200th高压煤粉锅炉热力计算.doc

xx大学电力学院课程设计200t/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 200t/h高压煤粉锅炉1.2原始资料(1)、锅炉额定蒸发量: Dec = 210t/h(2)、给水温度: tgs = 215(3)、给水压力: pgs = 11.3Mpa (表压)(4)、过热蒸汽温度: t1 = 540(5)、过热蒸汽压力: p1 = 9.9Mpa (表压)(6)、周围环境温度: tlk = 10(7)、连续排污率 Ppw = 2%(8)、汽包压力 Pqb = 10.3Mpa(9)、空气中的含湿量 d = 10g/kg(10)、燃料特性a.燃料名称：淮南烟煤b.煤的收到基成分（%）：Ca=60.82；Oar=7.65；Sar=0.67；Har=4.01；Nar=1.11；Mar=6.0；Aar=19.74c.煤的干燥无灰基挥发份:Vdaf =38.0%d.煤的空气干燥基水分:Mar=2.3e.煤的低位发热量:Qar,net = 24300kJ/kgf.灰熔点：DT=1500、ST1500(13)制粉系统:中速磨煤机直吹式制粉系统提示数据：排烟温度假定值py=140；热空气温度假定值trk=300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+S ar+H ar +N ar +M ar +A ar =60.82+7.65+0.67+4.01+1.11+6.0+19.74=100%2.2煤种判别；（1）煤种判别 由燃料特性得知Vdaf=38.0%20%，而且Q=24300kJ/kg18840 kJ/kg，所以属于优质烟煤。（2）折算成分的计算Aar,zs=(%)=418219.74/24300 (%)=3.397%4%Mar,zs=(%)=41826/24300 (%)=1.033%8%Sar,zs=(%)=41820.67/24300 (%)=0.115%0.2%此煤属于低水份的煤。第3章 锅炉整体布置的确定3.1 炉整体的外型选型布置选择形布置的理由如下：(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，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。为使前屏、后屏过热器中的传热温差不致过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热气温的调节，使负荷在10075之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边（竖井烟道的前部）设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。热风温度要求较高（t=280）理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修方便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外部置。在主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前屏过热器一级减温后屏过热器二级减温对流过热器进口集箱对流过热器管束对流过热器出口集箱集汽集箱汽轮机。（2）水系统的流程给水主省煤器进口联箱主省煤器管束主省煤器出口集箱前、后隔墙省煤器进口集箱及管束隔墙省煤器出口集箱旁路省煤器进口集箱旁路省煤器及斜烟道包覆管束旁路省煤器出口集箱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=6.2370Nm3/kg；理论氮气容积V0N2=4.9362 Nm3/kg；三原子气体RO2的容积VRO2=1.1369 Nm3/kg；理论水蒸气容积V0H2O=0.6199 Nm3/kg；理论烟气容积V0Y= VRO2 +V0N2+V0H2O=6.6957 Nm3/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41.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42列出各项，此表为烟气特性表。(3)烟气焓温表计算表43列出的各项，此表为烟气焓温表。表41受热面名称过量空气系数炉膛高温过热器低温过热器省煤器管式空气预热器进口1.151.181.211.23漏风0.10.030.030.020.2出口1.151.181.211.231.26表42 烟气特性表项目名称符号单位炉膛高温过热器低温过热器省煤器管式空气预热器烟道进口过量空气系数1.151.151.181.211.23烟道出口过量空气系数1.151.181.211.231.26烟道平均过量空气系数pj1.151.1651.1951.221.245过剩空气量VNm/kg0.9361.0291.2161.3721.528水蒸气容积VH2ONm/kg0.6350.6360.6400.6420.645烟气总容积VyNm/kg7.6467.7417.9318.0908.248RO2气体占烟气容积份额rRO20.1490.1470.1440.1410.138水蒸汽占烟气份额rH2O0.0830.0820.0810.0790.078三原子气体水蒸气总份额rn0.2320.2290.2240.2200.216烟气质量Gy10.17010.29210.53710.74010.944飞灰无因次浓度n0.01750.01730.01690.01650.0162表43 烟气焓温表I0y=VRO2（cJ）RO2+V0N2（cJ）N2+V0H2O（cJ）H2O Iy=I0k+（-1）V0（cJ）k温度理论烟焓理论空气焓炉膛出口=1.15高过出口=1.18低过出口=1.21省煤器出口=1.23空预出口=1.26IyIkIyIyIyIyIy100929.037823.2891101.9281118.3941143.0922001880.4461659.0532228.8472262.0292311.8003002859.0222513.5273386.8633437.1333512.5394003869.1803380.4764579.0804646.6904748.1045004903.1874266.1365671.0915799.0755884.3986012.3826005965.3575176.7446741.8696897.1717052.4737156.0087311.3117007057.8296099.8267972.8038155.7988338.7938460.7898008170.1117041.6199226.3549437.6029648.8519789.6839009301.1637995.88610500.54510740.42210980.299100010450.8848950.15411793.40712061.91212330.416110011615.8579948.08013108.06913406.511120012794.56310933.53214434.59314762.599130013992.31711937.69615782.97116141.102140015194.20912948.09717136.42417524.867150016406.41713964.73418501.12718920.069160017632.63614987.60919880.778170018862.47516010.48421264.047180020100.76817039.59522656.707190021340.92118081.18124053.099200022589.63019122.76725458.045210023849.97120170.59026875.559220025102.81821218.41328285.5804.2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44所示。表44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及函数来源数值1燃料带入热量QrkJ/kgQar,net243002排烟温度tpy假定1403排烟焓hpykJ/kg查焓温表1610.584冷空气温度tlk给定305理论冷空气焓hlkkJ/kg查焓温表243.246机械不完全燃烧热损失q4%取用2.57化学不完全燃烧热损失q3%取用08排烟热损失q2%5.239散热损失q5%查表0.4510灰渣物理热损失q6%忽略011保热系数j%1-q5/1000.99612锅炉总热损失q%q2+q3+q4+q5+q68.1813锅炉热效率gl%100-q91.8214过热蒸汽焓hgrkJ/kg查表（p=9.9MPa,t=540)3474.115给水焓hgskJ/kg查表（p=11.3MPa,t=215)923.616过热蒸汽流量Dgrkg/h已知22000017饱和水焓bhkJ/kg查表（p=10.3MP)1420.118锅炉有效利用热QyxkJ/hDgr(hgr-hgs)+Dpw(hbh-hgs)5.63E+0819实际燃料消耗量Bkg/hQgl/(glQr)25246.520计算燃料消耗量Bjkg/hBj=B（1-q4/100）24615.4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51 表51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qVW/m3按表111选取1501032炉膛容积V1m3BQydw/3.6qv1136.13炉膛截面热强度qFW/m2按表1-12选取2.51064炉膛截面积Alm2BQydw/3.6qF68.175炉膛截面宽深比a/b按a/b=11.2选取1.16炉膛宽度am选取a值使a/b=11.28.667炉膛深度bmA1/a7.878冷灰斗倾角按50选取509冷灰斗出口尺寸m按0.61.4选取1.010冷灰斗容积Vdhm3按结构尺寸计算109.511折烟角长度lzm按=1/4b选取1.9712折烟角上倾角按上=20-45选取4013折烟角下倾角按下=20-30选取2514屏管径及壁厚dmm取用384.515屏管内工质质量流速wkg/（m2s）选取95016屏管子总流通面积Am2（D1-Djw）/3600w0.061817屏每根管子面积A1m2d2/470.710-518屏总管子数n根A/A18819屏横向管距s1mm选取65020屏片数z1根选取1221屏单片管子数n1mm选取1222屏纵向节距s2mm选取4223屏最小弯曲半径Rmm选取7624屏深度bqpmms2（n1-1）2+2R1155.225屏与前墙之间距离mm选取4544.826炉膛出口烟气流速wym/s选取627炉膛出口烟气温度lC按表1-20选取125028炉膛出口通流面积AchM2BjVy/(3600wy+*(l+273)/27348.629炉膛出口高度hchmAch/a5.6430屏高度hqpm按hch选取5.431水平烟道烟气流速wsym/s选取1032水平烟道高度hsym按BjVy/3600wya+273/273=6.4选取3.433折焰角高度hzym按hqp-hsy-lz=1.0选取0.1734炉顶容积Vldm3按图1-5中A1和A2计算26435炉膛主体高度hltm(Vl-Vld-Vhd)/Al11.17（二）水冷壁1前后墙水冷壁回路个数z1个a/2.5(按每个回路加热宽度2.5选取32左右侧墙水冷壁回路个数z2个b/2.5(按每个回路加热宽度2.533管径及壁厚d*mm按2-13选取604.54管子节距Smm按s/d=1.31.34选取805前后墙管子根数n1根按a/s+1=122.8选取1106左右侧墙管子数n2根按b/s+1=116.1选取1005.2燃烧器的设计燃烧器结构尺寸计算列于表52表52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w1m / s按表2-16选取302二次风速w2m / s按表2-16选取453一次风率r1%按表2-15选取304二次风率r2%按表2-15选取705一次风温t1706二次风温t2trk -102907燃烧器数量Z个四角布置48一次风口面积A1m20.0779二次风口面积A2m20.13110燃烧器假想切圆直径d jMm按表2-17选取45011燃烧器矩形对角线长度2l jMm1170212特性比值2l j / br初步选定21.1813特性比值hr/ br由式（2-7）确定414燃烧器喷口宽度b rMm结构设计时定为br= 42043015一次风喷口高度h1MmA1 / br179二次风喷口高度h2MmA2 / br30516燃烧器高度h rMm 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 = 13.46,接近原选定值，不必重算175317最下一排燃烧器的下边距冷灰斗上沿的距离lM按 l = (46)br选取2.1518条件火炬长度l hyMl hy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大于8米，所以炉膛高度设计合理15.8125.3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53中。表53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A1m2hch *(b-lz)24.76A2m2(2b-lz) *lz *tan/26.33A3m2B* hlt87.91A4m2(b-)12.62Acm2A1 + A2 + A3 + A4131.612前墙面积Aqm2据图，193.823后墙面积Ahm2据图157.94炉膛出口烟窗面积Achm2据图56.55炉顶包覆面积Aldm2据图39.76屏面积Aqpm2据图87.337燃烧器面积Arm2据图9.68前后墙侧水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取1.09炉顶角系数x ld查附录三图I（a ）4，s / d = 45 / 38=1.184, e =00.9610屏角系数xqp查图1.011炉膛出口烟窗处角系数xch选取1.012整个炉膛的平均角系数x(2Acx + Aqx + Ahx + Ach xch + Ald xld +Aqpxqp ) / (2Ac + Aq Ah + Ach +Ald +Aqp )0.99813屏区的侧墙面积Apq，cm229.552.42412.4814屏区的炉顶面积Apq，ldm2102.42410.015屏区的炉墙面积Apqm2Apq，c+ Apq，ld22.4816炉膛自由容积的水冷壁面积Azym2Aq+Ah+2(Ac-0.5Ar-0.5Apq,c)+ch+ (Ald - Apq ,ld)701.5417炉膛容积Vlm3Aca1139.718屏占据容积Vpm32.4249.551054.0219炉膛的自由容积Vzym3Vl - Vp1085.720屏与炉膛水平分割面积Af，shm22.424109.3621屏与炉膛垂直分割面积Af，chm29.5510297.122自由容积辐射层有效厚度Szym3.6Vzy / Azy5.5723屏间容积的辐射层厚度Spqm3.6Vp/（Aqp+Apq+Af，sh+Af，ch）1.7724炉膛的辐射层有效厚度Sm5.8525燃烧器中心线的高度hrm据图1-37.026炉膛高度Hlm据图1-35.07627燃烧器相对高度hr /Hlhr / Hl0.7928火焰中心相对高度xlhr / Hl + x ,x按附录二表查得等于0.29 表54屏过热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管径及壁厚d*个结构设计知384.52单片管子根数n1个结构设计知283屏片数z1mm结构设计知64蒸汽流通截面积Amm0.785d2z1n10.1115蒸汽质量流速w根（D1-Djw）/3600A10246前屏蒸汽平均比容vpj根查表0.0147蒸汽流速ww vpj14.348屏辐射受热面积Aqp2 z12.42410xqp2755.4炉膛热力计算炉膛的热力计算结果列于表55中。表55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2802理论热空气焓HorkKJ/kg查焓温表1-422303炉膛漏风系数al由空气平衡表1-1知0.054制粉系统漏风系数azf选用0.065冷空气温度Tlk给定106理论冷空气焓HlkokJ/kg查焓温表1-478.47空预器出口过量空气系数kyal - (al + azf )1.048空气带入炉內热量QkkJ/kgkyHrk + (al+azf )Hlk2327.891kg燃料带入炉內热量QlkJ/kgQr +Qk25177.810理论燃烧温度a根据Q查焓温表1-4223011炉膛出口烟温l假定110012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-41131213烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg )(Ql - hl) / (a -l)12.2714水蒸汽容积份额rH2O查烟气特性表1-30.102915三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.247516三原子气体分压力pnMpaprn(p为炉膛压力，0.098MPa)0.02417pn与S的乘积PnSm.MpaPnS0.17618三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.MPa)3.0119灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.MPa81.8520焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/(m.MPa)取用1021无因次量x1选取0.522无因次量x2选取0.123半发光火焰辐射减弱系数K1/(m.MPa)Ky rn + Khh +kj x1 x24.2624乘积KpSkPs3.0625炉膛火焰有效黒度ahy1 - e-kpS0.9526乘积PnSzym.MPaPnSzy0.1460.17227自由容积内三原子气体辐射减弱系数ky1/(m.MPa)3.0528乘积kpSyz(Ky rn + Khh +kj x1 x2)pSzy2.5429自由容积的火焰有效黑度azy1e-kpszy0.9230乘积PnSpqm.mpaPnSpq0.035531屏间容积内三原子气体辐射减弱系数ky8.0532乘积KPnSpq(Ky rn + Khh +kj x1 x2)PnSpq0.76333屏间容积有效黑度apr1e-kpSpq0.5334屏宽A与Szy比值A/szyA/szy0.3435屏宽A与屏距比值wA/s11.7336屏的修正系数cp查图0.9537屏区的休整系数cpq查图0.8638系数a查图0.939屏的辐射系数p查图0.1640屏区的辐射系数pq查图0.0841屏的黑度apapr+pcpazy/0.742屏区的黑度apqapr+pqcpqazy0.5943屏的暴光不均匀系数zpap/azy0.7844屏区水冷壁暴光不均匀系数zpqapq/azy0.6645涉及暴光不均匀的屏的面积Aqpm2Aqpzpx226.246涉及暴光不均匀的屏区面积Apqm2Aqpzpqx47.2147炉墙总面积Alqm2Azy +Aqp +Apq140048前后侧墙水冷壁的沾污系数查附录二表0.4549屏的沾污系数p查附录二表0.3550炉顶包覆管沾污系数ld查附录二表0.4551炉膛出口屏的沾污系数ch(查附录三图，=0.98)0.44152前后墙水冷壁的热有效沾污系数x0.4553炉顶包覆管热有效系数ldld xld0.4454屏的热有效系数p xqp55炉膛出口处的屏的热有效系数ch chxch0.44156平均热有效系数pj0.4257炉膛黑度al0.97858与炉内最高温度有关的系数MBCxlB、C 查附录B=0.56,C=0.50.4459炉膛出口烟温l114860炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表1-31351061炉膛吸热量QflkJ/kg(Ql - Hl)1166862炉膛容积热强度qvW/m3BQydw /(3.6Vl)1.4510563炉膛截面热强度qfW/m2BQydw /(3.6Al)4.081034.0710664炉内平均辐射热强度qpjlW/m2BjQfl / (3600Alp)146.2910365炉顶辐射吸热分布系数ld查附录三图0.6566炉顶辐射热强度qldW/m2ld qpjl95.0910367炉顶辐射受热面积Aldm2(Ald - Apq,ld)xld + Apq,ld xzpq37.2368炉顶吸热量QldWAldqld 3.51063.6 Aldqld /Bj22969前屏辐射吸热分布系数qp查图0.8670前屏辐射热强度qqpw/m2qpqpjl125.810371前屏吸热量QqpwA/qp qqp28456103Kj/kg3.6 qqp A/qp/Bj1842.572后屏辐射吸热分布系数hp查附录三图0.8473后屏辐射热强度qhpqpqpjl12010374后屏吸热量QhpWqhpAhp(Ahp=Ach) 14.76106KJ/kg3.6qhpAhp / Bj95675附加过热器总吸热量QfjkJ/kg先假定后校核753.776一级减稳水量Djw1kg/h先假定后校核610377二级减温水量Djw2kg/h先假定后校核510378附加过热器焓增量hfjkJ/kgQfj Bj / (D -Djw1-Djw2 )102.579饱和蒸汽焓hbqkJ/kg查蒸汽特性表p=15.3MPa,t=345269980包覆出口蒸汽焓hbfkJ/kghbq +hfj2810.8381包覆出口蒸汽温度tbf查蒸汽特性表p=14.7MPa35282前屏焓增量hqpKj/kgQqpBj/（DDjw1Djw2）250.583前屏出口蒸汽焓h“qpKj/kghbf+hqp2950.384前屏出口蒸汽温度t“qp查表38885炉膛出口烟温校和lll48100dh 灰粒的平均直径，取dh=13m；x1、x2考虑火焰中焦碳粒子浓度影响的无因次量。第6章 后屏过热器热力计算6.1后屏过热器结构尺寸计算根据后屏过热器结构尺寸计算后屏过热器尺寸数据，列于表61中。表61屏式过热器结构尺寸计算序号名 称符号单位计算公式及数据来源数值1管径及壁厚d*mm选用3852屏片数z1143单片管子根数n1124屏的深度cm2.325屏的平均高度hpjm据图可知8.786横向节距s1mm6607比值s1/ds1/d17.378纵向平均节距spj2mm51.569比值spj2/dspj2/d1.3610屏的角系数xhp查表0.8411屏区接受炉膛热辐射面积Afpqm2Afpq=Ach123.112屏的对流受热面积Apm2据图计算59013屏的计算对流受热面积Ajspm2Apxhp49614屏区炉顶受热面积Aldm2据图计算22.515屏两侧水冷壁受热面积Acqm2据图计算42.1416屏区附加受热面积Apfjm2Ald+Acq64.6417屏接受炉膛热辐射面积Afpm2Afpq*Ajsp/(Ajsp+Apfj)108.9118炉顶附加受热辐射面积Afld m2Afpq*Ald/(Ajsp+Apfj)4.9419水冷壁附加受热面辐射面积Afsldpfjm2Afpq*Acq/(Ajsp+Apfj)9.2520烟气进屏流通截面积APm2107.7221烟气出屏流通截面积Apm275.322烟气平均流通截面积Apjm22ApAp/( AP+ Ap)88.6423蒸汽流通截面积Apjm2/4d2nn1z10.10324蒸汽质量流速wKg/(m2s)112025烟气辐射层有效厚度Sm0.876.2后屏过热器热力计算后屏过热器的热力计算结果列于表62中。表62屏式过热器热力计算序号名 称符号单位计算公式及数据来源数值1烟气进屏温度pp=l11482烟气进屏焓HpkJ/kgHp= H l135103烟气出屏温度p假定9954烟气出屏焓H pkJ/kg查焓温表1-3115245烟气平均温度pj1/2(p+p)10726屏区附加受热面对流吸热量QdpfjkJ/kg先估计后校1707屏的对流吸热量Qdpk