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1、锅 炉 原 理 课 程 设 计 姓名： 学号： 时间： 地点： 指导老师： 建 筑 环 境 与 能 源 工 程 系目录第一节 设计任务书.第二节 煤的元素分析数据校核和煤种判别.第三节 锅炉整体布置的确定.第四节 燃烧产物和锅炉热平衡计算第五节 炉膛设计和热力计算.第六节 后屏过热器热力计算.第七节 对流过热器设计和热力计算.第八节 高温再热器设计和热力计算第九节 第一、二、三转向室及低温再热器引出管的热力计算.第十节 低温再热器热力计算.第十一节 旁路省煤器热力计算.第十二节 减 温 水 量 校 核.第十三节 主省煤器设计和热力计算.第十四节 空气预热器热力计算.第十五节 热力计算数据的修正
2、和计算结果汇总第一节 设计任务书一、 设计题目 400t/h再热煤粉锅炉二、 原始材料1。锅炉蒸发量D1 40t/h2。再热蒸汽流量D2 350t/h3。给水温度tgs 2354。给水压力pgs 15.6MPa(表压)5。过热蒸汽温度t1 5406。过热蒸汽压力p1 13.7M Pa(表压)7。再热蒸汽进入锅炉机组时温度t 3308。再热蒸汽离开锅炉机组时温度t 5409。再热蒸汽进入锅炉机组时压力p 2.5M Pa(表压)10。再热蒸汽离开锅炉机组时压力p 2.3M Pa表压)11。周围环境温度tlk 2012。燃料特性 (1)燃料名称： (2)煤的应用基成分（%）：= ; = ; = ;
3、= ; = ; = ; = (3)煤的可燃基挥发分Vr= %(4)煤的低位发热量Q= kJ/kg (5)灰融点:t1、t2、t3150013。制粉系统 中间贮仓式，闭式热风送粉，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=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+= =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成分之间的换算因子为 Kr= = 则可燃基元素成分应为(%) (二)干燥基灰分的计算 (三)可燃基低位发热量(试验值)的计算 (四)可
4、燃基低位发热量（门德雷也夫公式计算值）的计算 因为 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 但是 所以属于: (二)折算成分的计算因此 第三节 锅炉整体布置的确定一、锅炉整体的外型选n形布置 选择n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 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
5、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，在低温再热器旁边(竖井烟道的前部)设置旁路省煤器
6、，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、材料省、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)
7、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 悬吊管过热器管束悬吊管过热器出口集箱集箱 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 前隔墙省煤器进口集箱前隔墙省煤器管束箱 后隔墙省煤器进口集箱后隔墙省煤器管束隔墙省煤器出口集箱旁路省煤器进口集箱
8、旁路省煤器及斜烟道包覆管束旁路省煤器 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。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。 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、燃烧产物计算燃烧产物计算公式略，只给出如下计算结果。(一)理论空气量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 理论水蒸汽容积 理论烟气容积 (二)空气平衡表及烟气特
9、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l=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选取份炉渣份额后计算得飞灰份额fh=0.9，计算表3-2列出的各项，此表为烟气特性表。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（）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（）进口漏风出口(三)烟气焓温表计算表3-3列出的各项，此表为烟气焓温表。 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所示。表3-4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序
10、 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值1燃料带入热量QrkJ/kg2排烟温度pyoC3排烟焓HpykJ/kg4冷空气温度tlkoC5理论冷空气焓kJ/kg6机械不完全燃烧损失q4%7化学不完全燃烧损失q3%8排烟损失q2%9散热损失q5%10灰渣物理热损失q6%11保热系数j%12锅炉总热损失Sq%13锅炉热效率hgl%14过热蒸汽焓kJ/kg15给水焓hgskJ/kg16过热蒸汽流量Dgrkg/h17再热蒸汽出口焓kJ/kg18再热蒸汽进口焓kJ/kg19再热蒸汽流量Dzrkg/h20再热蒸汽焓增量DhzrkJ/kg21锅炉有效利用热Qglkg/h22实际燃烧消耗量Bkg/h23计算
11、燃烧消耗量Bjkg/h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）列表于3-5表3-5 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W/2炉膛容积3炉膛截面热强度W/4炉膛截面积5炉膛截面宽深比a/b6炉膛宽度am7炉膛深度bm8冷灰斗斜角q9冷灰斗出口尺寸m10冷灰斗容积11折焰角长度m12折焰角上斜角13折焰角下斜角14前屏管径及壁厚ddmm15前屏管内工质质量流速rwkg/()16前屏管子总流通面积A17前屏每根管子面积18前屏总管子数n根19前屏横向管距mm20前屏片数片21前屏单片管子数根
12、22前屏纵向节距mm23前屏最小弯曲半径Rmm24前屏深度mm25前屏与前墙之间距离mm26前后屏之间距离mm27炉膛出口烟气流速m/s28炉膛出口烟气温度29炉膛出口通流面积30炉膛出口高度m31前屏高度m32水平烟道烟气流速m/s33水平烟道高度m34折焰角高度m35炉顶容积36炉膛主体高度m（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数个2左右侧墙水冷壁回路个数个3管径及壁厚ddmm4管子节距smm5前后墙管子根数根6左右侧墙管子根数根 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
13、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。燃烧器风口布置如图3-3所示，其中一次风喷口层数按表2-18选取为3
14、层。 燃烧器结构尺寸计算列于表3-6，其喷嘴结构尺寸如图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 值1一次风速2二次风速3三次风速4一次风率%5三次风率%6二次风率%7一次风温0C8二次风温0C9三次风温0C10燃烧器数量z个11一次风口面积（单只）12二次风口面积（单只）13三次风口面积（单只）14燃烧器假想切圆直径mm15燃烧器矩形对角线长度mm16特性比值17特性比值18燃烧器喷口宽度mm19一次风喷口宽度mm二次风喷口宽度mm三次风喷口宽度mm20燃烧器高度mm21最下一排燃烧器的下边缘距冷灰斗上沿的距离lm22条件火炬长度m三、炉膛和前屏过热器
15、结构尺寸计算根据炉膛和前屏过热器的结构尺寸(图3-5和图3-6)，计算炉膛和前屏过热器结构尺寸数据，列于表3-7和表3-8中。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2前墙面积3后墙面积4炉膛出口烟窗面积5炉顶包覆面积6前屏面积7燃烧器面积8前后侧墙水冷壁角系数x9炉顶角系数10前屏角系数11炉膛出口烟窗处角系数12整个炉膛的平均角系数13前屏区的侧墙面积14前屏区的炉顶面积15前坪区的炉墙面积16炉膛自由容积的水冷壁面积17炉膛容积18前屏占据容积19炉膛的自由容积20前屏区与炉膛的水平分割面积21前屏区与炉膛的垂直分割面积22自由容积的辐射层有效
16、厚度m23前屏间容积的辐射层有效厚度m24炉膛的辐射层有效厚度Sm25燃烧器中心线的高度m26炉膛高度m27燃烧器相对高度28火焰中心相对高度表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管径及壁厚ddmm2单片管子根数根3前屏片数片4蒸汽流通截面积A 5蒸汽质量流速6前屏蒸汽平均比容7蒸汽流速8前屏辐射受热面积四、炉膛热力计算（带前屏过热器）炉膛热力计算（带前屏过热器） 结果列于表3-9中表3-9 炉膛热力计算（带前屏过热器）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2理论空气焓kJ/3炉膛漏风系数4制粉系数漏风系数5冷空气温度6理论冷空
17、气焓kJ/7空预器出口过量空气系数8空气带入炉内热量kJ/91kg燃料带入炉内的热量kJ/10理论燃烧温度11炉膛出口烟温12炉膛出口烟焓kJ/13烟气的平均热容量14水蒸气容积份额15三原子气体容积份额16三原子气体分压力MPa17Ps与s的乘积SmMPa18三原子气体辐射减弱系数(mMPa)19灰粒子辐射减弱系数(mMPa）20焦炭粒子辐射减弱系数(mMPa）21无因次量22无因次量23半发光焰辐射减弱系数(mMPa）24乘积K25炉膛火焰有效黑度26乘积27自由容积内三原子气体辐射减弱系数(mMPa)28乘积KP29自由容积的火焰有效黑度30乘积31屏间容积内三原子气体辐射减弱系数(mM
18、Pa)32乘积KP33屏间容积的火焰有效黑度34屏宽A与Sxy比值35屏宽A与屏节距之比36屏的修正系数37屏区的修正系数38系数39屏的辐射系数40屏区的辐射系数41屏的黑度42屏区的黑度43屏的暴光不均匀系数44屏区水冷壁的暴光不均匀系数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48前后侧墙水冷壁的玷污系数49屏的玷污系数50炉顶包覆管玷污系数51炉膛出口屏的玷污系数52前后侧墙水冷壁的热有效系数53炉顶包覆管的热有效系数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58与炉内最高温度位置有关的系数M59炉膛出口烟温60炉膛出口
19、烟焓kJ/61炉膛吸热量kJ/62炉膛容积热强度W/63炉膛截面热强度W/64炉内平均辐射热强度W/65炉顶辐射吸热分部系数66炉顶辐射热强度W/67炉顶辐射受热面积68炉顶的吸热量WkJ/69前屏辐射吸热分布系数70前屏辐射热强度71前屏吸热量WkJ/72后屏辐射吸热分布系数73后屏辐射强度74后屏吸热量WkJ/75附加过热器总吸热量kJ/76一级减温水量Kg/h77二级减温水量Kg/h78附加过热器焓增量kJ/79饱和蒸汽焓kJ/80包覆出口蒸汽焓kJ/81包覆出口蒸汽温度82前屏焓增量kJ/83前屏出口蒸汽焓kJ/84前屏出口蒸汽温度85炉膛出口烟温校核第六节 后屏过热器热力计算一、后屏
20、过热器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。一、后屏过热器结构尺寸计算表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mm2屏片数片3单片管子根数根 4屏的深度Cm5屏的平均高度m6横向节距mm7比值8纵向平均节距mm9比值10屏的角系数11屏区接受炉膛热辐射面积12屏的对流受热面积13屏的计算对流受热面积14屏区炉顶受热面积15屏区两侧水冷壁受热面积16屏区附加受热面积17屏接受炉膛热辐射面积18炉顶附加受热面积辐射面积19水冷壁附加受热面辐射面积20烟气进屏流通截面积21烟气出屏流通截面积22
21、烟气平均流通截面积23蒸汽流通截面积24蒸汽质量流速Kg/（.s）25烟气辐射层有效厚度Sm二、后屏过热器热力计算后屏过热器热力计算的结果列于表3-11中表3-11 后屏过热器热力计算序 号名 称符 号单 位计算公式或数据来源数 值1烟气进屏温度2烟气进屏焓kJ/3烟气出屏温度4烟气出屏焓kJ/5烟气平均温度6屏区附加受热面对流吸热量kJ/7屏的对流吸热量kJ/8屏入口吸收的炉膛辐射热量kJ/9三原子气体辐射减弱系数(mMPa)10乘积(mMPa)11灰粒的辐射减弱系数(mMPa）12飞灰浓度13乘积(mMPa)14烟气流的辐射减弱系数K(mMPa)15乘积K16屏区的烟气黑度17屏进口对出口
22、的角系数18修正系数19屏出口面积20炉膛及屏间烟气对屏后受热面的辐射热量kJ/21屏区吸收炉膛辐射热量kJ/22屏区炉顶附加受热面吸收的炉膛辐射热量kJ/23屏区水冷壁附加受热面吸收的炉膛辐射热量kJ/24屏所吸收的炉膛辐射热kJ/25屏所吸收的总热量kJ/26蒸汽进屏焓kJ/27蒸汽进屏温度28蒸汽出屏焓kJ/29蒸汽出屏温度30屏内蒸汽平均温度31屏内蒸汽平均比容/32屏内蒸汽平均流速m/s33管壁对流蒸汽的散热系数34屏间烟气平均流速m/s35烟气侧对流放热系数36灰污系数37管壁灰污层温度38辐射放热系数39利用系数40烟气对管壁的放热系数41对流传热系数42较大温差43较小温差44
23、平均温差45屏对流传热量kJ/46误差%47屏区两侧水冷壁水温48平均传热温差49屏区两侧水冷壁对流吸热量kJ/50误差%51屏区炉顶进口汽焓kJ/52屏区炉顶进口汽温53屏区炉顶蒸汽焓增量kJ/54屏区炉顶出口汽焓kJ/55屏区炉顶出口汽温56平均传热温差57屏区炉顶对流吸热量kJ/58误差%第七节 对流过热器设计和热力计算一、对流过热器结构设计对流过热器结构设计列表3-12表3-12 对流过热器结构设计序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1蒸汽进口焓kJ/2蒸汽进口温度3蒸汽出口温度4蒸汽出口焓kJ/5工质总吸热量kJ/6炉顶过热器附加吸热量kJ/7两侧水冷壁附加吸热量kJ/8对流传热量
24、kJ/9理论冷空气焓kJ/10烟气进口温度11烟气进口焓kJ/12烟气出口焓kJ/13烟气出口温度14较小温差15较大温差16平均温差17传热系数18计算对流受热面积19蒸汽质量流速Kg/（.s）20蒸汽流通截面积21管径及壁厚mm22每根管子截面积23管子总根数根24横向节距mm25管排数排26每根管子根数根27每根管子长度 m28管子弯曲半径mm29纵向平均节距mm30每根管子平均长度m31布置的对流受热面积32误差二、对流过热器结构尺寸计算根据对流过热器结构尺寸图计算对流过热器结构尺寸数据列于表3-13中。表3-13 对流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
25、厚mm2横向节距mm3纵向平均节距mm4每根管子根数排5管子排数，布置根 6蒸汽流通面积7烟气进口流通面积8烟气出口流通面积9烟气平均流通面积10辐射层有效厚度Sm11计算对流受热面积12炉顶附加受热面积13水冷壁附加受热面积三、对流过热器热力计算对流过热器的热力计算结果列于表3-14中。表3-14 对流过热器热力计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1烟气进气温度2烟气进口焓kJ/3蒸汽进口焓kJ/4蒸汽出口温度5蒸汽出口温度6蒸汽出口焓kJ/7过热器吸热量kJ/8炉顶附加收热面吸热量kJ/9水冷壁附加受热面吸热量kJ/10炉膛及后屏，对过热器辐射热量kJ/11炉顶吸收辐射热量kJ/12水冷壁吸收辐射热量kJ/13过热器吸收辐射热量kJ/14过热器对流吸热量kJ/15烟气出口焓kJ/16烟气出口温度17烟气平均温度18蒸汽平均温度19烟气流速20烟气侧对流放热系数21蒸汽平均比容/22蒸汽平均流速23灰污系数24蒸汽侧放热系数25管壁灰污层温度26乘积SmMPa27三原子气体的辐射减弱系数(mMPa)28乘积(mMPa)
