热水锅炉设计毕业论文文档格式.doc
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2.1锅炉概述 2
2.2方案论证 3
2.3锅炉基本特性 4
2.3.1锅炉基本特性 4
2.3.2燃料特性 5
2.3.3管子特性 5
2.3.4主要经济技术指标 5
2.3.5锅炉基本尺寸 6
2.4锅筒及炉内设备 6
2.4.1上锅筒 6
2.4.2下锅筒 6
2.4.3水冷壁 6
2.4.4燃烧设备 7
2.4.5锅炉管束 7
2.4.6空气预热器：
7
2.5钢架、平台和扶梯 7
2.6炉墙 7
2.7锅炉范围内的阀门仪表 7
2.8本章小结 8
第3章锅炉热力计算 9
3.1锅炉规范和基本参数计算 9
3.1.1锅炉规范 9
3.1.2燃料特性 9
3.1.3锅炉各受热面漏风系数和过剩空气系数 9
3.1.4理论空气量的计算 10
3.1.5烟气特性表 10
3.2焓温表 11
3.3锅炉热平衡及燃料消耗量计算 12
3.4炉膛计算 13
3.4.1炉膛结构特性计算 13
3.4.2炉膛传热计算 15
3.5燃尽室计算 16
3.5.1燃尽室结构计算 16
3.5.2燃尽室热力计算 17
3.6锅炉管束计算 19
3.6.1结构特性计算 19
3.6.2锅炉管束传热计算 19
3.6.3空气预热器计算 20
3.6.4空气预热器热力计算 21
3.7热力计算的误差校核 22
3.8热力计算结果汇总表 22
3.9本章小结 23
第4章锅炉强度计算 24
4.1上锅筒强度计算 24
4.2上锅筒有孔封头的强度设计 25
4.3下锅筒强度设计 25
4.4下锅筒封头开孔计算 26
4.5前后集箱开孔计算 27
4.6安全阀排放能力计算 28
4.7本章小结 29
第5章烟风阻力计算 30
5.1烟道阻力计算 30
5.1.1炉膛真空度 30
5.1.2燃尽室真空度 30
5.1.3锅炉管束阻力计算 30
5.1.4空气预热器阻力计算 31
5.1.5除尘器总阻力计算 31
5.1.6烟囱阻力计算 31
5.1.7烟道自生通风力计算 32
5.2风道阻力计算 33
5.3送风机的选择 34
5.4引风机的选择 34
5.5本章小结 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录A英文原文 39
附录B英文翻译 44
-VI-
第1章绪论
1.1课题背景
锅炉作为一种能源转换设备，在工业中得到了广泛的利用，它通过燃烧煤、石油、天然气等有机染料，能释放出热能，利用传热设备将热传给水或蒸汽，由这些中间载体将热传输到利用设备中，所以锅炉的主要任务是把燃料的化学能换成蒸汽的热能。
链条炉是一种应用最广泛的工业锅炉，它与其它类型的锅炉相比，许多地方有独到之处：
与沸腾炉相比，它设备简单，磨损小；
与手烧炉相比，它机械化程度高，易实现燃烧过程的自动控制；
与煤粉炉相比，它设备简单，辅机少，因而投资少。
同时利用炉膛内前后拱的配合，在炉内形成良好的空气动力场，且保证燃烧过程的稳定，利用链条炉排的不断移动，实现了给煤和除渣的机械化，降低了运行人员的劳动强度，改善了劳动环境。
煤是我国锅炉的主要燃料，由于链条炉由于链条炉有以上优点，虽然它的煤种适应性差，链条炉仍然是利用最广泛，最普遍的工业炉炉种。
1.2本文研究内容和意义
本锅炉的型号为SZL7.0-1.0/115/70-AI，即双锅筒纵置式链条炉，额定供热量为7.0MW，蒸汽出口压力为1.0MPa，燃用燃料为I类烟煤。
本次设计的燃料是以吉林通化I类烟煤为代表煤种，其低位发热量为13536kJ/kg,灰份较高，着火不容易，但利用拱的配合可以获得较高的热效率。
在设计时采用了一些切实可行的措施，改善了锅炉鼓包、爆管和前管板裂纹的缺点。
基于以上对锅炉和代表煤种的优、缺点的了解及初步分析在设计该安全、高热效率、简单可行的方法，以及由于对专业知识和实际经验的缺少，在此次设计中可能会出现错误，请老师谅解。
第2章锅炉结构与设计简介
2.1锅炉概述
锅炉是国民经济中重要的能源转换设备，锅炉本体大致可分为水冷壁、锅炉管束、省煤器以及空气预热器。
它们都是各种类型的受热面，烟气的热能通过这些受热面传递给工质。
锅炉本体一侧处在高温烟气条件下，因而要求它们的结构和材料要能够承受高温和抵抗烟气的腐蚀；
锅炉的另一侧工质是水、水蒸汽和空气，水和水蒸汽工作时具有很高的工作的压力，所以锅炉本体主要部件还要具有一定的承受能力；
另外锅炉本体还要具有良好的传热性能。
前燃烧设备：
链条炉排的炉排块是装在有连链轮带动的链条上的，煤自炉煤斗落至炉排上，炉排由传动机构带动自前往后缓慢移动，通过限制煤层厚度的煤闸板把煤代入炉膛。
由于受到炉膛的辐射和炉膛中火焰与烟气的辐射热，进入炉膛的煤层在前进中温度不断提高而干燥，然后放出挥发份而着火，在前进中逐渐燃烧完全，最后把燃尽后的灰渣由装置在炉排末端的除渣板（俗称老鹰铁）铲落至渣斗。
为了适应不同燃烧区段空气量的要求，煤层下的送风采取分段送风，且所用风压不同，这样能保证燃烧充分，还有一定的燃烧强度，能给锅炉提供足够的可利用热能，进而提高锅炉的效率。
锅炉炉墙：
炉墙是用来把锅炉中的烟气、受热面和外界隔绝，保证和提高锅炉运行的经济性和安全性。
其主要作用防止外界的冷空气等漏入烟道和炉膛，防止锅炉热量的损失，减少锅炉的散热损失，以及组成烟气的流道。
炉墙内层用耐火砖砌成，间隙不够的地方用火混凝土浇制；
耐火层外用绝热性能良好的保温层做绝热层；
最外面用钢板做成外部密封层。
金属框架起支撑、稳定作用，要具有一定的强度和稳定性。
热水锅炉的特点：
热水锅炉与蒸汽锅炉相比，根本不同点是：
锅炉不产生蒸汽，进出的都是水。
水可以是强制流动，也可以是自然循环。
因此热水锅炉的特点如下：
1.结构简单、制造方便，耗钢量少，成本低；
2.对水质要求相对较低，工作压力不高，故安全性较好；
3.工质温度较低，易产生烟气侧的酸腐蚀；
4.热水锅炉多用于供暖，锅炉多为不合理的间断运行，启动时金属壁温较低，极易结露、粘灰；
5.热水锅炉季节性很强，要求系统设计要考虑供热负荷调节的可能，同时也要求锅炉有较大的适应性；
6.运行操作方便；
7.热水锅炉在突然停电、停泵时，锅水容易汽化，必须采取措施以保证锅炉工作的安全。
2.2方案论证
对于锅炉的设计，可以采用局部设计方案，也可以采用整体设计方案。
本次设计的任务是对整个锅炉进行设计，一般来说，不适合采用局部的设计。
整体设计是为了保证锅炉出力和参数的条件下，尽量的使用原有的设备，对锅炉进行大规模的彻底的设计。
由于利用了一些原有的设备，整体设计可以节约一定的成本，而且能够满足锅炉的额定出力，满足锅炉的负荷要求，但是整体设计的改动较大，工期较长，而且设计后的和原有的设备的寿命不同，两者之间存在着隐患。
相比较而言，整体的设计就有更大的优点。
整体的设计就是保持原有的燃烧受热面和对流受热面不便，只是对相关的差异性的地方进行设计，这可以说是合条件的适当的设计。
本次设计主要应用了局部的设计方案，主要的设计有：
设计了锅内装置；
优化了一次风系统；
增加了外伸烟道，是布置趋于合理；
对锅炉顶棚，平台及扶梯的设计。
该方案的优点是避免了过多的能源浪费，结构简单，工程的工期短，工作量少。
本次设计的课题为SZL7.0-1.0/115/70-AI，该锅炉属于低压小型工业锅炉，受到应用条件的限制，需要停炉和起炉，负荷经济变化，采用双锅筒，正是基于此。
因双锅筒水容量较大，并且有较大的蓄热能力，所以适应负荷变化能力强，且气压稳定，运行特性好，自然循环特性条件好，对于低压锅炉单靠辐射受热面是不够的，而双锅筒可以布置较多的对流受热面。
采用纵置式可以使锅炉结构紧凑，尺寸小，便于安装。
设计后的热水锅炉也沿袭了蒸汽锅炉的这些优点。
同时，热水锅炉还有自己的特点：
热水锅炉自然循环的运动压头来自水温差而产生的密度差，其植极小。
由于热水所载带的只是物理显热，不存在蒸发潜热，热水的载热量要比蒸汽小得多，热水锅炉锅水不浓缩，水质变化不大，因此对补给水硬度要求忽略低点，此外，热水锅炉的低温受热面容易发生低温腐蚀和堵灰。
为了减少不完全燃烧损失，以便提高热效率，在炉膛和锅炉管束之间布置燃尽室，燃尽室既可以调节合理烟速，烟气中的飞灰在其中起飞灰沉淀作用，也承担部分的换热，使得未燃物得到充分的燃烧，同时，也起了保护后面管束免受磨损的作用。
锅炉管束中烟气作横向冲刷。
烟道横向，可以降低钢耗，减少总体尺寸。
对于管束，采用顺列布置，目的是为了传热的效果较好，减少烟气的流动阻力，管的磨损较小，降低电耗，提高效率，同时也使加工工艺简化。
因为烟气流程中有冲刷死角，可以采用较小的热有效系数来补偿，而三个烟道流通截面积逐渐减小，保证了烟速的均匀性，换热效果好。
同时每一流程都设置了漏灰装置。
管束在节距的选择上主要考虑以下因素：
第一，相邻两根管子焊接时，热影响区不重合；
第二，焊缝及热影响区内，不可开孔；
第三，保证烟速合理性。
烟气温度的选取重点是炉膛出口烟温θl”和排烟温度θpy的选取。
由于θl”直接影响锅炉的经济性和安全性，所以θl”的选择一定要合理：
若θl”过低，不经济且炉膛温度水平降低，对燃烧不利，使固体和气体不完全燃烧损失增加；
若θl”过高，将引起受热面结渣，影响锅炉的安全可靠运行。
所以对一般煤种，在热水锅炉中，θl”应选择在900℃-950℃范围内。
同样对排烟温度的选择，也应根据技术经济性分析来选取：
若θpy降低，锅炉排烟热损失减少，效率提高从而节约燃料，降低锅炉运行费用。
但θpy过低时，传热不良从而使尾部受热面增加，体积增大，金属耗量增加，投资增加，同时θpy太低时尾部受热面易发生低温腐蚀或堵灰，影响运行可靠性。
所以θpy在D≥6t/h的锅炉中，根据所用煤种水分和硫分的大小，不宜低于150℃，通常新设计锅炉取为160-180℃。
为了降低θpy，锅炉尾部设有尾部受热面：
空气预热器。
空气预热器除了可以为燃料提供热空气，改善着火和燃烧条件外，更重要的是，降低排烟温度。
因此必须布置入口温度为30℃的空气预热器。
为了烟气侧和空气侧放热系数接近，得到较大的传热系数，尽量使wk/wy=1/2，使流动趋于逆流，可以得到较大的温压。
2.3锅炉基本特性
2.3.1锅炉基本特性
表2-1锅炉规范
锅炉型号
SZL7.0-1.0-115/70-AI
供热量
7.0Mw
出水温度
115℃
工作压力
1.0MPa
回水温度
70.0℃
排烟温度
170℃
冷空气温度
30℃
2.3.2燃料特性
表2-2设计燃料
序号
名称
符号
单位
数值
1
碳
%
38.46
2
氢
2.16
3
氧
4.65
4
氮
0.52
5
硫
0.61
6
水份
10.50
7
灰份
43.10
8
挥发份
21.91
9
低位发热值
kJ/kg
13536
2.3.3管子特性
表2-3管子特性
管径×
厚度
节距
排列及气流流向
符号
横向
纵向
管子排列方式
烟气冲刷方式
烟气与工质流向
单位
mm
水冷壁
125
锅炉管束
顺列
交叉流
空气预热器
错列
下降管
热水引出管
2.3.4主要经济技术指标
表2-4经济技术指标
锅炉效率,％
排烟温度,℃
燃料消耗,㎏/s
给水温度,℃
81.26
170
0.7356
70
2.3.5锅炉基本尺寸
表2-5锅炉尺寸
炉膛宽度
炉膛深度
上下锅筒中心距
锅炉外形尺寸
长
宽
高
㎜
数值
2300
5653
4200
10100
3320
8800
2.4锅筒及炉内设备
锅筒是容纳水的筒形受压容器，采用双锅筒结构，既经济易安装，检修固定方便。
2.4.1上锅筒
内径1200㎜，壁厚22㎜，筒身长8260㎜，包括两侧封头一起为9200㎜。
上锅筒筒身用20钢板热卷冷校而成，封头为20钢冲压而成的椭圆形封头，为了焊接方便，封头和筒身壁厚都采用一致即22㎜。
锅内装置：
安装有隔水板和配水管，隔水板位于下降管和管束第一排管中间，配水管两头开有均匀小孔，将回水管给下降管均匀分配。
2.4.2下锅筒
下锅筒内径1000㎜，壁厚22㎜，筒身长3700㎜，包括两侧封头一起为4500㎜，筒身及封头都为20钢板制成。
下锅筒底部有定期排污管，以便排出杂志和沉淀物。
上下锅筒之间有管束。
2.4.3水冷壁
在锅炉炉膛内经常布置大量水冷壁，一方面可以充分发挥辐射受热面热强度的特点，同时它用来保护炉强免受高温破坏使灰渣不易粘结在炉墙上，防止炉膛被冲刷磨损，过热破坏。
它是自然循环锅炉构成水循环回路不可缺少的重要部件。
本锅炉炉膛内四壁都布置有水冷壁，其中前墙有18根51×
2的碳素钢管节距为125㎜组成，前墙水冷壁管组下部焊在219×
6的集箱上，上部直接与锅筒焊接在一起，后墙与前墙相同由18根51×
2的碳素无缝钢管组成。
两侧水冷壁分别由18根51×
2的碳素无缝钢管节距为125㎜组成。
2.4.4燃烧设备
燃烧由煤斗和正转链条炉排及其传动装置组成，炉排有效燃烧面积为11.45㎡。
2.4.5锅炉管束
上下锅筒中心距为4200㎜，中间由432根51×
2碳素无缝钢管胀接在上下锅筒上组成，管子顺列布置，横向24根，纵向18根，横向节距为125㎜，纵向节距为125㎜。
上下锅筒及管束通过上锅筒支撑在锅炉钢架上。
采用钢管式空气预热器，单级错列布置，由800根Φ40×
1.5组成，横向节距70mm,纵向节距50mm，高2.75mm，烟气在管内自上而下流动，空气在管外做横向冲刷。
空气两次交叉流动，冷空气由30℃被加热到160℃变成热空气后由热空气管道进入炉膛，空气预热器的受热面积为311.896m2。
2.5钢架、平台和扶梯
为了支撑锅筒、集箱、管子及炉墙，设置了钢架，锅炉本体重量由刚架传至基础，为安装、检查和维修，设置了平台，各平台之间由扶梯连接。
2.6炉墙
炉膛炉墙的负荷作用在钢架和基础，分二层。
内层为耐火砖，外层为硅藻土保温砖，在侧墙上分别在前拱下方，锅炉管束中部，燃尽室，，以及后拱上方均开有人孔，以便安装维修，清除灰渣。
2.7锅炉范围内的阀门仪表
锅炉产生的热水由主出水管供给用户。
为了保证锅炉安全，装有两个安全阀，同时在上锅筒装有两个压力表以便观察压力，有排气阀一个，水压表两个。
2.8本章小结
本章主要对本文所设计的锅炉进行了简单的介绍，着重论述了锅炉的合理性、主要的设计参数的选取及本设计锅炉的主要的优点，同时对本次设计中涉及的计算给出了论述。
通过下文计算可知上述论证合理，符合实际工程要求。
第3章锅炉热力计算
3.1锅炉规范和基本参数计算
3.1.1锅炉规范
1．锅炉额定供热量=7MW
2．锅炉工作压力=1.0Mpa
3．额定给水温度=70℃
4．额定出水温度=115℃
5．冷空气温度=30℃
6．排烟温度=180℃
3.1.2燃料特性
1．燃料名称：
吉林通化
2．燃料工作基（应用基）成分
碳=38.46%
氢=2.16%
氧=4.65%
氮=0.52%
硫=0.61%
水分=10.50%
灰分=43.10%
挥发分=21.91%
3.燃料低位发热量=13536kJ/kg
3.1.3锅炉各受热面漏风系数和过剩空气系数
烟道各处过量空气系数，各受热面的漏风系数，列于表II-1中。
炉膛出口过量空气系数按表2-1（[1]）取。
烟道中各受热面的漏风系数按表2-3取。
表3-1烟道中各处过量空气系数及各受热面的漏风系数
烟道名称
过量空气系数
漏风系数
炉膛
1.45
0.1
燃尽室
1.50
0.05
锅炉管束
1.60
空气预热器
1.70
1.80
3.1.4理论空气量的计算
1.理论空气量及=1时的燃烧产物容积的计算
理论空气量
=0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0333Oy
=3.857Nm3/kg
RO2理论容积
=0.01866（Cy+0.375Sy）=0.722Nm3kg
N2理论容积
=0.79Vo+0.8Ny/100
=3.501Nm3/kg
H2O理论容积
=0.111Hy+0.0124Wy+0.0161Vo
=0.432Nm3/kg
3.1.5烟气特性表
表3-2烟气特性表
计算公式及来源
炉膛
燃尽室
锅炉管
束
入口过量空气系数
—
1.5
1.7
出口过量空气系数
1.6
升级会员 