锅炉课程设计-65th中压煤粉锅炉设计.doc

南京工业大学锅炉课程设计目 录前言第一节锅炉课程设计任务书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的确定4第四节燃料产物和锅炉热平衡计算5第五节炉膛设计和热力计算8第六节凝扎管热力计算16第七节高温对流过热器设计及热力计算18第八节低温对流过热器设计及热力计算23第九节上级省煤器设计及热力计算27第十节上级空气预热器设计及热力计算31第十一节下级省煤器设计及热力计算33第十二节下级空气预热器设计及热力计算37第十三节热力计算数据的修正和计算结果汇总39第十四节锅炉设计说明书 42 参考文献 46前 言锅炉原理是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课程。该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是让学生全面运用所学的锅炉原理知识设计一台锅炉，因此，它是锅炉原理课程理论联系实际的重要教学环节。它对加强学生的能力培养起着重要的作用。本设计说明书详细的记录了锅炉本体各受热面的结构特征和工作过程，内容包括锅炉受热面，锅炉炉膛的辐射传热及计算。对流受热面的传热及计算，锅炉受热面的布置原理和热力计算，受热面外部工作过程，锅炉蒸汽参数的变化特性与调节空气动力计算等。由于知识掌握程度有限以及三周的设计时间对于我们难免有些仓促，此次设计一定存在一些错误和遗漏。 65t/h中压煤粉锅炉设计第1章 设计任务书1.1设计题目 65t/h中压煤粉锅炉1.2原始资料(1)、锅炉额定蒸发量； D1 =65t/h(2)、过热蒸汽压力： P1=3.9MP(3)、过热蒸汽温度； t1 =450(4)、给水温度； tgs =170(5)、给水压力； pgs =4.9Mpa(6)、排污率； Ppw=2%(7)、周围环境温度； tlk =30(8)排烟温度假定值：145，热空气温度假定值：trk =320(9)、燃料特性燃料名称：西山贫煤 煤的收到基成分（%）： Cy=67.6；Oy=1.8；Sy=1.3；Hy=2.7；Ny=0.9；Wy=6.0；Ay=19.7煤的干燥无灰基挥发份；Vr=15%煤的低位发热量； Qdwy=24720kJ/kg灰熔点： DT=1190、ST=1340、FT=1450(10)制粉系统 中间储仓式，乏气送粉，筒式钢球磨煤机(11)汽包工作压力4.3Mpa（表压） 第2章 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Cy+ Oy+ Sy+ Hy + Ny + Wy + Ay =67.6+1.8+1.3+2.7+0.9+6.0+19.7=100%2.2元素分析数据校核（1）干燥无灰基元素成分的计算干燥无灰基元素成分与收到基元素成分之间的转换因子为Kr=100/（100WyAy）=100/（100-6-19.7）=1.346则干燥无灰基元素成分应为Cr=Kr×Cy=90.983 Hr=Kr×Hy=3.634Or=Kr×Oy=2.423 Nr=Kr×Ny =1.211Sr=Kr×Sy=1.750 （2）干燥基灰分的计算Ag=100Ay /（100-Wy）r=21%（3）干燥无灰基低位发热量的计算Qdwr=(Qdwy+25×Wy)100100-Wy-Ay=（24720+25*6）100/（100-6-19.7）=33472.41（kJ/kg）2.3煤种判别；（1）煤种判别由燃料特性得知Vr=15.0%<20%，而且Qdwy=24720J/kg>18840 kJ/kg，所以属于类烟煤。（2）折算成分的计算Azsy=4187*AyQdwy (%)=3.34%Mar,zs=4187*WyQdwy (%)=1.02%Sar,zs=4187*SyQdwy (%)=0.22%因为<4%,所以此煤不属于高灰的煤。第3章 锅炉整体布置的确定3.1 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)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。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。本锅炉为中压参数，汽化吸热较少，加热吸热和过热吸热较多。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。前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。设置省煤器时，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=350，理应采用二级布置空气预热器。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。3.3汽水系统按中压锅炉热力系统的设计要求，该锅炉的汽水系统的流程设计如下：（1） 过热蒸汽系统的流程汽包顶棚式过热器低温对流过热器一级喷水减温高温对流过热器汽轮机。（2）水系统的流程给水泵低温级省煤器高温级省煤器汽包下降管下联箱水冷壁上联箱汽包。第4章 燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1燃烧产物计算燃烧产物计算公式略，只给出如下计算结果。(1) 理论烟气量及理论烟气容积理论氧气量VO20=1.4088Nm3/kg理论空气量V0=6.7085Nm3/kg理论烟气容积V0Y=7.0595Nm3/kg理论氮气容积V0N2=5.3069Nm3/kg；三原子气体RO2的容积VRO2= 1.2705Nm3/kg；理论水蒸气容积V0H2O= 0.4821Nm3/kg； (2)空气平衡表及烟气特性表根据该锅炉的燃料属优质燃料，可选取炉膛出口过量空气系数al,=1.2，选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表41。根据上述计算出的数据，又选取炉渣份额后计算得飞灰份额afh=0.9，计算表42列出各项，此表为烟气特性表。炉膛，凝渣管高温对流过热器低温对流过热器二级省煤器二级空气预热器一级省煤器一级空气预热器进口1.201.231.261.281，311.33漏风0.050.030.030.020.030.020.03出口1.201.231.261.281.311.331.36表41 空气平衡表(3)烟气焓温表计算表42列出的各项，此表为烟气焓温表。温度理论空气hk0理论烟气hy0炉膛出口高过出口低过出口二级省煤器二级空气预热器一级省煤器一级空气预热器1008869791156118212091227125312711297200178419822339239224462481253525712624300270430143554363637173771385239063987400363640794807491650255097520752795388500458951246041617963176408654666386776600556862907404757177387849801681288295700656174428755895191489279947696079804800757486151013010357105841073610963111141134290086009807115271178512043122151247312645129031000962711018129431323213521137141400214195144841100107001224514385147061502715241155621577616097120011760134861583816190165431677817131173661771913001284014746173141769918084183411872618983193681400139271601018796192141963119910203282060621024150015020172852028920740211902149121941222422269216001612118574217982228222766230882357223894243781700172211986723311238282434424689252052555026066180018328211682483425383259332630026850272162776619001944822471263602694427527279162850028889294722000205682378227896285132913029541301583057031187表4-2 烟气焓温表项目名称符号单位炉膛高过低过二级省煤器二级预热器一级省煤器一级预热器烟道进口过量空气系数1.21.21.231.261.281.311.33烟道出口过量空气系数1.21.231.261.281.311.331.36烟道平均过量空气系数pj1.21.2151.2451.271.2951.321.345过剩空气量VNm3/kg1.3417 1.4423 1.6436 1.8113 1.9790 2.1467 2.3144 水蒸气容积VH2ONm3/kg0.5037 0.5053 0.5086 0.5113 0.5140 0.5167 0.5194 烟气容积VyNm3/kg8.4228 8.5250 8.7295 8.9000 9.0704 9.2408 9.4112 RO2气体占烟气的份额rRO20.1508 0.1490 0.1455 0.1428 0.1401 0.1375 0.1350 水蒸气占烟气的份额rH2O0.0598 0.0593 0.0583 0.0574 0.0567 0.0559 0.0552 三原子气体和水蒸气占烟气的Rn0.2106 0.2083 0.2038 0.2002 0.1967 0.1934 0.1902 烟气质量GyKg/kg11.3166 11.4480 11.7108 11.9299 12.1489 12.3679 12.5869 飞灰无因次浓度hKg/kg0.0157 0.0155 0.0151 0.0149 0.0146 0.0143 0.0141 表4-3 烟气特性表4.2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44所示。表44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 值1燃料带入热量QrkJ/kg247202排烟温度py0C假定1253排烟焓HpyKJ/kg查焓温表421229.754冷空气温度tlkoC给定305理论冷空气焓HlkkJ/kg查焓温表42265.86机械不完全燃烧热损失Q4%取用27化学不完全燃烧热损失Q3%取用08排烟热损失Q2%3.449散热损失Q5%查图1150.810灰渣物理热损失Q6%Ay<Qydw/419 所以忽略011保热系数%1-q5/10099.212锅炉总热损失q%q2+q3+q4+q5+q66.24 13锅炉热效率gl%100-q93.7614过热蒸汽焓HgrKJ/kg查蒸汽特性表3332.4 15给水焓hgsKJ/kg查水特性表721.516饱和水焓HqbKJ/kg查表1109.517过热蒸汽流量DgrKg/h已知6500018锅炉总吸热量QglKJ/sD(hgr-hgs)+0.02D(hbh-hgs)4729119实际燃料消耗量BKg/sQgl/(glQr)2.040420计算燃料消耗量BjKg/sB(1-q4/100)1.9996第5章 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51 表51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）炉膛尺寸确定1炉膛容积热强度qVW/m3按表111选取120×1032炉膛容积V1m3BQydw/3.6qv420.33炉膛截面热强度qFW/m2按表1-12选取1.8×1064炉膛截面积Alm2BQydw/3.6qF28.025炉膛截面宽深比a/b按a/b=11.2选取1.16炉膛宽度am选取a值使a/b=11.25.6 7炉膛深度bmA1/a5.08冷灰斗倾角按50º选取50º9冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取1.210冷灰斗容积Vdhm3按结构尺寸计算22.2711折焰角长度lzm按=1/3b选取1.6712折焰角上倾角按上=20º-45º选取4513折焰角下倾角按下=20º-30º选取30º14炉膛出口烟气流速wym/s选取615炉膛出口烟气温度lºC按表1-20选取110016炉膛出口通流面积Achm2BjVy/(3600wy+)*(l+273)/27314.1217炉膛出口高度hchmAch/a2.5218水平烟道烟气流速wsym/s选取1019水平烟道高度hsym按BjVy/3600wya+273/273选取4.520炉顶容积Vldm3按图1-5中A1和A2计算51.7721炉膛主体高度hltm(Vl-Vld-Vhd)/Al12.36（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数z1个a/2.5(按每个回路加热宽度2.5选取22左右侧墙水冷壁回路个数z2个b/2.5(按每个回路加热宽度2.5 23管径及壁厚d*mm按2-13选取60×64管子节距Smm按s/d=1.31.35选取80.55前后墙管子根数n1根按a/s+1=107.25选取716左右侧墙管子数n2根按b/s+1=97.625选取635.2燃烧器的设计燃烧器结构尺寸计算列于表52本锅炉燃烧器是根据煤的Vr大小，按照表2-14选用的四角布置直流燃烧器，应为是贫煤，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流动，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应性及负荷的变化，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+20。，这样可改变火焰中心的高度。燃烧器风口布置如图所示，其中一次风喷口层数选取为3层 折焰角示意图 燃烧器风口布置表52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w1m / s按表2-16选取252二次风速w2m / s按表2-16选取503三次风速W3m / s按表2-16选取504一次风率r1%按表2-15选取255三次风率r3%由制粉系统的设计计算确定的磨煤废气份额106二次风率r2%按表2-15选取757一次风温t1由制粉系统的设计计算确定2008二次风温t2trk -103409三次风温T3由制粉系统的设计计算确定7010燃烧器数量Z个四角布置411一次风口面积A1m20.023212二次风口面积A2m20.032213三次风口面积A3m20.010114燃烧器假想切圆直径d jMm按表2-17选取60015燃烧器矩形对角线长度l jMm75116特性比值hr / br初步选定1217特性比值hr/ br由式（2-7）确定40.218燃烧器喷口宽度b rMm结构设计时定为br= 21521519一次风喷口高度h1MmA1 / b108二次风喷口高度h2MmA2 / br150三次风喷口高度h3MmA3 / br4820燃烧器高度h rMm 按A1、A2 、A3 的要求，画出燃烧器喷口结构尺寸图（5-3），得 hr;核算hr / br = 13.46,接近原选定值，不必重算289321最下一排燃烧器的下边距冷灰斗上沿的距离lM按 l = (45)br选取 1.022条件火炬长度l hyMl hy的计算结果符合表2-19的规定，而且上排燃烧器中心线到前屏下边缘高度大于8米，所以炉膛高度设计合理16.9>145.3炉膛结构尺寸计算 根据炉膛的结构尺寸，计算炉膛结构尺寸数据，列于表53中。序号名 称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积A1m2hch *(b-lz)6.93A2m2(2b-lz) *lz *tan/24.15A3m2B* hlt61.8A4m2(b-)7.02Acm2A1 + A2 + A3 + A479.92前墙面积Aqm2据图108.93后墙面积Ahm2据图105.94炉膛出口烟窗面积Achm2据图17.195炉顶包覆面积Aldm2据图15.46燃烧器面积Arm2据图19.27前后墙侧水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取1.08炉顶角系数x ld查附录三图I（a ）4，s / d = 45 / 38=1.184, e =00.929炉膛出口烟窗处角系数xch选取1.010整个炉膛的平均角系数x(2Acx + Aqx + Ahx + Ach xch + Ald xld) / (2Ac + Aq Ah + Ach +Ald )0.99711炉膛自由容积的水冷壁面积Azym2Aq+Ah+2(Ac-0.5Ar)+Ach+ Ald160.812炉膛容积Vlm3Aca420.313炉膛的自由容积Vzym3Vl - Vp420.314自由容积辐射层有效厚度Szym3.6Vzy / Azy9.4115炉膛的辐射层有效厚度Sm1.8816燃烧器中心线的高度hrm据图1-3317炉膛高度Hlm据图1-312.3618燃烧器相对高度hr /Hlhr / Hl0.24319火焰中心相对高度xlhr / Hl + x ,x按附录二表查得等于0.243表53炉膛结构尺寸 5.4炉膛热力计算炉膛的热力计算结果列于表55中。表55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tlk给定3502理论热空气焓HorkKJ/kg查焓温表1-431703炉膛漏风系数al由空气平衡表1-1知0.054制粉系统漏风系数azf选用0.065冷空气温度Tlk给定306理论冷空气焓HlkokJ/kg查焓温表1-4265.87空预器出口过量空气系数kyal" - (al + azf )1.098空气带入炉內热量QkkJ/kgky"Hrk + (al+azf )Hlk3484.5491kg燃料带入炉內热量QlkJ/kgQr +Qk28204.5410理论燃烧温度a根据Q查焓温表1-4202011炉膛出口烟温l假定110012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-41438513烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg )(Ql -Hl") / (a -l")15.0214水蒸汽容积份额rH2O查烟气特性表1-30.059815三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.150816三原子气体分压力pnMpaprn(p为炉膛压力，0.098MPa)0.02117pn与S的乘积PnSm.MpaPnS0.39518三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.MPa)10(0.78+1.6rh2o10pnSzy-0.1)(1-0.37TL,1000)1.9619灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.MPa55900/3TL,dh28020焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/(m.MPa)取用1021无因次量x1选取0.522无因次量x2选取0.123半发光火焰辐射减弱系数K1/(m.MPa)Kyrn+Kh+kjx1x23.7924乘积KpSkPskps2.2825炉膛火焰有效黒度ahy1 - e-kpS0.8926炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表0.4527炉膛出口屏的沾污系数ch(查附录三图，=0.98)0.44128前后墙水冷壁的热有效沾污系数x0.4529炉顶包覆管热有效系数ldld xld0.4430炉膛出口处的屏的热有效系数ch chxch0.44131平均热有效系数pj0.4532炉膛黑度al0.94733与炉内最高温度有关的系数MBCxlB、C 查附录B=0.56,C=0.50.4434炉膛出口烟温l"105235炉膛出口烟焓Hl"kJ/kg查焓温表1-31366436炉膛吸热量QflkJ/kg(Ql - Hl")1442437炉膛容积热强度qvW/m3BQydw /(3.6Vl)119.8×10338炉膛截面热强度qfW/m2BQydw/(3.6Al)1.8×10639炉内平均辐射热强度qpjlW/m2BjQfl / (3600Alp)99.8×10340一级减温水量Djw1kg/h先假定后校核2.6×10341饱和蒸汽焓hbqkJ/kg查蒸汽特性表p=15.3MPa,t=34542包覆出口蒸汽温度tbf"查蒸汽特性表p=14.7MPa35243炉膛出口烟温校和l"l"al48<100dh 灰粒的平均直径，取dh=13m；x1、x2考虑火焰中焦碳粒子浓度影响的无因次量。第六节 凝渣管换热计算6.1 凝渣管结构特性计算表61 凝渣管结构特性计算序号数值名称符号单位计算公式结果1管子规格d×mm60×32横向管子节距s1mm256纵向管子节距s2mm2503横向相对节距s1/d4.27纵向相对节距s2/d4.174管子数目：第一排n118第二排n219第三排n3205每根管长：第一排L1m4.46第二排L2m4.29第三排L3m4.126凝渣管受热面积Hm2(n1 L1+ n2L2+ n3 L3) d46.027水冷壁附加受热面积HFJm25.888计算受热面积HJm2H+ HFJ51.99烟气辐射层有效厚度Sm0.9d(4/-1)1.1710烟气流通截面Fym2L(a-nd)15.776.2 凝渣管传热计算表62 凝渣管的传热计算序号数值名称符号单位计算公式结果1入口烟温见表10522入口烟焓IkJ/kg见表136643出口烟温先假定，后校核9754出口烟焓I”kJ/kg125895烟气热平衡放热量QykJ/kg(I_I”)1066.46平均烟温1013.57烟气体积Vym3/kg见表8.428水蒸气体积份额rH2Okg / m3见表0.069三原子气体体积份额rkg / m30.150810烟气重度rykg / m3Gy /Vy1.34411飞灰浓度fhkg / kg0.015712飞灰颗粒平均直径dfhm16.00013烟气流速wym/sBjVy(pj+273) / (273*3600Apj)5.0314烟气对流放热系数adW/(m2)27.615三原子气体辐射减弱系数Ky1/(mMPa)查附录4.916飞灰辐射减弱系数Kh1/(mMPa)304317烟气辐射吸收力Kps0.9218烟气黑度a1-e-kps0.6119管内工质温度t25520管壁灰污层温度tht+80335.00021烟气辐射放热系数af32.6622烟气总放热系数a1ad+af60.2623热有效性系数0.6524传热系数ka139.1725平均温压t-t758.526传热量ryKtH/1000Bj104527误差e100(Qy Qc )/Qy-1.1第7章 高温对流过热器设计和热力计算7.1高温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蒸汽进口温度t/假定3352蒸汽进口焓h/KJ/kgP=4.1MP查表3050.713蒸汽出口温度t/已知4504蒸汽出口焓h/KJ/kgP=3.9查表3330.585工质总吸热量QgrKJ/kgD(h/-h/)/Bj25276炉顶附加受热面吸热量QldfjKJ/kg假定707水冷壁附加吸热量QslbfjKJ/kg假定1558对流传热量QdgrKJ/kgQdgr=Qgr25279理论冷空气焓HLKoKJ/kg查表4-3 t=30 194.710烟气进口温度/KJ/kg/=”97511烟气进口焓H'KJ/kgH'=I1258912烟气出口焓H/KJ/kg1118513烟气出口温度/查表4-385814烟气平均温度pj916.515较小温差tx/t/40816较大温差tD/t/64017平均温差t52418传热系数Kw/m2选取7019计算对流受热面积Ajsgrm/sBjQdgr/(kt*3.6)13720蒸汽质量流速Kg/(m2.s)查表50021蒸汽流通截面积AM2D/36000.03622管径及壁厚d*mm选取38*5.523每根管子截面积A1M2/4*dN25.7*10-424管子总根数n根A/A16425横向节距S1mm按s1/d=2.5左右选取9526 管排数Z1排按a/s1-2=32选取3227每排管子根数n1根n/n1228管子弯曲半径RmmR=(1.52.5)d选取7029纵向平均节距Spj2mm按图结构尺寸计算7030