性系数查表4-40.624传热系数59.6425平均温压759.771626传热量kJ/kg805.25427误差0.492第七章：高温过热器设计和热力计算I-7 过热器的传热计算从锅筒出来的饱和蒸汽先到凝渣管上方的蒸汽联箱，经过顶棚管到第一级对流过热器的入口联箱，蒸汽通过悬挂的蛇形逆流至出口联箱，最后两圈管束是顺流布置，这样可以避免出口管束与顶棚管的交叉，并使过热蒸汽出口烟气温度较低处，以避免蒸汽管壁温过高而烧坏。从第一级过热器出来联箱出来的蒸汽进入喷水减温器，该喷水由锅筒引出饱和蒸汽冷凝而得，冷
26、去水采用进入省煤器前的给水。蒸汽经减温后进入第二级过热器的入口联箱，蒸汽在第二级过热器中先逆流后顺流，此处为第一圈管束是逆流，其余均为顺流，同样可以使过热器出口的高温蒸汽处在较低温的烟气流中。第二级过热器的第一、二排管组成四排错列管，使节距增大，防止堵灰。其余均为顺列布置。由于一组受热面内有错列、顺列布置，而计算时的平均温压是按整组受热面计算的，因此传热系数也要用整组受热面的平均值，此时采用加权平均法来计算一下参数:横向节距s1,纵向节距s2，烟气流通截面Fy，对流放热系数ad，灰污系数，最后算出传热系数k。加权平均是用错列、顺列的受热面来加权的。第一、 二级过热器的结构简图见图I-3。第二级
27、过热器的结构特性计算见表I-11，传热计算见表I-12。第一级过热器的结构特性计算见表I-13,传热计算见表I-14。 高温过热器结构序号名称符号单位公式及计算结果1管子规格dmm-42mm-3.52折焰角前端距顶棚高度m等于凝渣管出口高4.7483错列管束横向间距 mm222纵向间距mm设定1504横向相对间距-5.2865纵向相对间距-3.571横向管排数排按286纵向管排数排-47前排管距折焰角前端距离mm自选7008前排管截面高度mm40479前排管高度mm335810后排管高度mm3187.2911平均管长mm3273.14512受热面48.35613顺列管横向间距mm设定11114
28、纵向间距mm设定16015设定6016平均：11017横向相对间距-2.64318纵向相对间距-2.61919横向管排数排-5620纵向管排数排-621顺列管后距悬吊管宽度mm39022每排管高度m3.10823倾斜管段长m平均值，包括错列区0.94324平均管长m4.05125受热面172.81626错列、順列受热面221.35227加权平均横向节距mm135.33928加权平均纵向节距mm118.64929横向相对间距-3.22230纵向相对间距-2.82531辐射层有效厚度m0.40032蒸汽流通截面f0.21333错列区烟气流通截面11.3934順列区烟气流通截面8.52735平均烟气
29、流通截面21.7136两侧水冷壁附加受热面16.43837折焰角附加受热面折焰角斜向长度m设定1.787折焰角处水管根数根26受热面积4.37938顶棚管附加受热面8.19439辐射空间m1.10040管簇深度m1.1141最后排高度m -2.89742悬吊管处高度m -2.847表1-12第二级（高温）过热器传热计算序号名称符号单位公式计算结果1凝渣管横向相对节距-查表I-94.2672单排管角系数x-查图11-100.323凝渣管总角系数-0.6864出口窗面积查表I-532.3845凝渣管辐射受热面22.2156出口窗中心高度m查表I-520.9017冷灰斗中心到炉顶距离m查表I-523
30、.1858出口窗相对高度-0.9019燃烧器中心相对高度-查表I-70.15410炉膛高度热负荷不均匀系数-查图15-40.711辐射受热面热负荷-查表I-8104.412直接吸收炉膛辐射热180.7913入口烟温查表I-1095014入口烟焓查表I-101039715蒸汽出口温度查表I-145016蒸汽出口焓查表I-43332.417蒸汽入口温度假定33818蒸汽入口焓按p=3.9MPa查蒸汽表280119蒸汽吸热量4308.820附加受热面吸热量假定顶棚为100，水冷壁为30540521烟气放热量4894.622烟气出口焓9568.223烟气出口温度855.1424平均烟温902.5625
31、烟气容积7.671726水蒸气容积份额-0.049127三原子气体容积份额-0.192128烟气密度1.32529飞灰浓度0.02530飞灰颗粒平均直径查表I-81331烟气流速6.25532错列区烟气对流放热系数查图12-7，或按公式计算83.52133顺列曲烟气对流放热系数查图12-6，或按公式计算76.45234烟气平均对流放热系数 77.93435蒸汽平均温度T39436蒸汽比容按p=4.0MPa,由给定公式0.072637蒸汽流速11.3638蒸汽放热系数查图12-16，1274539三原子气体辐射减弱系数3.01840飞灰辐射减弱系数2.53241烟气辐射吸收力kps-0.3094
32、2烟气黑度a-0.26643灰污系数错列管查图12-14，查表12-4，0.0051顺列管式（12-61a）的说明0.004844平均灰污系数0.004945管壁灰污层温度673.2146辐射放热系数查图12-15，或计算42.89147修正后辐射放热系数60.92348烟气总放热系数138.8649热有效性系数-查表4-40.650传热系数K82.41651平均烟温纯逆流温压508.56修正系数-查表12-1，图12-20.98平均温压498.3952传热量Q221253水冷壁附加受热面传热量水冷壁附加受热面28.225平均温压796.45传热系数K取主受热面的K82.416传热量450.7354顶棚附加受热面传热量顶棚附加受热面查表I-108.194平均温压705.83传热系数K取主受热面的K81.523传热量114.7155总传热量2777.456误差%0.43357主过热器热量误差%0.48958汽包出口蒸汽焓查水蒸气表，p=4.4MPa2798.259喷水减温装置水流量先假定，后校核1.2560顶棚受热面出口蒸汽焓3024.961顶棚受热面出口蒸汽温度查水蒸气表，p=4.4MPa256.11第八章：低温
