能源与动力工程学院课程设计-锅炉文档格式.docx
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(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
6.430208
2
理论氮气容积
V0N2
0.79V0+0.8Nar/100
5.083064
3
理论水蒸汽容积
V0H2O
0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0
0.354226
4
RO2容积
VRO2
1.866Car/100+0.7Sar/100
1.268414
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
1.2
低温过热器
0.03
1.23
高温过热器
1.26
II级省煤器
0.02
1.28
II级空气预热器
1.31
1.06
1.03
I级省煤器
1.33
I级空气预热器
1.36
1.09
(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9%,再根据其发热量为23000kJ/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
炉膛*和凝渣管
低温
过热器
高温
Ⅱ级
省煤器
空气预热器
Ⅰ级
平均过量
空气系数
αpj
—
1/2(α’+α”)
1.215
1.245
1.27
1.295
1.320
1.345
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
烟气容积
Vy
V0N2+V0H2O+VRO2+(αpj-1)V0
7.9917
8.0882
8.2811
8.4419
8.6026
8.7634
8.9241
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
0.9Aar/100Gy
0.01900
0.01878
0.01836
0.01802
0.01770
0.01738
0.01708
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=
V0N2=
V0H2O=
I0y
V0=
θ
(CT)θ
IRO2
I0N2
I0H2O
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
α"
l=α"
nz=1.2
grI=1.23
grII=1.26
smI=1.28
smII=1.31
kyI=1.33
kyI=1.36
I
ΔI
1235.48
2413.963
2448.171
2499.48
1264.00
3591.20
3668.937
1254.974
3720.765
1272.593
4855.58
1264.39
4960.139
1291.20
5029.843
1309.078
6061.116
6149.08
1293.50
6281.029
1320.89
7371.475
1310.36
7478.22
1329.13
8526.58
8715.245
1343.77
8841.02
1362.80
9865.79
1339.20
10083.58
1368.33
10978.36
11225.67
1359.88
11472.98
1389.40
12329.58
1351.22
12606.79
1381.12
13699.13
1369.55
15081.88
1382.75
25089.97
26549.18
1459.211
28021.46
1472.286
29485.56
1464.097
由于1000afhAar/Qar,net=1000*0.9*22.9/23000=0.90<
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
公式及数据来源
计算
炉膛出口过量空气系数
α'
'
l
选取,按照步骤
(2)中所得数据
一公斤燃料输入锅炉热量
Qr
kJ/kg
Qr=Qnet,ar+ir+Qwr+Qzq
Mar=5(%)小于Qar,net/628=23000/628=36.62,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
23000
排烟温度
θpy
℃
选取。
见[2]表5-2
折算硫分Sar,zs=Sar/Qar,net×
4182=0.036%<
0.2%,硫分低,酸露点不会很高。
再加上Mar=5%位于4~20之间,根据[2]表5-2,应该取120~130,取130
排烟热焓
Ipy
查步骤(4)中温焓表
根据αpy=1.36,通过插值法计算而得
1614.68
冷空气温度
t0lk
选取
再无特殊外来热源时,一般取定30oC
30
冷空气焓
Iolk
根据(4)中温焓表
根据插值法计算得到:
(848.79-0)/100×
30+0
254.64
排烟热损失
q2
%
(1614.68-1.36×
254.64)×
(100-4)/23000
5.294
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%
9
化学不完全燃烧损失
q3
根据[4],进行锅炉设计时,煤粉炉q3=0
10
灰渣热损失
q6
Aar=22.9%,Qar,net/418=23000/418=55.02%,不计灰渣热损失
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
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
查水蒸气性质表
按P=3.82+0.1=3.92Mpa,tgs=450℃
3331.8
17
给水焓
igs
按P=3.82×
1.1×
1.08+0.1=4.64Mpa
634.9
18
排污水量
Dpy
0.03*36.11
1.083
19
排污水焓
ipy
1.1+0.1=4.3Mpa的饱和水焓
1107.6
20
锅炉有效利用热
Qyx
36.11(3331.8-634.9)+1.083(1107.6-634.9)
97907.6
21
燃料消耗量
B
97907.6×
100/(90.07×
23000)
4.726
22
计算燃料消耗量
Bj
4.726*(100-4)/100
4.537
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=3%,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
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
前墙面积
Fqq
(2.676×
2+2.404+1.104+10.750+2.319+0.5×
3.564)×
6.99
165.740
后墙面积
Fhq
(10.750+2.319+0.5×
103.808
烟窗面积
Fyc
(1.561+4.395+0.8)×
47.224
炉膛包复面积
F1
2Fcq+Fqq+Fhq+Fyc
2×
111.46+177.97+116.04+47.22
517.91
炉膛容积
V1
m3
Fcqa
111.4609×
702.964
水冷壁管尺寸
选用
Φ60×
水冷壁节距
S
mm
75
水冷壁管中心到炉膛距离
e
60
水冷壁角系数
x1
据s/d=75/60=1.25;
e/d=60/60=1.0
0.96
烟窗角系数
xyc
透过烟窗热量全部被下游受热面吸收
1.0
燃烧器面积
Fr
每个燃烧器占炉墙面积不超1m2,不计
水冷壁有效辐射受热面积
H1
x1(F1-Fyc-Fr)
0.96(517.91-47.224-0)
451.855
烟窗有效辐射受热面积
H2
xycFyc
1.0×
炉膛总有效辐射受热面积
Hl
H1+H2
451.855+47.224
499.080
炉膛有效辐射层厚度
s
m
3.6*V1/V2
3.6×
702.96/517.97
4.886
炉膛高度
h1
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
燃烧器中心到
冷炉斗中心高度
hr
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
选取,根据
(2)中的表
炉膛漏风系数
△α1
制粉系统漏风系数
△αzf
0.10
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
热空气焓
Iork
KJ/Kg
查(4)中θ-I表
3127.65
tlk
30.0
254.636
每公斤燃料送入炉内空气热量
Qk
(α'
1-△α1-△αzf)Iork+(△α1+△αzf)Iolk
(1.20-0.07-0.10)×
3127.65+(0.07+0.10)×
3264.771
每公斤燃料送入炉内热量
Ql
23000×
[1-0/(100-4)]+3264.771
26264.771
理论燃烧温度
θll
通过在1900℃和2000℃之间差值得到结果
1980.51
火焰最高温度处相对高度
xmax
hr/hl+Δx
(3.6/15.742)+0
0.2287
系数
M
0.56-0.5xmax
0.56-0.5×
0.4457
假定炉膛出口烟温
θ'
oC
先假定,后复核
需要迭代
1062.0
炉膛出口烟焓
I'
13178.705
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
三原子气分压力
Pq
Mpa
P×
0.1×
0.2056
0.02056
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