太原理工大学热动大三锅炉课程设计.docx

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太原理工大学热动大三锅炉课程设计

太原理工大学

热能

与动力

《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

6.790

2

理论氮气容积

VN20

Nm3/kg

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

5.374

3

RO2

气体容积

VRO2

Nm3/kg

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

1.262

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

0.543

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′

1.15

1.20

1.23

1.26

1.28

1.31

1.33

Δα

0.05

0.03

0.03

0.02

0.03

0.02

0.03

α″

1.20

1.23

1.26

1.28

1.31

1.33

1.36

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′

/

1.15

1.20

1.23

1.26

1.28

1.31

1.33

受热面出口过量空气系数

α″

/

1.20

1.23

1.26

1.28

1.31

1.33

1.36

平均过量空气系数

αpj

/

1.215

1.245

1.27

1.295

1.32

1.345

过量空气量

ΔV

Nm3/kg

1.358

1.460

1.664

1.833

2.003

2.173

2.343

水蒸气容积

VH2O

Nm3/kg

0.565

0.567

0.570

0.573

0.575

0.578

0.581

RO2容积

VRO2

Nm3/kg

1.262

1.262

1.262

1.262

1.262

1.262

1.262

理论氮气容积

V0N2

Nm3/kg

5.374

5.374

5.374

5.374

5.374

5.374

5.374

烟气总容积

Vy

Nm3/kg

8.559

8.662

8.869

9.042

9.214

9.387

9.559

RO2份额

rRO2

/

0.147

0.146

0.142

0.140

0.137

0.134

0.132

水蒸气份额

rH2O

/

0.066

0.065

0.064

0.063

0.062

0.062

0.061

三原子气体份额

rn

/

0.213

0.211

0.207

0.203

0.199

0.196

0.193

烟气质量

Gy

kg/kg

11.462

11.595

11.861

12.082

12.304

12.526

12.747

飞灰浓度

μh

kg/kg

0.0149

0.0147

0.0144

0.0141

0.0139

0.0136

0.0134

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

265

100

994

896

13.8

1303

1330

200

2013

1806

28.9

2602

2638

2692

300

3063

2736

45.0

3875

3957

4011

4094

400

4146

3680

61.5

5165

5238

5349

5422

500

5256

4644

78.3

6403

6542

6635

6774

600

6388

5636

95.6

7780

7949

8062

8231

700

7550

6647

113.2

9193

9392

9525

800

8749

7673

131.0

10415

10645

10875

900

9970

8698

149.2

11858

12119

1000

1207

9750

168.0

13325

1100

12449

10830

187.1

14802

1200

13695

11910

205.9

16283

1800

21506

18530

372.8

25585

1900

22845

19671

407.2

27187

2000

24172

20805

428.8

28762

2100

25519

21945

450.7

30359

2200

26868

23079

471.2

31955

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

25191

2

排烟温度

θpy

℃

假定

135

3

排烟焓

Ipy

kJ/kg

由焓温表计算

1807

4

冷空气温度

tlk

℃

给定

30

5

理论冷空气焓

Ilk

kJ/kg

焓温表

265

6

机械不完全

燃烧热损失

q4

%

《锅炉原理-周》P152

4.0

7

化学不完全

燃烧热损失

q3

%

《锅炉原理-周》P153

0

8

排烟热损失

q2

%

100×Q2/Qr=100（Ipy-Ilk）（1-q4/100）/Qr

5.88

9

散热损失

q5

%

《锅炉原理-周》P153图8-3

0.5

10

灰渣热物理

损失

q6

%

∵Ay=17.97

0

11

保热系数

φ

/

1-q5/100=1-0.5/100

0.995

12

锅炉总损失

Σq

％

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

10.38

13

锅炉效率

η

％

1-Σq

89.62

14

过热蒸汽焓

i″gr

kJ/kg

蒸汽特性表，9.898MPa，540℃

3475.1

15

给水焓

igs

kJ/kg

水特性表，11.564MPa，215℃

924.0

16

过热蒸汽流量

D

kg/h

给定参数

220×103

17

锅炉有效利用热

Qgl

kJ/h

D（i″gr-igs）=220×103×（3475.1-924）

561.24×106

18

实际燃料

消耗量

B

kg/h

Qgl/（ηQr/100）

=561.24×106/（89.62×25191/100）

24.86×103

19

计算燃料

消耗量

Bj

kg/h

B（1-q4/100）=24.86×103×（1-4/100）

23.87×103

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

400

2

理论热空气焓

I0rk

焓温表

3680

3

炉膛漏风系数

Δαl

/

空气平衡表

0.05

4

制粉系统

漏风系数

Δαzf

/

《锅炉原理-周》P179表10-1

0.06

5

冷空气温度

tlk

℃

给定

30

6

理论冷空气焓

I0lk

kJ/kg

焓温表

265

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

1.09

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

4037.7

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

29228.7

10

理论燃烧温度

θa

℃

由Ql查焓温表

2029.2

11

炉膛出口烟温

θ″l

℃

假定

1130

12

炉膛出口烟焓

I″l

kJ/kg

查焓温表

15246.3

13

烟气平均热容

Vcpj

kJ/kg·℃

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

15.55

14

水蒸汽

容积份额

rH2O

/

烟气特性表

0.066

15

三原子气体

容积份额

rn

/

烟气特性表

0.213

16

三原子气体

分压力

pn

MPa

prn=0.098×0.213

0.021

17

辐射层有效

厚度

S

m

结构计算书

5.44

18

三原子气体

辐射减弱系数

ky

1/（mMPa）

=

3.98

19

灰粒子辐射

减弱系数

kh

1/（mMPa）

55900/

=55900/

80.68

20

焦炭粒子辐射

减弱系数

kJ

1/（mMPa）

经验公式

10

21

无因次量

x1

/

取决于燃料种类，无烟煤等1，烟煤0.5

1

22

无因次量

x2

/

燃烧方式，室燃0.1，层燃炉0.03

0.1

23

飞灰浓度

μh

kg/kg

烟气特性表

0.149

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

3.05

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

0.803

26

炉膛总（包敷）

面积

FL

m2

结构计算书

736

27

水冷壁

热有效系数

ψ

/

《锅炉原理-周》P173表9-3Cfh>12%

0.45

28

卫燃带

热有效系数

ψw

/

《锅炉原理-周》P173表9-3

0.2

29

炉顶管

热有效系数

ψld

/

给定

0.441

30

烟窗

热有效系数

ψch

/

给定

0.441

31

门孔热有效系数

ψk

/

《锅炉原理-周》P174

0

32

燃烧器

热有效系数

ψr

/

《锅炉原理-周》P174

0

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

0.418

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）

0.907

35

系数M

M

/

结构计算书

0.452

36

炉膛出口

温度

θ″lj

℃

-273=

-273

1113.4

37

误差

Δθ″l

℃

θ″l-θ″lj=1130-1113.4

16.6

38

允许误差

δ

℃

给定

100

39

炉膛出口烟焓

I″l

烟气焓温表

15000.5

40

炉膛吸热量

Qfl

kJ/kg

Φ（Ql-I″l）=0.995×（29228.7-15000.5）

14157.1

41

炉内平均

辐射热强度

qf

kW/m2

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

127.54

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

0.6

43

炉顶辐射热强度

qld

ηldqf=0.6×127.54

76.52

44

炉顶辐射

受热面积

Hld

m2

结构计算书

31.69

45

炉顶吸热量

Qld

kJ/kg

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

365.72

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

0.65

47

系数β

β

/

附页P178图VI

0.98

48

烟窗辐射热强度

qch

kW/m2

βηchqf=0.98×0.65×127.54

81.24

49

烟窗受热面积

H′pq

m2

结构计算书

70.06

50

屏区吸收炉膛

辐射热

Qch

kJ/kg

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

858.40

51

一级减温水量

Djw1

kg/h

先假定

200

52

二级减温水量

Djw2

kg/h

先假定

200

53

炉顶过热器焓增

Δi

kJ/kg

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

39.75

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℃

2705.48

55

炉顶出口蒸汽焓

i″ld

kJ/kg

i″bh+Δi=2705.48+39.75

2745.2

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

324.3

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

1113.4

2

烟气进屏焓

I′P

kJ/kg

炉膛计算结果

15000.5

3

烟气出屏温度

θ″P

℃

假定

965

4

烟气出屏焓

I″P

kJ/kg

烟气焓温表

12811.6

5

烟气平均温度

θpj

℃

（θ′P+θ″P）/2=（1113.4+965）/2

1039.2

6

烟气在屏区

放热量

Qpq

kJ/kg

Φ（I′P-I″P）=0.995×（15000.5-12811.6）

2178.0

7

水蒸汽容积

份额

rH2O

/

烟气特性表

0.066

8

三原子气体

和水蒸气容积份额

rn

/

烟气特性表

0.213

9

三原子气体

分压力

pn

MPa

prn=0.098×0.213

0.021

10

辐射层有效

厚度

S

m

结构计算书

0.77

11

三原子气体

辐射减弱系数

ky

1/（mMPa）

=

11.33

12

灰粒子

辐射减弱系数

kh

1/（mMPa）

55900/

=55900/

84.36

13

飞灰浓度

μh

kg/kg

烟气特性表

0.0149

14

烟气辐射

减弱系数

k

1/

（mMPa）

kyrn+khμh=11.33×0.213+84.35×0.0149

3.67

15

烟气黑度

a

/

1-e-kpS=1-e-3.67×0.098×0.77

0.24

16

屏区穿透角系数

Φpq

结构计算书

0.137

17

屏出口面积

F″

m2

结构计算书

54.89

18

修正系数

ξr

/

《锅炉原理》P214

0.5

19

炉膛向屏区的

辐射热

Qch

kJ/kg

炉膛计算结果

858.4

20

炉膛向屏后的

辐射热

Qfph

kJ/kg

Qch（1-a）Φpq=858.4×（1-0.24）×0.137

89.38

21

屏区吸收的炉膛辐射热量

Qfpq

kJ/kg

Qch-Qfph=858.4-89.38

769.02

22

屏区出口截面积

H″pq

m2

结构计算书

50.6

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）

153.94

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

2024.1

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

381.5

26

屏本身对流吸热

Qdp

kJ/kg

Qdpq-Qfjpq=2024.1-381.5

1642.6

27

屏顶辐受热面积

Hpd

m2

结构计算书

23.9

28

屏侧受热面积

Hpc

m2

结构计算书

52.5

29

屏本身受热面积

Hp

m2

结构计算书

352.8

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）

42.82

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）

94.06

32

屏本身吸收的

炉膛辐射热

Qfp

kJ/kg

Qfpq-Qfpd–Qfpc=769.02-43.01-94.48

631.5

33

屏本身吸收的

总热量

Qp

kJ/kg

Qdp+Qfp=1642.6+631.5

2274.1

34

蒸汽进屏温度

t′p

℃

假定（调整结果）

367.9

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

2968.5

36

蒸汽出屏焓

i″p

kJ/kg

i′p+QpBj/（D-Djw2）=2968.5+2274.1×2