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1、目 录1.设计任务书11.1设计题目11.2原始数据12.煤的元素分析数据校核和煤种判别22.1煤的元素各成分之和为100%的校核22.2元素分析数据校核22.3煤种判别23.锅炉整体布置的确定43.1锅炉整体的外型选n形布置43.2受热面的布置43.3锅炉汽水系统54.燃烧产物和锅炉热平衡计算74.1燃烧产物计算74.2热平衡及燃料消耗量125.炉膛设计和热力计算145.1炉膛结构设计145.2燃烧器的设计155.3炉膛校核热力计算195.4炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算216.屏的设计和热力计算226.1屏的结构设计226.2屏的热力237.对流过热器结构尺寸和热力计算277.1
2、对流过热器结构尺寸设计277.2对流过热器结构设计277.3对流过热器结构尺寸计算297.4对流过热器热力计算298.高温再热器的结构尺寸和热力计算348.1高温再热器结构尺寸348-2高温再热器结构尺寸设计368.3高温再热器热力计算379.低温再热器的结构尺寸和热力计算409.1低温再热器结构尺寸409.2低温再热器结构尺寸见下图：419.3低温再热器的热力计算4110.尾部受热面的设计和热力计算4410.1省煤器结构尺寸4410.2省煤器结构尺寸见表10-14410.3省煤器热力计算4511.空气预热器的设计和热力计算4811.1空气预热器的结构尺寸4811.2空气预热器结构尺寸4911
3、.3空气预热器热力计算5012.热力计算数据的修正和计算结果汇总5412.1热力计算数据的修正5412.2排烟温度校核5512.3热空气温度校核5512.4热力计算结果汇总5613.锅炉设计说明书5813.1设计参数及煤种5813.2锅炉总体概况5813.3水冷系统5913.4燃烧器5913.5过热器6013.6再热器6013.7省煤器6013.8回转式空气预热器60参考文献62致 谢631.设计任务书1.1设计题目：670t/h再热煤粉锅炉热力计算1.2原始数据1.锅炉蒸发量D1 670t/h2.再热蒸汽流量D2 560t/h3.给水温度tgs 2754.给水压力pgs 16.7MPa(表压
4、)5.过热蒸汽温度t1 5436.过热蒸汽压力p1 12.8M Pa(表压)7.再热蒸汽进入锅炉机组时温度t 3408.再热蒸汽离开锅炉机组时温度t 5669.再热蒸汽进入锅炉机组时压力p 3.6 Pa(表压)10.再热蒸汽离开锅炉机组时压力p 3.2M Pa表压)11.周围环境温度tlk 2012.燃料特性(1)燃料名称：元宝山褐煤(2)煤的应用基成分（%）：=39.3; =11.2; =0.9; =2.7; =0.6; =24; =21.3(3)煤的可燃基挥发分Vr=37%(4)煤的低位发热量:Q=14580kJ/kg(5)灰融点:t1、t2、t3150013.制粉系统：中间贮仓式，闭式热
5、风送粉，筒式钢球磨煤机14.汽包工作压力:15.2MPa(表压)提示数据:排烟温度假定值py=135;热空气温度假定值trk=3202.煤的元素分析数据校核和煤种判别2.1煤的元素各成分之和为100%的校核=39.3+11.2+0.9+2.7+0.6+24+21.3=100%2.2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成分之间的换算因子为=则可燃基元素成分应为(%)：1.82839.3=71.84 1.8282.7=4.91.82811.2=20.5 1.82824=43.9 1.8280.9=1.65(二)干燥基灰分的计算可燃基低位发热量(试验值)的计算2.3煤
6、种判别(一)煤种判别由燃料特性得知Vr=37 %20%,但是=14580KJ/Kg4，%，属于高灰分煤。3.锅炉整体布置的确定3.1锅炉整体的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。3.2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。 本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热相应较大
7、。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较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热汽温的调节，使负荷在100%75%之间变化时，再热器出口汽温保持不变。在低温再热器设置省煤器。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、材料省、维修也方
8、便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。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所示图3-1 670t/h再热锅炉布置1-冷灰斗；2-燃烧器；3-炉膛；4-汽包；5-屏式过热器；6-过热器；7-第一级喷水减温；8-第二级喷水减温；9-高温再热器；10-低温再热器；11-省煤器；12-空气预热器；3.3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顶前屏过热器后屏过热器对流过热
9、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)水系统的流程给水省煤器进口集箱省煤器管束省煤器出口集左右侧墙水冷壁出口集箱后墙引出管汽包下降管下联箱 上联箱汽包。 (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出口集箱高温再热器进口集箱高温再热器管束高温再热器出口集箱再热器集汽集箱汽轮机。 4.燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1燃烧产物计算根据锅炉设计规范及给定数据表格、燃料特性计算结果计算如下表格：（1）空气表格及烟气特性表如下：表4-1 不同基准的换算系数K收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基表4-2 1空气、各种气体及1灰
10、的焓温度（）二氧化碳氮气氧气水蒸气干空气湿空气一氧化碳飞灰、灰渣、100170.03129.58131.76150.52130.04132.43130.1780.8200357.46259.92267.04304.46261.42266.36261.42169.1300558.81392.01406.83462.72395.16402.69395.01263.7400771.88526.52551626.16531.56541.76531.56360500994.35663.8694.5794.85671.35684.15671.35458.56001224.66804.12850.08968
11、.88813.9829.74814.44559.87001461.88947.521004.081148.84959.56978.32960.4663.28001704.881093.61159.921334.41107.361129.121108.96767.29001952.281241.551318.051526.041257.841282.321259.64873.910002203.51391.71477.51722.91409.71437.31412.698411002458.391543.741638.231925.111563.541594.891567.28109612002
12、716.561697.1618002132.281719.241753.441723.32120613002976.741852.761963.782343.641876.161914.251880.45136014003239.042008.722128.282559.22033.922076.22038.4157115003503.121662294.12779.0521932238.92198.7175816003768.82324.482460.483001.762353.282402.882359.36183017004036.312484.042628.543229.322513.
13、962567.342520.25206618004304.72643.662797.383458.342676.062731.862682.18218419004574.062804.212967.233690.372838.412898.832844.68235820004844.229653138.43925.630023065.63007.8251221005115.393127.533309.394163.253165.333233.793171.42264022005386.483289.223482.64401.983329.73401.643335.2276023005658.4
14、63452.33656.314643.473494.623570.753499.4524005930.43615.363831.364887.63660.723739.923664.5625006202.753778.54006.7551323825.753909.53830注 湿空气指每1干空气带有10g水蒸汽的空气。表4-3 锅炉受热面工作的烟温区段锅炉受热面工作烟温区段（）锅炉受热面工作烟温区段（）炉膛火焰中心15002200高温省煤区300500炉膛出口8001200高温空气预热器200400后屏过热器，凝渣管7001200低温省煤器100300前级对流过热器（按烟气流向）600800
15、低温空气预热器100200后级对流过热器（按烟气流向）400700表4-4 锅炉灰分平衡的推荐值锅 炉 炉 型固态排渣煤粉炉0.900.950.050.10液态排渣煤粉炉（开式）无烟煤0.850.15贫 煤0.800.20烟 煤0.800.20褐 煤0.700.800.200.30卧 式 旋 风 炉0.100.150.850.90立 式 旋 风 炉0.200.400.600.80表4-5 燃料干燥基比热容)燃料温度（）0100200300400无烟煤和贫煤0.920.961.051.131.17烟煤0.961.091.261.42褐煤1.091.261.46表4-6电厂锅炉和的一般数据炉型煤种
16、（）（）备注炉型煤种（）（）备注固态排渣煤粉炉无烟煤贫煤烟煤褐煤000046211.50.51挥发分高者，取小值灰分的者，取大值液态排渣煤粉炉无烟煤贫煤烟煤褐煤00003411.50.50.5卧式旋风炉烟煤褐煤0.510.5110.2表4-7 锅炉排烟温度的推荐值燃料水分排烟温度（）=150172=21528011012012013032012013014015020130140160170注 折算水分：=4187。表4-8 燃 烧 计 算 表序号项目名称符号单位（标准状况下）计算公式及数据结果1理论空气量3.8662理论氮容积3.0593容积0.7404理论干烟气容积3.7995理论水蒸气容
17、积0.65956飞灰份额查表2-40.075表4-9 烟 气 特 性 表序号项 目 名 称符 号单位（标准状况下）炉膛，屏凝渣管过热器高再低再省煤器空气预热器1受热面出口过量空气系数（查表1-5）1.21.231.261.291.311.342烟道平均过量空气系数1.21.2151.2451.2751.31.3253干烟气容积4.5724.6304.7464.8624.9585.0554水蒸气容积0.6700.6720.6740.6760.6780.6795烟气总容积5.2445.3035.4205.5385.6365.7356容积份额0.1410.1390.1360.1330.1310.12
18、97水蒸气容积份额0.1250.1240.1210.11910.11700.11508三原子气体和水蒸气容积总份额0.2660.2630.2580.2520.2480.2449容积飞灰浓度3.0463.0122.9462.8842.8342.78510烟气质量6.8466.9227.0737.2257.3517.47711质量飞灰浓度0.0020.00230.00230.00220.00220.0021注 烟道平均过量空气系数，指该受热面进出口过量空气系数的算术平均值。烟气焓温表：表4-10 烟气焓温表（用于炉膛、屏式过热器、对流过热器的计算）烟气或空气温度（）理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增
19、（每100）炉膛、屏、凝渣管过热器=1.2=1.234002594.622094.613013.54736.65550.52739.69755.405003224.202645.143753.231492.05562.90893.16775.996004004.783208.044646.392268.04574.46847.73797.867004737.623782.495494.123065.91583.04865.61753.458005486.624365.536359.733819.36592.32880.45907.239006248.614957.857240.184726.5
20、9599.20894.83862.0910007023.605557.058135.015588.68609.29908.87880.1911007810.616166.359043.886468.87613.00919.53895.2612008607.546779.359963.417364.13621.74932.20909.8113009415.397401.0910895.618273.94626.15938.52924.10140010228.688027.2411834.139198.04629.05947.27934.86150011050.148656.2912781.401
21、0132.90634.00955.03947.74160011878.379290.2913736.4311080.64635.85963.24954.17170012714.449926.1414699.6712034.81636.09965.09963.00180013552.3110562.2315664.7612997.81645.56972.53970.88190014395.7311207.7916637.2913968.69644.79975.80979.14200015242.5711852.5717613.0814947.83650.28984.59980.992100160
22、97.1012502.8518597.6715928.81648.96982.39988.67220016949.7013151.8119580.0616917.48表4-11 烟气焓温表（用于高温再热器、低温再热器的计算）烟气或空气温度（）理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增（每100）高温再热器低温再热器器=1.26=1.293001917.741556.932306.972345.89537.69811.30802.354002594.622094.613118.273170.64550.52767.22824.755003224.202645.143885.493951.62562.909
23、21.30780.986004004.783208.044806.794886.99574.46876.45935.377004737.623782.495683.245777.80583.04894.76890.818005486.624365.536578.016687.14表4-12 烟气焓温表（用于省煤器、空预器的计算）烟气或空气温度（）理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增（每100）省煤器空预器=1.36=1.38100621.45512.02723.85736.65517.82742.46755.402001260.341029.831466.311492.05527.09762.81
24、775.993001917.741556.932229.122268.04537.69784.42797.864002594.622094.613013.543065.91550.52739.69753.455003224.202645.143753.233819.36562.90893.16907.236004004.783208.044646.394726.594.2热平衡及燃料消耗量表4-14 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名 称符号单 位公 式结 果1锅炉输入热量kJ/kg式（2-8）145802排烟温度先估后校1403排烟焓kJ/kg查焓温表用插值法求877.00354冷空气温度取用
25、205理论冷空气焓kJ/kg102.1036化学未完成燃烧损失取用07机械未完全燃烧损失取用0.58排烟处过量空气系数查表2-9即低温空气预热器出口过量空气过量系数1.449排烟损失4.97910散热损失取用0.2211灰渣损失式（2-13）0.163612锅炉总损失5.8613锅炉热效率94.13814保热系数0.997715过热蒸汽焓kJ/kg查附录B-6、B-7，高温过热器出口参数 （查表1-6），t=5453453.36816给水温度给定27517给水焓kJ/kg查附录B-6、B-7，低温省煤器入口参数 （查表1-6），t=2551207.151218过热蒸汽流量kg/h已知67000
26、019再热蒸汽出口焓kj/kg查蒸汽特性表，p=3.3Mpa，t=5663603.0720再热蒸汽进口焓kj/kg查蒸汽特性表，p=3.7Mpa，t=3403075.5721再热蒸汽流量kg/h已知56000022再热蒸汽焓增kj/kg527.523锅炉有效利用热kJ/h180036525624实际燃料消耗量kg/h131171.4725计算燃料消耗量kg/h130515.6085.炉膛设计和热力计算5.1炉膛结构设计炉膛结构设计列表于5-1：表5-1 炉膛结构设计序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值（一）炉膛尺寸的确定1炉膛容积热强度qvW/m3取用1200002炉膛容积Vlm3
27、4427.373炉膛截面热强度qFW/m3取用32000004炉膛截面积Alm3166.01388625炉膛截面宽深比a/b取用1.1000163696炉膛宽度am选取a值使a/b=11.213.447炉膛深度bm12.2188冷灰斗斜角q按50,取用509冷灰斗出口尺寸m取用1.210冷灰斗容积Vhdm3按图中结构数据计算402.4711折焰角长度lzm取1/3b选取412折焰角上斜角q上20454513折焰角下斜角q下20303027炉膛出口烟气流速wym/s取用628炉膛出口烟气温度loC按表2-21选取110029炉膛出口通流面积Achm2159.435851330炉膛出口高度hchm
28、11.8627865532水平烟道烟气流速wsym/s1033水平烟道高度hsym取用7.11767193234折焰角高度hzym取用0.74511462235炉顶容积Vldm3按图中结构数据计算522.170660736炉膛主体高度hltm21.3287742（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数z1个取用72左右侧墙水冷壁回路个数z2个取用63管径及壁厚ddmm按表2-13选取60X64管子节距smms/d=1.31.35选取80.55前后墙管子根数n1根1686左右侧墙管子根数n2根153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
29、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。5.2燃烧器的设计本锅炉燃烧器是根据煤的Vr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。此外，喷口还可摆动一角度，单个喷口的摆动为10，联动时能上下摆动20，这样可改变火焰中心的高度。燃烧器风口
30、布置如图5-1图示，其中一次风喷口层数按表5-1选取为3层。图5-1一、二次风口布置燃烧器结构尺寸计算列于表5-2，其喷嘴结构尺寸如图3-4。表5-2 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 值1一次风速1ms选取25-35m/s302二次风速2ms选取35-45m/s454一次风率r1%25-40456二次风率r2%0.05/1.2*100557一次风温t10C2008二次风温t20C由制粉系统的设计计算确定31010燃烧器数量z个411一次风口面积（单只）A1m2四角切圆布置0.40512二次风口面积（单只）A2m20.24814燃烧器假想切圆直径djmm10001
31、5燃烧器矩形对角线长度2ljmm查表选取1816416特性比值hr/br1217特性比值2lj/br初步选定40.218燃烧器喷口宽度brmm由确定819一次风喷口高度h1mm896二次风喷口高度h2mm45920燃烧器高度hrmm525921最下一排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离lm3炉膛结构尺寸如图所示：图5-2炉膛结构图炉膛结构设计表如下：表5-3 炉膛结构数据序号符号单位公式结果1前墙总面积530.56882侧墙总面积=365.7133后墙总面积506.7974喷燃器及门孔面积605炉顶面积51.50726炉膛与屏交界面积159.4367炉墙总面积1614.4368炉膛截面面积162
32、.209929水冷壁管外径dmm6010水冷壁管节距smm80.511管子至墙中心距e012水冷壁角系数113炉顶角系数0.9714出口烟囱角系数115炉膛容积12+22.2320.50.88451.2554746.22416冷灰斗二等分平面到出口烟囱中心线的距离m33.717冷灰斗二等分平面到炉顶的面积m39.6318冷灰斗二等分平面到燃烧器中心线的面积m6.819炉膛总有效辐射受热面0.98()+11512.18420炉膛水冷程度X0.97821炉膛有效层辐射层厚度sm3.610.5865.3炉膛校核热力计算炉膛校核热力计算见表5-4：表5-4 炉膛校核热力计算序号名称符号单位公 式结果1
33、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0.053制粉系统漏风系数查表1-5漏风系数和过量空气系数0.124热风温度先估后校3205理论热风焓kj/kg查温焓表1664.3286理论冷风焓kj/kg查表2-14锅炉热平衡及燃料消耗量计算102.4031867空气带入炉膛热量kj/kg（-）+（+）1731.6678对应每千克燃料送入炉膛的热量kj/kg16287.699549理论燃烧温度查温焓表2123.41610理论燃烧绝对温度K+2732396.411火焰中心相对高度系数X（其中=5460，=34000-6000-2260,
34、x=0）0.212系数MMA-BX注：A、B取值查表3-5、表3-60.4513炉膛出口烟气温度先估后校注：112014炉膛出口咽气焓kj/kg查温焓表9225.6515咽气平均热容量kj/(kg)716水冷壁污染系数查表3-4水冷壁灰污系数0.5517水冷壁角系数查表3-1炉膛结构数据118水冷壁热有效系数0.5519屏、炉交界面的污染系数0.53920屏、炉交界面的角系数取用121屏、炉交界面的热有效系数0.34322燃烧器及孔门的热有效系数未敷设水冷壁023平均热有效系数注：其中0.549924炉膛有效辐射层厚度sm查表3-1炉膛结构数据10.5925炉膛内压力pMPa0.10126水蒸
35、气容积分额查表2-9烟气特性表0.125827三原子气体辐射减弱系数r查表2-9烟气特性表0.266828三原子气体辐射减弱系数1/(mMPa)5.24729烟气质量飞灰浓度查表2-9烟气特性表0.0023330灰粒平均直径查附录B-1筒式刚球磨煤机（通常取13）1331灰粒辐射减弱系数1/(mMPa)注：单位为81.06232燃料种类修正系数对低反应的燃料（无烟煤、半无烟煤、贫煤等）=1；对高反应的燃料（烟煤、褐煤、泥煤、页岩、木材等）=0.50.5130.13燃烧方法修正系数对室燃炉=0.1对层燃炉=0.20.134煤粉辐射减弱系数k1/(mMpa)2.08935火焰黑度0.8936炉膛黑度0
