630kw火筒炉设计毕业设计说明书Word文档下载推荐.docx

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4燃烧计算 9

4.1符号说明 9

4.2一般规定 10

4.3燃料发热量 11

4.4燃烧空气体积 11

4.5燃烧烟气体积 12

4.6烟气特性 12

4.7烟气焓 13

5热平衡计算 16

5.2热平衡 16

5.3输入热量 16

5.4热损失率 17

6火筒热力计算 20

6.1符号说明 20

6.2结构特性计算 20

6.3热力计算 21

6.4计算步骤要点 23

6.5热力特性 24

7烟管热力计算 26

7.1符号说明 26

7.2基本方程式 27

7.3结构特性 27

7.4传热温差，与平均温度 28

7.5传热系数 28

7.6烟气对流换热系数 28

7.7烟气辐射换热系数 29

7.8火筒式直接加热炉被加热介质的定性温度 30

7.9热力特性 30

7.10计算步骤要点 30

8流体阻力计算 32

8.1符号说明 32

8.2一般规定 33

8.3摩擦阻力计算 34

8.4局部阻力计算 35

8.5烟风阻力计算 36

9锅炉受压元件强度计算 37

9.1材料和许用应力 37

9.2设计压力和设计温度 39

9.3厚度 40

9.4壳体强度计算 41

9.5火筒及烟板计算 41

9.6结构 44

结论 45

参考资料 47

致谢 48

附录 49

毕业论文（设计）任务书

院（系）机械工程学院 专业过程装备与控制工程 班级装备10702班

学生姓名 张玉 指导教师/职称 谢丽芳/讲师

1.毕业论文（设计）题目：

630kW火筒炉设计

2.毕业论文（设计）起止时间：

2011年3月18日～2011年6月12日

3.毕业论文（设计）所需资料及原始数据（指导教师选定部分）

（1）热功率：

630KW

（2）燃料：

天然气

（3）工作介质：

水

4.毕业论文（设计）应完成的主要内容

（1）燃烧系统：

燃料消耗量、空气消耗量、空气剩余系数

（2）排烟系统：

排烟量、排烟温度、排烟管直径

（3）加热炉热效率：

排烟热损失、炉体热损失；

（4）火筒换热面积、火筒直径、火筒长度；

烟管换热面积、烟管直径、烟管长度、烟管根数；

（5）火筒炉炉体的设计及校核；

（6）绘制火筒炉装配图及主要零部件图。

5.毕业论文（设计）的目标及具体要求

（1）学会查阅文献资料的方法

Ⅰ

（2）掌握火筒炉的工作原理及设计计算

（3）会用绘图软件绘制装配图和零件图绘制

（4）学会文档排版的基本知识

6、完成毕业论文（设计）所需的条件及上机时数要求

（1）设计手册等相关资料

（2）加热炉设计规范等

（3）上机200小时，用于绘图和撰写论文

任务书批准日期 年 月 日教研室（系）主任（签字）

任务书下达日期 年 月 日指导教师（签字）

完成任务日期 年 月 日学生（签名）

开题报告

一、题目来源

科研真题

二、研究目的和意义

锅炉是国民经济中重要的热能供应设备，在电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能；

但是同时，它也消耗着能源，其主要以煤，油，气为燃料。

加热炉也是油田地面工程产生热源的关键设备，在油气田的集油，集气站和联合站等站库内加热炉对原油，井产物，生产用水和天然气加热以满足油气集输处理的工艺要求。

从过去到现在我们一直坚持不懈的对它进行研究，从外形结构尺寸，立式，卧式，到从根本内部结构火筒，烟管，换热效率以及燃油燃气加热原油或天然气等一系列问题，从而提高换热率；

再加上改用燃料，可以解决粉尘，废水，废渣，有害气体的排放。

依然用天然气，煤气，液化，石油气额环保型供热系统在城市小区供热系统中获得了广泛的应用。

清洁型燃料燃烧充分，产生的有害气体少，这种环保型供热系统要求更高，成为了备受关注的研究课题近些年，能源是紧缺的，天然气，等一些气体燃料，也是有限的。

所以保护环境是一方面，节省能源也是另外一个很重要的方面。

因此，我们一直在不断的改进和探索。

三、阅读的主要参考文献

【1】赵钦新，惠世恩.燃油燃气锅炉[M].西安交通大学出版社出版，2000.

【2】冯俊凯，沈幼庭等.锅炉原理及计算[M].北京：

科学出版社，2003.

【3】袁斌，羊东明等．燃气发电机组的供气工艺[J]．油气田地面工程，2001,20

（2）：

30—32．

【4】李清方．三维内肋管在水套炉上的应用[J]．石油规划设计，

2004，15（6）：

8—40.

【5】张连明，王海等．热管式常压水套加热炉研究与应用[J]．油气田地面工程，2003，15（12）：

24—25.

Ⅱ

【6】牛春庆，别如山等．相变换热技术在水套加热炉节能改造上的应用[J].节能技术，2003，21（5）：

32—33．

【7】李清方，张国忠等．新型高效水套炉的开发研究[J].石油规划设计，

2006,17（5）：

42—45．

【8】Abdel-RahmanE．M．，NayfehA．H.DynamicsandControlofCranes：

AReview[J]．JournalofVibrationandControl，2008，9（14）：

863-908.

【9】郭韵，曹伟武等．天然气加热炉的可视化实验研究[J].上海理工大学学报，2009,319（4）:

327—331.

【10】郭韵．天然气加热炉结构研究[J].上海理工大学学报，2009，3（3）：

251—254.

【11】StorgesRH．ArtificialIntelligenceinEngineeringDesign[J]．AnalysisandManufacturing,1996，10（4）：

255-274.

【12】周韵玲，汪光阳等.商锦宁鲁宝钢管厂环形炉自动控制系统[J].自动化与仪器仪表，2001（6）.

【13】林涛.段文泽等.恒轧钢加热炉建模方法的比较研究[J].计算机仿真，

2008（3）.

【14】吴小芳，李少远.基于前馈补偿的加热炉炉温设定值优化[J].控制工程,2005,21（3）：

116一118.

【15】白锐,柴天佑.生料浆配料过程的优化设定软件[J].控制工程，2000,3（06）：

9—11.

【16】石勇.基于虚拟现实的板坯连铸机仿真技术研究[J].北京：

机械工业出版社,2002.1—27.

【17】高志宏,刘恒娟.辊底式退火炉的自动化改造[J].自动化仪表,2005（4）.

【18】芬小波.神经网络理论的研究及其在加热炉钢坯温度预报中的应用[J].石油工程建设,2005,3

（1）：

10一l5.

【19】陈庆，李少远等.基于规则库的生产全过程优化及其在加热炉温度设定中的应用[J].控制与决策,2004（10）.

【20】张凯举,邵诚.基于温度的热轧过程集成控制方法与仿真研究[J].建筑机械,2004（12）.

【21】张凯举.钢铁冶金加热过程建模与综合优化控制方法的研究[J].石油规划设计,2004.

【22】陈庆一.串联生产过程的建模及控制与优化[J].工程机械，1999，

19

（2）：

12—13.

【23】王锡淮.加热炉建模与优化控制研究[J].机械技术与管理，2003,18（11）：

15—18.

四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

（一）火筒炉发展现状与趋势

从锅炉技术的发展史可以看出，锅炉的发展可以归纳为两个不同的方向，这两个方向都是在对液体间接加热的基础上演变而来。

了解这一锅炉的发展渊源，对我们更好地开发新产品会有一定的指导作用。

一个方向是在圆筒形锅炉的基础上，在圆筒内部增加受热面积，开始是在一个大圆筒内部增加了一个火铜，燃料在火筒燃烧。

以后增加到两个火筒。

再以后从两个火筒发展到很多小直径的烟管，后来容量增大后发展为卧式的火筒。

这些锅炉因为燃料燃烧后的高温烟气在火筒和烟管中流动，所以统称为火管或者锅壳式锅炉。

如下图所示：

国内整体技术水平相对不高，与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：

（1）国内油田加热炉单台热负荷较小，热负荷为1250kw以下的小型加热炉约占总体的90%以上。

（2）国内油田加热炉的平均运行效率在70%左右，加热炉的热效率较低，而国外可以达到85%以上。

（3）国内加热炉燃烧过剩系数较高，一般在1.3以上。

有的高达2.0以上。

而国外可将空气燃烧过剩数控制在1.1以下。

（4）国内油田加热炉的刚消耗量相对较高，火筒式见解加热了炉的单位钢耗量，一般达14t/mw左右，而国外，单位钢耗量在4—7t/mw。

（5）国内大部分油田加热炉配备了安全保护装置，但加热炉的运行操作特别是负荷调节和燃烧控制调节主要靠手工操作。

而国外。

有关加热炉的安全保护和运行控制均实现自动化，可实现加热炉运行，无人值守。

随着我国改革开放的不断深化，全国各地经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，国家对环保工作提出更高要求，油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉应用逐年上升。

综观最近几年燃油燃气锅炉的改造发展，我们可以总结出未来的发展方向如下：

（1）锅炉效率越来越高。

燃油燃气锅炉的高效率意味着可以节约日益紧张和昂贵的能源。

（2）结构越来越简单。

采用简单结构构成的受热面，减少同种材料的不同使用规格。

（3）使用更加简易的配套辅机。

给水泵.重油泵.重油加热器.鼓风机和其他一些辅机要和锅炉本体一起装配，且要保证运输的可靠性。

特别是快装锅炉，应尽可能地避免采用引风机。

（4）自动化程度更加高并配有多级保护系统。

燃油和燃气公路不仅要保证高效率，还有使其操作简单.可靠；

不仅要配有完善的全自动燃烧控制装置，更要配有多级安全保护系统，应具有锅炉缺水.超压.超温.熄火保护.点火程序控制及声.光.电报警。

（5）配备燃烧器（送风机）和烟道消音系统，减低锅炉的运行噪音。

（6）配备其他监测装置和限制装置，保证锅炉24小时无监督安全运行。

（二）研究主攻方向

1.改善火筒炉内部结构，节省空间且减少热损失

2.提高对流换热，或辐射换热的效率

五、主要的研究内容，需重点研究的关键问题及解决思路

（一）主要研究内容

（5）介质进口分配管设计；

（6）火筒炉炉体的设计及校核；

（7）绘制火筒炉装配图及主要零部件图

（二）需重点研究的问题

（2）火筒换热面积、火筒直径、火筒长度；

烟管换热面积、烟管直径、烟管长度、烟管根数

排烟量

排烟管直径

排烟温度

排烟系统

（三）解决思路

选择

相关资料作为设计的参考

空气剩余系

烟管根数

绘制装配图和主要零件图

烟管面积

火筒炉体设计及校核

烟管长度

烟管换热面积

火筒

火筒长度

炉体热损失

加热炉效率

排烟热损失

火筒直径

火筒换热面积

燃烧系统

空气消耗量

燃料消耗量

六、完成毕业设计所必须的工作条件（如工具书，如计算机辅助软件，某类市场调研，实验设备和实验环境条件等）及解决的办法

（1）所需资料：

关于“燃油燃气锅炉”、“加热炉原理与设计”等方面的期刊与书籍；

各种计算机辅助软件如ANSYS、OUTCAD、Pro-E等的操作指导书；

上机至

少200小时。

（2）解决办法：

1）充分利用学校图书馆纸质图书和电子书的资源

2）老师提供的相关书籍和论文等资料

3）学院机房电脑上的相关计算机软件及资料

4）综合已学的传热学，化工原理，过程设备设计等课程知识进行设计计算

七、工作主要阶段、进度和时间安排

第4周 查阅资料，找出与题目相关英文材料，完成翻译。

第5周 阅有关加热炉，火筒炉方面的资料，理清思路。

第6周 完成开题报告，准备开题报告答辩。

第6-7周 燃烧系统。

第7-9周 排烟系统：

排烟量、排烟温度、排烟管直径；

加热炉热效率：

排烟热损失、炉体热损失。

第9-13周 火筒换热面积、火筒直径、火筒长度；

介质进口分配管设计。

第13-14周 火筒炉炉体的设计及校；

绘制火筒炉装配图及主要零部件图。

第14-16周 撰写并修改毕业论文，准备答辩。

八、指导老师审查意见

长江大学毕业设计指导教师评审意见

学生姓名

张玉

专业班级

装备10702

毕业论文

（设计）题目

630KW火筒炉设计

指导教师

谢丽芳

职 称

讲师

评审日期

评审参考内容：

毕业论文（设计）的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评审意见：

指导教师签名：

评定成绩（百分制）：

分

Ⅲ

长江大学毕业设计评阅教师评语

评阅教师

评阅日期

评阅参考内容：

学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评语：

评阅教师签名：

Ⅳ

长江大学毕业设计答辩记录及成绩评定

答辩时间

年 月 日

～ 时

答辩地点

一、答辩小组组成

答辩小组组长：

成 员：

二、答辩记录摘要

答辩小组提问（分条摘要列举）

学生回答情况评判

三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：

毕业论文（设计）最终成绩评定（依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文（设计）评分的相关规定）

等级（五级制）：

答辩小组组长（签名）：

秘书（签名）：

年 月 日

院（系）答辩委员会主任（签名）：

院（系）（盖章）

Ⅴ

中外文摘要

本论文的火筒炉以热工理论为主导，经验设汁为辅设计的。

优秀的设计者不应是现有工业炉的抄袭者，而应该是把现有工业炉变成更新、更完善的工业炉的创造者。

在论文中首先首先燃烧计算，后通过燃烧气的火焰形式选择火筒的大小及直径。

紧接着通过能量守恒定律计算火筒出口温度，同理通过给定的排烟温度反算烟管的直径及根数。

紧接着计算烟风阻力，从而确定出工业炉的基本尺寸。

当然其中一些参数是经验值。

并不是每一个数据都要计算的出，这样也是行不通的．至于，火筒炉的仪表，支座，燃烧器等等一些组件及配件可以根据需要从国家标准里选取，有必要的话，可以用自己设计，即非标件。

当然此次毕业设计，并非面面俱到，很多小的组件或配件给忽略了，在实际应用中是不可缺少的。

而且越来越标准化。

特别是科技水平快速发展的今天，理论计算法仍然相当重要。

即使是凭经验设计，也是在专业理论的基础上，广泛采纳国内外先进经验，进行优化设计并加以改进。

关键词：

理论计算，经验取值，国家标准

Firetubeboilerofthispaperbasedonthetheoryofthermal-ledfirstandexperiencesecondsupplement.Bestdesignersshouldnotbecopiedbytheexistingindustrialfurnace,butshouldbeupdatedintotheexistingindustrialfurnaces,industrialfurnacesbettercreator.Inthepaperthefirstcalculationofthefirstcombustion,combustiongasaftertheflamethroughtheformofchoiceofsizeanddiameterofthefireextinguishers.Followedbycalculationoftheenergyconservationlawoftheoutlettemperaturefireextinguishers,smokethesamewaybyagiveninversetemperatureofpipediameterandrootnumber.Thencalculatethewindresistanceoftobaccotodeterminethebasicdimensionsoftheindustrialfurnace.Ofcourse,someofwhichparameteristhevalueofexperience.Noteverydatashouldbecalculatedout,thisisnotfeasible.Asthefiretubefurnaceinstrumentation,bearings,burners,andsoa

Ⅵ

numberofcomponentsandpartsasneededfromthenationalstandardsintheselection,ifnecessary,canusetheirowndesign,thatis,non-standarditems.Thegraduationofcourse,notexhaustive,manysmallcomponentsorpartstobeneglected,inpracticalapplicationsisindispensable.Andmorestandardized.Inparticulartherapiddevelopmentofscientificandtechnologicalleveloftoday,theoreticalcalculationsarestillveryimportant.Eventhedesignruleofthumbisbasedonthetheoryintheprofessional,broadadoptionofadvancedexperience,tooptimizethedesignandimprovement.

keyword:

Thermaltheory,datafromexperience,standardofcountry

前言

1前言

综观最近几年燃油燃气锅炉的改造发展

（2）国内油田