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电厂锅炉课程设计292020年4月19日文档仅供参考课程设计说明书题目名称：电厂锅炉课程设计系 部 电力工程系 专业班级： 热动13-2 学生姓名： 学 号 : 2312 指导教师： 崔 祖 涛 完成日期： 7月1日 新疆工程学院课程设计评定意见设计题目 电厂锅炉课程设计 系 部_ 电力工程系_ _ 专业班级 热动13-2 学生姓名_ _ 学生学号 231 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 新疆工程学院电力工程系(部)课程设计任务书 年 2 学期 年6 月19日专业热能动力设备与应用班级2课程名称电厂锅炉设计题目电厂锅炉课程设计指导教师崔祖涛起止时间 .6.19-7.1周数2设计地点C413设计目的：经过设计加深巩固热力发电厂所学的理论知识，了解发电厂热力计算的一般步骤，掌握热力系统的能量平衡、质量平衡和热经济性指标的计算，并考虑不同辅助成分引入回热系统对机组热经济性的影响，以期达到经过课程设计进一步了解发电厂的系统和设备的目的。具体要求就是按给定的设计条件，选取有关参数，求出给定的热力系统额定工况时各部分的汽水流量和各项热经济指标。设计任务或主要技术指标：（一） 已知条件 煤种为开滦烟煤，煤中各收到基成分为，其收到基低位发热量为22825，干燥无灰基，空气干燥基，BTH法可磨性系数为1。主要参考书及参考资料： 1 周菊华.锅炉设备（第2版）. 北京：中国电力出版社, .2 张永涛.锅炉设备及系统. 北京：中国电力出版社, .3 容銮恩，袁镇福.电站锅炉原理.北京：中国电力出版社，1997设计进度与要求：1. 布置任务，查阅资料半天2. 汽轮机单级热力计算及画图，编制课程设计说明书10天3.课程设计答辩半天4.本课程设计一律要求用A4教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 目 录电厂锅炉简介1锅炉设备1锅炉本体设备锅内设备1锅炉本体炉内设备2第 1 章 辅助计算31.1 燃料特性31.2 锅炉的空气量计算31.3 燃料燃烧计算41.4 烟气特性计算51.5 烟气焓的计算61.6 锅炉热平衡及燃料消耗量计算8第 2 章 炉膛热力计算112.1 炉膛校核热力计算步骤112.1.1 炉膛结构数据112.1.2 炉膛校核热力计算132.2 炉膛顶部辐射受热面及工质焓增的计算15第 3 章 对流受热面的热力计算173.1 对流受热面的计算方法173.2 对流受热面的计算步骤173.3 屏式过热器热力计算173.3.1 屏式过热器的结构数据173.3.2 屏的热力计算19结论25参考文献26 电厂锅炉简介锅炉设备锅炉本体设备锅内设备位置：悬吊在炉膛前墙顶部的炉外大梁上，进口连接省煤器来水管和水冷壁汽水混合物引出管，出口连接下降管和顶棚过热器管。2、下降管概念：下降管是水冷壁的供水管，它是蒸发设备的组成部件。作用：把汽包中的水连续不断地送往水冷壁，以维持正常的水循环。结构：分为小直径分散下降管和大直径集中下降管。位置：布置在炉膛前墙外，进口连接汽包，出口连接水冷壁下联箱。3、水冷壁概念：是指敷设在炉膛四周（或炉膛中间）由多根并联管组成的蒸发受热面部件，它是锅炉蒸发设备中的唯一受热面。作用：吸收炉膛火焰辐射热，使工质由水变成汽水混合物；降低烟气温度，防止炉膛结渣；保护炉墙，简化炉膛结构，减轻炉墙重量。结构：由进出口联箱管子组成，主要型式有光管式、销钉式和膜式水冷壁。位置：垂直地布置在炉膛四围（或炉膛中间），进口连接下降管或省煤器，出口连接汽包或过热器。4、过热器概念：过热器是饱和蒸汽加热或为具有一定温度的过热蒸汽的受热面部件。作用：提高电厂循环热效率；降低汽轮机排气湿度，减轻末级叶片的浸蚀。位置：布置在炉膛上部、炉膛出口处、炉顶、水平烟道内和竖井烟道内。进口连接汽包或水冷壁，出口连接主蒸汽管。结构：由进口处联箱和并列管排组成，分为：高、低温过热器（对流式）；前屏、壁式过热器（辐射式）；后屏过热器（半辐射式）；顶棚过热器、包覆管过热器。5、再热器概念：再热器是将汽轮机高压缸（或中压缸）排气重新加热到一定温度的再热蒸汽的受热面部件。作用：提高电厂的循环热效率；降低汽轮机末级叶片的蒸汽湿度。结构：由进出口联箱和并列管排组成，可分为高、低温再热器、后屏再热器、壁式再热器。低温再热器的进口联箱上有事故喷水装置。位置：布置在水平烟道、竖井烟道内以及炉膛上部，进口连接汽轮机的高压缸（或中压缸）排气管，出口连接中压缸（或低压缸）进气管。6、省煤器概念：省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水的热交换器。作用：降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料量；省煤器管材料代替部分水冷壁管材，降低了锅炉造价；对汽包锅炉而言，改进了汽包的工作条件。结构：由进出口联箱和并联蛇形管组成，蛇形管排分为单管圈和多管圈。出口管常见来悬吊低温再热器或低温过热器官。锅炉本体炉内设备3、点火装置概念：点火装置是点燃主燃器煤粉气流的装置，它是锅炉的燃烧设备。作用：锅炉启动时点燃主燃烧器的煤粉气流；低负荷运行或燃烧不稳定时用于稳定燃烧。结构：多采用燃料油的点火装置，由电点火器、电火油枪、火焰检测器、进退机构和升压电源组成。位置：布置在主燃烧器里面或侧面，进口连接电点火器和电火油枪，出口进入炉膛。4、空气预热器概念：空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气的热交换器。作用：降低排烟温度，提高锅炉效率；改进燃料的着火条件和燃烧过程；节约蒸发受热面金属，降低锅炉造价。结构：常见管式（传热式）和回转式（蓄热式）空气预热器。受热面为钢管或波形板，另外有连接的风道和密封装置等。位置：布置在尾部烟道内，分单级与双级布置。进口连接送风机，出口热风进入二次风箱、一次风箱和磨粉机第 1 章 辅助计算1.1 燃料特性燃料名称：其收到基成分见表2-1。表2-1 煤的收到基成分元素成分（%）收到基低位发热量(kJ/kg)干燥无灰基挥发分（%）空气干燥基水分（%）BTH法可磨性系数灰熔点水分灰分碳氢氧氮硫变形温度DT()软化温度ST()熔化温度FT()1716.649.63.211.60.71.31969041101.4150015001.2 锅炉的空气量计算在负压下工作的锅炉机组，炉外的冷空气不断漏入炉膛和烟道内，致使炉膛和烟道各处的空气量、烟气量、温度和焓值相应的发生变化。对于炉膛和烟道各处实际空气量的计算称为锅炉的空气平衡量、在锅炉热力计算中，常见过量空气系数来说明炉膛和烟道的实际空气量。锅炉的空气量平衡表见表2-2。表2-2 漏风系数和过量空气系数序号名称漏风系数符号出口过量空气系数符号结果1制粉系统0.1-2炉膛0.051.203屏、凝渣管01.204高温过热器0.0251.225续表序号名称漏风系数符号出口过量空气系数符号结果5低温过热器0.0251.256高温省煤器0.021.277高温空气预热器0.051.328低温省煤器0.021.349低温空气预热器0.051.391.3 燃料燃烧计算燃料燃烧计算以单位质量（或体积）的燃量为基础。燃料燃烧计算包括：燃烧计算、烟气特性计算和烟气焓计算。燃烧计算燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮体积、容积、理论干烟气容积、理论水蒸气容积等，具体计算见表2-3。表2-3 燃烧计算表序号项目名称符号单位（标准状况下）计算公式及数据结果1理论空气量4.912理论氮体积3.8853容积0.9344理论干烟气体积4.8195理论水蒸气体积0.6456飞灰份额查附录表15.8011.4 烟气特性计算烟气特性计算需要计算出：各受热面的烟道平均过量空气系数、干烟气容积、水蒸气容积、烟气总体积、容积份额、水蒸气容积份额、三原子气体和水蒸气容积总份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等，具体计算见表2-4。表2-4 烟气特性表序号项目名称符号单位炉膛，屏，凝渣管高过低过高温省煤器高温空预器低温省煤器低温空预器1受热面出口空气系数1.201.2251.251.271.321.341.392烟道平均过量空气系数1.201.21251.23131.2511.2851.31251.35133干烟气容积5.80115.86245.95476.04956.21996.35396.54404水蒸气容积0.66090.66190.66340.66490.66770.66980.67295烟气总体积6.46206.52436.61816.71446.88767.02377.21696容积份额0.14460.14320.14120.13920.13570.13310.12957水蒸气容积份额0.10230.10150.10020.09900.09690.09540.09328三原子气体和水蒸气容积总份额0.24690.24470.24140.23820.23260.22850.2227续表序号项目名称符号单位炉膛，屏凝渣管高过低过高温省煤器高温空预器低温省煤器低温空预器9容积飞灰浓度24.40424.17123.82823.48622.89622.45221.85210烟气质量8.5288.6098.7298.8539.0759.2519.49911质量飞灰浓度0.01830.01840.01860.01750.1730.01730.0174注：烟道平均过量空气系数，指该受热面进出口过量空气系数的算术平均值。1.5 烟气焓的计算烟气焓的计算需分别计算出炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列成表格作为温焓表。对在锅炉受热面的各个部位的蒸汽或者空气的焓值进行计算，列成表格，作为温焓表。具体计算见表2-5，表2-6，表2-7。 烟气或空气温度理论烟气焓(kJ/kg)理论空气焓(kJ/kg)炉膛、屏、凝渣管高温过热器4002272.73467.264160.714247.395002916.544378.565254.275363.746004246.95310.346372.406505.16表2-5 烟气焓温表（用于炉膛、屏式过热器、高温过热器的计算）续表烟气或空气温度理论烟气焓(kJ/kg)理论空气焓(kJ/kg)炉膛、屏、凝渣管高温过热器7004246.896261.257513.497670.038004941.567226.378671.648852.309005654.378206.859848.2210053.3810006382.829198.72 11038.4611268.4311007126.9910207.2912248.7512503.9412007885.5611222.0113466.4213746.9713008655.3412251.214701.4415007.7214009436.4613287.6815945.2216277.41150010228.6714328.9617194.75217552.976160010228.6714328.9618454.1118838.57170011841.3555116430.97619717.17 7.94180012657.9717483.9020980.6821417.78190013482.0118552.5122263.0122726.82 14313.6319619.8423543.8124034.30210015151.5820696.2624835.5125352.91220015991.6221770.526124.5926668.85表2-6 烟气焓温表（用于低温过热器、高温省煤器的计算）烟气或空气温度理论烟气焓(kJ/kg)理论空气焓(kJ/kg)低温过热器高温省煤器3001672.242577.213221.523273.064002272.703467.264334.084403.425002916.544378.565473.25560.776003571.185310.346637.926744.137004246.896261.257826.567951.788004941.567226.379032.969177.48表2-7 烟气温焓表（用于高温空预器、低温省煤器的计算）烟气或空气温度理论烟气焓(kJ/kg)理论空气焓(kJ/kg)高温空预器低温省煤器低温空预器100528.94847.551118.761135.721178.092001087.221704.702250.212284.302369.543001672.242577.213401.923453.463582.334002272.703467.264576.784646.134819.495002916.544378.565779.695867.276086.196003571.185310.347009.647115.857381.361.6 锅炉热平衡及燃料消耗量计算计算锅炉输入热量，包括燃料的收到基低位发热量，燃料物理显热、外来热源加热空气时带入的热量。各项热损失，包括化学不完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失，锅炉散热损失，灰渣热物理损失，排烟热损失。具体计算见表2-8。表2-8 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式或来源结果1锅炉输入热量kJ/kg230402排烟温度先估后校1303排烟焓kJ/kg查焓温表表2-7，用插值法求1535.534冷空气温度取用205理论冷空气焓kJ/kg查焓温表表2-7169.586化学未完全燃烧损失%取用0.57机械未完全燃烧损失%取用1.58排烟处过量空气系数即低温空预器出口过量空气过量系数1.399排烟损失%5.5610散热损失%取用0.511灰渣损失%其中见附录表10.026912锅炉总损失%8.0913锅炉热效率%91.9114保热系数0.9946续表序号名称符号单位公式或来源结果15过热蒸汽焓kJ/kg查附录表3、表4高温过热器出口参数（查附录表2）3476.4516给水温度给定21517给水焓kJ/kg查附录表3、表4低温省煤器入口参数（查附录表2）924.1218过热蒸汽流量kg/h已知2 019锅炉有效利用热kJ/h20实际燃料消耗量kg/h2651621计算燃料消耗量kg/h26118第 2 章 炉膛热力计算2.1 炉膛校核热力计算步骤1、计算炉膛结构尺寸及烟气有效辐射层。 2、选取热风温度、并依据有关条件计算随每kg燃料进入炉膛的有效热量。3、根据燃料种类、燃烧设备的形式和布置方式，计算火焰中心位置的系数M。4、估计炉膛出口烟温，计算炉膛烟气平均热容量。5、计算炉膛受热面辐射换热特性参数。6、根据燃料和燃烧方式计算火焰黑度和炉膛黑度。7、计算炉膛出口烟温。8、核对炉膛出口烟温误差。9、计算炉膛热力参数。10、炉膛内其它辐射受热面的换热计算。2.1.1 炉膛结构数据炉膛结构尺寸如图2所示。根据炉膛结构尺寸图2，炉膛结构计算具体见表3-1。表3-1 炉膛结构数据序号名称符号单位公式结果1前墙总面积219.622侧墙总面积218.483后墙总面积157.74续表序号名称符号单位公式结果4喷燃器及门孔面积65炉顶面积32.116炉膛与屏交界面积65.617炉膛总面积693.568炉膛截面面积51.4799水冷壁管外径6010水冷壁管节距6411管子至墙中心距012水冷壁角系数0.9813炉顶角系数0.9814出口烟窗角系数115炉膛容积1052.616冷灰斗二等分平面到出口烟窗中心线的距离19.84617冷灰斗二等分平面到炉顶的距离23.93818冷灰斗二等分平面到燃烧器中心线的距离4.96219炉膛总有效辐射受热面675.1220炉膛水冷程度0.9721炉膛有效辐射层厚度5.466图2 炉膛结构尺寸示意图2.1.2 炉膛校核热力计算炉膛校核热力计算具体见表3-2。表3-2 炉膛校核热力计算序号名称符号单位公式结果1炉膛出口过量空气系数查表2-2漏风系数和过量空气系数中21.202炉膛漏风系数查表2-2漏风系数和过量空气系数中20.053制粉系统漏风系数查表2-2漏风系数和过量空气系数中10.14热风温度先估后校2805理论热风焓kJ/kg查焓温表表2-72402.716理论冷风焓kJ/kg查表2-8锅炉热平衡及燃料消耗量计算中5157.367空气带入炉膛热量kJ/kg2883.258对应每公斤燃料送入炉膛的热量kJ/kg258009理论燃烧温度查焓温表表2-51905.510燃烧绝对温度2178.511火焰中心相对高度系数0.2512系数M注：A、B取值查附录表50.46513炉膛出口烟气温度先估后校注：100014炉膛出口烟气焓kJ/kg查焓温表表2-51 .915烟气平均热容量kJ/(kg）13.9616水冷壁污染系数查附录表6水冷壁灰污系数0.4517水冷壁角系数查表3-1炉膛结构系数中120.9818水冷壁热有效系数0.441续表序号名称符号单位公式结果19屏、炉交界面的污染系数（取0.98）0.44120屏、炉交界面的角系数取用121屏、炉交界面的热有效系数0.44122燃烧孔及门孔的热有效系数未敷设水冷壁023平均热有效系数其中：0.43724炉膛有效辐射层厚度查表3-1炉膛结构数据中215.44625炉膛内压力0.126水蒸汽容积份额查表2-4烟气特性表中70.099027三原子气体容积份额查表2-4烟气特性表中80.237028三原子气体辐射减弱系数3.86529烟气质量飞灰浓度查表2-4烟气特性表中110.013430灰粒平均直径查附录表7筒式钢球磨煤机1331灰粒辐射减弱系数注：单位为86.0832燃料种类修正系数对高反应的燃料：烟煤0.533燃烧方法修正系数对室燃炉对层燃炉0.1续表序号名称符号单位公式结果34煤粉火焰辐射减弱系数2.5735火焰黑度0.75536炉膛黑度0.87537炉膛出口烟气温度注：单位为kg/h1095.838计算误差（估）（允许误差）95.839炉膛出口烟气焓kJ/kg查焓温表表2-5，按计算值13304.240炉膛有效热辐射热量kJ/kg11295.141辐射受热面平均热负荷12543742炉膛截面热强度326456443炉膛容积热强度1596582.2 炉膛顶部辐射受热面及工质焓增的计算炉膛顶部辐射受热面及工质焓增的计算具体计算见表3-3。表3-3 炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算表序号名称符号单位公式结果1顶棚管径-382节距47.5续表序号名称符号单位公式结果3排数1584顶棚管角系数查附录线算图10.985顶棚面积32.116蒸汽流通面积0.1127炉膛顶部热负荷分配不均匀系数查附录线算图2（对本炉型：)0.678炉膛顶棚总辐射吸热量kJ/kg97150109减温水总流量kg/h先估后校900010炉膛顶棚蒸汽流量kg/h21100011炉膛顶棚蒸汽焓增kJ/kg46.0412炉膛顶棚进口蒸汽焓kJ/kg查附录表3、表4注：蒸汽参数计算负荷下汽包压力对应的干饱和蒸汽2708.813炉膛顶棚出口蒸汽焓kJ/kg275514炉膛顶棚出口蒸汽温度查中水和水蒸气性质表按计算负荷下汽包压力（查附录表2）334第 3 章 对流受热面的热力计算3.1 对流受热面的计算方法锅炉机组热力计算标准方法规定，位于炉膛出口处的半辐射受热面，如屏式过热器、凝渣管等，其热力计算采用对流换热的计算原理进行。3.2 对流受热面的计算步骤假设受热面出口烟气温度，查取相应焓值。2、根据出口烟焓，经过计算对流传热量。3、依据烟气侧放热量等于工质侧吸热量原理，经过求取工质出口焓和相应温度。4、计算平均对流传热温差。5、计算烟气侧对流放热系数及管壁灰污系数。6、计算工质侧对流放热系数。7、计算管壁灰污层温度。8、计算烟气黑度，及确定烟气侧辐射放热系数。9、计算对流放热系数。10、经过计算对流传热量。与计算结果相比较，其差值应在允许范围之内。否则重新假设受热面出口烟温，重复上述计算。3.3 屏式过热器热力计算 屏式过热器在热力计算方面具有以下特点：1、 在换热方式上，既受烟气冲刷，又吸收炉膛及屏间高温烟气的热辐射；2、 屏式过热器属于中间过热器，其进出口处的工质参数，在进行屏的计算时往往为 未知数；3、 屏与屏之间横向节距大，烟气流速低，且冲刷不完善。因此某些交换参数不同于一般对流受热面。4、 若屏进出口工质参数均为未知数，需先在过热器系统中分级定温，然后计算另一端的工质参数。假设的参数是否准确，需在相应的受热面热力计算之后校准；5、 进行屏的热力计算时，应注意混合式减温器对屏入口工质参数的影响。3.3.1 屏式过热器的结构数据6、 屏式过热器结构尺寸如图3所示。7、（a） （b）图3 屏式过热器结构尺寸(a) 侧视图（b）顶视图根据屏式过热器结构尺寸图3，屏式过热器结构数据计算具体见表4-1。表4-1 屏的结构数据计算表序号名称符号单位公式结果1管子外径2屏的片数123每片屏的管子排数40续表序号名称符号单位公式结果4屏的深度2.0765屏的平均高度7.46一片屏的平面面积13.57屏的横向节距屏的间距5918比值14.19屏的纵向节距4610比值1.0911屏的角系数查附录线算图1中曲线50.9812屏的计算受热面积31713屏区顶棚面积宽深角系数15.614屏区两侧水冷壁面积宽深角系数230.115屏区附加受热面面积45.716烟气进屏流通面积58.817烟气出屏流通面积5018烟气平均流通面积5419蒸汽流通面积（其中，单位为）0.09720烟气有效辐射层厚度(注：单位为)0.77921屏区进口烟窗面积见表中65.6122屏区出口烟窗面积49.343.3.2 屏的热力计算屏的热力计算具体见表4-2。表4-2 屏的热力计算序号名称符号单位公式结果1烟气进屏温度查表3-2炉膛校核热力计算即炉膛出口烟气温度1095.82烟气进屏焓kJ/kg查表3-2炉膛校核热力计算即炉膛出口烟气焓13304.23烟气出屏温度先估后校9704烟气出屏焓kJ/kg查焓温表表2-511624.215烟气平均温度1032.96屏区附加受热面对流吸热量kJ/kg先估后校3957屏的对流吸热量kJ/kg1275.928炉膛与屏相互换热系数查附录线算图30.989炉膛出口烟窗的沿高度热负荷分配系数查附录线算图20.6810炉膛出口烟窗射入屏区的炉膛辐射热量kJ/kg731.511屏间烟气有效辐射层厚度查表4-1屏的结构数据表中200.77912屏间烟气压力0.113水蒸气的容积份额查2-4表烟气特性表中70.099014三原子气体辐射减弱系数10.87续表序号名称符号单位公式结果15三原子气体和水蒸气容积总份额查2-4表烟气特性表中80.237016灰粒的辐射减弱系数注：单位为84.6317烟气质量飞灰浓度查2-4表烟气特性表中110.013418烟气的辐射减弱系数3.7119屏区烟气黑度0.25120屏进口对出口的角系数注：单位为0.1421燃料种类修正系数取用0.522屏出口烟窗面积查表4-1屏的结构数据计算中175023炉膛及屏间烟气向屏后受热面的辐射热量kJ/kg注：214.0124屏区吸收的炉膛辐射热kJ/kg517.0425屏区附加受热面吸收的辐射热量kJ/kg65.1526屏区水冷壁吸收的辐射热量kJ/kg42.9127屏区顶棚吸收的辐射热量kJ/kg22.2428屏吸收的辐射热量kJ/kg451.89续表序号名称符号单位公式结果29屏吸收的总热量kJ/kg1727.8130第一级减温水喷水量kg/h估计700031第二级减温水喷水量kg/h 32屏中蒸汽流量kg/h21800033蒸汽进屏温度先估后校38834蒸汽进屏焓kJ/kg查附录表3、表4按计算负荷下进屏（查附录表2）3043.835蒸汽出屏焓kJ/kg3257.7236蒸汽出屏温度查附录表3、表4按计算负荷下出屏（查附录表2）457.0737屏内蒸汽平均温度422.5438平均传热温差610.3639屏内蒸汽平均比容查附录表3、表4，按计算负荷下屏进出口压力平均值及0.0269640屏内蒸汽流速16.8341管壁对蒸放热系数查附录线算图4253842烟气流速其中见表2-45.1343烟气侧对流放热系数查附录线算图527.8844灰污系数查附录线算图6中（a）曲线20.007续表序号名称符号单位公式结果45管壁灰污曾温度724.746辐射放热系数查附录线算图779.0947利用系数查附录线算图6中（b）0.8548烟气侧放热系数 屏的角系数，查附录线算图1101.249对流传热系数49.3350屏的对流传热量kJ/kg1273.0351计算误差 %0.2352屏区水冷壁的水温查计算负荷下汽包的饱和温度317.753平均传热温差715.254水冷壁对流吸热量kJ/kg141.6455顶棚进口蒸汽温度查表3-3炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算表中1433456屏区顶棚进口蒸汽焓kJ/kg查表3-3炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增的计算表13275557屏区顶棚蒸汽焓增kJ/kg先估后校3058