完整word版200th高压煤粉锅炉热力计算.docx

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完整word版200th高压煤粉锅炉热力计算

200t/h高压煤粉锅炉热力计算

第1章设计任务书

1.1设计题目200t/h高压煤粉锅炉

1.2原始资料

（1）、锅炉额定蒸发量:

Dec=210t/h

（2）、给水温度:

tgs=215℃

（3）、给水压力:

pgs=11.3Mpa（表压）

（4）、过热蒸汽温度:

t1=540℃

（5）、过热蒸汽压力:

p1=9.9Mpa（表压）

（6）、周围环境温度:

tlk=10℃

（7）、连续排污率Ppw=2%

（8）、汽包压力Pqb=10.3Mpa

（9）、空气中的含湿量d=10g/kg

（10）、燃料特性

a.燃料名称：

淮南烟煤

b.煤的收到基成分（%）：

Ca=60.82；Oar=7.65；Sar=0.67；Har=4.01；Nar=1.11；

Mar=6.0；Aar=19.74

c.煤的干燥无灰基挥发份:

Vdaf=38.0%

d.煤的空气干燥基水分:

Mar=2.3

e.煤的低位发热量:

Qar,net=24300kJ/kg

f.灰熔点：

DT=1500℃、ST＞1500℃

（13）制粉系统:

中速磨煤机直吹式制粉系统

提示数据：

排烟温度假定值θpy=140℃；热空气温度假定值trk=300℃

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

Car+Oar+Sar+Har+Nar+Mar+Aar=60.82+7.65+0.67+4.01+1.11+6.0+19.74=100%

2.2煤种判别；

（1）煤种判别

由燃料特性得知Vdaf=38.0%＞20%，而且Q=24300kJ/kg﹥18840kJ/kg，所以属于优质烟煤。

（2）折算成分的计算

Aar,zs=

（%）=4182×19.74/24300（%）=3.397%〈4%

Mar,zs=

（%）=4182×6/24300（%）=1.033%〈8%

Sar,zs=

（%）=4182×0.67/24300（%）=0.115%〈0.2%

此煤属于低水份的煤。

第3章锅炉整体布置的确定

3.1炉整体的外型——选Π型布置

选择Π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。

本锅炉为超高压参数，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，除在水平烟道内布置高、低温对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。

为使前屏、后屏过热器中的传热温差不致过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。

为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。

但是，为了再热气温的调节，使负荷在100％—75％之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边（竖井烟道的前部）设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。

在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。

根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。

热风温度要求较高（t=280℃）理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修方便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外部置。

在主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

按超高压大容量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——顶棚过热器进口联箱——炉顶及尾部包覆过热器管束——尾部包覆过热器后集箱——尾部左右侧包覆过热器上集箱——一尾部左右侧包覆过热器管束（下降）——尾部左右侧包覆过热器下前集箱——水平烟道左右侧包覆过热器管束（上升）——水平烟道左右侧包覆过热器上集箱——前屏过热器——一级减温——后屏过热器——二级减温——对流过热器进口集箱——对流过热器管束——对流过热器出口集箱——集汽集箱——汽轮机。

（2）水系统的流程

给水——主省煤器进口联箱——主省煤器管束——主省煤器出口集箱——前、后隔墙省煤器进口集箱及管束——隔墙省煤器出口集箱——旁路省煤器进口集箱——旁路省煤器及斜烟道包覆管束——旁路省煤器出口集箱——后墙引出管——汽包——下降管——水冷壁下联箱——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

理论烟气量V0=

6.2370Nm3/kg；

理论氮气容积V0N2=

=4.9362Nm3/kg；

三原子气体RO2的容积VRO2=

=1.1369Nm3/kg；

理论水蒸气容积V0H2O=

=0.6199Nm3/kg；

理论烟气容积V0Y=VRO2+V0N2+V0H2O=6.6957Nm3/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α´´=1.15，选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表4•1.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=0.9，计算表4•2列出各项，此表为烟气特性表。

（3）烟气焓温表

计算表4•3列出的各项，此表为烟气焓温表。

表4•1

炉膛

高温过热器

低温过热器

省煤器

管式空气预热器

进口α´

1.15

1.18

1.21

1.23

漏风Δα

0.1

0.03

0.03

0.02

0.2

出口α´´

1.15

1.18

1.21

1.23

1.26

表4•2烟气特性表

项目名称

符号

单位

炉膛

高温过热器

低温过热器

省煤器

管式空气预热器

烟道进口过量空气系数

α´

1.15

1.15

1.18

1.21

1.23

烟道出口过量空气系数

α´´

1.15

1.18

1.21

1.23

1.26

烟道平均过量空气系数

αpj

1.15

1.165

1.195

1.22

1.245

过剩空气量

ΔV

Nm³/kg

0.936

1.029

1.216

1.372

1.528

水蒸气容积

VH2O

Nm³/kg

0.635

0.636

0.640

0.642

0.645

烟气总容积

Vy

Nm³/kg

7.646

7.741

7.931

8.090

8.248

RO2气体占烟气容积份额

rRO2

0.149

0.147

0.144

0.141

0.138

水蒸汽占烟气份额

rH2O

0.083

0.082

0.081

0.079

0.078

三原子气体水蒸气总份额

rn

0.232

0.229

0.224

0.220

0.216

烟气质量

Gy

10.170

10.292

10.537

10.740

10.944

飞灰无因次浓度

μn

0.0175

0.0173

0.0169

0.0165

0.0162

表4•3烟气焓温表

I0y=VRO2（c）RO2+V0N2（c）N2+V0H2O（c）H2OIy=I0k+（α-1）V0（c）k

温度

理论烟焓

理论空气焓

炉膛出口α＂=1.15

高过出口α＂=1.18

低过出口α＂=1.21

省煤器出口α＂=1.23

空预出口α＂=1.26

℃

Iºy

Iºk

Iy

Iy

Iy

Iy

Iy

100

929.037

823.289

1101.928

1118.394

1143.092

200

1880.446

1659.053

2228.847

2262.029

2311.800

300

2859.022

2513.527

3386.863

3437.133

3512.539

400

3869.180

3380.476

4579.080

4646.690

4748.104

500

4903.187

4266.136

5671.091

5799.075

5884.398

6012.382

600

5965.357

5176.744

6741.869

6897.171

7052.473

7156.008

7311.311

700

7057.829

6099.826

7972.803

8155.798

8338.793

8460.789

800

8170.111

7041.619

9226.354

9437.602

9648.851

9789.683

900

9301.163

7995.886

10500.545

10740.422

10980.299

1000

10450.884

8950.154

11793.407

12061.912

12330.416

1100

11615.857

9948.080

13108.069

13406.511

1200

12794.563

10933.532

14434.593

14762.599

1300

13992.317

11937.696

15782.971

16141.102

1400

15194.209

12948.097

17136.424

17524.867

1500

16406.417

13964.734

18501.127

18920.069

1600

17632.636

14987.609

19880.778

1700

18862.475

16010.484

21264.047

1800

20100.768

17039.595

22656.707

1900

21340.921

18081.181

24053.099

2000

22589.630

19122.767

25458.045

2100

23849.971

20170.590

26875.559

2200

25102.818

21218.413

28285.580

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4•4所示。

表4•4锅炉热平衡及燃料消耗量计算

序号

名称

符号

单位

计算公式及函数来源

数值

1

燃料带入热量

Qr

kJ/kg

≈Qar,net

24300

2

排烟温度

tpy

℃

假定

140

3

排烟焓

hpy

kJ/kg

查焓温表

1610.58

4

冷空气温度

tlk

℃

给定

30

5

理论冷空气焓

hºlk

kJ/kg

查焓温表

243.24

6

机械不完全燃烧热损失

q4

%

取用

2.5

7

化学不完全燃烧热损失

q3

%

取用

0

8

排烟热损失

q2

%

5.23

9

散热损失

q5

%

查表

0.45

10

灰渣物理热损失

q6

%

忽略

0

11

保热系数

%

1-q5/100

0.996

12

锅炉总热损失

∑q

%

q2+q3+q4+q5+q6

8.18

13

锅炉热效率

ηgl

%

100-∑q

91.82

14

过热蒸汽焓

h´gr

kJ/kg

查表（p=9.9MPa,t=540℃）

3474.1

15

给水焓

hgs

kJ/kg

查表（p=11.3MPa,t=215℃）

923.6

16

过热蒸汽流量

Dgr

kg/h

已知

220000

17

饱和水焓

Ｈbh

kJ/kg

查表（p=10.3MP）

1420.1

18

锅炉有效利用热

Qyx

kJ/h

Dgr（h″gr-hgs）+Dpw（h″bh-h′gs）

5.63E+08

19

实际燃料消耗量

B

kg/h

Qgl/（ηglQr）

25246.5

20

计算燃料消耗量

Bj

kg/h

Bj=B（1-q4/100）

24615.4

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5•1

表5•1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

qV

W/m3

按表1—11选取

150×103

2

炉膛容积

V1

m3

BQydw/3.6qv

1136.1

3

炉膛截面热强度

qF

W/m2

按表1---12选取

2.5×106

4

炉膛截面积

Al

m2

BQydw/3.6qF

68.17

5

炉膛截面宽深比

a/b

按a/b=1∽1.2选取

1.1

6

炉膛宽度

a

m

选取a值使a/b=1—1.2

8.66

7

炉膛深度

b

m

A1/a

7.87

8

冷灰斗倾角

θ

按θ≥50º选取

50º

9

冷灰斗出口尺寸

δ

m

按0.6—1.4选取

1.0

10

冷灰斗容积

Vdh

m3

按结构尺寸计算

109.5

11

折烟角长度

lz

m

按=1/4b选取

1.97

12

折烟角上倾角

θ

按θ上=20º--45º选取

40º

13

折烟角下倾角

θ

按θ下=20º--30º选取

25º

14

屏管径及壁厚

d×δ

mm

取用

38×4.5

15

屏管内工质质量流速

ρw

kg/（m2s）

选取

950

16

屏管子总流通面积

A

m2

（D1-Djw）/3600ρw

0.0618

17

屏每根管子面积

A1

m2

πd2/4

70.7×10-5

18

屏总管子数

n

根

A/A1

88

19

屏横向管距

s1

mm

选取

650

20

屏片数

z1

根

选取

12

21

屏单片管子数

n1

mm

选取

12

22

屏纵向节距

s2

mm

选取

42

23

屏最小弯曲半径

R

mm

选取

76

24

屏深度

bqp

mm

s2（n1-1）×2+2R

1155.2

25

屏与前墙之间距离

mm

选取

4544.8

26

炉膛出口烟气流速

wy

m/s

选取

6

27

炉膛出口烟气温度

θ″l

ºC

按表1--20选取

1250

28

炉膛出口通流面积

Ach

M2

BjVy/（3600wy+*（θl″+273）/273

48.6

29

炉膛出口高度

hch

m

Ach/a

5.64

30

屏高度

hqp

m

按hch选取

5.4

31

水平烟道烟气流速

wsy

m/s

选取

10

32

水平烟道高度

hsy

m

按BjVy/3600wyaθ″+273/273=6.4选取

3.4

33

折焰角高度

hzy

m

按hqp-hsy-lz=1.0选取

0.17

34

炉顶容积

Vld

m3

按图1-5中A1和A2计算

264

35

炉膛主体高度

hlt

m

（Vl-Vld-Vhd）/Al

11.17

（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

3

2

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

3

3

管径及壁厚

d*δ

mm

按2--13选取

60×4.5

4

管子节距

S

mm

按s/d=1.3—1.34选取

80

5

前后墙管子根数

n1

根

按a/s+1=122.8选取

110

6

左右侧墙管子数

n2

根

按b/s+1=116.1选取

100

5.2燃烧器的设计

燃烧器结构尺寸计算列于表5•2

表5•2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

w1

m/s

按表2-16选取

30

2

二次风速

w2

m/s

按表2-16选取

45

3

一次风率

r1

%

按表2-15选取

30

4

二次风率

r2

%

按表2-15选取

70

5

一次风温

t1

℃

70

6

二次风温

t2

℃

trk-10

290

7

燃烧器数量

Z

个

四角布置

4

8

一次风口面积

A1

m2

0.077

9

二次风口面积

A2

m2

0.131

10

燃烧器假想切圆直径

dj

Mm

按表2-17选取

450

11

燃烧器矩形对角线长度

2lj

Mm

11702

12

特性比值

2lj/br

初步选定

21.18

13

特性比值

hr/br

由式（2-7）确定

4

14

燃烧器喷口宽度

br

Mm

结构设计时定为br=420

430

15

一次风喷口高度

h1

Mm

A1/br

179

二次风喷口高度

h2

Mm

A2/br

305

16

燃烧器高度

hr

Mm

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

1753

17

最下一排燃烧器的下边距冷灰斗上沿的距离

l

M

按l=（4～6）br选取

2.15

18

条件火炬长度

lhy

M

lhy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

15.8>12

5.3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5•3中。

表5•3炉膛结构尺寸

序号

名称

符号

单位

计算公式或数据来源

数值

1

侧墙面积

A1

m2

hch*（b-lz）

24.76

A2

m2

（2b-lz）*lz*tanθ/2

6.33

A3

m2

B*hlt

87.91

A4

m2

（b-δ）

12.62

Ac

m2

A1+A2+A3+A4

131.61

2

前墙面积

Aq

m2

据图，

193.82

3

后墙面积

Ah

m2

据图

157.9

4

炉膛出口烟窗面积

Ach

m2

据图

56.5

5

炉顶包覆面积

Ald

m2

据图

39.7

6

屏面积

Aqp

m2

据图

87.33

7

燃烧器面积

Ar

m2

据图

9.6

8

前后墙侧水冷壁角系数

x

按膜式水冷壁选取

1.0

9

炉顶角系数

xld

查附录三图I（a）4，s/d=45/38=1.184,e=0

0.96

10

屏角系数

xqp

查图

1.0

11

炉膛出口烟窗处角系数

xch

选取

1.0

12

整个炉膛的平均角系数

x

（2Acx+Aqx+Ahx+Achxch+Aldxld+Aqpxqp）/（2Ac+AqAh+Ach+Ald+Aqp）

0.998

13

屏区的侧墙面积

Apq，c

m2

2×9.55×2.424

12.48

14

屏区的炉顶面积

Apq，ld

m2

10×2.424

10.0

15

屏区的炉墙面积

Apq

m2

Apq，c+Apq，ld

22.48

16

炉膛自由容积的水冷壁面积

Azy

m2

Aq+Ah+2（Ac-0.5Ar-0.5Apq,c）+ch+（Ald-Apq,ld）

701.54

17

炉膛容积

Vl

m3

Aca

1139.7

18

屏占据容积

Vp

m3

2.424×9.55×10

54.02

19

炉膛的自由容积

Vzy

m3

Vl-Vp

1085.7

20

屏与炉膛水平分割面积

Af，sh

m2

2.424×10

9.36

21

屏与炉膛垂直分割面积

Af，ch

m2

9.55×10×2

97.1

22

自由容积辐射层有效厚度

Szy

m

3.6Vzy/Azy

5.57

23

屏间容积的辐射层厚度

Spq

m

3.6Vp/（Aqp+Apq+Af，sh+Af，ch）

1.77

24

炉膛的辐射层有效厚度

S

m

5.85

25

燃烧器中心线的高度

hr

m

据图1-3

7.0

26

炉膛高度

Hl

m

据图1-3

5.076

27

燃烧器相对高度

hr/Hl

hr/Hl

0.79

28

火焰中心相对高度

xl

hr/Hl+△x,△x按附录二表Ⅲ查得等于

0.29

表5•4屏过热器结构尺寸计算

序号

名称

符号

单位

计算公式或数据来源

数值

1

管径及壁厚

d*δ

个

结构设计知

38×4.5　

2

单片管子根数

n1

个

结构设计知

28

3

屏片数

z1

mm

结构设计知

6

4

蒸汽流通截面积

A

mm

0.785d2z1n1

0.111

5

蒸汽质量流速

ρw

根

（D1-Djw）/3600A

1024

6

前屏蒸汽平均比容

vpj

根

查表

0.014

7

蒸汽流速

w

ρwvpj

14.34

8

屏辐射受热面积

Aqp

2z1×2.424×10xqp

275

5.4炉膛热力计算

炉膛的热力计算