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生物的质锅炉设计用表

 

《锅炉原理》

课程设计示例说明

 

课程设计示例

1.设计任务书

2.原始资料

锅炉型式:

带有屏式过热器的汽包锅炉

额定蒸发量:

D=220t/h

过热器温度:

t=540℃

过热器压力:

pgr=100kgf/cm2(表压)

给水温度:

tgs=215℃

热空气温度:

trk=400℃

排烟温度:

θ=130℃

冷空气温度:

tlk=30℃

设计煤种:

某无烟煤,成分如下,

Cy=63%,Hy=1.938%,Oy=2.16%,Ny=0.555%,Sy=0.62%,Ay=22.017%,Wy=9.71%,Qyd=22558kJ/kg

制粉系统:

本锅炉采用钢球磨煤机中间贮仓式热风送粉系统

锅炉给定参数:

给水温度:

tgs=215℃,锅炉负荷:

D=220t/h,过热蒸汽压力:

pgr=100kgf/cm2(表压),过热蒸汽温度:

tgr=540℃汽包工作压力:

p=112kgf/cm2(绝对)

3.改烧煤种的元素分析数据校核和煤种判别

3.1改烧煤种数据

Cy=66.70%,Hy=3.20%,Oy=2.10%,Ny=1.25%,Sy=2.47%,Ay=17.97%,Wy=6.31%,Vr=9.41%,Qyd=25191kJ/kg

t1=1190℃,t2=1340℃,t3=1450℃,Kkm=1.6

3.2元素成分校核

Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=66.7+3.2+2.1+1.25+2.47+17.97+6.31=100.00%,元素分析正确。

3.3发热量计算

应用基低位发热量

Qydw′=339Cy+1030Hy-109(Oy-Sy-25Wy

3.4煤种判别

Vr=?

<10%,煤种为无烟煤

Syzs=4187Sy/Qydw

Ayzs=4187Ay/Qydw

Wyzs=4187Wy/Qydw

4.锅炉结构特性(见结构计算书)

5.锅炉汽水系统(见任务书)(附)

6.燃烧产物和锅炉热平衡计算

6.1理论空气量和理论烟气容积

序号

项目名称

符号

单位

计算公式或数据来源

结果

1

理论

空气量

V0

Nm3/kg

0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy=0.0889×(66.7+0.375×2.47)+0.265×3.2-0.0333×2.1

2

理论氮气容积

VN20

Nm3/kg

0.79V0+0.8Ny/100=0.79×6.79+0.8×1.25/100

3

RO2

气体容积

VRO2

Nm3/kg

1.866(Cy+0.375Sy)/100=1.866×(66.7+0.375×2.47)/100

4

理论水蒸汽容积

V0H2O

Nm3/kg

11.1Hy/100+1.24Wy/100+0.0161V0

=11.1×3.2/100+1.24×6.31/100+0.0161×6.79

6.2空气平衡表

 

受热面名称

炉膛、屏

凝渣管

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

α′

Δα

α″

6.3烟气特性表

名称

符号

单位

受热面名称

炉膛、屏

凝渣管

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

受热面进口过量空气系数

α′

/

受热面出口过量空气系数

α″

/

平均过量空气系数

αpj

/

过量空气量

ΔV

Nm3/kg

水蒸气容积

VH2O

Nm3/kg

RO2容积

VRO2

Nm3/kg

理论氮气容积

V0N2

Nm3/kg

烟气总容积

Vy

Nm3/kg

RO2份额

rRO2

/

水蒸气份额

rH2O

/

三原子气体份额

rn

/

烟气质量

Gy

kg/kg

飞灰浓度

μh

kg/kg

ΔV=(αpj-1)V0对炉膛α用α″VH2O=V0H2O+0.0161(αpj-1)V0VRO2=1.866(Cy+0.375Sy)/100

V0N2=0.79V0+0.8Ny/100Vy=VH2O+VRO2+V0N2+ΔV

rRO2=VRO2/VyrH2O=VH2O/Vyrn=rRO2+rH2O

Gy=1-Ay/100+1.306αpjV0αfh=0.95μh=Ayαfh/(100Gy)

6.4烟气焓温表

温度/℃

理论烟气焓

I0y/kJ/kg

理论空气焓

I0k/kJ/kg

飞灰焓

Ifh/kJ/kg

烟气焓

炉膛、屏

高温过热器

低温过热器

高温省煤器

高温空预器

低温省煤器

低温空预器

30

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1800

1900

2000

2100

2200

I0y=VRO2(cθ)CO2+V0N2(cθ)N2+V0H2O(cθ)H2OI0k=V0(cθ)kIfh=αfhAy(cθ)k/100Iy=I0y+(α″-1)I0k+Ifh

6.5热平衡计算

序号

项目名称

符号

单位

计算公式或数据来源

结果

1

燃料带入热量

Qr

kJ/kg

Qydw/630=25191/603=39.99>Wy=6.31,不计显热,无外部热源加热空气,取Qydw

2

排烟温度

θpy

假定

3

排烟焓

Ipy

kJ/kg

由焓温表计算

4

冷空气温度

tlk

给定

5

理论冷空气焓

Ilk

kJ/kg

焓温表

6

机械不完全

燃烧热损失

q4

%

《锅炉原理-周》P152

7

化学不完全

燃烧热损失

q3

%

《锅炉原理-周》P153

8

排烟热损失

q2

%

100×Q2/Qr=100(Ipy-Ilk)(1-q4/100)/Qr

9

散热损失

q5

%

《锅炉原理-周》P153图8-3

10

灰渣热物理

损失

q6

%

∵Ay=17.97

11

保热系数

φ

/

1-q5/100=1-0.5/100

12

锅炉总损失

Σq

q2+q3+q4+q5+q6=5.88+0+4+0.5+0

13

锅炉效率

η

1-Σq

14

过热蒸汽焓

i″gr

kJ/kg

蒸汽特性表,9.898MPa,540℃

15

给水焓

igs

kJ/kg

水特性表,11.564MPa,215℃

16

过热蒸汽流量

D

kg/h

给定参数

17

锅炉有效利用热

Qgl

kJ/h

D(i″gr-igs)=220×103×(3475.1-924)

18

实际燃料

消耗量

B

kg/h

Qgl/(ηQr/100)

=561.24×106/(89.62×25191/100)

19

计算燃料

消耗量

Bj

kg/h

B(1-q4/100)=24.86×103×(1-4/100)

 

7.炉膛的热力计算

序号

项目名称

符号

单位

计算公式或数据来源

结果

1

热空气温度

trk

假定《锅炉原理-周》P224表12-2

2

理论热空气焓

I0rk

焓温表

3

炉膛漏风系数

Δαl

/

空气平衡表

4

制粉系统

漏风系数

Δαzf

/

《锅炉原理-周》P179表10-1

5

冷空气温度

tlk

给定

6

理论冷空气焓

I0lk

kJ/kg

焓温表

7

空预器出口过量空气系数

β″gk

/

α″l-(Δαl+Δαzf)=1.2-(0.05+0.06) 《锅炉原理-周》P181

8

空气带入

炉内的热量

Qk

kJ/kg

β″gkI0rk+(Δαl+Δαzf)I0lk

=1.09×3680+(0.05+0.06)×265《锅炉原理-周》P169

9

燃料带入

炉内的热量

Ql

kJ/kg

Qr(100-q3-q4-q6)/(100-q4)+Qk=25191×(100-0+4+0)/(100-4)+4037.7

10

理论燃烧温度

θa

由Ql查焓温表

11

炉膛出口烟温

θ″l

假定

12

炉膛出口烟焓

I″l

kJ/kg

查焓温表

13

烟气平均热容

Vcpj

kJ/kg·℃

(Ql-I″l)/(θa-θ″l)=(29228.7-15246.3)/(2029.2-1130)

14

水蒸汽

容积份额

rH2O

/

烟气特性表

15

三原子气体

容积份额

rn

/

烟气特性表

16

三原子气体

分压力

pn

MPa

prn=0.098×0.213

17

辐射层有效

厚度

S

m

结构计算书

18

三原子气体

辐射减弱系数

ky

1/(mMPa)

=

19

灰粒子辐射

减弱系数

kh

1/(mMPa)

55900/

=55900/

20

焦炭粒子辐射

减弱系数

kJ

1/(mMPa)

经验公式

21

无因次量

x1

/

取决于燃料种类,无烟煤等1,烟煤0.5

22

无因次量

x2

/

燃烧方式,室燃0.1,层燃炉0.03

23

飞灰浓度

μh

kg/kg

烟气特性表

24

火焰辐射

减弱系数

k

1/

(mMPa)

kyrn+khμh+kJx1x2

=3.98×0.213+80.68×0.0149+10×1×0.1

25

火焰黑度

a

/

《锅炉原理-周》P169(9-42)1-e-kpS=1-e-3.04×0.098×5.44

26

炉膛总(包敷)

面积

FL

m2

结构计算书

27

水冷壁

热有效系数

ψ

/

《锅炉原理-周》P173表9-3Cfh>12%

28

卫燃带

热有效系数

ψw

/

《锅炉原理-周》P173表9-3

29

炉顶管

热有效系数

ψld

/

给定

30

烟窗

热有效系数

ψch

/

给定

31

门孔热有效系数

ψk

/

《锅炉原理-周》P174

32

燃烧器

热有效系数

ψr

/

《锅炉原理-周》P174

33

平均

热有效系数

ψpj

/

(ΣψiFi)/FL=(0.446×(736-68.25-32.34-70.06-1-6.82)+68.25×0.2+32.34×0.441+70.06×0.441+0+0)/736

34

炉膛黑度

al

/

《锅炉原理-周》P174(9-96)a/(a+(1-a)ψpj)=0.803/(0.803+(1-0.803)×0.418)

35

系数M

M

/

结构计算书

36

炉膛出口

温度

θ″lj

-273=

-273

37

误差

Δθ″l

θ″l-θ″lj=1130-1113.4

38

允许误差

δ

给定

39

炉膛出口烟焓

I″l

烟气焓温表

40

炉膛吸热量

Qfl

kJ/kg

Φ(Ql-I″l)=0.995×(29228.7-15000.5)

41

炉内平均

辐射热强度

qf

kW/m2

BjQfl/(3600HfL)=23.87×103×14157.1/(3600×721.27)

42

炉顶辐射吸热

分布系数

ηld

/

《锅炉原理-周》P175图9-8,按炉顶相对高度大于1外推

43

炉顶辐射热强度

qld

ηldqf=0.6×127.54

44

炉顶辐射

受热面积

Hld

m2

结构计算书

45

炉顶吸热量

Qld

kJ/kg

qldHld/Bj=3600×76.52×31.69/(23.87×103)

46

烟窗辐射吸热

分布系数

ηch

/

《锅炉原理-周》P175图9-8,按烟窗相对高度等于1

47

系数β

β

/

附页P178图VI

48

烟窗辐射热强度

qch

kW/m2

βηchqf=0.98×0.65×127.54

49

烟窗受热面积

H′pq

m2

结构计算书

50

屏区吸收炉膛

辐射热

Qch

kJ/kg

qchH′pq/Bj=3600×81.24×70.06/(23.87×103)

51

一级减温水量

Djw1

kg/h

先假定

52

二级减温水量

Djw2

kg/h

先假定

53

炉顶过热器焓增

Δi

kJ/kg

QldBj/(D-Djw1-Djw2)=365.72×23.87×103/(220000-200-200)

54

饱和蒸汽焓

i″bh

kJ/kg

蒸汽特性表,汽包压力112×0.098=10.976MPa,317.9℃

55

炉顶出口蒸汽焓

i″ld

kJ/kg

i″bh+Δi=2705.48+39.75

56

炉顶出口

蒸汽温度

t″ld

由112×0.098=10.976MPa,(320℃)2720.4,(340℃)2837.0插入

8.屏式过热器热力计算

序号

项目名称

符号

单位

计算公式或数据来源

结果

1

烟气进屏温度

θ′P

炉膛计算结果

2

烟气进屏焓

I′P

kJ/kg

炉膛计算结果

3

烟气出屏温度

θ″P

假定

4

烟气出屏焓

I″P

kJ/kg

烟气焓温表

5

烟气平均温度

θpj

(θ′P+θ″P)/2=(1113.4+965)/2

6

烟气在屏区

放热量

Qpq

kJ/kg

Φ(I′P-I″P)=0.995×(15000.5-12811.6)

7

水蒸汽容积

份额

rH2O

/

烟气特性表

8

三原子气体

和水蒸气容积份额

rn

/

烟气特性表

9

三原子气体

分压力

pn

MPa

prn=0.098×0.213

10

辐射层有效

厚度

S

m

结构计算书

11

三原子气体

辐射减弱系数

ky

1/(mMPa)

=

12

灰粒子

辐射减弱系数

kh

1/(mMPa)

55900/

=55900/

13

飞灰浓度

μh

kg/kg

烟气特性表

14

烟气辐射

减弱系数

k

1/

(mMPa)

kyrn+khμh=11.33×0.213+84.35×0.0149

15

烟气黑度

a

/

1-e-kpS=1-e-3.67×0.098×0.77

16

屏区穿透角系数

Φpq

结构计算书

17

屏出口面积

F″

m2

结构计算书

18

修正系数

ξr

/

《锅炉原理》P214

19

炉膛向屏区的

辐射热

Qch

kJ/kg

炉膛计算结果

20

炉膛向屏后的

辐射热

Qfph

kJ/kg

Qch(1-a)Φpq=858.4×(1-0.24)×0.137

21

屏区吸收的炉膛辐射热量

Qfpq

kJ/kg

Qch-Qfph=858.4-89.38

22

屏区出口截面积

H″pq

m2

结构计算书

23

屏间烟气向后

辐射热量

Qhpq

kJ/kg

3600×5.67×10-11aH″pq(θPj+273)4ξr/Bj

=3600×5.67×10-11×0.24×50.6×(1039.2+273)4×0.5/(23.87×103)

24

屏间烟气在屏区对流放热量

Qdpq

kJ/kg

Φ(I′P-I″P)-Qhpq=0.995×(15000.5-12811.6)-153.94=2178-153.94

25

屏区附加受热面吸热量

Qfjpq

kJ/kg

假定Qdpd=121kJ/kg,Qdpc=260.5kJ/kg,Qfjpq=Qpd+Qpc=121+260.5

26

屏本身对流吸热

Qdp

kJ/kg

Qdpq-Qfjpq=2024.1-381.5

27

屏顶辐受热面积

Hpd

m2

结构计算书

28

屏侧受热面积

Hpc

m2

结构计算书

29

屏本身受热面积

Hp

m2

结构计算书

30

屏顶吸收的炉膛辐射热

Qfpd

kJ/kg

QfpqHpd/(Hpd+Hpc+Hp)=769.02×23.9/(23.9+52.5+352.8)

31

屏侧吸收的炉膛辐射热

Qfpc

kJ/kg

QfpqHpc/(Hpd+Hpc+Hp)=769.02×52.5/(23.9+52.5+352.8)

32

屏本身吸收的

炉膛辐射热

Qfp

kJ/kg

Qfpq-Qfpd–Qfpc=769.02-43.01-94.48

33

屏本身吸收的

总热量

Qp

kJ/kg

Qdp+Qfp=1642.6+631.5

34

蒸汽进屏温度

t′p

假定(调整结果)

35

蒸汽进屏焓

i′p

kJ/kg

水蒸气表,按压力108×0.098MPa=10.584MPa,(360℃)2939.9,(380℃)3012.8

36

蒸汽出屏焓

i″p

kJ/kg

i′p+QpBj/(D-Djw2)=2968.5+2274.1×23.87×103/(220000-200)

37

蒸汽出屏温度

t″p

水蒸气表,按压力105×0.098MPa=10.29MPa,(420℃)3148.5,(440℃)3206.1,(460℃)3261.4

38

屏内蒸汽

平均温度

tpj

(t′p+t″p)/2=(367.9.3+443.4)/2

39

屏内蒸汽

平均比容

v

m3/kg

水蒸气表,按压力106.5×0.098MPa=10.437MPa,(400℃)0.02519,(420℃)0.02654

40

屏蒸汽流动

截面积

fp

m2

结构计算书

41

屏内蒸汽

平均流速

w

m/s

(D-Djw2)v/(3600fp)=(220000-200)×0.02557/(3600×0.0965)

42

管壁对蒸汽对

放热系数

α2

W/(m2℃)

《锅炉课程设计》P179,图IX,dn=32mm,Cd=0.99,Cdα0=0.99×2791.2

《锅炉原理》P202,图10-9

43

烟气平均

流通截面积

Fp

m2

结构计算书

44

烟气容积

Vy

m3/kg

烟气特性表

45

屏间烟气流速

wy

m/s

BjVy(θPj+273)/(273×3600Fp)=23.87×103×8.559×(1039.2+273)/(273×3600×59.45)

46

烟气侧对流

放热系数

αd

W/(m2℃)

《锅炉课程设计》P182-183,图XI,管排数10,Cz=1;σ1=13.8,σ2=1.1,Cs=0.605;

θPj=1039.2℃,rH2O=0.066,Ct=0.9;管径d=42mm,α0CzCsCt=44.19×1×0.605×0.9

《锅炉原理》P198,图10-6

47

灰污系数

ε

m2℃/W

《锅炉课程设计》P186,图XIV,2线

《锅炉原理》P209,图10-15,2线

48

管壁灰污层温度

thb

tpj+(ε+1/α2)BjQp/(3600Hp)=405.7+(0.007+1/2763.3)×23.87×103×2274.1×103/(3600×352.8)

49

辐射放热系数

αf

W/(m2℃)

《锅炉课程设计》P187,αf=aα0=0.24×325.6

《锅炉原理》P207,图10-12

50

利用系数

ζ

/

《锅炉课程设计》P186,图XIV

《锅炉原理》P209,图10-15

51

屏角系数

xp

/

结构计算书

52

纵向节距

s2

m

结构计算书

53

烟气对管壁的

放热系数

α1

W/(m2℃)

ζ(αdπd/(2s2xp)+αf)=0.86×(24.06×π×42/(2×46×0.98)+78.15)

54

对流传热系数

K

W/(m2℃)

α1/[1+(1+Qfp/Qdp)(ε+1/α2)α1]=97.5/[1+(1+634.94/1621.4)(0.007+1/2763.3)×97.5]

55

传热温差

Δt

θ′P-t′=1113.4-367.9=745.5,θ″P-t″=965-443.4=521.6,(θ′P-t′)/(θ″P-t″)=745.5/521.6=1.4

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