SHL202.45400WⅠ型自然循环蒸汽锅炉设计毕业设计

SHL20-2.45_400-W型自然循环蒸汽锅炉设计 哈尔滨理工大学学士学位论文SHL20-2.45/400-W型自然循环蒸汽锅炉设计摘 要锅炉是发电、化工及机械制造等工业部门的重要能源、热源的动力设备。锅炉由许多部件组成，包括锅筒，过热器，空气预热器,省煤器等。本次设计的任务是设计SHL20-2.45/400-W锅炉，为双锅筒自然循环蒸汽锅炉。炉膛四周布置有水冷壁，为保证炉膛中持续和稳定的燃烧，采用高而短的前拱和低而长的后拱。在炉膛之后设有蒸汽过热器，上下锅筒之间布置密集的对流锅炉管束，为主要受热面。尾部烟道布置有省煤器和空气预热器。布置省煤器以降低排烟温度,提高锅炉效率.布置空气预热器,加强着火和燃烧,同时也可以降低排烟温度,提高锅炉效率。燃料为一类无烟煤，其低位发热量为18187kJ/kg。在整个设计过程中作为技术支持进行了热力计算、强度计算和烟风阻力计算。为了使小型锅炉的结构紧凑，大部分受热面都布置在炉膛内,同时，还要确保有一定的气密性以保证炉膛内进行负压燃烧。利用CAD,完成了锅炉总图、 炉墙图、上锅筒展开图、本体图、集箱图。关键词 蒸汽锅炉；设计；热力计算；强度计算；烟风阻力计算Design for the netural circulation steam boiler SHW20-2.45/400-W AbstractThe demand on Security and economy on energy of industry production have become important topic attended by society with development of native economy. The boiler is made up of many department, include drum , superheater，air-preheater, economizer and so on.The theme of this document is to design a stream boiler, whose type is SHW20-2.45/400-W，The boiler is double-drum natural circulation steam boiler. around the furnace are water walls, To ensure the good and continuous ignition in the furnace, I take a high and short front arch, shile the back arch is low and long. Behind the furnace is the steam superheater. There are dense tube nest between the two drums,which compose the main heat-delivery surface. In the back stake flue, I set the economizer and air-preheater. Set the economizer to decline the tenperatuer of the stack gas and improve the efficiency in the furnace and set the air-preheater to strengthen ignition and firing, meantime to decline the temperature of the stack gas and improve the efficiency in the furnace. The design fuel is the number one anthracite, whose lower radiation value is 18187kJ/kg.Throughout the design process as a technical support for the thermodynamic calculation, strength calculation and the smoke wind resistance calculation. To enable small boiler compact structure, most of the heating surface are installed in the hearth, meanwhile, we should also ensure that there is some hermetic to ensure that within the vacuum chamber combustion.Using CAD, completed a total map boiler, furnace wall map, the map on the drum started, noumenon map, gather box map.Keywords steam boiler; design; thermodynamic energy calculation； intensity calculation；the smoke and breeze resistance calculation不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- III -目 录摘要Abstract第1章 绪 论1第2章 锅炉结构简介3第3章 论证方案43.1 锅炉的总体布置43.2 炉膛设计43.3 凝渣管设计43.4 过热器的设计43.5 锅炉管束的设计53.6 省煤器的设计53.7 旁通烟道的设计53.8 空气预热器的设计53.9 安全仪表和阀门种类及数量53.10 锅炉支撑吊挂及钢架、平台、护栏、扶梯63.11 炉墙的种类、构成和尺寸63.12 本章小结6第4章 热力计算74.1 锅炉规范、辅助计算及热平衡计算74.2 炉膛计算124.2.1 结构计算124.2.2 炉膛辐射受热面134.2.3 炉膛热力计算144.3 凝渣管计算174.3.1 凝渣管结构计算174.3.2 凝渣管热力计算184.4 过热器计算204.4.1 过热器结构计算204.4.2 过热器热力计算204.5 管束计算234.5.1 管束结构计算234.5.2 锅炉管束热力计算254.6 省煤器计算274.6.1 省煤器结构计算274.6.2 省煤器热力计算274.7 空气预热器计算284.7.1 空气预热器结构计算284.7.2 空气预热器热力计算294.8 热力计算汇总314.9 本章小结32第5章 强度计算335.1 锅筒基本尺寸与强度计算步骤335.2 孔的加强计算335.3 上锅筒孔桥减弱系数计算345.4 上锅筒封头强度计算375.5 下锅筒强度设计395.6 下锅筒凸形封头强度校核计算415.7 前后墙集箱强度计算425.8 侧墙集箱强度计算435.9 本章小结44第6章 烟风阻力计算及送、引风机的选择456.1 锅炉烟风阻力计算主要数据456.2 凝渣管烟气侧流阻计算456.3 过热器烟气侧流阻计算466.4 管束烟气侧流阻计算466.5 省煤器烟气侧流阻计算476.6 空气预热器烟气侧流阻计算486.7 除尘器的流动阻力496.8 烟气侧总流阻计算496.9 烟气侧自身通风力计算496.10 烟气侧总流阻计算506.11 空气预热器空气侧流阻计算506.12 引风机的选取计算516.13 送风机的选取计算526.14 本章小结52结 论53致 谢54参考文献55附录A56附录B62- 67 -第1章 绪 论锅炉是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和潜力的换热设备，也称为蒸汽发生器。锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉。前两类又统称为固定式锅炉，因为是安装在固定基础上不可移动的；后两类通称为移动式锅炉。本设计的类型为工业锅炉，对工业炉的基本要求是：产品的质量和产量首先要满足要求；燃料或其他能源的消耗要低；建炉投资和运行费用要低；使用寿命长；操作人员的生产条件要好；污染物的排放量要符合环保的要求。一台现代化的工业锅炉大概由三部分组成：燃烧设备、锅炉本体(包括辐射和对流受热面)、锅炉辅助设备(包括上煤设备、炉墙构架、管道阀门、仪表及自动控制设备)。由于辅助设备很难代表一台工业锅炉的特征，因此，很少用辅助设备的不同来对工业锅炉分类的。除了按用途对锅炉分类外，在各种场合下还从不同角度出发进行分类和命名，反映出某个方面的特征。例如：按工质及其输出状态分类为蒸汽锅炉、热水锅炉、特种工质锅炉。按工质出口压力分类为低压锅炉(2.5MPa以下)，中压锅炉(3.9MPa)，高压锅炉（10MPa)，超高压锅炉(14MPa)，亚临界压力锅炉(1718MPa)，超临界压力锅炉(在临界压力之上)。按供热能力分类为小型锅炉(每小时产生不超过20吨蒸汽、或每小时供热不超过13956kw，或配不超过3000kw发电机组的锅炉，中型锅炉(配6000-50000kw发电机组的锅炉)，大型锅炉(配100000kw及以上的发电机组的锅炉)。按工质在锅炉内部流动方式分类为自然循环锅炉，强制(辅助)循环锅炉，直流锅炉，复合循环锅炉，低循环倍率锅炉。按燃料（能源)分类为燃煤锅炉，燃油锅炉，燃气锅炉，混合燃料锻炉，特种燃料铺炉，余热锅炉，新能源锅炉。按燃烧方式分类为火床燃烧锅炉(也叫层状燃烧锅炉、炉排锅炉)，火室燃烧锅炉(也叫悬浮燃烧锅炉、煤粉锅炉)，旋风燃烧锅炉，沸腾燃烧锅炉(即流化床燃烧锅炉)。按排渣方式分类为固态排渣锅炉，液态排渣锅炉。按通风方式分类为自然通风锅炉，机械通风(机械送风、机械引风、平衡通风)锅炉。按炉内烟气压力分类为负压燃烧锅炉，微正压燃烧锅炉，增压燃烧锅炉。按锅炉本体结构分类为锅壳锅炉(分为立式和卧式)，水管锅炉(分为单锅筒式和双锅筒式，再按锅筒的布置分为纵置式、核置式等)，铸铁锅炉。按锅炉本体布置分类为D型锅炉，H型锅炉A型锅炉，O型锅炉，塔型锅炉等。按运输安装方式分类为快装锅炉，组装锅炉，散装锅炉。按锅炉在厂内布置分类为露天锅炉，半露天锅炉，室内锅炉1。在我国锅炉制造业中，为了便于生产管理和技术开发等目的，划分了电站锅炉和工业锅炉两个制造行业。特工质出口压力在中压(39MPa)以上的锅炉划归电站锅炉行业生产，其产品主要用于发电，但也有为大型工业企业提供生产用汽(工艺用和动力用)的。工质出口压力为低压(不超过25MPa)的锅炉则划归工业锅炉行业生产，其产品主要用于为生产和采暖提供蒸汽或热水，但也有在小型发电厂内用于发电的。可见，目前我国的电站锅炉和工业锅炉的名称并不代表其实际的使用场所和用途，而只是反映由哪个行业生产的，或者反映其为中高压锅炉还是低压锅炉。本锅炉型号是SHL20-2.45/400-W，即双锅筒横置式链条炉排炉，额定蒸发量为20t/h，过热蒸汽出口压力2.45MPa，过热器出口蒸汽温度400，选用燃料为类无烟煤。燃料是以京西安家滩I类无烟煤为代表煤种，其低位发热量为18187kJ/kg,挥发份较低，着火较困难2。 炉排选用鳞片式链条炉排，链条炉在工业锅炉中被普遍，与其他炉排相比，链条炉的区段性燃烧作用比较完全等特点比较明显，且漏煤少；通风均匀；装卸炉排方便。炉膛内采用高而短的前拱和低长后拱的配合，组成扰动气流的喉口，使烟气倒“”可加强气体混合，减少气体不完全燃烧损失，且保证燃烧过程的稳定。利用链条炉排的不断移动，实现了给煤和除渣的机械化，降低了运行人员的劳动强度，改善了劳动环境。 第2章 锅炉结构简介锅炉布置的受热面部件包括：炉膛的四壁布置水冷壁；炉膛出口拉稀布置的凝渣管；垂直式过热器；横置式锅筒，上下锅筒间布置管束；铸铁省煤器；单级空气预热器。锅炉的辅助燃烧设备包括：煤斗、煤闸门、链条炉排、风室及炉拱、送、引风机、除尘器。燃烧设备必须满足所选煤种的燃烧特性，保证燃料的及时着火和燃尽，还应有一定的燃烧强度，能给锅炉提供足够的可利用热能。水冷壁形式：本次设计SHL20-2.45/400-W，属于中容量锅炉，所以采用了光管水冷壁，再根据实际设计情况布置耐火砖的覆盖面积。自然循环锅炉工作流程大致如下：燃料煤运到煤场后经磨煤机磨成煤粉或者颗粒进入煤斗送入炉排，经煤闸门调节其煤层厚度后进入炉膛燃烧，燃料在炉膛燃烧并释出大量热量。燃烧产生的高温烟气由炉膛经凝渣管、过热器、锅炉管束、省媒器和空气预热器后进入除尘器，再由引风机送往烟囱诽入大气。给水由给水泵经给水管道送入省煤器。冷水在省煤器吸热后进入锅简，并沿下降管经下集箱进入水冷壁。水在水冷壁中吸收炉膛辐射热而形成汽水混合物并流入锅简。汽水混合物经汽水分离器进入过热器后吸热并形成一定参数的过热蒸汽。随后，过热蒸气投入工业生产使用3。具体结构见图2-1。 图2-1锅炉简图第3章 论证方案3.1 锅炉的总体布置根据任务书所给SHL20-2.45/400-W自然循环锅炉，该型号锅炉属于中参数低压工业锅炉，其总体布置与锅炉的参数、容量有关，也和锅炉用的燃料的性质因素有关。上升烟道为炉膛及凝渣管，水平烟道布置悬挂对流过热器，锅炉管束区烟气流程为倒“S”型冲刷，垂直下行烟道布置省煤器及管式空气预热器，在省煤器前的尾部烟道处要布置旁通烟道，以方便省煤器的检修与维护。送风机、引风机、除尘设备都可放在地面上。此方案布置受热面比较方便，检修尾部受热面也比较方便4。3.2 炉膛设计链条炉属于层燃炉，炉膛设计中首先要根据燃烧面热负荷，燃煤量及煤发热量决定炉排面积R()。然后选择炉排宽度及长度后，炉膛.截面积就基本决定。炉膛容积则由相应的容积热负荷决定。适当的、值从相应参考资料中，根据燃料及锅炉容量选取。通过计算，根据烟速的要求选开1.5m的出口烟窗4。炉拱的设计采用前、后拱搭配的方式，前拱高而短，后拱低而长，大约覆盖炉排2/3的长度。根据煤种的发热量设计卫燃带，卫燃带只需布置在炉排附近烟温较高的地带，即从炉排向上到炉拱部分5。3.3 凝渣管设计凝渣管采取直径51的4排管子错列布置在出口烟窗水平方向，即使锅炉燃烧得不正常在凝渣管簇上结了一些渣，也不会把烟气的通道堵塞，同时烟气在通过这个管簇时，它的温度会降低50多度，烟气中携带的飞灰就会因而凝固，不致再结在受热面上。它可以保护后面密集的受热面不因结渣而堵塞，因此有时它也称为防渣管簇。本锅炉中凝渣管由后墙水冷壁和管束组成5。3.4 过热器的设计选用垂直式过热器，采取双绕顺列布置。其用于立式水管锅炉，布置在炉膛出口的水平烟道中。选它的原因是其结构简单，吊挂方便，结渣较少。它由大量平行连接蛇形管束组成，蛇形管采用外径38的无缝钢管制成，壁厚7mm。因本次设计过热蒸汽温度在400，所以材料可采用20g。为减轻灰渣粘结，同时考虑支吊方便，采用顺列布置。其横向节距与管径之比为3。纵向节距则按管子弯曲半径选取5。3.5 锅炉管束的设计管束中烟气是横向冲刷。烟道呈“S”状可以降低钢材耗量，减少总体尺寸，管束呈顺列排列，目的是为了减少阻力，降低电耗，提高效率。同时也使加工工艺简化。因为烟气流程中有冲刷死角，可以采用较小的保热系数来补偿，而三个烟道的流通截面积逐渐减小，保证了烟速的合理性，且换热效果好5。3.6 省煤器的设计在用于工作压力低于4MPa的情况下采用带鳍片的铸铁式省煤器，在省煤器和锅筒之间的连接管道上装有截止阀，并设有水和烟气的旁路。采用了具有简单弯头的平面蛇形管。这种蛇形管弯头和管子直段处于同一平面，两相邻直管段之间距离等于弯曲直径。省煤器的结构比蒸发受热面的结构要简单，因此造价会便宜很多。还有给水经过预热再送入会减少汽包所承受的热应力，对汽包运行有很大的好处。它已不是放在烟道里的一些额外的受热面，而是吸热既有效，结构又简单，和整个锅炉密切地结合在一起的一部分受热面5。在水泵与锅筒间设立旁通水道，在省煤器检修时可使水不通过省煤器直接进入锅筒，以保证锅炉正常供水5。3.7 旁通烟道的设计在省煤器与锅炉管束之间设计旁通烟道，在锅炉运行的起始，使烟气从旁通烟道进入排烟系统而不通过省煤器，因为运行开始时省煤器内的水流速很低，管内水持续受热很容易产生大量气泡引发水击现象，从而减低了省煤器的使用寿命；另外在尾部烟道的部件进行检修维护时，可以使烟气先从旁通烟道内进入烟囱，待检修完毕再关闭旁通烟道，使烟气进入尾部烟道进行对流换热5。3.8 空气预热器的设计采用钢管式空气预热器，管子的外径为40mm，把有缝管焊在两端较厚的管板上制成。管子排列从空气侧来说采用错列。因管板厚度根据强度条件来确定，所以，下管板承受管箱的全部重量就要厚度较大些。通常为20到26mm；上管板厚度可小到10到20mm；中间管板厚度一般只有5到10mm5。3.9 安全仪表和阀门种类及数量锅炉安全阀应采用全启式弹簧式安全阀、杠杆安全阀和控制式安全阀。选用安全阀符合有关技术标准规定。所设计锅炉为20t/h，2.45MPa；所以安装两个。压力表精确度不低于2.5级。装设高低水位报警、低水位连锁保护装置6。3.10 锅炉支撑吊挂及钢架、平台、护栏、扶梯扶梯和平台的布置保证了操作人员能顺利通向需要经常操作和检查的地方。扶梯和平台防滑且平台有防火设施。扶梯、平台和需要操作及检查的炉顶周围，都设有铅直高度不小于1000mm的栏杆、扶手和高度不小于800mm的挡脚板。扶梯倾斜45。在炉膛顶端及后拱等强度都不够的地方设置吊挂5。3.11 炉墙的种类、构成和尺寸鉴于蒸发量属于中小范围，选用重型炉墙：用标准耐火砖（230mm113mm65mm）左内衬墙，用机制红砖（240mm115mm53mm）作外墙，这两层砌成整体。内衬墙用耐火砖，是为了能承受高温，但保温绝热性能较差，所以外墙就用绝热性较好而且价格便宜的红砖砌成。直接支承在锅炉的钢筋混泥土地基或梁上，红砖外墙的四壁转角处常在砌筑时互相咬住，四壁就形成整体，不需要使用或只使用很少的钢架来把外墙箍住。所以重型炉墙的结构很简单，结构形状接近普通的砖墙。只是砌筑技术要比普通住房严格得多5。3.12 本章小结本章从锅炉的整体到各个部件，首先论述了锅炉具体结构的选取，继而从优点及特点入手论证了选取的依据。并且以文字的形式论证了所选结构的合理性。第4章 热力计算4.1 锅炉规范、辅助计算及热平衡计算4.1.1.1 锅炉参数锅炉蒸发量：D=20t/h蒸汽压力：P=2.45Mpa(表压)过热蒸汽温度：=400给水温度：=105给水压力：=3.0Mpa冷空气温度：=30锅炉排污率：=5排烟温度：=1654.1.1.2 设计燃料与特性燃料名称：W类烟煤；产地：京西安家滩2。燃料工作基（应用基）成分碳 ：Cy=54.70%氢 ：Hy =0.78%氧 ：Oy=2.23%氮 ：Ny=0.28%硫 ：Sy=0.89%水分：Wy=8.00%灰分：Ay=33.12%挥发分：Vr=6.18%燃料地位发热量 Qydw=18187kJ/kg。4.1.1.3 辅助计算烟道中各受热面的漏风系数按表4-1取2。表4-1烟道中各处过热空气系数及各受热面的漏风系数烟道名称过量空气系数漏风系数 炉 膛1.40.1蒸汽过热器1.41.450.05 锅炉管束1.451.550.1省 煤 器1.551.650.1空气预热器1.651.750.14.1.1.4 燃烧产物的容积及焓的计算理论空气量是按=1时的燃烧产物容积计算。理论空气量：Vo=0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0333Oy=5.025Nm3/kgRO2理论容积：VRO2=0.01866（Cy+0.375Sy）=1.027 Nm3kgN2理论容积：VoN2=0.79Vo+0.8Ny/100=3.972Nm3/kgH2O理论容积：VoH2O=0.111Hy+0.0124Wy+0.0161Vo=0.267 Nm3/kg不同过量空气系数下燃烧产物的容积及成分见表4-2。表4-2烟气特性表序号名称符号单位计算公式及来源炉 膛过热器锅炉管束省煤器空气预热器 1入口过量空气系数1.41.451.551.65 2出口过量空气系数 1.41.451.551.651.75 3平均空气系数pj（+）/2 1.41.425 1.51.61.7 4水蒸汽容积VH2ONm/VH2O+0.0161(pj-1)V 0.299 0.3010.3070.3160.324 5烟气总容积VyNm/VRO2+VoH2O+VoN2+（pj-1）V7.2677.4027.7798.2818.783 6RO2容积份额rRO2VRO2/Vy0.1410 .1390.1320.1240.117 7H2O容积份额rH2OVoH2O/Vy0.0370.0360.0340.0320.030 8三原子气体容积份额rqrRO2+rH2O0.178 0.1750.1660.1560.147 9烟气重量G/1-Ay/100+1.306pjV9.85710.0210.51311.1711.825 10飞灰浓度/Ayafh/(100G)0.006720.006610.00630.005930.0056不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表见表4-3。表4-3燃烧产物焓温表烟气温度VRO2=1.027(m3)标准/kgVoN2=3.972(m3)标准/kgVoH2O =0.267(m3)标准/kgV=5.025(m3)标准/kgCco2kJ/(m3)标准IRO2= VRO2* Cco2kJ/kgCN2kJ/(m3)标准IN2= VN2 * CN2kJ/kgCH2OkJ/(m3)标准IH2O= VH2O* CH2OkJ/kgCkkJ/(m3)标准Iko=Vo* CkkJ/kg 100170.0174.59129.6514.77150.5 40.18132.4 665.31 200357.5367.15259.91032.32304.581.30266.41338.66300558.8573.89392.01557.02462.7123.54402.72023.57400771.9792.74526.52091.26626.2167.20541.82722.55500994.41021.25663.82936.61794.9212.24684.23438.116001224.71257.77804.13193.89968.9258.70829.74169.247001461.91501.37947.53763.471148.8306.73978.34915.968001704.91750.931093.64343.781334.4356.281129.15673.739001952.32005.011241.64931.641526.0407.441282.36443.5610002203.52262.991391.75527.831722.6459.931437.37222.4311002458.42524.781543.76131.581925.1514.001594.98014.3712002716.62789.951697.26741.282132.3569.321753.48810.8413002976.73057.071852.87359.322343.6625.741914.39619.3614003239.03326.452008.77978.562559.2683.312076.210432.9115003503.13597.682166.08603.352779.1742.022238.911250.4716003768.83870.562324.59232.913001.8801.482402.912074.5717004036.34145.2824849866.453229.3862.222567.312900.68Iyo=IRO2+IN2+IH2OIy= Iy+(-1) Iko KJ/Kgl=1.4rj=1.45gg=1.55sm=1.65=1.75kJ/kgIIIIIIIIII729.541213.841226.661243.121250.421261.121271.111279.811195.121214.591232.491124.711154.491184.91162.001161.851190.271228.531226.311480.782360.712350.912487.772254.453367.413569.773772.133051.194548.593870.105761.064710.355571.577783.756451.009004.177344.099921.5110243.698250.7611139.7311500.869170.3512376.1010100.5513624.8911042.1314889.8811988.3216161.4812943.0617443.2413904.9518734.7814873.9520034.22锅炉热平衡及燃料耗量计算见表4-4。表4-4热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位计算公式或来源1燃料低位发热量QydwkJ/由给定燃料定181832冷空气温度tlk给定303理论冷空气焓I0lkkJ/199.5934排烟温度qpy给定1655排烟焓表4-32107.896固体不完全燃烧损失q4%表2-13107气体不完全燃烧损失q3%表2-131.58排烟损失q2%10.339散热损失q5%表2-631.310飞灰份额fh表2-130.211灰渣焓KJ/按表2-114取（600）55412灰渣份额%1-fh0.813灰渣物理热损失%0.8114锅炉总热损失q%23.9415锅炉热效率%75.5616过热蒸汽出口焓igqkJ/2.45Mpa(绝对)t=4003240.6117饱和蒸汽焓ibqkJ/2.65MPa2800.5518饱和水焓ibskJ/查饱和水性质表7957.119给水温度tgs给定810520给水焓igskJ/查未饱和水性质表3442.4321排污率%给定522汽化潜热kJ/查水和蒸汽性质表31843.4523锅炉蒸发量D/s给定5.5624锅炉输出热量Q1kw15665.2225燃料消耗量B/s1.12526计算燃料消耗量Bj/s1.012527保热系数0.9834.2 炉膛计算4.2.1 结构计算炉膛结构简图见图4-1。图4-1 炉膛结构图炉排面积热负荷：kw/炉排面积：R=B=25.6取炉排长度：L=8m炉排宽度：B=R/L=3.2m煤层厚度：150mm卫燃带：前、后墙覆盖到炉拱，左、右墙与炉拱平齐。侧墙：=（6.5+6.0）1/23.5=21.875=1/22.22.2=2.42=1/2（2.5+1）1.5=2.625=1.33.5=4.55 =1/2（1.3+0.4）5.2=4.42=+=35.89后墙：=(6.5+2.2+5.2/cos10)3.2=47.65前顶墙：=（5.5+1.5+1.5+1.0+3.64）3.2=44.036炉壁总面积：=2+=163.466煤层面积：=0.1582=2.4炉膛包覆面积：=163.466+25.6-2.4=186.67煤层体积：=25.60.15=3.84炉膛体积：3.2-=114.848-3.84=111.014.2.2 炉膛辐射受热面4.2.2.1 前墙辐射受热面积光管：s/d=125/51=2.45,e/d=0.5, =0.735 =0.735(7-0.5)3.2=15.288耐火砖面积：=0.15（1.0+2.12+0.5-0.4）3.2=1.546前墙总辐射受热面积：=+=1.546+15.288=16.8344.2.2.2 后墙辐射受热面积光管：s/d=125/51=2.45,e/d=0.5, =0.735 =0.735(6.5-1.5-0.5)3.2=10.584耐火砖：=0.15（2.2+0.5+5.2/cos10）3.2=4.27后墙总辐射受热面积=+=14.8544.2.2.3 侧墙辐射受热面光管：s/d=110/51=2.16,e/d=0.5, =0.79 =(6+6.5)3.51/2=21.875 =0.7921.875=17.281耐火砖：=+=14.015=0.1514.015=2.102 =2(+)=2(17.281+2.102)=38.774.2.2.4 顶棚辐射受热面s/d=125/51=2.45,e/d=0.5, =0.735 =0.7353.643.2=8.564.2.2.5 出口烟窗辐射受热面=0.523.21.5=2.4964.2.2.6 总辐射受热面面积=+=87.7124.2.2.7 有效辐射层厚度=3.6=2.14m4.2.2.8 炉膛水冷度=0.5064.2.2.9 火床与炉墙的面积比=0.1594.2.3 炉膛热力计算炉膛热力计算见表4-5。表4-5炉膛热力计算表序号名称符号单位计算公式及来源数值1. 1输入热量KJ/由表4-4181872. 171冷空气理论焓KJ/由表4-4199.5933. 3炉膛出口过量空气系数由表4-11.44. 4热空气温度先假定再校核1205. 5热空气理论焓KJ/由表4-3799.986. 6热空气带入热量KJ/1059.937. 7入炉热量KJ/18881.178. 8理论燃烧温度k由表4-3按l=1.4查取1611.279. 9炉膛出口烟温假设100010. 10炉膛出口烟气焓KJ/由表4-4查取11139.7311. 11平均热容量KJ/12.6612. 12水蒸汽容积份额由表4-20.03713. 13三原子气体容积份额由表4-20.17814. 14飞灰浓度/由表4-20.006715. 15三原子气体辐射减弱系数1/mMPa1.17216. 16飞灰辐射减弱系数1/mMPa7600/(+273)2/30.43517. 17焦炭粒子修正系数c1/mMPa表5-730.318. 18烟气辐射减弱系数k1/mMPa1.90719. 19火焰黑度0.34120. 20水冷壁表面黑度取用50.821. 21炉膛黑度0.53422. 22计算燃料消耗量/s由表4-41.012523. 23保热系数由表4-40.98324.系统黑度5.6725. 24波尔茨曼准则0.40826. 25管外结灰层热阻/kw取定52.627. 26炉内传热量KJ/7609.8428. 27辐射热流密度kw/94.52329. 28金属管壁温度K+27349530. 29系数值m0.18431. 30无因次方程0.83932. 31系数k表5-430.67633. 32系数p表5-430.17134. 33无因次温度0.65635. 34炉膛出口烟温963.0836. 35炉膛出口烟气焓kJ/表3-3查取10689.9737. 36炉膛辐射放热量QfkJ/kg8051.9538. 37辐射热流密度qRkJ/kg100.01 计算炉膛出口烟温963.08，与假设植1000相差37100设计合格。4.3 凝渣管计算4.3.1 凝渣管结构计算凝渣管结构简图见图4-2。图4-2凝渣管结构简图凝渣管俯视图如下4-3。图4-3凝渣管部分俯视图凝渣管区的水冷壁才用拉稀布置，烟气横向错列冲刷，共4排。=250，d=51，/d=4.166 =250，d=51，/d=4.166前排：=13，=1.616m后排：=12，=1.500m凝渣管受热面积：=2d(+)=27.35=14.7燃劲室内水冷壁的受热面积：=0.7352.53.2=5.88总受热面积：H=14.7+5.88=20.58烟气流通截面积：=（a-nd）h=(3.2-130.051)1.43=3.46凝渣管受炉膛辐射面积： =2.424凝渣管角系数：=1-（1-0.52）=0.7696凝渣管有效辐射受热面：=1.87烟气有效辐射层厚度：s=0.9d4/()-1=1.14m4.3.2 凝渣管热力计算凝渣管热力计算见表4-6表4-6 凝渣管热力计算表序号名称符号单位计算公式及来源数值1入口烟温炉膛出口烟温963.082入口烟焓kJ/kg表4-310689.973出口烟温先假定，后校核9104出口烟焓kJ/kg表4-310043.335烟气平均温度936.56烟气侧对流放热量QrpkJ/kg635.647管内工质温度t查水蒸汽表3，表压2.65MPa224.178最大温差7419最小温差68810平均温差714.511烟气流速wm/s9.25812水蒸汽容积份额表4-20.03713三原子气体容积份额表4-20.17814烟气横向冲刷对流放热系数kw/m2查线算图12-656010-315修正系数CsCwCz-查线算图12-650.900.90116对流放热系数kw/m248.6010-317管壁积灰层表面温度tdt+30218条件辐射放热系数kw/m2查线算图12-15516010-319三原子气体辐射力PqsMPamrnPs0.020320三原子气体辐射减弱系数1/MPam1.72221烟气黑度0.17822辐射放热系数kw/m228.4810-323烟窗处炉膛热负荷分布系数ych取定50.624炉膛辐射热流密度表4-5100.0125凝渣管吸收炉膛辐射热量QfkJ/kg110.8326烟气对管壁放热系数kw/m2 77.0810-327热有效系数取定50.628传热系数kkw/m243.2310-329传热量kJ/kg627.8230误差%1.2计算误差小于2%，设计合格. 4.4 过热器计算4.4.1 过热器结构计算过热器结构见图4-4。图4-4 过热器结构示意图管径 d=0.038/0.031m；平均节距：=114；纵向平均节距=150比值：/d=3，/d=3.95横向排数=29;纵向排数=8横向冲刷截面积：=ab-/4=3.2512横向冲刷受热面积：=d=2983.140.0380.989=26.433纵向冲刷受热面积：=d=2983.140.0382.511=67.113总受热面积：H=+=26.433+67.113=93.546逆流部分蒸汽流通截面积：=/4=29/4=0.022管间有效辐射层厚度：s=0.9d(4/-1)=0.90.038(40.1140.15/-1)=0.4824.4.2 过热器热力计算过热器热力计算见表4-7表4-7过热器热力计算表序号名称符号单位计算公式及来源数值1入口烟温表469102入口烟焓kJ/kg表4310043.333出口烟温先假定，后校核7004出口烟焓kJ/kg表4-37783.755烟气放热量kJ/kg2230.9776接受炉膛的辐射热QfkJ/kg07蒸汽进口温度t查水蒸汽表7(P2.65MPa)224.178蒸汽进口焓ikJ/kg查水蒸汽表72796.099蒸汽出口温度t给定40010蒸汽出口焓ikJ/kg查水蒸汽表7 (P2.45MPa)3665.49511蒸汽平均温度311.0412烟气平均温度80513蒸汽进口比容vm3/kg查表7p=2.45MPa, t=222.080.093314蒸汽出口比容vm3/kg查表7p=2.45MPa , t=4000.12815蒸汽平均比容vpjm3/kg0.5(v+v)0.11116蒸汽流速wm/s28.0217蒸汽侧条件对流放热系数kw/m2查线算图12-16590010-318管径修正系数Cd查线算图12-1650.9919蒸汽侧对流放热系数kw/m289110-320水蒸汽容积份额烟气特性0.03621三原子气体容积份额烟气特性0.17522积灰系数m2/kw取用5523灰壁温度tb458.87724三原子气体辐射力PqsMPam0.008425三原子气体辐射减弱系数1/MPam2.93526烟气黑度0.13227条件辐射放热系数kw/m2查线算图12-15514610-328辐射放热系数kw/m219.310-329烟气流速wm/s8.97130条件对流放热系数kw/m2查线算图12-657010-331修正系数CsCwCz-查线算图12-6510.950.98532对流放热系数kw/m265.510-333热有效系数取用50.6534烟气侧对流放热系数kw/m284.810-335传热系数kkw/m251.510-336最大温差51037最小温差47838平均温压493.8339系数A12P/Hsl/H2412.92101780.25940比值R/1/21.1841温压修正系数t/查线算图12-250.9542传热量kJ/kg2239.2843误差百分数Q%0.37 误差校核的百分比小与2%4.5 管束计算4.5.1 管束结构计算锅炉管束结构见图4-5。图4-5锅炉管束结构图锅炉管束A部分视图见图4-6。图4-6锅炉管束A部分视图管束采用S型顺列布置，取横向管间距S1=125mm，布置16排管子；取纵向管间距S2=110 mm，布置28排管子；取管子直径d=51 mm。各组管子的结构数据见表4-8。 表4-8管束各组管数据 12345678偏转角1018263442505866偏移距离h2253504756007258509751100管 长L4.7404.8094.9205.0675.2585.4915.7866.12712345678偏转角1018263442505866偏移距离h2253504756007258509751100管 长L4.7404.8094.9205.0675.2585.4915.7866.127每