锅炉课程设计

锅炉课程设计学生姓名学号院（系）专业指导教师报告日期2016年12月28日目录刖言第一章锅炉课程设计任务书3第二章煤的元素分析数据校核和煤种判别5第三章燃料燃烧计算7第四章锅炉热平衡计算9第五章炉膛设计和热力计算10第六章前屏过热器设计和热力计算15第七章后屏过热器设计和热力计算20第八章温再热器设计和高热力计算24第九章第一悬吊管热力计算28第十章高温对流过热器设计和热力计算30第十一章 第二悬吊管热力计算33第十二章低温再热器垂直段设计和热力计算35第十三章转向室热力计算39第十四章低温再热器水平段设计和热力计算41第十五章省煤器设计及热力计算45第十六章分离器气温和前屏进口气温的校核48第十七章空气预热器设计和热力计算49第十八章锅炉整体热平衡校核56第十九章热力计算结果的汇总57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。第一章锅炉课程设计任务书引言锅炉课程设计是巩固我们理论知识和提高实践能力的重要环节。 它不仅使我们对锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高掌握了锅 炉机组的热力计算方法，学会使用锅炉机组热力计算标准方法，并具 有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力而且培养了我们查阅资 料，合理选择和分析数据的能力，培养了我们严肃认真和负责的态度。我国的锅炉目前以煤为主要燃料。锅炉的结构设计和参数的设计 与选择以及煤种的选择与应用等都将会对燃料效率、锅炉安全经济运 行水平以及环境污染等问题有影响。因为在锅炉设计中对锅炉的性能、结构、经济性和可靠性等方面进行各种计算，尤其是热力计算作为主 要和基础的计算，为锅炉的其他计算，如水和空气动力计算、烟气阻力计算、强度计算等提供相关的重要的基础数据。锅炉设计参数(1) 锅炉额定蒸发量：D、=1913t/h(2) 过热蒸汽压力:P、=MPa (表压)(3) 过热蒸汽温度：t、=571 C(4) 再热蒸汽流量：Drh=1586t/h(5) 再热蒸汽入口压力：p、二(表压)(6) 再热蒸汽入口温度：t、=310C(8) 再热蒸汽出口压力：P h二(表压)(9) 再热蒸汽入口温度：trh=569C(10) 给水温度：tfw=282C(11) 给水压力：p =fw(12 )周围环境温度：tca=20C(13)排烟温度假定值：exg=126C燃料特性；(1) 燃料名称：丰广褐煤(2) 煤的收到基成分：(%): C = H = O = N = S = A =M =ar(3) 煤的干燥无灰基挥发分：Vdaf=%(4) 煤的低位发热值：Qnetar=13410kJ/kg（5）灰熔点：DT、ST、FT1500C600MW机组锅炉设计计算原始参数序号名称符号单位计算公式或数据来源结果1额定蒸发量Dsht/h给定19132过热蒸汽压力PshMPa给定，表压3过热蒸汽温度C给定5714再热蒸汽流量Drht/h给定15865再热蒸汽入口压力PrhMPa给定，表压6再热蒸汽入口温度trhC给定3107再热蒸汽出口压力PrhMPa给定，表压8再热蒸汽出口温度侦C给定5969给水压力PfwMPa给定，表压10给水温度t fwC给定28211周围环境温度tcaC给定2012锅炉燃煤特性丰广褐煤（1）碳收到基质量百分比Car%给定（2）氢收到基质量百分比Har%给定（3）氧收到基质量百分比Oar%给定（4）氮收到基质量百分比Nar%给定（5）硫收到基质量百分比Sar%给定（6）灰分收到基质量百分比Aar%给定（7）水分收到基质量百分比Mar%给定（8）挥发分干燥无灰基质量百分比V daf%给定（9）燃料收到基低位发热量Q tnet,arkJ/kg给定13410第二章煤的元素分析数据校核和煤种判别煤的元素分析数据校核和煤种判别：表4-1燃料的数据校核和煤种判别序号名称符号单位计算公式或数据来源结果1元素之和%C +H +O +N +S +A +M1002元素之和正确否正确3高位发热量（经验公式）Q gr,arkJ/kg339Car+1256H；r-109(Oar-Sar)146804低位发热量(经验公式)Qtnet,arkJ/kgQgr疽+134015经验公式值和给定值之差/Q net,arkJ/kgQ net,ar Qnet,ar-96误差判别| /Qnetar | 800正确7煤的折算因子red4190/Qnet ar8折算灰分Ared,ar%redXAar9折算水分Mred,ar%redXM10折算硫分Sred,ar%redXS11煤的灰分特性判断A。高灰分 煤Mredar8%低水分 煤SL低硫分 煤炉整体的外型一一选n型布置选择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。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、二350 C，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。汽水系统按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一一顶棚式过热器一一低温对流过热器一一一级喷水减温一 一高温对流过热器一一汽轮机(2) 水系统的流程给水泵一一低温级省煤器一一高温级省煤器一一汽包一一下降管 下联箱一一水冷壁一一上联箱一一汽包。第三章燃料燃烧计算燃烧产物计算(1) 理论烟气量及理论烟气容积(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 =，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=，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 a漏风zda出口a表42空气平衡表表4-2理论空气量和理论烟气量计算序号名 称符号单位计算公式或数据来源结果1理论空气量VoNm3/kgX (C r + X S) + XHr 一 xo ar2理论氮气容积VoN2Nms/kgX Vo + X Nar3三原子气体RO2的容积VRO2Nm3/kgX (C/X Sar)4理论水蒸汽容积VoH2ONm3/kgX H r + X M r+ X Vo5理论烟气容积VogNm3/kgVOn2+VoVro2(3) 烟气焓温表表4-4烟气焓温表序温度(理论烟 气焓 I0g(kj/kg)理论空气焓I0a(kj/kg飞灰 的焓 W/ kg)烟气的焓 Ig=l0g+(a-1)l0a+Ifa (kj/kg)a=a=a=IgIgIgIgIgIg110022003300440055006600770088009900101000111100121200131300141400151500161600171700181800191900202000212100222200(4) 烟气特性表表4-3烟气特性表序号名称及公式符号单位前屏至省煤器空预器热段空预器冷段1烟道进口过量空气系数(查表3-3)a2烟道出口过量空气系数(查表3-4)a3烟道平均过量空气系数 (a+a)/2aav4过剩空气量(a -1)Voav/VNm3/kg5水蒸汽容积Vo +AVH2OVH2ONms/kg6烟气总容积Vgo+(aav-1)VoVgNms/kg7RO2占烟气容积份额 V。rRO28H2O占烟气容积份额VH2o/VgrH2O9ro2+h2o的容积份额rRO2+rH2Org10烟气质量l-A/100+aVoGgkg/kg11飞灰浓度，七取 afaAar/(100Gg)R ashkg/kg第四章锅炉热平衡计算热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表表4-5锅炉热平衡及燃料消耗量序号名 称符号单位计算公式或数据来源结果1燃料带入的热量Qf奸/kga134102排烟温度exgC给定1263排烟的焓Iexg奸/kg调用函数4冷空气温度tcaoC给定205理论冷空气焓IcaokJ/kg调用函数6机械不完全燃烧热损 失4%取用7化学不完全燃烧热损 失q3%取用8排烟热损失2%(I -a I0 )-(1-q/100)/QX100exg exg caMf9散热损失q5%取用10灰渣热损失q6%取用11总热损失】q%q2+q3+q4+q5+q612锅炉热效率b%100 -Eq14保热系数甲1-q /(n +q)乙 *b 15过热蒸汽的焓ishkJ/kg调用函数，psh=注16给水的焓i fwkJ/kg调用函数，pfw=17过热蒸汽流量Dsht/h给定191318再热蒸汽出口焓irh奸/kg调用函数，prh=19再热蒸汽进口焓irh奸/kg调用函数，p户 rh20再热蒸汽流量Drht/h给定158621锅炉有效利用热量Q1kJ/hD (i -i )+D (i -i) sh sh fwrh rh rh+0922锅炉实际燃料消耗量Bkg/hQi/(nbQf/100)40842424锅炉计算燃料消耗量Bcalkg/sB(1-q4/100)/3600第五章炉膛设计和热力计算炉膛尺寸的确定是借助于恰当选取一组炉膛热力参数（如炉膛的 容积热负荷七、截面热负荷qa等）来完成的。当选取了较大的qv时， 炉膛容积就要小一些；当选成了较小的时，炉膛截面就大一些，炉 膛变得较为矮胖。在选取炉膛容积热负荷七时，要综合考虑煤粉在炉 内的停留时间、燃尽的条件、水冷壁受热面是否布置得开、炉膛出口 烟温、炉膛温度和结焦倾向、整个炉膛的造价等。在一般情况下，按 燃尽条件确定的炉膛容积七，都不足以使烟气在炉内得到足够的冷却， 因此，按冷却条件确定的七值都要小于按燃尽条件确定的qv值。我 国各大锅炉制造厂在炉膛设计中，多从燃烧安全、传热充分出发，按 照冷却条件来确定qv，因此qv值都选得小些，从煤种的通用性来说采 用较低的qv值较合适，缺点是锅炉尺寸较大，消耗钢材量较多。“标 准”中表X伽所规定的是按燃尽条件允许的qv值范围，其确定的炉膛 容积都较小些。按照冷却条件确定qv值一般在80120 kW/m3之间选 取；按燃尽条件确定qv值一般在110170 kW/m3之间选取。表1列出了我国大容量锅炉炉膛热力参数的推荐范围：表1 我国300MW、600MW电站锅炉热力参数的推荐值燃烧方式切向燃烧方式对冲燃烧方式机组容量等级300MW600MW300MW600MW容积热负荷q , kW/m3贫煤85 11682 10290 12085 105烟煤90 11885 10595 12590 115褐煤75 9060 8080 10075 90截面热负荷贫煤qa, MW/m2烟煤褐煤上排一次风 喷嘴中心至 屏下沿的距离L, m贫煤1719 2315 2018 23烟煤16 2018 2214 1818 22褐煤18 2420 2516 2218 24表2列出了炉膛热力参数选取的某些影响因素。表2对炉膛热力参数选取的一些影响因素名称机组容量f煤的着火性能1煤的燃尽性能1煤灰的结焦倾向f容积热负荷q_V截面热负荷qfffT选定了炉膛容积热负荷q之后，即可求炉膛容积V :LV = B Q,pm3L （1）式中B一实际燃料消耗量，kg/s；一燃料低位发热量，kJ/kg。,p确定了炉膛容积以后，即可根据所选取的另外一个炉膛热力参数qa，按下式确定炉膛的截面面积Al （通常指燃烧器标高处的炉膛截面 积）:人 =B Qar.neLp m2（2）LQa式中符号意义同前。在选取qa时，主要考虑燃料的着火、燃尽性能、炉膛和燃烧器的 结焦、水冷壁高温腐蚀等要求，例如当煤的挥发分低、灰分高时，应 重点考虑煤的着火问题，qa不宜选取太低，以便提高燃烧器区域的炉 温，促进煤的着火和燃尽；当燃用灰熔点偏低、易结焦的煤时，应注 意考虑炉膛和燃烧器可能产生结焦问题，不宜选取太高，以便降低 燃烧器区域的炉温，防止炉膛结焦。电站锅炉值的范围大致在 MW/m2之间。选取合宜的炉膛宽深比c,可以确定炉膛的截面形状，从而在炉 膛截面积al已定的条件下，计算出炉膛截面的宽度和深度。对于采用 四角布置直流燃烧器的锅炉，一般希望炉膛的宽深比不大于，以保证 良好的炉内空气动力工况。在确定炉膛宽度时还要兼顾尾部烟道的尺 寸，能很好布置尾部受热面。以上只是大略地决定炉膛的宽度和深度， 然后再根据水冷壁的具体结构加以修正。炉膛结构设计表4-6炉膛结构特征和水冷壁有效系数的计算序号名称符号单位计算公式或数据来源结果一、炉膛结构计算1前墙面积F frm2+2)X2后墙面积F bm2+ +2)X3侧墙面积Fsm2+ /2X + X+/2X4两侧墙2Fsm22Fs5四角的四 个切角削 去炉墙的 面积F dm24XXX26四角补加面积F addm24XX7应扣去布置燃烧器 损失的面 积FBm2Fd-Fadd8出口烟窗 面积Foutm2X9包围炉膛顼m2Ffr+Fb+2F+F t-Fi的总面积10方形炉膛 容积V fm3Fs -W11四个切角损失容积Vlm32X4X2412炉膛实际 容积Vefm3vf-vi13炉膛辐射层有效厚度SmEF二、水冷壁热有效系数的计算14水冷壁热有效系数小查表3-615燃烧器所 占炉墙面 积FBm2估算16炉膛出口烟窗平面热有效系数虹。小=X17炉膛水冷壁平均热有效系数小av(EF-Fb)邓+ rBX0 + FouXJ/EF三、在BMCR工况下，假定下面5层燃烧运行，同时每层燃烧器给粉量相同18燃烧器布置相对高度xBhB/hf19M值M20燃烧器区域炉膛有效截面积Am2X21炉膛截面积的当量半径Rmsqrt(A/n)炉膛热力计算表4-7炉膛热力计算序号名称符号单位计算公式或数据来源结果1热空气温度t haC假设后校核3252理论热空气焓：hakJ/kg调用函数3炉膛和制粉系统总漏风系数4空预器出口过量空气系数Aa+Afapcsah5空气带入炉内热量QakJ/kg61kg燃料带入炉内的有效热QeffkJ/kg7理论燃烧温度tthoC8理论燃烧温度Tth查表3-4a-(Aa；+Aa )S I o+(Aa+Aa )I o ah haf pc caQf(100-%-q4-q6)/(100-q)+Qa调用函数tth*273炉膛出口烟温9 炉膛出口烟温10炉膛出口烟焓oC假设后校核135011烟气平均热容12波尔兹曼数水蒸汽容积份额TKfr；kj/kg(VC)avkJ/(kgK)Bo0f+273调用函数1623rH2O(Qeff-If)/(Tth-Tf)烟气特性，查表4-313三原子气体的容积份额三原子气体辐射减弱系数灰粒平均直径rgk rdashm-1pm14烟气中飞灰浓度p hkg/kgash灰粒辐射减弱系数k pm-1ash ash最上排燃烧器布置高度最下排燃烧器布置高度hthun15高度差Ah1617181920炉膛计算高度焦炭颗粒浓度焦炭颗粒的平均粒径焦碳粒子辐射减弱系数火焰吸收减弱系数炉内辐射层光学密度炉内火焰黑度火焰综合黑度炉膛黑度炉膛火焰最高温的相对高度炉膛出口无量纲烟温炉膛出口温度炉膛出口温度计算误差烟气特性，查表4-3式(3-19)，调用函数中速磨煤机烟气特性，查表4-3式(3-20)，调用函数结构计算，图4-1结构计算，图4-1h-hhf结构计算，图4-116pcok,vdcokkcokPcokesynEsy%xm0f(1)T顷f,cal(1)Af(1)g/Nm3pmm-1m-1oCoC式(3-24)，调用函数取用70式(3-21)，调用函数k r +k p +k pg g ash ash cok cokkSa1-e-T式(3-29)，调用函数式(3-28)热有效系数法，式(3-26)0f(1)(tth+273)T273允许误差100C21炉膛出口无量纲烟温0f(2)一 前苏73计算修正法，式(3-30)炉膛出口温度T顷K0f(2)(tth+273)炉膛出口温度I!e(2)oC273计算误差f(2)oC允许误差100C22炉内传热量QrkJ/kg式(3-31)23第一悬吊管之前的炉内容积Vfm3估算，Vf+Vpi+K+V燃烧器区域炉膛容积热强度qVkW/m3B函。睥/*, 一般在75100 之间24燃烧器区域炉膛断面热强度AMW/m2B函Qnetar/A,上限在4之间25燃烧器区域炉墙面积ABm22(W+D)h+3)26富燃缺氧条件下主燃烧区燃尽份额x取27主燃烧区壁面热强度qBMW/m2xBcRet/AB，上限约八八Bcal、net,arB第六章前屏过热器设计和热力计算减温水假设和前屏结构设计表4-8减温水假设序号名称符号单位计算公式或数据来源结果1一级减温水量D dsh1t/h假设后校核2二级减温水量D dsh2t/h假设后校核表4-9前屏结构计算序号名称符号单位计算公式或数据来源结果1管子直径dX8mm结构设计*2屏片数n1结构设计63每片屏小屏数n2结构设计64每片小屏管子数n3结构设计125管子总数En死乂乂七4326工质流通截面fm2n/4Xd2XEn i7横向截距s1m结构设计8纵向截距s2m结构设计9系数s2/d结构设计10主受热面的角系数x p查图3-511屏片最外圈管子的外轮廓线所围成的平面 面积Fpm2(16+X + X2X6X212计算受热面积Hpm2Fx13顶棚受热面积Fcem2+ X2+X14前墙受热面积F frm216X15侧墙受热面积Fsm2+ X2+X16X216总受热面积ehm2Hp+Fce+Ffr+Fs17计算受热面积所占份 额rpHp/EH18炉顶受热面积所占份 额rceFce/EH19前墙受热面积所占份 额r frFfr/EH20侧墙受热面积所占份 额rsf/Ehs21受热面区总容积Vp1m316XX22受热面区总包围面积Efm2EH+Ffr+F23烟气辐射层有效厚度SmEf24系数L/七16/25系数D/s126前屏穿透角系数甲M查附图A-227烟气流通截面Fgm228从炉膛进入前屏区的 烟气流份额g1前屏热力计算表4-10刖屏热力计算序号名称符号单位计算公式或数据来源结果一、烟气参数1进口烟温p1C炉膛出口温度，查表4-713502进口烟焓Ip1kJ/kg炉膛出口烟焓，查表4-73出口烟温p1C假设后校核11354出口烟焓Ip1kJ/kg调用函数5烟气平均温度avC（+）6烟气平均温度T1K+273av7烟气放热量Qip!,gkJ/kgg 甲（I -I ），1*p1 p1二、炉内直接辐射热8炉膛出口烟窗热有效系数小 out炉膛结构计算，查表4-69进入屏区炉膛出口热流q；kW/m2少 8 syn。T 4 Tout f0 f10炉膛出口截面积F abcm2炉膛设计，X11炉膛直接辐射热Qp;kJ/kgq；%12前屏区炉膛出口截面积Fabm2结构设计，X13落到前屏区炉膛直接辐射Qp1,fkJ/kgFabQp?Fabc执八、落到后屏区炉膛直接辐射执八、Qp2;kJ/kgQp；-Qp1；14前屏区直接辐射中透过前 屏区落到后屏的辐射热Qp1kJ/kg啊*P,115前屏区获得的炉膛直接辐射热QiP1kJ/kgQp1;,-Qp116其中，主受热面所得*kJ/kgrPQP1顶棚受热面所得QcerkJ/kg3p1前墙受热面所得QrkJ/kg%Qp1两侧墙受热面所得QsrkJ/kgs p1三、屏区空间(烟气)穿透辐射17烟气辐射层有效厚度Sm结构计算，查表4-918水蒸汽容积份额rH2O烟气特性，查表4-3三原子气体总容积份额rg烟气特性，查表4-3三原子气体减弱系数k rm-1式(3-19)，调用函数19灰粒平均直径dashRm中速磨煤机16烟气中飞灰浓度R ashkg/kg烟气特性，查表4-3灰粒辐射减弱系数kashRashm-1式(3-20)，调用函数20烟气介质的吸收减弱系数kam-1k r +k rg g ash ash21烟气介质的光学密度TkSa22烟气黑度8P1-e-T23烟气的综合黑度8synP8/8 +1)24屏空间热有效系数中*P，S选取25屏空间黑度8 S，yn号(膈+(1”板26下一级获取屏空间辐射热 有效系数* P，S选取前屏空间向后屏的穿透辐 射热流qp1,skW/m2p U8 syn(J ( + 273Tp,S P,S 0 p1/27受热面出口处的截面积Foutm2=Ffr，结构计算前屏空间向后屏的穿透辐 射热Qp1,skJ/kg四、前屏对流传热量的计算与校核28顶棚受热面对流吸热量QceckJ/kg假设后校核前墙和两侧墙受热面对流 吸热量fckJ/kg假设后校核29附加受热面的对流吸热量Qcp,addkJ/kgQcec+Qfr+sc30前屏受热面的对流吸热量QP1ckJ/kgQp1,g-Qcp,add-Qp1,S2版.锅炉原理.北京：中国电力出版社，2009.2 林宗虎，徐通模实用锅炉手册.北京：化学工业出版社，1900.3 赵伶玲，周强泰锅炉课程设计.北京：中国电力出版社，2013.