1、锅炉原理课程设计 榆 林 学 院 题 目锅炉课程设计学生姓名学 号 院 ( 系 )能源工程学院专 业热能与动力工程指导教师胡广涛报告日期2015年06月 10日 前言第一章锅炉课程设计任务书4第二章煤的元素分析数据校核和煤种判别5第三章燃料燃烧计算6第四章锅炉热平衡计算8第五章 炉膛设计和热力计算9第六章前屏过热器设计和热力计算13第七章 后屏过热器设计和热力计算17 第八章高温再热器设计和热力计算21第九章第一悬吊管热力计算25第十章 高温对流过热器设计和热力计算27第十一章第二悬吊管热力计算30第十二章 低温再热器垂直段设计和热力计算32第十三章 转向室热力计算36第十四章 低温再热器水平
2、段设计和热力计算38第十五章 省煤器设计及热力计算41第十六章 分离器气温和前屏进口气温的校核44第十七章 空气预热器设计和热力计算45第十八章 锅炉整体热平衡校核52第十九章 热力计算结果的汇总53前 言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
3、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。第一章 锅炉课程设计任务书1.1 引言 锅炉课程设计是巩固我们理论知识和提高实践能力的重要环节。它不仅使我们对锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高掌握了锅炉机组的热力计算方法，学会使用锅炉机组热力计算标准方法，并具有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力而且培养了我们查阅资料，合理选择和分析数据的能力，培养了我们严肃认真和负责的态度。 我国的锅炉目前以煤为主要燃料。锅炉的结构设计和参数的设计与选择以及煤种的选择与应用等都
4、将会对燃料效率、锅炉安全经济运行水平以及环境污染等问题有影响。因为在锅炉设计中对锅炉的性能、结构、经济性和可靠性等方面进行各种计算，尤其是热力计算作为主要和基础的计算，为锅炉的其他计算，如水和空气动力计算、烟气阻力计算、强度计算等提供相关的重要的基础数据1.2 锅炉设计参数（1）锅炉额定蒸发量：D1=1913t/h（2）过热蒸汽压力:P1=25.4 Mpa（3）过热蒸汽温度: t1=571 （4）给水温度 :tgs=282（5）给水压力：pgs=29.35Mp（6）周围环境温度：t1k=20（7）排烟温度假定值：1261.3 燃料特性;（1）燃料名称：神府东胜煤（2）煤的收到基成分：（%）：C
5、y=57.33 Hy=3.62 Oy=9.94 Ny=0.70 Sy=0.41 Wy=13.00 Ay=15.00（3）煤的干燥无灰基挥发分：Vy=33.64%（4）煤的低位发热值：Qydw=21805kJ/kg（5）灰熔点：DT、ST、FT1500名 称符 号单 位计算公式或数据来源结 果额定蒸发量Dsht/h给定1913过热蒸汽压力pshMPa给定，表压25.4过热蒸汽温度tsh给定571再热蒸汽流量Drht/h给定1586再热蒸汽入口压力prhMPa给定，表压4.35再热蒸汽入口温度trh给定310再热蒸汽出口压力prhMPa给定，表压4.17再热蒸汽出口温度trh给定569给水压力pf
6、wMPa给定，表压29.35给水温度tfw给定282周围环境温度tca给定20锅炉燃煤特性神府东胜煤（1）碳收到基质量百分比Car%给定57.33 （2）氢收到基质量百分比Har%给定3.62 （3）氧收到基质量百分比Oar%给定9.94 （4）氮收到基质量百分比Nar%给定0.70 （5）硫收到基质量百分比Sar%给定0.41 （6）灰分收到基质量百分比Aar%给定15.00 （7）水分收到基质量百分比Mar%给定13.00 （8）挥发分干燥无灰基质量百分比Vdaf%给定33.64 （9）燃料收到基低位发热量Qnet,arkJ/kg给定21850第二章 煤的元素分析数据校核和煤种判别2.1煤
7、的元素分析数据校核和煤种判别：元素之和Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar100 元素之和正确否？正确高位发热量（经验公式）Qgr,arkJ/kg339Car+1256Har-109(Oar-Sar)22943 低位发热量（经验公式）Qnet,arkJ/kgQgr,ar-r(0.09Har+0.01Mar) 21803 经验公式值和给定值之差Qnet,arkJ/kgQnet,ar-Qnet,ar2误差判别Qnet,ar800正确煤的折算因子red4190/Qnet,ar0.192 折算灰分Ared,arredAar2.88 折算水分Mred,arredMar2.50 折算硫分
8、Sred,arredSar0.08 煤的灰分特性判断Ared,ar4%低灰分煤Mred,ar8%低水分煤Sred,ar0.2%低硫分煤2.2 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)机炉之间的连接管道不长。2.3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。本锅炉为中压参数，汽化吸热较少，加热吸热和过热吸热较多。为使炉
9、膛出口烟温降到要求的值，保护水平烟道的对流受热面，在水平烟道内布置高、低温对流过热器。前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。设置省煤器时，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=350，理应采用二级布置空气预热器。在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。2.4汽水系统按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 汽包顶棚式过热器低温对流过热器一级喷水减温高温对流过热器汽轮机（2）水系统的流程 给水泵低温级省煤器高温级省煤器汽包下降管下联箱水冷
10、壁上联箱汽包。第三章 燃料燃烧计算3.1燃烧产物计算(1)理论烟气量及理论烟气容积(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=1.2，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fh=0.9，计算表42列出各项，此表为烟气特性表。炉膛，凝渣管高温对流过热器低温对流过热器二级省煤器二级空气预热器一级省煤器一级空气预热器进口1.201.231.261.281.311.33漏风0.050.030.030.020.030.020.03出口1.201.231.261.281.311.331.36表
11、41 空气平衡表表4-1 理论空气量和理论烟气量计算序号名 称符 号单 位计算公式或数据来源结 果1理论空气量VoNm3/kg0.0889 (Car + 0.375 Sar) + 0.265Har0.0333Oar5.739 2理论氮气容积VoN2Nm3/kg0.79 V0 + 0.008 Nar4.539 3三原子气体RO2的容积VRO2Nm3/kg0.01866 (Car+ 0.375 Sar)1.073 4理论水蒸汽容积V0H2ONm3/kg0.111 Har + 0.0124 Mar+ 0.0161 V00.655 5理论烟气容积VogNm3/kgVoN2+VoH2O+VRO26.26
12、7 (3)烟气焓温表表4-4 烟气焓温表序号温度()理论烟气焓I0g(kJ/kg)理论空气焓I0a(kJ/kg)飞灰的焓Ifa(kJ/kg)烟气的焓Ig=I0g+(-1)I0a+Ifa (kJ/kg)=1.2=1.24=1.28IgIgIgIgIgIg1100870.3 757.5 11.5 1063.6 1089.2 1093.9 1119.9 22001762.3 1526.5 24.1 2152.8 1122.2 2213.9 33002682.4 2312.7 37.6 3182.5 1121.3 3275.0 44003630.5 3110.3 51.3 4303.8 1149.3
13、55004602.7 3925.2 65.3 5453.1 1173.3 66005594.0 4763.0 79.8 6626.4 1204.6 77006612.9 5618.1 94.5 7831.0 1239.2 88007664.4 6484.6 109.3 9070.2 1258.2 99008733.7 7351.2 124.5 10328.5 1279.9 1010009820.1 8240.6 140.2 11608.4 1289.1 11110010910.7 9153.1 156.2 12897.5 1292.3 12120012004.8 10065.5 171.9 1
14、4189.8 1325.4 13130013125.8 10977.9 193.8 15515.2 1362.3 14140014271.0 11913.3 223.9 16877.5 1345.3 15150015402.5 12848.7 250.5 18222.8 1347.8 16160016551.9 13789.9 260.8 19570.6 1378.0 17170017709.2 14725.3 294.4 20948.6 1369.0 18180018874.3 15660.6 311.2 22317.7 1399.5 19190020052.4 16624.7 339.9
15、23717.2 1379.2 20200021221.9 17583.1 358.0 25094.4 1396.7 21210022407.5 18547.2 376.2 26493.1 1396.4 22220023595.1 19505.5 393.3 27889.5 （4）烟气特性表表4-3 烟气特性表序号名称及公式符 号单 位前屏至省煤器空预器热段空预器冷段1 烟道进口过量空气系数（查表3-3）a1.20 1.20 1.24 2 烟道出口过量空气系数（查表3-4）a1.20 1.24 1.28 3 烟道平均过量空气系数(+)/2aav1.20 1.22 1.26 4 过剩空气量(av-
16、1)VoVNm3/kg1.148 1.262 1.492 5 水蒸汽容积VoH2O+0.0161VVH2ONm3/kg0.674 0.676 0.679 6 烟气总容积Vgo+1.0161(av-1)VoVgNm3/kg7.433 7.550 7.783 7 RO2占烟气容积份额VRO2/VgrRO20.1443 0.1421 0.1378 8 H2O占烟气容积份额VH2O/VgrH2O0.0907 0.0895 0.0873 9 RO2+H2O的容积份额rRO2+rH2Org0.2350 0.2316 0.2251 10 烟气质量1-Aar/100+1.306avVoGgkg/kg9.844
17、 9.993 10.293 11 飞灰浓度，fa取0.95faAar/(100Gg)ashkg/kg0.0145 0.0143 0.0138 第四章锅炉热平衡计算4.1热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表表4-5 锅炉热平衡及燃料消耗量序号名 称符 号单 位计算公式或数据来源结 果1燃料带入的热量QfkJ/kgQnet.ar21805 2排烟温度exg给定126 3排烟的焓IexgkJ/kg调用函数1385.1 4冷空气温度tcaoC给定205理论冷空气焓IcaokJ/kg调用函数149.2 6机械不完全燃烧热损失q4%取用0.60 7化学不完全燃烧热损失q3%取用0.00
18、8排烟热损失q2%(Iexg-exgI0ca)(1-q4/100)/Qf1005.44 9散热损失q5%取用0.20 10灰渣热损失q6%取用0.06 11总热损失q%q2+q3+q4+q5+q66.30 12锅炉热效率b%100 -q93.70 14保热系数1-q5/(b+q5)0.9979 15过热蒸汽的焓ishkJ/kg调用函数，psh=25.4MPa注3400.5 16给水的焓ifwkJ/kg调用函数，pfw=19.35MPa1239.3 17过热蒸汽流量Dsht/h给定1913 18再热蒸汽出口焓irhkJ/kg调用函数，prh=4.16MPa3601.4 19再热蒸汽进口焓irhk
19、J/kg调用函数，prh=4.35MPa2975.0 20再热蒸汽流量Drht/h给定1586 21锅炉有效利用热量Q1kJ/hDsh(ish-ifw)+Drh(irh-irh)5.1279E+0922锅炉实际燃料消耗量Bkg/hQ1/(bQf/100)250991 24锅炉计算燃料消耗量Bcalkg/sB(1-q4/100)/360069.30 第五章 炉膛设计和热力计算炉膛尺寸的确定是借助于恰当选取一组炉膛热力参数（如炉膛的容积热负荷qv、截面热负荷qa等）来完成的。当选取了较大的qv时，炉膛容积就要小一些；当选取了较小的qa时，炉膛截面就大一些，炉膛变得较为矮胖。在选取炉膛容积热负荷qv
20、时，要综合考虑煤粉在炉内的停留时间、燃尽的条件、水冷壁受热面是否布置得开、炉膛出口烟温、炉膛温度和结焦倾向、整个炉膛的造价等。在一般情况下，按燃尽条件确定的炉膛容积VL，都不足以使烟气在炉内得到足够的冷却，因此，按冷却条件确定的qv值都要小于按燃尽条件确定的qv值。我国各大锅炉制造厂在炉膛设计中，多从燃烧安全、传热充分出发，按照冷却条件来确定qv，因此qv值都选得小些，从煤种的通用性来说采用较低的qv值较合适，缺点是锅炉尺寸较大，消耗钢材量较多。“标准”中表所规定的是按燃尽条件允许的qv值范围，其确定的炉膛容积都较小些。按照冷却条件确定qv值一般在80120 kW/m3之间选取；按燃尽条件确定
21、qv值一般在110170 kW/m3之间选取。表1列出了我国大容量锅炉炉膛热力参数的推荐范围：表1 我国300MW、600MW电站锅炉热力参数的推荐值 燃烧方式切向燃烧方式对冲燃烧方式机组容量等级300MW600MW300MW600MW容积热负荷qv，kW/m3贫煤85116821029012085105烟煤90118851059512590115褐煤75906080801007590截面热负荷qa， MW/m2贫煤4.55.24.65.44.25.24.65.4烟煤3.85.14.45.23.65.03.85.2褐煤3.34.33.64.53.24.53.54.8上排一次风喷嘴中心至屏下沿的
22、距离L，m贫煤1721.5192315201823烟煤1620182214181822褐煤1824202516221824表2列出了炉膛热力参数选取的某些影响因素。表2 对炉膛热力参数选取的一些影响因素名 称机组容量煤的着火性能煤的燃尽性能煤灰的结焦倾向容积热负荷qv-截面热负荷qa选定了炉膛容积热负荷qv之后，即可求炉膛容积VL： m3 （1）式中 B实际燃料消耗量，kg/s； Q,p燃料低位发热量，kJ/kg。确定了炉膛容积以后，即可根据所选取的另外一个炉膛热力参数qa，按下式确定炉膛的截面面积AL (通常指燃烧器标高处的炉膛截面积)： m2 （2）式中符号意义同前。在选取qa时，主要考虑
23、燃料的着火、燃尽性能、炉膛和燃烧器的结焦、水冷壁高温腐蚀等要求，例如当煤的挥发分低、灰分高时，应重点考虑煤的着火问题，qa不宜选取太低，以便提高燃烧器区域的炉温，促进煤的着火和燃尽；当燃用灰熔点偏低、易结焦的煤时，应注意考虑炉膛和燃烧器可能产生结焦问题，qa不宜选取太高，以便降低燃烧器区域的炉温，防止炉膛结焦。电站锅炉qa值的范围大致在3.25.4 MW/m2之间。选取合宜的炉膛宽深比c，可以确定炉膛的截面形状，从而在炉膛截面积AL已定的条件下，计算出炉膛截面的宽度和深度。对于采用四角布置直流燃烧器的锅炉，一般希望炉膛的宽深比不大于1.2，以保证良好的炉内空气动力工况。在确定炉膛宽度时还要兼顾尾部烟道的尺寸，能很好布置尾部受热面。以上只是大略地决定炉膛的宽度和深度，然后再根据水冷壁的具体结构加以修正。5.1炉膛结构设计表4-6 炉膛结构特征和水冷壁有效系数的计算序号名 称符 号单 位计算公式或数据来源结 果1前墙面积Ffrm2(35.538+7.332+9.458/2)18.816895.62 2后墙面积Fbm2(6.751+30.367+7.
