220th高压煤粉锅炉热力计算.docx
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220th高压煤粉锅炉热力计算
前言
第一节
锅炉课程设计任务书……………………………………………………………………………1
第二节
煤的元素分析数据校核和煤种判别……………………………………………………………2
第三节
锅炉整体布置的确定……………………………………………………………………………3
第四节
燃料产物和锅炉热平衡计算……………………………………………………………………4
第五节
炉膛设计和热力计算……………………………………………………………………………6
第六节
屏式过热器热力计算……………………………………………………………………………12
第七节
高温对流过热器的计算……………………………………………………………………………15
第八节
低温对流过热器的计算…………………………………………………………………………17
第九节
转向烟室的计算…………………………………………………………………………19
第十节
减温水量的校核…………………………………………………………………………………21
第十一节
省煤器的计算………………………………………………………………………………21
第十二节
空气预热器的计算…………………………………………………………………………23
第十三节
热力计算数据的修正和计算结果汇总…………………………………………………………27
第十四节
锅炉设计说明书………………………………………………………………………………29
参考文献………………………………………………………………………………31
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。
220t/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220t/h高压煤粉锅炉
1.2原始资料
（1）、锅炉额定蒸发量；D1=220t/h
（2）、过热蒸汽压力：
P1=9.9MP
（3）、过热蒸汽温度；t1=540℃
（4）、给水温度；tgs=215℃
（5）、给水压力；pgs=11.3Mpa
（6）、排污率；Ppw=1.5%
（7）、周围环境温度；tlk=20℃
（8）含湿量d=10g/kg
（9）、燃料特性
燃料名称：
龙凤洗中煤
煤的收到基成分（%）：
Car=42.9；Oar=7.5；Sar=0.5；Har=3.4；Nar=0.9；
Mar=15；Aar=29.8
煤的干燥无灰基挥发份；Vdaf=47.0%
煤的低位发热量；Qar,netw=16760kJ/kg
灰熔点：
DT=1380℃、ST=1400℃、FT>1400℃
（13）制粉系统中间储仓式，乏气送粉，筒式钢球磨煤机
（14）汽包工作压力10.3Mpa（表压）
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=42.9+7.5+0.5+3.4+0.9+15+29.8=100%
2.2元素分析数据校核
（1）干燥无灰基元素成分的计算
干燥无灰基元素成分与收到基元素成分之间的转换因子为
Kdaf=100/（100—Mar—Aar）=100/（100-15-29.8）=1.816
则干燥无灰基元素成分应为
Cdaf=Kdaf×Car=77.6Hr=Kdaf×Hat=6.2
Odafr=Kdaf×Oar=13.6Ndaf=Kdaf×Nar=1.7
Sdaf=Kdaf×Sar=0.9
（2）干燥基灰分的计算
Ad=100Aa/（100-Mar）r=15%
（3）干燥无灰基低位发热量的计算
Qdaf,net=（Qar,net+25×Mar）
（16760+375）100/（100-15-29.8）=31042（kJ/kg）
（4）干燥无灰基低位发热量（门德雷也夫公式计算值）的计算
Q=339Cdaf+1030Hdaf-109（Odaf-Sdaf）=31308（kJ/kg）
Q-Qdaf
.net=31308-31042=266（kJ/kg）
因为266KJ/kg＜800KJ/kg，（A>25%）所以元素分析是正确的。
2.3煤种判别；
（1）煤种判别
由燃料特性得知Vdaf=47.0%＞20%，而且Q=16760J/kg<18840kJ/kg，所以属于劣质烟煤。
（2）折算成分的计算
Aar,zs=
（%）=7.44%
Mar,zs=
（%）=3.74%
Sar,zs=
（%）=0.12%
此煤属于高灰的煤。
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，炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。
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，采用单级空气预热器。
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。
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——低温过热器——一级减温——屛式过热器——二级减温——高温对流过热器——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——省煤器进口联箱——省煤器管束——省煤器出口集箱——前、后隔墙省煤器进口集箱及管束——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=
4.476Nm3/kg；
理论氮气容积V0N2=
=3.543Nm3/kg；
三原子气体RO2的容积VRO2=
=0.804Nm3/kg；
理论水蒸气容积V0H2O=
=0.635Nm3/kg；
理论烟气容积V0y=VRO2+V0N2+V0H2O=4.982Nm3/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=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。
炉膛后屏过热器（l,hp）
高温对流过热器（dlgr）
低温对流过热器（dzr.ps）
主省煤器（sm）
空气预热器（ky）
进口α′
1.20
1.23
1.26
1.28
漏风⊿α
⊿al=0.05
⊿αhp=0
0.03
0.03
0.02
0.03
出口α″
1.20
1.23
1.26
1.28
1.31
表4•1空气平衡表
（3）烟气焓温表
计算表4•2列出的各项，此表为烟气焓温表。
焓温表
温度
理论烟焓
理论空气焓
炉膛出口α＂=1.17
高过出口
α＂=1.20
低过出口
α＂=1.23
省煤器出口
α＂=1.25
空预出口
α＂=1.28
℃
Iºy
Iºk
Iy
Iy
Iy
Iy
Iy
100
693
591
897
200
1403
1191
1781
1817
300
2132
1804
2707
2761
400
2885
2426
3612
3660
3733
500
3656
3062
4484
4576
4637
4729
600
4449
3715
5340
5451
5563
5637
5749
700
5264
4378
6318
6449
6580
6668
6799
800
6094
5053
7311
7462
7614
7715
900
6939
5738
8305
8477
8649
1000
7798
6423
9353
9545
9738
1100
8669
7139
10399
1200
9551
7846
11458
1300
10447
8567
1400
11347
9292
13629
1500
12255
10022
14735
1600
13174
10756
1700
14096
11490
1800
15025
12228
1900
15955
12976
2000
16892
13723
空气预
热器
1.28
1.31
1.295
1.3200
0.656
6.3230
0.1272
0.1037
0.2309
8.2721
0.0324
省
煤
器
1.26
1.28
1.27
1.2085
0.654
6.2095
0.1295
0.1053
0.2348
8.1260
0.0330
低温过热器
1.23
1.26
1.245
1.0966
0.653
6.0966
0.1319
0.1071
0.239
7.9798
0.0336
高温过热器
1.20
1.23
1.215
0.9623
0.650
5.9593
0.1349
0.1091
0.2440
7.8045
0.0344
炉
膛
1.20
1.20
0.8952
0.649
5.8912
0.1365
0.1102
0.2467
7.7168
0.0348
单位
Nm3/kg
Nm3/kg
Nm3/kg
Kg/kg
Kg/kg
符号
α′
α″
αpj
⊿V
VH2O
Vy
rRO2
rH2O
Rn
Gy
μh
项目名称
烟道进口过量空气系数
烟道出口过量空气系数
烟道平均过量空气系数
过剩空气量
水蒸气容积
烟气容积
RO2气体占烟气的份额
水蒸气占烟气的份额
三原子气体和水蒸气占烟气的份额
烟气质量
飞灰无因次浓度
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
计算公式或数据来源
数值
1
燃料带入热量
Qr
kJ/kg
16760
2
排烟温度
θpy
0C
假定
130
3
排烟焓
Hpy
KJ/kg
查焓温表1—3
1304.6
4
冷空气温度
tlk
oC
给定
20
5
理论冷空气焓
Hlk
kJ/kg
查焓温表1—3
118.6
6
机械不完全燃烧热损失
Q4
%
取用
2
7
化学不完全燃烧热损失
Q3
%
取用
0
8
排烟热损失
Q2
%
6.6
9
散热损失
Q5
%
查图1—15
0.45
10
灰渣物理热损失
Q6
%
Ay0
11
保热系数
φ
%
1-q5/100
0.9955
12
锅炉总热损失
Σq
%
q2+q3+q4+q5+q6
9.05
13
锅炉热效率
ηgl
%
100-∑q
90.95
14
过热蒸汽焓
H″gr
KJ/kg
查蒸汽特性表
3474
15
给水焓
hgs
KJ/kg
查水特性表
924
16
过热蒸汽流量
Dgr
KJ/kg
已知
220000
17
锅炉有效利用热
Qgl
KJ/h
Dgr（h″gr-hgs）
+Dzr（h″zr-h′zr）
5.781x108
18
实际燃料消耗量
B
Kg/h
Qgl/（ηglQr）
3.67925×104
19
计算燃料消耗量
Bj
Kg/h
B（1-q4/100）
3.7166×104
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
160×103
2
炉膛容积
V1
m3
BQydw/3.6qv
1103.5
3
炉膛截面热强度
qF
W/m2
按表1---12选取
2.6×106
4
炉膛截面积
Al
m2
BQydw/3.6qF
67.9
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
8.5
7
炉膛深度
b
m
A1/a
8
8
冷灰斗倾角
θ
按θ≥50º选取
50º
9
冷灰斗出口尺寸
m
按0.6—1.4选取
1.2
10
冷灰斗容积
Vdh
m3
按结构尺寸计算
110.4
11
折烟角长度
lz
m
按=1/3b选取
2.2
12
折烟角上倾角
θ
按θ上=20º--45º选取
40
13
折烟角下倾角
θ
按θ下=20º--30º选取
30º
14
屏管径及壁厚
d×δ
mm
取用
38×4
15
屏管内工质质量流速
ρw
kg/（m2s）
选取
1000
16
屏管子总流通面积
A
m2
（D1-Djw）/3600ρw
0.060
17
屏每根管子面积
A1
m2
πd2/4
706.5×10-6
18
屏总管子数
n
根
A/A1
85
19
屏横向管距
s1
mm
选取
800
20
屏片数
z1
根
选取
9
21
屏单片管子数
n1
mm
选取
9
22
屏纵向节距
s2
mm
选取
42
23
屏最小弯曲半径
R
mm
选取
80
24
屏深度
bqp
mm
s2（n1-1）×2+2R
829
25
屏与前墙之间距离
mm
选取
4721
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
1100
28
炉膛出口通流面积
Ach
m2
BjVy/（3600wy+*（θl″+273）/273
51
29
炉膛出口高度
hch
m
Ach/a
6
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
12
32
水平烟道高度
hsy
m
按BjVy/3600wyaθ″+273/273选取
3.2
33
折焰角高度
hzy
m
按hqp-hsy-lz=1.0选取
0.8
34
炉顶容积
Vld
m3
按图1-5中A1和A2计算
252.2
35
炉膛主体高度
hlt
m
（Vl-Vld-Vhd）/Al
10.91
（二）水冷壁
1
前后墙水冷壁回路个数
z1
个
8.5/2.5（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
7.73/2.5（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—1.35选取
80
5
前后墙管子根数
n1
根
按a/s+1=107.25选取
108
6
左右侧墙管子数
n2
根
按b/s+1=97.625选取
98
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
35
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
℃
190
6
二次风温
t2
℃
trk-10
300
7
燃烧器数量
Z
个
四角布置
4
8
一次风口面积
A1
m2
0.101
9
二次风口面积
A2
m2
0.151
10
燃烧器假想切圆直径
dj
Mm
按表2-17选取
800
11
燃烧器矩形对角线长度
lj
Mm
11673
12
特性比值
hr/br
初步选定
4
13
特性比值
hr/br
由式（2-7）确定
21.18
14
燃烧器喷口宽度
br
Mm
结构设计时定为br=430
560
15
一次风喷口高度
h1
Mm
A1/b
180
二次风喷口高度
h2
Mm
A2/br
270
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=4.19,接近原选定值，不必重算
2298
17
最下一排燃烧器的下边距冷灰斗上沿的距离
l
M
按l=（4～5）br选取
2240
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为8.447>8米，所以炉膛高度设计合理
12.21>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
4.23×5.4
28.33
A2
m2
据图，0.5×（5.83+7.73）×1.097
9.4
A3
m2
据图，7.73×10.802
87.28
A4
m2
据图，0.5×（7.73+4.465）×1.946
12.76
Ac
m2
A1+A2+A3+A4
137.77
2
前墙面积
Aq
m2
据图，
196.52
3
后墙面积
Ah
m2
据图
156.31
4
炉膛出口烟窗面积
Ach
m2
据图
55.07
5
炉顶包覆面积
Ald
m2
据图8.5×4.23
40.13
6
燃烧器面积
Ar
m2
据图4×1.2×2
14.4
7
前后墙侧水冷壁角系数
x
按膜式水冷壁选取
1.0
8
炉顶角系数
xld
查附录三图I（a）4，s/d=40/38=1.05,e=0
0.98
9
炉膛出口烟窗处角系数
xch
选取
1.0
10
整个炉膛的平均角系数
x
（2Acx+Aqx+Ahx+Achxch+Aldxld+Aqpxqp）/（2Ac+AqAh+Ach+Ald+Aqp）
0.98
11
炉膛容积
Vl
m3
Aca
1110.7
12
炉膛的辐射层有效厚度
S
m
5.62
13
燃烧器中心线的高度
hr
m
据图1-3
5.42
14
炉膛高度
Hl
m
据图1-3
17.21
15
燃烧器相对高度
hr/Hl
hr/Hl
0.32
16
火焰中心相对高度
xl
hr/Hl+△x,△x按附录二表Ⅲ查得等于
0.32
5.4炉膛热力计算
炉膛的热力计算结果列于表5•5中。
表5•5炉膛热力计算
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数值
1
热空气温度
tlk
℃
给定
310
2
理论热空气焓
Hork
KJ/kg
查焓温表1-4
1866.2
3
炉膛漏风系数
Δal
由空气平衡表1-1知
0.05
4
制粉系统漏风系数
Δazf
选用
0.04
5
冷空气温度
Tlk
℃
给定
20
6
理论冷空气焓
Hlko
kJ/kg
查焓温表1-4
118.6
7
空预器出口过量空气系数
βky″
al"-（Δal+Δazf）
1.11
8
空气带入炉內热量
Qk
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