锅炉课程设计说明书 - 图文

能源与环境学院 · 热能与动力工程·课程设计说明书

目 录

前言 .....................................................2 第一章 锅炉课程设计概述 ....................................3

1.1锅炉课程设计的目的 ..................................3 1.2锅炉课程热力计算方法 ................................3 1.3校核热力计算主要内容 ................................3 1.4整体校核热力计算的过程的顺序 .........................3 第二章 辅助计算 ...........................................4

2.1 锅炉主要参数及燃料特性 .............................4 2.2 燃烧产物容积计算.......................................5 2.3 空气平衡量及焓温表.....................................6

锅炉热平衡及燃料消耗量计算...............................9

第三章 炉膛热力计算.............................................10 第四章 对流受热面的校核热力计算.................................16

4.1 屏与凝渣管的热力计算....................................17 4.2 高、低温对流过热器的热力计算............................23 4.3 高、低温省煤器的热力计算................................31 4.4 高、低温空气预热器的热力计算............................37

第五章 锅炉热力计算误差检查.....................................44 第六章 总结.....................................................46

附表...........................................................47 附图...........................................................53 参考文献.......................................................65 2.4

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前 言

虽然说核动力有了一定的发展，但当今电能生产仍是以火力发电为主。而锅炉是火力发电厂的三大主机中最基本的能量转换设备。其作用是使燃烧在炉内燃烧放热，并将锅炉内的工质由水加热成具有足够数量和一定温度和压力的过热蒸汽，供汽轮机发电。

当今世界对锅炉高效利用能源仍在进行不断研究，所以作为热能专业的我们必须对锅炉的构造，蒸汽与烟气流程这些基本知识相当熟悉。同时我们应该掌握锅炉的设计方法以及各种参数的计算，为了更好掌握这些知识，于是进行了为期三周的课程设计，这样更有助于我们掌握专业知识。

本设计说明书是以国产220t/h高压锅炉为对象，对整个热力校核计算进行的详细的说明与计算。

在校核设计的过程中得到了魏老师的精心指导和同学们的大力的帮助，在此表示由衷的感谢！

由于设计时间比较短，再加上我个人能力所限，所以在编写的过程中难免会出些错误，敬请老师们批评指正。

编者 2008年12月

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第一章 锅炉课程设计概述

? 1.1锅炉课程设计的目的

锅炉课程设计是“锅炉原理”课程的重要实践性环节。通过课程设计以达到巩固、充实和提高锅炉课程知识；掌握锅炉机组的热力计算方法，并学会使用热力计算标准；具备综合考虑机组设计与布置的初步能力；培养我们查阅、合理选择和分析数据的能力；培养我们对工程技术问题的严肃和负责的态度。

? 1.2锅炉课程设计热力计算方法

根据计算任务的不同，可分为设计（结构）热力计算和校核热力计算两种。我是进行校核热力计算。

校核热力计算：校核热力计算的任务是在锅炉容量和参数、燃料性质、锅炉各部结构和尺寸已知的情况下，确定各受热面边界处的水、气、风、烟温度以及风、烟流经各受热面时的速度和锅炉效率、燃料消耗量等。校核热力计算可以帮助人们正确确定锅炉安全经济运行水平和改造锅炉的合理措施，同时也为锅炉的其他计算，如锅炉通风计算、强度计算以及水动力计算等提供有关的基础数据。

? 1.3校核热力计算的主要内容

1.锅炉辅助设计计算：这部分计算的目的是为后面受热面的热力计算提供必要的基本计算数据或图表。

2.受热面热力计算：其中包含为热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算。

? 1.4整体校核热力计算过程的顺序

1、列出热力计算的主要原始数据，包括锅炉主要参数和燃料特性参数；

2、根据燃料、燃烧方式及锅炉结构布置方式特点，进行锅炉通道空气量平衡计算； 3、理论工况下（α=1）的燃烧计算； 4、计算锅炉通道内烟气的特性参数； 4、绘制烟气焓温表；

5、锅炉热平衡计算和燃料消耗量的估算； 6、锅炉炉膛热力计算；

7、按烟气流向对各受热面依次进行结构和热力计算；

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8、锅炉整体计算误差的校验。

第二章 辅助计算

2.1锅炉主要参数及燃料特性：

①锅炉额定蒸发量：De=220 t/h=220×103 kg/h ②给水温度： tgs =215℃ ③过热蒸汽温度： tgr=540℃ ④过热蒸汽压力： pgr=9.8MPa

⑤制粉系统：中间仓储式（热空气作干燥剂、钢球筒式磨煤机） ⑥燃烧方式：四角切圆燃烧 ⑦排渣方式：固态 ⑧环境温度：20℃

⑨蒸汽流程：汽包→顶棚管→低温对流过热器→屏式过热器→高温对流过热

器冷段 高温对流过热器热段→汽轮机

⑩烟气流程：炉膛→高温对流过热器→低温对流过热器→高温省煤器→高温空气预热器→低温省煤器→低温空气预热器

锅炉受热面的布置结构如右图： 本组选用的燃料为新汶煤，首先要对燃料的应用基成分进行校核，本燃料校核并不是100%，所以把多余的归到氧上，给氧减了1%。关于燃料的其他数据请参考表2-1。

锅炉本体结构简图

一次减温喷水 二次减温喷水 4

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元素成分（%） 收到基水分 灰碳 分 氢 氧 氮 硫 低位量（kJ/kCar 61 Har Oar Nar 4.1 5.8 1.4 Sar 2.9 g） 干燥空气无灰干燥基挥基水发分MadMar 6 Aar 18.8 Vdaf (%) 22415 46 3.5 1.4 （%） 系数Kkm 磨性BTИ法可变形温度DT (℃) 1190 灰熔点 软化温度ST (℃) >1500 熔化温度FT(℃) 表2-1新汶烟煤煤质分析

2.2 燃烧产物容积计算

需计算出理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸汽容积等。计算结果见表2-2燃烧计算表。

表2-2燃烧计算表

序号 1 项目名称 理论空气量 理论氮容积 符号 单位 计算公式及数据 0.0889(Car+0.375Sar)+0.265H0.8-0.0333Oar 结果 6.4129 V0 Nm 3/kg ar2 V0N22NmNmNm3/kg Nar100+0.79V 05.0773 3 RO2容积 4 理论干烟气容积 理论水蒸汽容积 VVV RO20GY3/kg 1.866C0Nar100+0.7S ar100 1.1585 3/kg V11.122+VRO26.2358 5 0H2O Nm 3Har/kg 100+1.24M100ar+1.61dg) kV(dk=0.01kg/k00.6327 6 飞灰份额 afh 查指导书表2-4 0.95 2.3空气平衡量及焓温表

（1）炉膛出口过量空气系数是由燃料性质和燃烧方法决定的，对于炉膛和烟道各处实际空气量的计算称为锅炉的空气平衡量、在锅炉热力计算中，常用过量空气系数来说明

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炉膛和烟道的实际空气量。其值可从表1～2中选取。本校核热力计算取得是满负荷，可按额定漏风系数来做，查表1-5，其中各个受热面出口过量空气系数也可按锅炉课程说明书表1-5的公式计算。

表2-3烟气特征表

炉膛，序项目名称 号 管 1 漏风系数 受热面出2 口过量空气系数 烟道平均3 过量空气系数 干烟气容4 水蒸气容5 积 烟气总容6 RO2容积7 水蒸气容8 三原子气体和水蒸9 汽溶剂总份额 容积飞灰10 _ 0.2216 0.2196 0.2156 0.2122 0.2071 0.2023 0.1976 α\_ 1.2 1.225 1.25 1.27 1.32 1.34 1.39 △α 0 0.025 0.025 0.02 0.05 0.02 0.05 符号 单位 屏凝渣高过 低过 煤器 预器 煤器 预器 高温省高温空低温省低温空aPJ _ 1.2 1.2125 1.2375 1.26 1.295 1.33 1.365 VVVGY m3/kg 7.5183 7.5985 7.7588 7.9031 8.1276 8.352 8.5765 积 H2O m3/kg 0.6533 0.6546 0.6572 0.6595 0.6631 0.6667 0.6703 Y m3/kg 8.1716 8.2531 28.416 8.5626 8.7907 9.0187 9.2468 积 rRO_ 0.1417 0.1403 0.1376 0.1352 0.1317 0.1284 0.1252 份额 rH2Or _ 0.0799 0.0793 0.078 0.077 0.0754 0.0739 0.0724 积份额 ?v 21.856g/m3 1 21.6403 21.2214 20.8581 20.3169 19.8032 19.3147 浓度

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续表

11 烟气质量 my 质量飞灰12 μy 浓度 kg/kg 0.0164 0.0162 0.0159 0.0157 0.0153 0.0149 0.0145 kg/kg 10.8622 10.9669 11.1763 11.3648 11.6579 11.951 12.2442 （2）烟气焓、空气焓、蒸汽焓的计算： 炉膛、屏式过热器、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、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列成表格作为温焓表。具体见表2-4、2-5、2-6 。

表 2-4 烟气焓温表（用于炉膛、屏式过热器、高温过热器计算）

烟气或空气温理论烟气焓 理论空气焓hk(kj/kg) 0炉膛、屏、凝渣管 α\1.2 理论烟气焓增(每100℃）△hy (kj/kg) 0高温过热器 α\1.225 度 hy0（kj/kg） ?（℃） 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300

hy △hy hy △hy 3963.8242 5025.3336 6114.7403 7231.5432 8372.1934 9531.283 10709.2715 11904.4932 13113.6601 14338.8756 15571.0325 16814.6449 18068.0599 19332.1242 20598.4364 21872.4988 23150.7082 24440.4999 25726.5941 27022.5232 3474.2527 4387.3855 5321.0396 6273.8683 7240.9336 8223.3899 9217.2611 10227.87 11244.6353 12275.8938 13314.4629 14357.8418 15409.4291 16464.0946 17519.1449 18589.9069 19659.3862 20737.9718 21814.3771 22898.8626 - 1061.5094 1089.4067 1116.8029 1140.6502 1159.0896 1177.9885 1195.2217 1209.1669 1225.2155 1232.1569 1243.6124 1253.415 1264.0643 1266.3122 1274.0624 1278.2094 1289.7917 1286.0942 4658.6747 5902.8107 7178.9482 8486.3168 - 1244.136 1276.1375 1307.3686 4745.531 6012.4953 7311.9742 8643.1635 - 1266.9643 1299.4789 1331.1893 9820.3801 1334.0633 10001.4034 1358.2399 11175.9609 1355.5808 11381.5457 1380.1423 12552.7237 1376.7628 12783.1552 1401.6095 13950.0672 1397.3435 14205.7639 1422.6087 15362.5871 1412.5199 15643.703 1437.9391 16794.0543 1431.4672 17100.9517 1457.2487 18233.925 1439.8707 18566.7866 1465.8349 19686.2132 1452.2882 20045.1593 1478.3727 21149.9457 1463.7325 21535.1814 1490.0221 22624.9431 1474.9974 23036.5454 1501.3640 24102.2653 1477.3222 27082.5854 1492.1053 24540.244 27574.07 1503.6986 1518.8422 25590.4801 1488.2148 26055.2278 1514.9838 28588.0942 1505.5088 29106.5435 1532.4735 30089.4695 1501.3753 30634.8289 1528.2854 31602.2957 32174.7672 7

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2400 28319.9748 23983.7329 33116.7213

表2-5 烟气焓温表（用于低温过热器、高温省煤气的计算）

烟气或空气温度?（℃） 300 400 500 600 700 800 理论烟气焓hy（kj/kg） 0 33716.3147 理论空气焓hk0 (kj/kg) 低温过热器 理论烟气焓增△hy0 (kj/kg) a??= 高温省煤器 a??= 1.25 △hy - 1256.193 1.27 hy 3576.1943 4832.3873 6122.1799 7445.0002 hy 3627.8425 4901.8724 △hy - 1274.0299 1308.0552 1341.4933 2930.5917 3963.8242 5025.3336 6114.7403 7231.5432 8372.1934 2582.4107 3474.2527 4387.3855 5321.0396 6273.8683 7240.9336 - 1033.2325 1061.5094 1089.4067 1116.8029 1140.6502 1289.7926 6209.9276 1322.8203 7551.4209 8800.0102 1355.01 8925.4876 1374.0667 10182.4268 1382.4166 10327.2454 1401.7578 表2-6 烟气温焓表（用于高温空预器、低温省煤气的计算）

烟气或空气温度 理论烟气焓（kj/kg） hy0 理论空气焓hk0(kj/kg) 849.2603 理论烟气焓增△hy0 (kj/kg) 高温空预器 a??=1.32 a??=1.34 低温省煤器 ?（℃） 100 950.1602 200 300 400 500 600 hy △hy hy △hy - 976.3426 1004.0889 1033.2325 1061.5094 1089.4067 1221.9234 2473.1076 3756.9631 5075.585 6429.2969 7817.4729 - 1238.9087 - 1268.3617 1301.3409 1336.4588 1371.9745 1406.8491 1926.5028 1708.14 2930.5917 2582.4107 3963.8242 3474.2527 5025.3336 4387.3855 6114.7403 5321.0396 1251.1842 2507.2704 1283.8555 3808.6113 1318.6219 5145.0701 1353.7119 6517.0446 1388.176 7923.8937 表2-7 烟气焓温表（用于低温空预器计算）

烟气或空气温度 0理论烟气焓hy（kj/kg） 理论空气焓hk0 (kj/kg) 950.1602 1926.5028 2930.5917 3963.8242 5025.3336 6114.7403 849.2603 1708.1400 2582.4107 3474.2527 4387.3855 5321.0396 理论烟气焓增△hy0 (kj/kg) ― 976.3426 1004.0889 1033.2325 1061.5094 1089.4067 低温空预器 a??=1.39 ?（℃） 100 200 300 400 500 600 hy 1281.3717 2592.6774 3937.7318 5318.7827 6736.4139 8189.9457 △hy 1311.3057 1345.0544 1381.0509 1417.6312 1453.5318

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2.4锅炉热平衡及燃料消耗量计算

?计算锅炉输入热量，包括燃料的收到基低位发热量，燃料物理显热、外来热源加热空气时带入的热量。

?各项热损失，包括化学不完全燃烧热损失q3和机械不完全燃烧热损失q4，锅炉散热损失q5，灰渣热物理损失q6，排烟热损失q2。具体数据见锅炉热平衡及燃料消耗量计算表2-8.

表2-8 锅炉热平衡及燃烧消耗量计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 名称 锅炉输入热量 排烟温度 排烟焓 冷空气温度 理论冷空气焓 化学未完全燃烧损失 机械未完全燃烧损失 排烟处过量空气系数 排烟损失 散热损失 灰渣损失 锅炉总损失 锅炉热效率 保热系数 过热蒸汽焓 给水温度 给水焓 锅炉有效利用热 实际燃料消耗量 计算燃料消耗量 符号 Qr 单位 kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg % % % % % % % 公式 式（2-8）Qr≈Qra.net 先估后算 查焓温表用插值法求 取用 h0lk=(ct)kV0 取用 取用 查表2-9即低温空预器出口过量空气过量系数 （100-q4)(hpy-αpyh0lk)/Qr 取用 式（2-13） q2+q3+q4+q5+q6 100-∑q 1-q5/(η+q5) 查附录B-6、B-7,高温过热器出h\gg tgs hgs Q B Bj kJ/kg 口参数 p=9.9Mpa(查表1-6），t=540℃ ℃ 给定 查附录B-6、B-7，低温省煤器入kJ/kg 口参数 p=10.78Mpa(查表1-6），t=215℃ kJ/h kg/h kg/h Dgr(h\gg-hgs) 100*Q/(ηQr) B(1-q4/100) 923.78 5.62E+08 23895.1157 23536.6890 3476.1 215 结果 25140 130 1243.06 20 169.85 0.5 1.5 1.4 3.9986 0.5 0.029 6.5276 93.4724 0.9946 ?py hpy tlk h0lk q3 q4 αpy q2 q5 q6 ∑q η φ

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第三章 炉膛热力计算

校核热力计算步骤：

1、计算炉膛结构尺寸及烟气有效辐射层。

2、选取热风温度、并依据有关条件计算随每kg燃料进入炉膛的有效热量。

3、根据燃料种类、燃烧设备的形式和布置方式，计算火焰中心位置的系数M。

4、估计炉膛出口烟温，计算炉膛烟气平均热容量。 5、计算炉膛受热面辐射换热特性参数。

6、根据燃料和燃烧方式计算火焰黑度和炉膛黑度。 7、计算炉膛出口烟温。

8、核对炉膛出口烟温误差。

9、计算炉膛热力参数。

10、炉膛内其他辐射受热面的换热计算。具体见表3-2、表3-3

表3-1 炉膛的结构数据

序号 1 名称 前墙总面积 符号 Ａq 单位 公式 7．68[（1.395+0.905）+3.995/2]+ 22.176?(5.888+2?1.276) 结果 219.62 m2 A 侧墙总面积 2Ac 2c1=(6.912+3.995)?1.762?0.5 A 2 C2=5.126?12.976 AC3=[5.126+(6.912-0.896-1.76)]?1.106?0.5 m AAC5C4=(6.912-0.896-1.76)?0.334 218.48 =[(6.912-0.896-1.76)+3.39]?0.86 ?0.5 AACC6=6.974?3.39 =Ac1+AC2+AC3+AC4+AC5+AC6 3 后墙总面积 喷燃器及门孔面积 炉顶面积 炉膛与屏的交界面积 Ah mmmm2 7．68[（1.395+0.905）+3.995/2]+12.976? (5.888+2?1.276)+7.68?2.032 157.74 4 Ayc 2 6 5 Ald 2 7.68(3.39+0.869)-2?0.5?0.896?0.896 32.11 6 A2 2 (6.974+0.225+0.334)?7. 65.61

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