电站锅炉原理课程设计说明书.pdf

电站锅炉原理课程设计说明书目 录前言.2第一章锅炉课程设计任务书.3的一弟一早煤的元素分析数据校核和煤种判别.5第三章锅炉整体布置的确定.7第四章燃料产物和锅炉热平衡计算.8第五章炉膛设计和热力计算.12第六章屏式过热器热力计算.21第七章高温过热器设计热力计算.26第八章低温过热器设计和热力计算.31第九章第一、二转向室的热力计算.34第十章减温水量较核.39第十一章省煤器设计和热力计算.40第十二章空气预热器热力计算48第十三章1电站锅炉原理课程设计说明书热力计算数据的修正和计算结果汇总.53参考文献.56刖 5锅炉原理是一门涉及基础理论面较广，而专业实践性较强的课 程。该课程的教学必须有相应的实践教学环节相配合，而课程设计就是 让学生全面运用所学的锅炉原理知识设计一台锅炉，因此，它是锅炉 原理课程理论联系实际的重要教学环节。它对加强学生的能力培养起 着重要的作用。本设计说明书详细的记录了锅炉本体各受热面的结构特征和工作过 程，内容包括锅炉受热面，锅炉炉膛的辐射传热及计算。对流受热面的 传热及计算，锅炉受热面的布置原理和热力计算，受热面外部工作过程,锅炉蒸汽参数的变化特性与调节空气动力计算等。由于知识掌握程度有限以及三周的设计时间对于我们难免有些仓 促，此次设计一定存在一些错误和遗漏，希望指导老师给予指正。2电站锅炉原理课程设计说明书400t/h再热煤粉锅炉热力计算第一章设计任务书一、设计题目：400t/h再热煤粉锅炉在给定的给水温度和燃料特性的前提下，确定保证达到额定蒸发量。选定的经济 指标及给定的蒸汽参数所必须的各个受热面的结构尺寸，并为选择辅助设备和进行空 气动力计算，水动力计算，管壁温度计算，强度计算，其他可靠性计算提供原始资料。二、原始资料：1.锅炉蒸发量D i=420t/h2.再热蒸发气流量D 2=350 t/h3.给水温度tg s=2354.给水压力Pg s=i5.6M pa（表压）5.过热蒸气温度ti=5406.过热蒸气压力Pi=13.7Mpa7.再热蒸汽进入锅炉机组时温度t2，=3308.再热蒸汽离开锅炉机组时温度t2-=5409.再热蒸汽进入锅炉机组时压力p2,=2.5Mpa（表压）10.再热蒸汽离开锅炉机组时温度p2”=2.3Mpa（表压）11.周围环境温度tlk=2012.燃料特性燃料名称：淮北洗中煤煤的成分（）：Cy=62.45%；0y=3.02%；Sy=0.35%；Hy=3.09%；Ny=0.65%；Wy=7.96%；Ay=22.3%；煤的可燃基挥发分；Vy=14.42%煤的低位发热量：Qrdw=23600KJ/Kg灰熔点:ti、t2 t3150013.制粉系统中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机3电站锅炉原理课程设计说明书14.汽包工作压力 15.2Mpa（表压）提示数据：排烟温度假定值e yp=135；热空气温度假定值trk=3201.3 设计内容：1.确定锅炉的整体布置，并绘制锅炉结构图。2.锅炉炉膛及主要受热面的热力计算。3.额定负荷下锅炉的热力计算。4.编写课程设计书。1.4 设计要求：1.完成设计说明书一份。2,完成锅炉纵剖面图一张。3.在每个受热而的结构设计中，皮该附受热面结构简图。4.计算一般都采用表格的方式进行。5.绘制锅炉总图。4电站锅炉原理课程设计说明书第二章煤的元素分析数据校核和煤种判别一、煤的元素各成分之和为100%的校核Cy+Oy+Sy+Hy+Ny+Ay+Wy=62.45+3.2+0.35+3.09+0.65+22.3+7.96=100%二、元素分析数据校核：(一)可燃基元素成分的计算：可燃基元素成分与成用基元素成分之间的转换因子为：Kr=100/(100WyAy)=100/(100-7.96-22.3)=1.434则干燥无灰基元素成分应为Cr=KrxCy=1.434X62.45=89.55 Hr=KrxHy=1.434X3.09=4.43Or=KrxOy=1.434X3.2=4.59 Nr=KrxNy=1.434X0.65=0.93Sr=KrxSy=1.434X0.35=0.502(二)干燥基灰分的计算Ad=Ayxioo/(100wy)=22.3X100/(1007.96)=24.2%(三)可燃基低位发热量(试验值)的计算Qrdw=(Qydw+25Wy)xioo/(100-Wy-Ay)=(23600+25X7.96)X100/(100-7.96-22.3)(kj/kg)=34127.766(kj/kg)(四)可燃基低位发热量(门德雷也夫公式计算值)的计算Qdw=339 Cr+1030 Hr-109(Or-Sr)=339x89.55+1030 x4.43-109x(45.88-0.5019)=34475.34(kj/kg)Qr，dw-Qrdw=34477.0279-34127.766=347(kj/kg)o因为Ad25%,且349.26kJ/kg20%,而且 Qrdw=18H0kJ/kg(1000021000)kj/kg,且Qrdw=18110kJ/kg11000 kj/kg所以属于优质褐煤。(二)折算成分的计算Ayzs=4182 xAar(%)=4182X30.82/18110(%)=7.12%QWyzs=4182 xMar(%)=4182X11.42/18110(%)=2.64%QSyzs=4182 XS ar(%)=4182X0.55/18110(%)=0.13%Q此煤属于高灰分高水分的煤。6电站锅炉原理课程设计说明书第三章锅炉整体布置的确定3.1 炉整体的外型选n型布置选择n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.机炉之间的连接管道不长。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，还在炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。为使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。热风温度(Trk=380),高尾部受热适采用双级布置。3.3汽水系统1.过热蒸汽系统的流程汽包一顶棚过热器进口集箱一炉顶及尾部包覆过热器管束一尾部包覆过热器后 集箱一(悬吊管过热器管束一悬吊管过热器出口集箱)尾部左右侧包覆过热器上集箱 一尾部上下侧包覆过热器管束一尾部上下侧包覆过热器下前集箱一水平烟道左右侧 包覆过热器管束一水平烟道左右侧包覆过热器上集箱一屏式过热器一对流过热器进 口集箱一对流过热器管束一对流过热器出口集箱一集汽集箱一汽轮机。2.水系统的流程给水一省煤器进口集箱一省煤器管束一省煤器出口集箱一后墙引出管一汽包一 下降管一下联箱一水冷壁一上联箱一汽包。7电站锅炉原理课程设计说明书第四章 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V=4.829Nm3/kg；理论氮气容积Vn2=3.822 Nm3/kg；三原子气体R02的容积VRO2=0.891 Nm3/kg；理论水蒸气容积VH2o=0.547 Nm3/kg；理论烟气容积Vy=5.261 Nm3/kg(2)空气平衡表及烟气特性表：根据该锅炉的燃料，可选取炉膛出口过量空气系数二L 2,选取各受热面烟道的 漏风系数，然后列出空气平衡表，如表4-1。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a95,计算表4-2列出各项数据，此表为烟气特性表。表47空气平衡表、受热面、名称 过缸 空气 系数、炉膛、后屏过热器(1,h p)对流过热 器(dlg r)局温再热 器(g z r)低温再热器，旁路省煤器(dz r,psm)主省煤器(sm)空气预 热器(ky)进口。1.201.231.261.291.31漏风A a ai=O.05 aps=00.030.030.030.020.2出口。1.201.231.261.291.311.51烟气特性表及焰温表8表4-2 烟气特性表名称及公式符号单位L,h pdlg rg z rdz r,psmsmky烟道进口过量空气系数a/1.21.21.231.261.291.31烟道出口过量空气系数a 1.21.231.261.291.311.51烟道平均过量空气系数a pj1.21.2151.2451.2751.31.41过剩空气量 VNm3/k0.96581.03821.18311.3821.41871.9799水蒸气容积Vh20Nm3/k0.56250.56370.5660.56840.56980.5789烟气容积vyNm3/k6.24236.31596.46316.61046.70257.2728RO2气体占烟气的份额RrO20.14270.14110.13790.13480.13290.1225h20占烟气的份额Rh200.09010.08930.08760.0860.0850.0796三原子气体占烟气的份额Rn0.23280.23040.22550.22080.21790.2021烟气质量GyKg/kg8.25988.35448.54368.73288.89059.5842飞灰无因次浓度|J fuKg/kg0.03540.0350.03430.03350.03290.0305电站锅炉原理课程设计说明书表4-3焰温表2221gz00ILiL5工coiL2iiL900765432i2 g O2 1 Og o11 oo1_1-g o1O1 g o1 g O11 o1_涔 oi g OiOi_OgOgogOgOgO2oWOgOi1O就 R 以 直 越箭出渝96 i6009O002120066O36 is54334 s9比93400 o2859225616661s654 i3 a 994994O0000650032977900s66376215680051s4657出 g366435269322 之ia9i3s006342003a9 0059g 200 1 ga456525 s 0049500比 g34451223达阵 S00340025002500200 os00m9 i003257400566455 004 00g5342 g351bO711L25利00 4Oo7o5003a900 4001s246 s9595005 IL4 00435135002 002 42 s 712 00声 直001001373754尸i76853g3152344s36222 005 92IL13iL 39 O1百k00 o o7 D0s3746723严6 00 工6H1L5涔74400636009293253工 s6991L335003400-2 U1-7779co77X3co3294721o14347 s135)768745726X3OO2200i459s113 00总艇002759730010电站锅炉原理课程设计说明书4.2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4-4所示。表4-4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或数据来源数值1燃料带入热量Qrkj/kg181102排烟温度9 PyC假定1503排烟烙HPyKJ/kg查焰温表431613.54冷空气温度tik给定205理论冷空气焰Hlkkj/kg查焰温表43127.46机械不完全燃烧热损失Q4%取用27化学不完全燃烧热损失Q3%取用08排烟热损失q2%7.769散热损失Q5%查图215参考文献10.3510灰渣物理热损失Qe%AyQydw/419 忽略011保热系数95.3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A1m2据图21.24A?2 m据图7.26As2 m据图121.6a42 m据图14.4Ac2 mAl+A2+A3+A4164.515电站锅炉原理课程设计说明书2前墙面积Aq2 m据 图 9.3 X(20.2+2.8+2.45)236.73后墙面积Ah2 m据 图 9.3 X(2.4+14.3+2.8+2.45)204.14炉膛出口烟窗面积Ach2 m据图(5.9+2.7)X9.3805炉顶包覆面积Aid2 m据图 3.6X9.333.56燃烧器面积Ar2 m据图 1-3,4X1.4X316.87前后墙侧水冷壁角系数X按膜式水冷壁选取1.08炉顶角系数X id查附录三图I(a)40.739炉膛出口烟窗处角系数Xch选取1.010整个炉膛的平均角系数X(2ACx+Aqx+Ahx+Ach Xch+Aid xm)/(2Ac+Aq Ah+Ach+Aid)0.98911炉膛自由容积的水冷壁 面积Azy2 mAq+Ah+2(A0.5Ar)+Ch+Aid866.512炉膛容积V3 mAca1529.8513炉膛的自由容积vzy3 m%1529.8514自由容积辐射层有效厚 度Syzm3.6Vzy/Azy6.3615炉膛的辐射层有效厚度sm6.3716燃烧器中心线的高度hrm据图5.21117炉膛高度m据图20.61218燃烧器相对高度hr/Hihr/H0.12219火焰中心相对高度Xihr/Hi+Ax,Ax 按附录二表ni查得等于0.1225.4炉膛热力计算炉膛的热力计算结果列于表5-4中16电站锅炉原理课程设计说明书表54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tik给定3202理论热空气焰HrkKJ/kg查焰温表4-320803炉膛漏风系数 ai由空气平衡表4-1知0.054制粉系统漏风系数 zf选用0.15冷空气温度Tlk给定206理论冷空气焰Hlkkj/kg查焰温表4-3127.47空预器出口过量空气 系数P)aI-(a：+aZf)1.058空气带入炉内热量Qkkj/kgP 7 Hrk+(ai+A 斯)Hik2318.891kg燃料带入炉内热 量Qikj/kgQr+Qk2042810理论燃烧温度0a根据Q1查焰温表4-3190511炉膛出口烟温0 i假定118012炉膛出口烟焰乩kj/kg查焰温表4-39887.213烟气的平均热容量VCPJkj/(k g)(Qi-H/z)/(0 a-0 J)14.514水蒸汽容积份额H2O查烟气特性表4-20.090115三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.284716三原子气体分压力PnMpaprn（p为炉膛压力，0.098MPa）0.027917pn与S的乘积PnSm.MpaPnS0.17818三原子气体辐射减弱 系数Kyl/(m.MPa)10(0.78+1.62rH2o)/(10p ns)1/2-0.1)(1-0.37TPj/10 00)3.8519灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.MPa55900/(T2PJd2h)1/394.917电站锅炉原理课程设计说明书20焦炭粒子辐射减弱系 数1/(m.MPa)取用1021无因次量Xi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)Kyrn+KM h+kjxlx24.9724乘积KPSkPs3.125炉膛火焰有效黑度dh y1 _kpS1-e0.9526乘积PS ym.MPaPnS zyO.1461.13227自由容积内三原子气 体辐射减弱系数kyl/(m.MPa)3.8528乘积kpSy z(Kym+Kh+kjxlx2)X pSzy3.129自由容积的火焰有效 黑度8z y1e-kps工 l z y0.9518电站锅炉原理课程设计说明书30炉墙总面积Alq2 mAzy+Aqp+Apq866.531前后侧墙水冷壁的沾 污系数查附录二表w0.4532炉顶包覆管沾污系数I M查附录二表w0.4533炉膛出口屏的沾污系 数J c hP(p查附录三图w,p=0.98)0.44134前后墙水冷壁的热有 效沾污系数中0.4535炉顶包覆管热有效系 数ip idXid Xid0.32936平均热有效系数qjpj0.40437炉膛黑度0.9838与炉内最高温度有关 的系数MB-CxiB、C 查附录B=0.56,C=0.50.25339炉膛出口烟温0 J1073.440炉膛出口烟焰HJkj/kg查焰温表1-37950.641炉膛吸热量Qf：kj/kg（P（Q：-乩）5972.142炉膛容积热强度QvW/m3BQydw/(3.6V：)144.25 X10343炉膛截面热强度QfW/m2BQydw/(3.6Ai)2.2X10644炉内平均辐射热强度qPJiW/m2BjQ:/(3600Alp)98.95X10345炉顶辐射吸热分布系 数n M查附录三图VII0.6546炉顶辐射热强度qidW/m2r|id q64.32 X10319电站锅炉原理课程设计说明书47炉顶辐射受热面积Aid,m2(Ad Apq,ld)Xd+Apq,IdXZpq24.4648炉顶吸热量QidWAid Qid1571.065 X103kj/kg3.6Ald qid 出109.649屏辐射吸热分布系数n hb0.8250屏辐射热强度qhpW/m279.516 X10351屏吸热量QhpW kj/kg6361.28X103443.152附加过热器吸热量EQfjkj/kg先假定后校核110053一级减温水量D jwlkg/h先假定后校核500054二级减温水量D jw2kg/h先假定后校核400055附加过热器焰增量EAhfjkj/kg Qfj Bj/(D-D jwl-D jw2)257.24856饱和蒸汽焰hbqkj/kg查 表p=10.3MPa,t=3132717.4657包覆出口蒸汽焰hbfkj/kghbq+EA hf j2974.7158包覆出口蒸汽温度tbf查蒸汽特性表p=10.2MPa36020电站锅炉原理课程设计说明书59炉膛出口烟温校和 0re r-e i26.6100dh 灰粒的平均直径，取dh=13|j m；xl、x2一考虑火焰中焦碳粒子浓度影响的无因次量。第六章 屏式过热器热力计算21电站锅炉原理课程设计说明书6.1屏式过热器结构尺寸计算根据屏式过热器结构尺寸图6T,计算屏式过热器尺寸数据，列于表6-1中。锅炉中心线图67屏式过热器结构尺寸6.1屏式过热器结构尺寸计算表67屏式过热器结构尺寸计算22电站锅炉原理课程设计说明书序号名 称符号单位计算公式及数据来源数值1管径及壁厚dX6mm选用38X52屏片数Zi143单片管子根数ni104屏的深度cm2.55屏的平均高度hpjm据图可知参考文献15.96横向节距S imm6307比值Si/dSi/d16.588纵向平均节距sPJ2mm609比值sPJ2/dspj2/d1.5810屏的角系数Xhp查附录三图I(a)参考文献10.7711屏区接受炉膛热辐射面积AfPQ2 mA pq=Ac h8012屏的对流受热面积APm2据图计算参考文献141313屏的计算对流受热面积AJSP2 mApXhp318.0114屏区炉顶受热面积Aidm2据图计算 参考文献116.9715屏两侧水冷壁受热面 积ACqm2据图计算 参考文献129.516屏区附加受热面积Apfjm2Ald+Acq6317屏接受炉膛热辐射面 积AfPm2AfpqXAjsP/(AjsP+Apfj)66.7718炉顶附加受热辐射面积A，m2AfpqXAid/(AjsP+Apfj)3.5619水冷壁附加受热面辐射面积AfsldpfJm2AfpqXAc q/(Ajsp+Apfj)6.1920烟气进屏流通面积Apm251.421烟气出屏流通面积Ap2 m49.823电站锅炉原理课程设计说明书22烟气平均流通面积Apjm22APZ Ap/(Apz+Ap)50.623蒸汽流通截面积Am2TT/4d2nriiZi0.08624蒸汽质量流速p wKg/(m2s)(D-D1w2)/(3600A)729.9725烟气辐射层有效厚度Sm1.8/(l/hPJ+l/S1+l/c)0.836.2屏式过热器热力计算屏式过热器的热力计算结果列于表6-2中。表6-2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0 p，e p，=e J1073.42烟气进屏焰H，。kj/kgH，p二 H17950.63烟气出屏温度0 p假定953.44烟气出屏焰%kj/kg查培温表4-36960.65烟气平均温度9 pj1/2(0 p，+0 J)1013.46屏区附加受热面对流吸热量Qdpfjkj/kg先估计后校 QldPfJ=50,QslbPfJ=901407屏的对流吸热量QdPkj/kg(p(H p-Hp7)-QdPfj845.48屏入口吸受的炉膛辐射热量q7kj/kgQfp=QhP443.19三原子气体辐射减弱系数Ky1/(mM Pa)10(0.78+1.62rH2。)/(10pns)1/2-0.1)(1-0.37TPJ/1000)10.5710乘积Kyrnl/(M Pa)Ky Pn3.0111灰粒辐射减弱系数Khl/(M Pa)55900/(T2PJd2h)1/3100.2112飞灰浓度|J hkg/kg查烟气特性表4-20.035613乘积Khp hl/(M Pa)Kh|J h3.5714烟气流的辐射减弱系Kl/(M Pa)Ky Tn+Kh|J h6.5815乘积KpsKps0.46216屏区的烟气黑度al-e-kps0.36924电站锅炉原理课程设计说明书17屏进口对出口的角系 数q)p(P p=(c/Si)2+)1/2-c/si0.12418修正系数t按煤种选取，据参考文献10.519屏出口面积A，。m2等于对流过热器进口面积51.220炉膛及屏间烟气对屏后受热面的辐射热量kj/kgQfPv=Q7(1-a)(p P/p+5.67X 10一口凡 T4p71rX3600/Bj137.521屏区吸受炉膛辐射热量Qikj/kgq7-Q305.622屏区炉顶附加受热面 吸受的炉膛辐射热量Qfjkj/kgQfpqAfldpfj/(Afldpfj+AfslbpfJ-+Afp)14.2123屏区水冷壁附加受热面吸受炉膛辐射热量QfslbPfjkj/kgQfpqAfldpfj/(Afldpfj+Afspfj+Afp)24.7224屏吸收的炉膛辐射热QfPkj/kgQfpq-Qflbpfj-QfSlbpfj266.2725屏所吸受的总热量QPkj/kgQpd+Qfd1112.0726蒸汽进屏焰IVkj/kg(D-D jW2-D jwi)h qp+D jwih js/(D-D jw2)300527蒸汽进屏温度tp，37028蒸汽出屏焰h ph p，+QPBj/(D-Djw2)3259.3229蒸汽出屏温度tp查蒸汽特性表,P=10M PA45230屏内蒸汽平均温度tpj1/2(tp，+tp)41131屏内蒸汽平均比容VPjm3/kg查表 P=9.985M PA,T=4190.02321532屏内蒸汽平均流速wm/s(D-Djw)vPj/(3600A)16.5733管壁对蒸汽的放热数a2w/(m2)查附录三图IX据参考文献1262534屏间烟气平均流速Wym/sBNS PJ+273)/(273X3600APJ)335烟气侧对流放热系数Hdw/(m2)查附录三图XI据参考文献13536灰污系数8m2/w0.00537管壁灰污层温度thbTpj+(+l/a2)BJQp/AjsPX3.66815.1525电站锅炉原理课程设计说明书注：;为燃料种类修正系数38辐射放热系数afw/(m2)查附录三图XV得af=aa0据参考文献口103.3239利用系数C查附录三图XIV据参考文献10.840烟气对管壁放热系数aiw/(m2)(adn d/2s2xh p+af)118.841对流传热系数kw/(m2)ai/l+(l+Qfp/Qdp)(+1/a2)ai64.442较大温差 toe p，-tp703.443较小温差 txe p-tp501.444平均温差 t tD/A tx=1.40kg/h50004000烟与亮痈侑额_ _电站锅炉原理课程设计说明书 586.陈立勋、曹子栋.锅炉本体布置及计算.西安交通大学.19715.东南大学范从振主编.锅炉原理.水利电力.19864.钟史明等.水和水蒸气性质参数手册.水利电力.19953.冯俊凯、沈幼庭.锅炉原理及计算.科学.1992年.第二版2.赵翔、任有中.锅炉课程设计.水利电力.1991年5月.第一版1.容銮恩等.电站锅炉原理.中国电力.1997年n月.第一版参考文献