130煤粉炉设计说明书论文.docx
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130煤粉炉设计说明书论文
130t/h煤粉炉设计说明书
(1)理论烟气量和燃烧产物计算3
(2)制粉系统和各受热面漏风系数以及各进出口过量空气系数3
(3)烟气容积及有关特性计算3
(4)烟气和空气温焓表3
(5)锅炉整体热平衡计算3
(6)炉膛计算3
A炉膛结构计算3
B炉膛热力计算3
(7)凝渣管计算3
A凝渣管结构计算3
B凝渣管热力计算3
(8)低温过热器计算3
A低温过热器结构计算3
B低温过热器热力计算3
(9)高温过热器计算3
A高温过热器结构计算3
B高温过热器热力计算3
(10)高温省煤器计算3
A高温省煤器结构计算3
B高温省煤器热力计算3
(11)高温空气预热器计算3
A高温空气预热器结构计算3
B高温空气预热器热力计算3
(12)低温空气预热器计算3
A低温空气预热器结构计算3
B低温空气预热器热力计算3
(13)低温省煤器计算3
A低温省煤器结构计算3
B低温省煤器热力计算3
(14)汽水边和烟气边热平衡计算3
(15)热力计算汇总3
参考资料46
课程任务设计书
目的与要求:
课程设计的目的是为了使学生在学习了《锅炉原理》及相关专业课程以后,进行锅炉的热力计算、设计和布置锅炉受热面及工程制图的基本训练,通过一台煤粉炉的方案设计培养学生应用理论和专业知识设计锅炉等热力设备的能力。
要求学生充分重视这一十分重要的教学环节,独立、认真、按时、质量地完成所指定的任务。
题目:
130t/h煤粉锅炉设计
任务:
1、完成整台锅炉的热力计算,编写所设计锅炉的热力计算说明书。
2、完成锅炉设计总图(0号图纸,包括主、侧视图)绘制工作。
锅炉参数:
额定蒸发量(D):
130t/h额定蒸汽压力(P):
3.82MPa
1)额定蒸汽温度(tgr):
450℃给水温度(tgs):
150℃排污率:
P=5%
设计煤种:
Car=54.35%Har=2.56%Oar=2.75%Nar=0.88%
Sar=3.64%Aar=24.66%Mar=11.34%Vdaf=13.42%
t1(DT)=1140℃t2(ST)=1240℃t3(FT)=1330℃
Qar,net=23287kJ/kg
时间:
2013年1月1日至2013年3月5日
学生:
指导教师:
日期:
本锅炉采用“Π”型布置、自然循环。
燃烧器采用四角布置直流燃烧器。
过热器采用两级对流过热器,面式减温器置于两级之间。
省煤器和空气预热器均采用钢管式双级布置。
制粉系统:
球磨机,中间煤仓,热空气作干燥剂。
排渣方式:
固态。
各项计算以及说明:
(1)理论烟气量和燃烧产物计算
序号
名称
符号
单位
计算公式
结果
1
理论空气量
V0
m3/kg
0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar
5.539889
2
理论氮气容积
V0N2
m3/kg
0.79V0+0.8Nar/100
4.383552
3
理论水蒸汽容积
V0H2O
m3/kg
0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0
0.5139682
4
RO2容积
VRO2
m3/kg
1.866Car/100+0.7Sar/100
1.039651
漏风系数Δα
燃烧产物过量空气系数
空气的过量空气系数
入口α’
出口α’’
进口β’
出口β’’
制粉系统
0.1
炉膛
0.07
1.13
1.20
凝渣管
0
1.2
1.2
低温过热器
0.03
1.2
1.23
高温过热器
0.03
1.23
1.26
II级省煤器
0.02
1.26
1.28
II级空气预热器
0.03
1.28
1.31
1.06
1.03
I级省煤器
0.02
1.31
1.33
I级空气预热器
0.03
1.33
1.36
1.09
1.06
(2)制粉系统和各受热面漏风系数以及各进出口过量空气系数
注:
空气预热器区域的漏风只考虑由带正压的受热面空气侧漏入
具体选取过程:
根据[2]和[3]上相关内容,设计所对应煤种Vdaf约为43.48%,再根据其发热量为23287kJ/kg,可以推断出煤种是劣质无烟煤。
固态排渣室燃炉,燃料是无烟煤,炉膛出口过量空气系数范围是1.20~1.25,取1.20。
根据[2]表5-4、5-5、5-6可以查出所有Δα的值。
然后可以依次计算出制粉系统和各受热面的α’、α’’,以及两级空气预热器的β’、β。
(3)烟气容积及有关特性计算
序号
名称
符号
单位
计算公式
炉膛*和凝渣管
低温
过热器
高温
过热器
Ⅱ级
省煤器
Ⅱ级
空气预热器
Ⅰ级
省煤器
Ⅰ级
空气预热器
1
平均过量
空气系数
αpj
—
1/2(α’+α”)
1.20
1.215
1.245
1.27
1.295
1.320
1.345
2
实际水气
容积
VH2O
Nm3/kg
V0H2O+0.0161(αpj-1)V0
0.37493
0.37648
0.37959
0.38218
0.38477
0.38735
0.38994
3
烟气容积
Vy
Nm3/kg
V0N2+V0H2O+VRO2+(αpj-1)V0
7.9917
8.0882
8.2811
8.4419
8.6026
8.7634
8.9241
4
RO2容积
份额
rRO2
—
VRO2/Vy
0.15872
0.15682
0.15317
0.15025
0.14745
0.14474
0.14213
5
H2O容积
份额
rH2O
—
VH2O/Vy
0.04691
0.04655
0.04584
0.04527
0.04473
0.04420
0.04370
6
三原子气体容积份额
rq
—
rRO2+rH20
0.20563
0.20337
0.19901
0.19552
0.19217
0.18894
0.18583
7
烟气质量
Gy
kg/kg
1-Aar/100+1.306αpjV0
10.8484
10.9744
11.2263
11.4363
11.6462
11.8562
12.0661
8
烟气灰粒
浓度
μh
kg/kg
0.9Aar/100Gy
0.01900
0.01878
0.01836
0.01802
0.01770
0.01738
0.01708
注:
炉膛的一些辐射特性,如辐射减弱系数的肯定是以炉膛出口状态(如θ”l)为准基,故采用出口过量空气系数,而对各对流受热面的传热计算,是以平均特性为基础的,故采用平均过量空气系数。
烟气温度
VRO2=
1.268414
V0N2=
5.083064
V0H2O=
0.354226
I0y
V0=
6.430208
θ
(CT)θ
IRO2
(CT)θ
I0N2
(CT)θ
I0H2O
(CT)θ
I0k
100
170
215.63
130
660.80
151
53.49
929.92
132
848.79
200
358
454.09
260
1321.60
305
108.04
1883.73
266
1710.44
300
559
709.04
392
1992.56
463
164.01
2865.61
403
2591.37
400
772
979.22
527
2678.77
626
221.75
3879.74
542
3485.17
500
994
1260.80
664
3375.15
795
281.61
4917.57
684
4398.26
600
1225
1553.81
804
4086.78
969
343.25
5983.84
830
5337.07
700
1462
1854.42
948
4818.74
1149
407.01
7080.17
978
6288.74
800
1705
2162.65
1094
5560.87
1334
472.54
8196.06
1129
7259.70
900
1952
2475.94
1242
6313.17
1526
540.55
9329.66
1282
8243.53
1000
2204
2795.58
1392
7075.62
1723
610.33
10481.54
1437
9240.21
1100
2458
3117.76
1544
7848.25
1925
681.89
11647.90
1595
10256.18
1200
2717
3446.28
1697
8625.96
2132
755.21
12827.45
1753
11272.15
1900
4574
5801.73
2804
14252.91
3690
1307.10
21361.73
2899
18641.17
2000
4844
6144.20
2965
15071.28
3926
1390.69
22606.17
3066
19715.02
2100
5115
6487.94
3128
15899.82
4163
1474.64
23862.41
3234
20795.29
2200
5387
6832.95
3289
16718.20
4402
1559.30
25110.45
3402
21875.57
(4)烟气和空气温焓表
续上表
烟气温度
α"l=α"nz=1.2
α"grI=1.23
α"grII=1.26
α"smI=1.28
α"smII=1.31
α"kyI=1.33
α"kyI=1.36
θ
I
ΔI
I
ΔI
I
ΔI
I
ΔI
I
ΔI
I
ΔI
I
ΔI
100
1235.48
200
2413.963
2448.171
2499.48
1264.00
300
3591.20
3668.937
1254.974
3720.765
1272.593
400
4855.58
1264.39
4960.139
1291.20
5029.843
1309.078
500
6061.116
6149.08
1293.50
6281.029
1320.89
600
7371.475
1310.36
7478.22
1329.13
700
8526.58
8715.245
1343.77
8841.02
1362.80
800
9865.79
1339.20
10083.58
1368.33
900
10978.36
11225.67
1359.88
11472.98
1389.40
1000
12329.58
1351.22
12606.79
1381.12
1100
13699.13
1369.55
1200
15081.88
1382.75
1900
25089.97
2000
26549.18
1459.211
2100
28021.46
1472.286
2200
29485.56
1464.097
注:
由于1000afhAar/Qar,net=1000*0.9*8.95/23287=0.395<1.43,烟气焓值不考虑所含灰粒的焓值。
(根据[7]表5-2,固态排渣煤粉炉的afh取0.90~0.95,在这里取0.90)
所用到的计算公式:
I0k=V0Cktk;Iy=(VRO2CTRO2+V0N2CTN2+V0H2OCTH2O)θ;I=I0y+(α-1)I0k。
(5)锅炉整体热平衡计算
序号
名称
符号
单位
公式及数据来源
计算
结果
1
炉膛出口过量空气系数
α''l
—
选取,按照步骤
(2)中所得数据
1.2
2
一公斤燃料输入锅炉热量
Qr
kJ/kg
Qr=Qnet,ar+ir+Qwr+Qzq
Mar=26.81(%)小于Qar,net/628=23287/628=33.61,不计燃料显热ir;不考虑外来热源加热空气以及燃油雾化蒸汽带来热量,以Qwr、Qzq都记为0,所以Qr=Qnet,ar
23287
3
排烟温度
θpy
℃
选取。
见[2]表5-2
折算硫分Sar,zs=Sar/Qar,net×4182=0.067%<0.2%,硫分低,酸露点不会很高。
再加上Mar=26.81%位于4~30之间,根据[2]表5-2,应该取120~130,取130
130
4
排烟热焓
Ipy
kJ/kg
查步骤(4)中温焓表
根据αpy=1.36,通过插值法计算而得
1614.68
5
冷空气温度
t0lk
℃
选取
再无特殊外来热源时,一般取定30oC
30
6
冷空气焓
Iolk
kJ/kg
根据(4)中温焓表
根据插值法计算得到:
(848.79-0)/100×30+0
254.64
7
排烟热损失
q2
%
(1614.68-1.36×254.64)×(100-4)/23287
6.0053s
8
机械不完全燃烧损失
q4
%
选取,见[4]P103
根据《锅炉原理》,进行锅炉设计时,对于固态排渣炉,燃用无烟煤时,选取q4=4%
4
9
化学不完全燃烧损失
q3
%
选取,见[4]P103
根据[4],进行锅炉设计时,煤粉炉q3=0
0
10
灰渣热损失
q6
%
Aar=8.95%,Qar,net/418=23287/418=49.53%,不计灰渣热损失
0
11
散热损失
q5
%
按[4]图4-2选取
0.64
12
各项热损失之和
qi
%
q2+q3+q4+q5+q6
5.29+0+4+0.64+0
9.93
续上表
序号
名称
符号
单位
公式及数据来源
计算
结果
13
锅炉热效率
η
%
100-9.93
90.07
14
保温系数
φ
—
90.07/(90.07+0.64)
0.993
15
锅炉额定蒸发量
D
kg/s
给定
130*103/3600
36.11
16
额定气温过热蒸汽焓
igr
kJ/kg
查水蒸气性质表
按P=3.82+0.1=3.92Mpa,tgs=450℃
3331.8
17
给水焓
igs
kJ/kg
查水蒸气性质表
按P=3.82×1.1×1.08+0.1=4.64Mpa
634.9
18
排污水量
Dpy
kg/s
0.05*36.11
1.806
19
排污水焓
ipy
kJ/kg
查水蒸气性质表
按P=3.82×1.1+0.1=4.3Mpa的饱和水焓
1107.6
20
锅炉有效利用热
Qyx
kJ/kg
36.11(3331.8-634.9)+1.086(1107.6-634.9)
97898.4
21
燃料消耗量
B
kg/s
97898.4×100/(90.07×23287)
5.478
22
计算燃料消耗量
Bj
kg/s
5.478*(100-4)/100
5.259
注:
若排污率ρ<2%,排污水热量可不计入有效利用热,然而这里取得ρ=5%,所以需要考虑排污水带走热量。
(6)炉膛计算
A炉膛结构计算
序号
名称
符号
单位
公式及数据来源
计算
结果
1
侧墙面积
Fcq
m2
0.5×(4.697×2.676)+0.5×(4.697+5.121)×2.404+0.5×
(5.121+6.225)×1.104+6.225×10.75+0.5×(6.225+3.564)×1.9
100.567
2
前墙面积
Fqq
m2
(2.676×2+2.404+1.104+10.750+2.319+0.5×3.564)×6.99
165.740
3
后墙面积
Fhq
m2
(10.750+2.319+0.5×3.564)×6.99
103.808
4
烟窗面积
Fyc
m2
(1.561+4.395+0.8)×6.99
47.224
5
炉膛包复面积
F1
m2
2Fcq+Fqq+Fhq+Fyc
2×111.46+177.97+116.04+47.22
517.91
6
炉膛容积
V1
m3
Fcqa
111.4609×6.99
702.964
7
水冷壁管尺寸
—
选用
Φ60×3
8
水冷壁节距
S
mm
选取
75
9
水冷壁管中心到炉膛距离
e
mm
选取
60
10
水冷壁角系数
x1
—
据s/d=75/60=1.25;e/d=60/60=1.0
0.96
11
烟窗角系数
xyc
—
透过烟窗热量全部被下游受热面吸收
1.0
12
燃烧器面积
Fr
m2
每个燃烧器占炉墙面积不超1m2,不计
0
13
水冷壁有效辐射受热面积
H1
m2
x1(F1-Fyc-Fr)
0.96(517.91-47.224-0)
451.855
14
烟窗有效辐射受热面积
H2
m2
xycFyc
1.0×47.224
47.224
15
炉膛总有效辐射受热面积
Hl
m2
H1+H2
451.855+47.224
499.080
16
炉膛有效辐射层厚度
s
m
3.6*V1/V2
3.6×702.96/517.97
4.886
17
炉膛高度
h1
m
自冷炉斗中心到出口烟窗中心
1.9+10.750+0.5(1.104+2.404+2.676)
15.742
18
燃烧器中心到
冷炉斗中心高度
hr
m
3.60
续上表注:
对于容量不大的锅炉,炉膛尺寸主要是根据qv(本设计qv≈150kW/m3)、灰熔融特性和燃烧器布置而确定。
B炉膛热力计算
序号
名称
符号
单位
公式及数据来源
计算
结果
1
炉膛出口过量空气系数
α''1
—
选取,根据
(2)中的表
1.20
2
炉膛漏风系数
△α1
—
选取,根据
(2)中的表
0.07
3
制粉系统漏风系数
△αzf
—
选取,根据
(2)中的表
0.10
4
热空气温度
trk
℃
选取,见[4]表8-2
根据[4]表8-2,无烟煤固态排渣炉推荐热风温度为360℃~400℃,选取360℃。
360
5
热空气焓
Iork
KJ/Kg
查(4)中θ-I表
3127.65
6
冷空气温度
tlk
℃
选取
30.0
7
冷空气焓
Iolk
KJ/Kg
查(4)中θ-I表
254.636
8
每公斤燃料送入炉内空气热量
Qk
KJ/Kg
(α''1-△α1-△αzf)Iork+(△α1+△αzf)Iolk
(1.20-0.07-0.10)×3127.65+(0.07+0.10)×254.636
3264.771
9
每公斤燃料送入炉内热量
Ql
—
23000×[1-0/(100-4)]+3264.771
26264.771
10
理论燃烧温度
θll
—
查(4)中θ-I表
通过在1900℃和2000℃之间差值得到结果
1980.51
11
火焰最高温度处相对高度
xmax
—
hr/hl+Δx
(3.6/15.742)+0
0.2287
12
系数
M
—
0.56-0.5xmax
0.56-0.5×0.2287
0.4457
13
假定炉膛出口烟温
θ''l
oC
先假定,后复核
需要迭代
1062.0
14
炉膛出口烟焓
I''l
KJ/Kg
查(4)中θ-I表
13178.705
15
烟气平均热容量
(VC)pj
KJ/(KgoC)
(Q1-I”1)/(θ11-θ”1)
(26264.771-13178.705)/(1980.51-1062)
14.247
16
三原子气分压力
Pq
Mpa
P×rq
0.1×0.2056
0.02056
续上表
序号
名称
符号
单位
公式及数据来源
计算
结果
17
三原子气体辐射减弱系数
kq
1/(mMpa)
10
3.810
18
灰粒辐射
减弱系数
kh
1/(mMpa)
83.39
19
煤种对焦粒浓度影响系数
X1
—
劣质无烟煤,见[4]P319
根据[4]P319,低反应能力的无烟煤和贫煤燃烧主要在过渡区进行,火焰中焦炭粒子相对平均浓度水平较高,X1=1.0
1.0
20
燃烧方式对焦粒浓度系数影响
X2
—
室燃煤粉炉,见[4]P320
0.1
21
焦炭粒辐射减弱系数
kj
1/(mMpa)
根据[5]P233
10
22
辐射减弱系数
k
1/(mMpa)
kqrq+khμh+kjX1X2
3.810×0.20563+83.39×0.01900+10×1×0.1
3.368
23
火焰黑度
αhy
—
1
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