130吨锅炉设计方案说明1-毕业论文.doc

目 录目 录1第一章 设计任务书31.1 设计任务31.2 燃料特性3第二章 确定锅炉的基本结构5第三章 辅助计算63.1 燃烧产物燃烧计算63.1.2空气平衡计算63.1.3不同空气过量系数下燃烧产物的焓温表83.1.4炉热平衡及其燃料消耗量计算见下表103.2燃烧室设计及传热算123.2.1燃烧室尺寸的决定123.2.2煤粉燃烧器的型式及布置153.2.3燃烧室水冷壁的布置183.2.4室的传热计算193.2.5烧室辐射吸热量分配223.3凝渣管的计算233.3.1凝渣管结构的特性计算233.3.2凝渣管的传热计算243.4过热器的传热计算273.4.1第二级(高温)过热器结构273.4.2第二级（高温）过热器传热计算303.4.3第一级（低温）过热器结构353.4.4第一级（低温）过热器传热计算363.5炉膛传热量的分配393.6省煤器和空气预热器传热计算403.6.1上级（高温）省煤器结构403.6.2上级（高温）省煤器传热计算423.6.3下级（低温）省煤器结构443.6.4下级（低温）省煤器传热计算463.6.5上级（高温）空气预热器的结构483.6.6上级（高温）空气预热器传热计算503.6.7下级（低温）空气预热器结构403.6.8下级（低温）空气预热器传热计算533.7计算结果汇总56第四章 附 表58第五章 附 图80设计任务书1.1 设计任务1.锅炉额定蒸汽量：36.1 （130 ）。2.蒸汽参数：额定蒸汽压力：3.82MPa额定蒸汽温度：450 。3.给水温度：1504.排烟温度： =130。5.热空气温度： =360。6.冷空气温度： =30。1.2 燃料特性1.燃料名称：京西无烟煤2.煤的收到基成分：（1） 碳：=53%（2） 氢：=1.2%（3） 氧：=3.3%（4） 氮：=1.35%（5） 硫：=1.5%（6） 灰分：=32.15%（7） 水分：=7.5%3.煤的干燥无灰基挥发分=5.5。4.灰熔点特性：DT=1260 ST= 1370oC FT=1430 oC5.煤的收到基低位发热量: =18840 kJ/kg第二章 确定锅炉的基本结构采用单锅筒型布置，上升烟道为燃烧室和凝渣管，水平烟道为两级悬挂对流过热器，垂直下降烟道布置为两级省煤器和两级管式空气预热器。整个炉膛四周全部布满水冷壁，炉膛出口凝渣管簇由锅炉后墙水冷壁延伸而成，在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好的充满炉膛。采用光管水冷壁。对流过热器分两级布置，有悬挂式蛇形管组成，在两级遇热器之间有锅炉自制冷凝水喷水减温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成的凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器，省煤器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面，减少钢材耗费量。锅炉采用4根集中下降管，分别供水给12组水冷壁系统。燃烧方式采用四角布置的直线燃烧器。根据煤的特性选择中速磨煤机中间储仓式负压直吹制粉系统，热风做干燥剂，钢球筒式磨煤机。锅炉本体结构见如下图1.1图1.1 锅炉本体结构简图第三章 辅助计算3.1 燃烧产物燃烧计算 3.1.1煤完全燃烧（a=1）时理论空气量及燃烧产物容积计算序号名称符号单位公式及计算结果1理论空气容积0.0889(+0.375)+0.2650.03334.9702三原子气体容积0.01866（Car+0.375Sar）0.9993理论氮气容积0.79+0.8 /1003.9374理论水蒸气容积0.111+0.124+0.01610.3063.1.2制粉系统和各受热面漏风系数和进出口过量空气系数漏风系数燃烧产物过量空气系数空气的过量空气系数入口出口进口出口制粉系统0.1炉膛0.071.131.2凝渣管01.21.2低温过热器0.031.21.23高温过热器0.031.231.26二级省煤器0.021.261.28二级空气预热器0.031.281.311.061.03 一级省煤器0.021.311.33一级空气预热器0.031.331.361.091.06 3.1.3烟气容积及有关特性计算名称炉膛和凝渣管低温过热器高温过热器二级省煤器二级空预器一级省煤器一级空预器平均过量空气系数1.2000 1.2150 1.2450 1.27001.2950 1.3200 1.3450 实际水蒸气容积0.3222 0.3234 0.3258 0.3278 0.3298 0.3318 0.3338 烟气容积6.2526 6.3284 6.4799 6.6061 6.7323 6.8586 6.9848 RO2容积份额0.1598 0.1579 0.1542 0.1513 0.1485 0.1457 0.1431 H2O容积份额0.0515 0.0511 0.0503 0.0496 0.0490 0.0484 0.0478 三原子气体容积份额0.2114 0.2090 0.2045 0.2009 0.1974 0.1941 0.1909 烟气质量8.4672 8.5646 8.7593 8.9215 9.0838 9.2461 9.4083 烟气灰粒浓度0.0342 0.0338 0.0330 0.0324 0.0319 0.0313 0.0308 表1-3烟气焓温表3.1.4炉热平衡及其燃料消耗量计算见下表表14序号名称符号单位公式及计算结果1固体未完全燃烧热损失查附表8- 3942气体未完全燃烧热损失查附表8-3903外部冷却损失由图1-1得，D=36.11有尾部受热面0.644灰渣物理热损失，不计算05排烟过量空气系数查表121.366排烟温度由任务书得1307排烟焓kJ/kg查表131281.858冷空气温度见任务书309冷空气焓kJ/kg查表13，197.44510排烟热损失5.1611锅炉效率89.74912锅炉蒸发量t/h见任务书36.1113过热蒸汽出口焓kJ/kgP=3.92MP，t=450查水蒸气表3331.814给水温度见任务书15015给水焓kJ/kgP=4.9MP,t=170查水蒸气表634.716锅炉总吸热量kw9739217燃料消耗量kg/s5.73118计算燃料消耗量kg/s5.50219制粉系统漏风系数查附表4-50.120空气预热器出口空气温度见任务书36023空气预热器出口空气焓kJ/kg表132415.9925空气预热器吸热量与燃料热量的百分比14.00326保热系数0.99273.2燃烧室设计及传热算3.2.1燃烧室尺寸的决定（1）炉膛宽度及深度因采用角置直流式燃烧器，炉膛采用正方形截面。查附表8-39取炉膛界面热负荷=2560 ，炉膛截面F=39.51宽a=6.272膛深 b =6.272置603的水冷壁管，管间距s=64mm,侧面墙的管数为100根，前后墙的管数为98（2）燃烧室炉墙面积的决定表15 炉膛结构尺寸序号名称符号单位公式及计算结果1炉膛截面热负荷附录表8-3925602炉膛截面积39.513炉膛宽度取整，64的倍数6.2724第一根凝渣管高设定4.21续表155顶棚宽度a-cos3.7286折焰角前到第一排凝渣管斜段高度设定0.7327折焰角宽度设定1.918折焰角上倾角度设定459折焰角下倾角度设定3010顶棚倾角设定811凝渣管与炉墙距离a-2.54412顶棚高度+tan4.73413折焰角高度tan1.10314tan1.46915冷灰斗底口宽度设定1.06516冷灰斗倾角设定5517冷灰斗中部宽度3.669续表1518冷灰斗高度3.71819冷灰斗斜边长度的一半2.26920炉膛容积热负荷选定16921炉膛容积598.19522侧墙面积95.42323炉膛中部高度10.32524出口窗中心到灰斗中心距离15.57525前墙面积(+)a129.426后墙面积()a104.32827出口窗面积()a30.99728顶棚面积23.612续表1529炉膛总面积2+479.18330炉膛高度+18.3873.2.2煤粉燃烧器的型式及布置采用角置直流煤粉燃烧器，分布于炉膛四角。燃烧器的中心距冷灰斗上沿为1.73m，每组燃烧器有两个一次风口、两个二次风口和两个废气燃烧器，燃烧器的结构计算见表 。表16 燃烧器结构序号名称符号单位公式及计算结果1计算燃料消耗量BjKg/s表144.392燃料收到基低位发热量kJ/kg见任务书230403燃料干燥无灰基挥发分%见任务书 6.04理论空气量N/kg表116.42695炉膛出口过量空气系数表121.236炉膛漏风系数表120.17空气预热器出口风温C见任务书3908一次风率参考表8-4选取0.259磨煤废气（三次风率）r-由制粉系统得0.2210磨煤废气及煤粉温度t由制粉系统得15011二次风及送粉热风温度C38012一次风中煤粉浓度Kg/kg0.39113热风比热kJ/kg.c查下的空气比热表1.03614一次风温C先假设，后校核350.0115一次风温下的空气比热kJ/kg.c查下空气比热1.03316燃烧器前的一次风温 CB()()(t-t)=r迭代求342.12617炉膛漏风率/0.08118二次风率0.4519二次风量/s37.35420一次风量/s19.79921磨煤废气量11.8322一次风速m/s查附表8-272123二次风速m/s查附表8-2747.524磨煤废气（三次风）风速m/s查附表8-275025燃烧器数量Z四角切圆燃烧方式426每个燃烧器的标准煤出力t/h36003.1127一次风口面积/z0.47128二次风口面积/z0.393229废气（三次风）喷口面积0.118330炉膛宽度am查表1-56.27231炉膛深度bm查表1-56.27232燃烧器间距离m6.27233炉膛高度m查表1-518.38734下二次风口下沿到冷灰斗转角的距离m选定0.6035燃烧器假想切圆直径m参考选定0.78436燃烧器矩形对角线长度m参考选定 8.8737特性比值1.001.00初步选定8.002附录图8-8431.7538燃烧器喷口宽度m0.2839燃烧器喷口高度m按、要求画图所得2.2640燃烧器面积4.04063.2.3燃烧室水冷壁的布置水冷壁采用单排光管水冷壁，光管直径d为60mm，管节距s=64mm,管子悬挂炉墙，管子中心和炉墙距e=0。每面墙宽6272 mm，侧墙布置100,前后布置98根水冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙的重量，斜叉管组成凝渣管和折焰角。凝渣管有根管子，折焰角上有22根管子，另有4根与联箱相连。侧墙水冷壁向上延伸在折焰角区域和凝渣管区域形成附加受热面。燃烧室结构特性计算见表7表17 炉膛受热面序号名称符号单位公式及计算结 果前,后,侧顶棚出口窗1水冷壁管规格mm6036036032管节距Smm6484.53相对值s/d1.0671.4084管中心与炉墙距离emm0305相对值e/d00.56角系数附录图11-100.990.9417炉墙面积424.57423.61230.9978水冷壁有效辐射面积除去燃烧器占有面积416.41921.31530.9979总冷壁有效辐射面积468.73110灰污系数附录表11-20.4511水冷壁受热面平均热有效性系数0.4412烟气辐射层有效厚度sm3.64.49613燃烧器中心高度m0.5+0.53.58914燃烧器相对高度0.195215火焰中心相对高度修正附录表11-3016火焰中心相对高度+0.20473.2.4室的传热计算燃烧室的传热计算如下表18表18 炉膛传热计算序号名 称符号单位公 式 及 计 算结果1热空气温度见表143902热空气焓kJ/kg见表143386.83冷空气温度见表14304冷空气焓kJ/kg见表14254.45炉膛漏风系数-查表1-20.16煤粉系数漏入风系数-查表1-40.17空气预热器热空气份额见表141.038空气进入炉膛的热量kJ/kg+(+)3539.2849燃料有效放热量kJ/kg24785.810理论燃烧温度查表13(）1800.1K+2732073.111炉膛出口烟温先假定，在校核1060K+27313655.612炉膛出口烟焓kJ/kg查表13(）13652.7413烟气平均热容量KJ/(kg. )15.04314容积份额 水蒸汽三原子气体查表12(）0.2315烟气密度Kg/N1.352516飞灰浓度查表12(）0.019517飞灰颗粒平均直径查附表11-4用钢球滚筒磨煤机1318三原子气体分压MPa0.020319三原子气体辐射减弱系数0.814320灰粒辐射减弱系数1.72721焦炭辐射减弱系数无烟煤1悬浮燃烧0.1经验数据10.21.0222火焰辐射减弱系数3.56123火焰辐射吸收率1.624火焰黑度0.79825炉膛黑度0.9026火焰中心高度系数查附表12得0.457727炉膛出口烟温K1333.21060.228炉膛出口烟焓查表13(）13655.6129炉内辐射热量11048。9430辐射受热面热负荷103483.2.5烧室辐射吸热量分配燃烧室辐射吸热量中有部分由凝渣管和高温过热器吸收凝渣管直接吸收燃烧室的辐射热量 辐射受热面是燃烧室的出口窗，凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数有关。由/ d=4.267，x=0.32.现凝渣管有三排，总的角系数:=1-=1-=0.6856 凝渣管辐射受热面为：由于出口窗位于燃烧室上部，热负荷比较小，需要计算沿高度的热负荷不均匀系数。出口窗中心的高度为，从冷灰斗中心到炉顶的高度为，根据 ,和燃烧器中心相对高度（查图15-4的2线），查得=0.7 ；凝渣管吸收的辐射热量为： 0.7103.4821.252=1539.41 高温过热器直接吸收燃烧室的辐射热量：0.7103.489.745705.89 水冷壁的平均辐射受热面热负荷： 3.3凝渣管的传热计算凝渣管是错列布置，由后墙水冷壁延伸而成，没四根相邻的管子组成第一、二、三排和折焰角，所以凝渣管的横向节距为4 64 mm3.3.1凝渣管结构的特性计算表19凝渣管结构序号名 称符号单位公式及计算结果1管子规格mm2横向管子节距mm263纵向管子节距2573横向相对节距4.38纵向相对节距4.284每排管子数目n根设定245第一排凝渣管高度m查表1.546第三排凝渣管与折焰角距离m0.1247前两排凝渣管间低斜边长m0.30378第三排凝渣管低斜边长m0.2979第二排凝渣管高度m4.109210第三排凝渣管高度m4.218411凝渣管出口高度m4.54012每根管算长：第一排m5.32第二排4.98第三排4.6313凝渣管受热面面积H67.52814侧墙水冷壁附加受热面面积7.84415计算受热面面积75.37216烟气辐射层有效厚度sm1.16817烟气流通截面23.053.3.2凝渣管的传热计算表110凝渣管的传热计算序号名称符号单位公式及计算结果1入口烟温查表181060.22入口烟焓查表1813655.63出口烟温先假定，后校核995.44出口烟焓查表13(）12737.75烟气热平衡放热量915.736平均烟温1027.87烟气容积查表12(）8.20428水蒸汽容积份额查表12(）0.04619三原子气体容积份额查表12(）0.200710烟气重度1.35211飞灰浓度查表12(）0.019512飞灰颗粒平均直径查表181313烟气流速7.3214烟气对流放热系数49.4315三原子气体辐射减弱系数0.82616飞灰辐射减弱系数1.75517烟气辐射吸引力0.30118烟气黑度0.2619管内工质温度t饱和温度（P=11.02MP）254.720管壁灰污层温度334.721烟气辐射放热系数0.467式（12-47）65.4522烟气总放热系数114.8823热有效性系数附录表120.624传热系数68.9625平均温压K773.126传热量915.3327误差%0.0443.4过热器的传热计算 从锅筒出来的饱和蒸汽先到凝渣管上方的蒸汽联箱，经过顶棚管到第一级对流过热器的入口联箱，蒸汽通过悬挂的蛇形管逆流至出口联箱，最后两圈管束是顺流布置，这样可以避免出口管和顶棚管的交叉，并使过热蒸汽出口在烟气温度较低处，以避免蒸汽管壁温过高而烧坏。 从第一级过热器出口联箱出来的蒸汽进入喷水减温器，该喷水由锅筒引出的饱和蒸汽冷凝而得，冷却水采用进入省煤器前的给水。蒸汽经过减温后进入第二级过热器的入口联箱，蒸汽在第二级过热器中先逆流后顺流，此处第一圈管束是逆流，其余均顺流，同样可以使过热器出口的高温蒸汽处在较低温的烟气流中。 第二级过热器的第一、二排管组成四排错列管，使节距增大，防止堵灰，其余均为顺列布置。由于一组受热面内有错列、顺列布置，而计算时的平均温压是按整组受热面计算的，因此传热系数也要按整组受热面的平均值，此时采用加权平均法横向节距、纵向节距、烟气流通截面、对流放热系数、灰污系数、，最后算出传热系数。 第二级过热器的结构特性计算见表111，传热计算见表112. 第一级过热器的结构特性计算见表113，传热计算见表114.计算中假定减温水量为1.25kg/s，可使减温幅度，相应减温幅度。3.4.1第二级(高温)过热器结构表111 第二级(高温)过热器结构计算序号名 称符号单位公 式 及 计 算结果1管子规格mm2折焰角前端距顶棚高度m等于凝渣管出口高4.5403错列管束横向节距mm222纵向节距mm设定1504横向相对节距5.268纵向相对节距3.5715横向管排数排按取值，边距115286纵向管排数排447前排管距折焰角前端距离mm自选5808前排管截面高度mm39609前排管高度mm327010后排管高mm3100.311平均管长mm3185.212受热面47.0513 管 束顺 列横向节距设定11114纵向节距mm设定160设定60平均11015横向相对节距2.64316纵向相对节距2.61917横向管排数排5618纵向管排数排619悬挂吊管宽度mm11020每排管高度m3.0221倾斜管段长m平均值，包括错列区0.942822每根管平均长度m3.962823受热面175.6024错列，顺列受热面H222.6525加权平均横向节距mm134.4626加权平均纵向节距mm118.45327横向相对节距3.20128纵向相对节距2.82029辐射层有效厚度sm0.39730蒸汽流通截面0.10831错列区烟气流通截面19.68032顺列区烟气流通截面10.12333平均烟气流通截面11.3134两侧水冷壁附加受热面20.93235折焰角倾斜长度m设定1.78736折焰角处水管根数根2137折焰角附加受热面3.20338顶棚管附加受热面7.21339辐射空间m凝渣管0.70440管簇深度m1.1141最后排高度m2.89742悬吊管处高度m2.8473.4.2第二级（高温）过热器传热计算表112 第二级（高温）过热器传热计算序号名 称符号单位公 式 及 计 算结果1凝渣管的横向相对节距查表194.382单排管的角系数查附图3得0.323凝渣管总角系数0.6864出口窗面积查表1529.6075凝渣管辐射受热面20.316出口窗中心高度查表1515.96857冷灰斗中心到炉顶距离查表1518.68958出口窗相对高度0.85449燃烧器中心相对距离查表170.20510炉膛高度热负荷不均匀系数查附图20.711辐射受热面热负荷查表18104.0412直接吸收炉膛辐射热177.313入口烟温查表110995.414入口烟焓查表11012737.315蒸汽出口温度任务书45016蒸汽出口焓见表143332.417蒸汽入口温度假定33818蒸汽入口焓p=10.3MPa ,查蒸汽表3062.1919蒸汽吸热量2221.0220附加受热面吸热量假定，其中顶棚为100，水冷壁为34040521烟气放热量2448.7222烟气出口焓10285.523烟气出口温度查表13（）812.124平均温度903.7525烟气容积查表12（）8.25326水蒸气容积份额查表12（）0.046127三原子气体容积份额查表12（）0.199528烟气密度1.35229飞灰浓度查表12（）0.019430飞灰颗粒平均直径查表181331烟气流速13.8132错列区对流放热系数查附图483.41833顺列区对流放热系数查附图675.86734烟气平均对流放热系数77.46335蒸汽平均温度39436蒸汽比容查水蒸汽表0.072637蒸汽流速24.32138蒸汽放热系数查附图11129639三原子三气体辐射减弱系数3.31440飞灰辐射减弱系数1.86641烟气辐射吸收力0.205642烟气黑度0.185843灰污系数查附图0.00711选 用0.004344平均灰污系数0.004745管壁灰污层温度633.61246辐射放热系数查附录图1042.17647修正后辐射放热系数59.56848烟气总放热系数137.03149热有效系数查附录表90.650传热系数K75.24251纯逆流温差529.684修正系数查附图70.98平均温差519.0952传热量1980.89253冷壁附加受热面24.135平均温压871.06传热系数K取主受热面的K75.242传热量360.32454顶棚附加受热面查表1107.213平均温压808.35传热系数K取主受热面的K75.242传热量99.93455总传热量2441.1556误 差%0.30957主过热器热量误差%0.38158汽包出口蒸汽焓查水蒸气表2798.959减温水量先假设,后校核1.2560顶棚受热面出口蒸汽焓2811.4961顶棚受热面出口蒸汽温度查水蒸气表258.33.4.3第一级（低温）过热器结构表113 第一级（低温）过热器结构序号名 称符号单位公 式 及 计 算结果1管子规格2横向管子节距设定90.53纵向管子节距设定784横向相对节距2.38165纵向相对节距2.05266横向管排数排677纵向管排数排设定248管排至悬吊管距离设定6909烟道宽度h设定2.60010每排管高度2.211每根管子平均长度28.99412顶棚管子长度2.484013受热面H483.6814辐射层有效厚度0.178715蒸汽流通截面0.101116烟气流通截面10.67917辐射空间0.918管簇深度1.79419下底宽度2.4843.4.4第一级（低温）过热器传热计算表114 第一级（低温）过热器传热计算序号名 称符号单位公 式 及 计 算结果1入口烟温查表112812.12入口烟焓见表11210285.53蒸汽入口温度见表112258.34蒸汽入口焓见表1122811.495减温水量见表1121.25续表1146减温水焓查表141108.57高温过热器入口蒸汽焓查表1123062.48低温过热器出口蒸汽焓3132.459低温过热器出口蒸汽温度由p=4.1MPa 查蒸汽表365.810蒸汽吸收量2548.711烟气出口焓7733.4612烟气出口温度查表13（）619.1613平均烟温715.6314烟气容积查表12（）8.35115水蒸气容积份额查表12（）0.045516三原子气体容积份额查表12（）0.197317烟气密度1.35118飞灰浓度查表12（）0.019219烟气流速12.62820烟气对