锅炉课程设计

锅炉及锅炉房课程设计

《 锅 炉 原 理 》

课 程 设 计

学 院：土木工程学院 班 级：建环 学 号： 姓 名： 指导老师： 日 期：

08

xxxxxxxx xxxxxxx xxxxxxx 2011.11.28

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目 录

一、设计题目 ................................................................................... 2

二、原始资料 ................................................................................... 2

三、热力计算 ................................................................................... 3 3.1锅炉规范 ................................................................................ 3 3.2燃料特性 ................................................................................ 3 3.3锅炉各受热面的漏风系数和空气过剩系数 ....................... 3 3.4 理论空气量、烟气理论容积计算....................................... 4 3.5 各受热面烟道中烟气特性计算 ........................................... 4 3.6 焓温表 ................................................................................... 5 3.7 锅炉热平衡及燃料消耗量计算 ........................................... 7 3.8 炉膛结构特性计算 ............................................................... 8 3.9 炉膛热力计算.......................................................................................................... 16

四、参考资料 ................................................................................. 18

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一 、 设 计 题 目

SHL10-1.25/350-WⅢ锅炉

二、 原 始 资 料

1. 锅炉蒸发量 D1=10t/h 2. 给水温度 tgs=105℃ 3. 锅炉排污率ρbw=5% 4. 过热蒸汽温度 t1=350℃ 5. 过热蒸汽压力 P1=1.25MPa 6. 周围环境温度 tlk=30℃ 7. 燃料特性

燃料名称：四川芙蓉Ⅲ类无烟煤 煤的成分(%)

Mar=7.30 Aar=32.74 Car=51.53 Har=1.98 Oar=2.71 Nar=0.60 Sar=3.14

煤的干燥无灰基挥发分(%)

Vdaf=9.94 煤的低位发热量

Qar,net=19530KJ/Kg

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三、热力计算

3.1锅炉规范

锅炉蒸发量 D=10×103 kg/h 过热蒸汽压力 P1=1.25MPa 过热蒸汽温度 t1=350℃

给水温度 tgs = 105℃ 锅炉排污率 ρbw= 5% 周围环境温度 tlk=30℃

3.2燃料特性

燃料名称： III类无烟煤 煤的成分(%)

Mar=7.30，Aar=32.74，Car=51.53 Har=1.98，Oar=2.71，Nar=0.60 Sar=3.14

煤的干燥无灰基挥发分(%)：Vdaf=9.94 煤的低位发热量 ：Qar,net=19530KJ/Kg

3.3锅炉各受热面的漏风系数和空气过剩系数

序号 1 2 3 4 5 6

锅炉受热面 炉膛 防渣管 蒸汽过热器 锅炉管束 省煤器 空气预热器 入口处过量空气系数α’ 1.4 1.5 1.5 1.55 1.65 1.75 漏风系数Δα 出口处过量空气系数α″ 0.1 1.5 0 1.5 0.05 1.55 0.1 1.65 0.1 1.75 0.1 1.85

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3.4燃烧产物和烟气焓的计算

序名称 号 1 理论空气量 2 RO2容积 3 N2理论容积 4 H2O理论容积 符号 V0 单位 计算公式 结果 5.12 m³0.08(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar= （标0.08（51.53+0.375*3.14））/kg +0.265*1.98-0.03330*2.71 V m³0.01866（Car+0.375Sar）=0.01866×（51.53＋RO2 （标0.375×3.14） ）/kg V0 m³0.79V0+0.008Nar=0.79*5.12+0.008*0.60 （标N2 ）/kg V0m³0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0=0.111*1.98 H2O （标+0.0124*7.30+0.0161*5.12 ）/kg 0.98 4.04 0.39 3.5 各受热面烟道中烟气特性计算

序名称 号 1 2 符号 单位 计算公式 炉膛与防渣管 ’+1.45 蒸汽锅炉省煤空气过热管束 器 预热器 器 1.525 1.6 1.7 1.8 0.433 0.439 8.531 0.448 0.460 平均过量α空气系数 pj 实际水蒸VH2气容积 O 实际烟气Vy 量 (α— α’’)/2 m³V0H2O+0.010.427 （标61(α-1)Vo ）/kg m³V RO2+ V0 （标N2+ 7.751 ）/kg VH2O+(α-1)Vo VRO2/Vy 0.126 3 8.141 9.052 9.576 4 RO2容积rRO2 份额 — H2O容积rH2O 份额 — 三原子气体 0.120 0.115 0.108 0.102 0.048 5 VH2O/Vy 0.055 0.053 0.051 0.050 6 rq — r RO2+ r 0.18 0.17 0.17 0.16 0.15 H2O

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3.6 焓温表

θ(℃) V RO2=0.98 (сθ)co2 1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 V0 N2=4.04 V RO2(сθ)co2 3 166.60 350.35 547.62 756.46 974.51 1200.11 1432.66 1670.80 1913.25 2159.43 2409.23 2662.27 2917.17 3174.32 3433.04 3693.42 3955.67 4218.31 4482.62 4747.22 (сθ)N2 4 129.6 259.9 392 526.5 663.8 804.1 947.5 1093.6 1241.6 1391.7 1543.8 1697.2 1852.7 2008.7 2166 2324.5 2484 23.7 2804.1 2965.1 V0H2O=0.39 V0 N2(сθ)N2 5 523.58 1050 1583.68 2127.06 2681.75 3248.56 3827.9 4418.14 5016.06 5622.47 6236.95 6856.69 7484.91 8115.15 8750. 9390.98 10035.36 10680.55 11328.56 11979 (сθ)h2o 6 150.5 304.5 462.7 626.2 794.9 968.9 1148.9 1334.4 1526.1 1722.9 1925.1 2132.3 2343.7 2559.1 2779 3001 3229 3458 3690 3925 2 170 357.5 558.8 771.9 994.4 1224.6 1461.9 1704.9 1952.3 2203.5 2458.4 2716.6 2976.7 3239.1 3503.1 3768.8 4036.4 4304.7 4574.1 4844.1 V0H2O(сθ)h2o 7 58.7 118.76 180.45 244.22 310.01 377.87 448.07 520.42 595.18 671.93 750.79 831.60 914.04 998.05 1083.81 1170.39 1259.31 1348.62 1439.1 1530.75

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θI0y (℃) kJ/kg 3+5+7 V0=5.12 Iy= I0y+(α-1)Iok (kJ/kg) (сθ)k 9 1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 8 Iok =V0(сθ)k 10 α=1.5 α=1.55 α=1.65 α=1.75 α=1.85 11 12 13 14 15 748.88 132.4 1519.11 677.888 1087.824 1121.7184 11.5072 1363.968 2201.094 2269.2924 2405.62 1257.296 1325.0848 2542.086 2678.4828 3858.118 40.3004 5208.252 5485.6536 6593.214 6943.4732 8012.588 8437.3944 9465.302 9966.1916 266.4 2311.75 402.7 2061.824 3342.662 3445.7532 3651.9356 3127.74 3966.27 4826.54 541.8 2774.016 4514.748 4653.4488 4930.8504 684.1 3502.592 5717.566 52.6956 6242.9548 829.7 4248.0 6950.572 7162.9752 7587.7816 5708.63 978.3 5008.6 8213.078 8463.5228 .4124 6609.36 1129.1 5780.992 9499.856 9788.9056 10367.0048 10945.104 11523.2032 7524.49 1282.3 6565.376 10807.178 11135.4468 11791.9844 12448.522 13105.0596 8453.83 9396.97 10350.56 11316.12 12287.52 1437.3 7358.976 12133.318 12501.2668 13237.14 13973.062 14708.9596 1594.9 8165.888 13479.914 13888.2084 14704.7972 15521.386 16337.9748 1753.4 77.408 14839.2 15288.1344 16185.8752 17083.616 17981.3568 1914.2 9800.704 16216.472 16706.5072 17686.5776 18666.8 196.7184 2076.2 10630.14 17602.59 18134.097 19197.111 20260.125 21323.139 13267.49 2238.9 11463.17 199.075 19572.2335 20718.5505 218.8675 23011.1845 14254.79 2402.9 12302.85 20406.215 21021.3575 22251.25 23481.9275 24712.2125 15250.34 2567.3 13144.58 21822.63 22479.859 23794.317 25108.775 223.233 16247.48 2731.9 13987.33 23241.145 23940.5115 25339.2445 26737.9775 28136.7105 17250.28 18256.97 28.8 14841.86 24671.21 25413.303 267.4 28381.675 29865.861 26102.6 26887.163 28456.2 30025.415 31594.541 30.7 15691.26

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3.7 锅炉热平衡及燃料消耗量计算

序号 1 名称 符号 单位 计算公式或来源 数值 燃料低位发热量 Qar,net tlk I0lk θpy Ipy q4 q3 q2 q5 αl (сθ)hh q6 ∑q η igz tsw tbw tgs kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg % % % % kJ/kg % % % kJ/kg ℃ kJ/kg kJ/kg % kJ/h kJ/h kJ/h 给定 给定 V0(сθ) - V0×132.4×0.3 假定 据θpy和α=1.85 选取 选取 [(2407.8-1.85*120.7)*(100-15)]/19530 选取 取用 t=600℃ 查表B8 （0.8×560×32.74）/19530 q2 +q3+ q4 +q5+ q6 100-∑q 查焓熵表 查焓熵表 查焓熵表 查焓熵表 D（igz - tgs）+ρbwD(tbw - tgs) Qel/（Qar,net*η）×100 B（1-q1/100） 1- [ q5/ （q5 +η）] 19530 30 120.7 180 2407.80 15 1 9.51 1.7 0.8 560 0.75 27.96 72.04 3151.8 190 2785.69 806. 5 24438500 1737 1476.45 0.98 2 冷空气温度 理论冷空气焓 4 排烟温度 5 排烟热焓 3 6 7 固体不完全燃烧热损失 气体不完全燃烧热损失 8 排烟热损失 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 散热损失 灰渣漏煤与总灰量之比 灰渣热焓 灰渣物理热损失 锅炉总热损失 锅炉热效率 过热蒸汽焓 饱和水温度 饱和水焓 给水焓 19 锅炉排污率 20 ρbw Qel B Bj ψ 锅炉有效利用热 21 燃料消耗量 22 计算燃料消耗量 保热系数 23

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炉膛的结构特性

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序

列 项目 1 A 2 B 3 C,F 计算或数据来源 1400+1085tg9°

1400+1085+3285tg9° 2092+1305tg55° 数 值 1572 2092 3956 单位 mm mm mm 4 D 5 E 6 G 7 H 8 I

7300+1900tg15° 7809 mm 标高

7300 mm 3956-920tg20° 3621 mm 1600+320tg60° 2154 mm 同前集箱中心高度 1600

mm

3-2 炉膛包覆面积

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后墙辐射受热面

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前墙辐射受热面

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序号 项目 符号 计算或数据来源 数值 单位 炉膛周界面积计算： Ⅰ=[﹙7.3-3.956﹚+﹙7.809-3.956﹚]／2 ×1.9=6.837 Ⅱ=[1.305×(3.956-2.092)]／2=1.216 Ⅲ=[﹙1.572-1.1)+(2.092-1.1)]／2×3.285 =2.405 29.76 Fbcq Ⅳ=0.595×(3.956-1.1)=1.699 Ⅴ=[(3.956-1.1)+(3.621-1.1)]／2×0.92 =2.473 Ⅵ=[(2.154-1.1)+(1.6-1.1)]／2×0.32 =0.249 F1=2×(6.837+1.216+2.405+1.699+2.473+0.249) =29.76 AJ=1.572-1.1=0.47m AB=(2.092-1.572)/sin9°=3.32m BC=1.305/cos35°=2.28m 26.98 Fbhq CD=7.809-3.956=3.85m F2=(0.47+3.32+2.28+3.85)×2.72 m² 1 侧墙总面积 2 后墙总面积 m² 3 前、顶墙总面积 Fbqq IK=1.6-1.1=0.50m HI=0.32／cos60°=0.m FG=0.92／cos20°=0.98m GH=3.621-2.154=1.71m EF=7.30-3.956=3.34m ED=1.90／cos15°=1.97m F3 =(0.50+0.+0.98+1.47+3.34+1.97)×2.72 24.21 m² 4 5 6 7

炉膛总面积 炉排有效面积 炉膛周界面积 炉膛总容积 FL R F Fbcq +Fbhq +Fbqq 80.95 11.78 92.73 40.47 m² m² m² m³ (0.32+0.92+0.595+3.238) × 2.3 FL +R Fbcq/2×2.72 VL

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序

号 项 目 辐射受热面积计算 8 水冷管壁管径

管节距 9

管中心到墙的距

符号 d

S1 e n1

计算或数据来源 按结构计算 按结构计算 按结构计算 按结构计算

单数值 位 0.05 m 0.17 m

0.03

10 11 离 管根数

m 16 根

12

13 14 15

16 前 顶 17 墙 水

冷 18 壁 19 20 21

22 23 24 后

墙 25 水

冷 26 壁 27

光管有效角系数 覆盖耐火涂料层 水冷壁管

有效角系数 曝光长度 有效辐射受热 面积

覆盖耐火涂料层

长度

有效辐射受热 面积

前顶墙水冷壁有效辐射受热面积 管节距 管中心到墙的距离 管根数

光管有效角系数 覆盖耐火涂料层 水冷壁管

有效角系数 曝光长度 有效辐射受热 面积

覆盖耐火涂料层 长度

有效辐射受热 面积

前顶墙水冷壁有效辐射受热面积

x1′

查图C2（S1/d = 3.33，e/d =0.5）

x1″

公式H=0.3Fm²

l1′

DE+EF-(4.4-3.956)=1.97+3.34-0.44

Hfh＇ (n1-1)S1l1′x1″=(16-1)×0.17×4087×0.59

l1″ (4.4-3.956)+FG+GH+HI=0.44+0.98+1.47+0. H fh″ Hfh

s2

按结构计算 e 按结构计算 n2

按结构计算

x2′

查图C2（S1/d = 3.33，e/d =0.5）

x2″

公式H=0.3Fm² l 2′

Hfh＇

l1″ AB Hfh″ Hfh

0.59

0.3 4.87 m 7.33 m² 3.53 m 2.7

m² 10 m² 0.17 m

0.03

m 16 根

0.59

0.3 4.63

m 6.97 m² 3.32 m 2.54

m² 9.51

m²

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序号 项目 符号 χ 计算或数据来源 χ=Hr／(F-R)=37.15／110.71 数值 0.459 单位 42 水冷度 43 炉膛有效 辐射层 S S=3.6×V1／F1=3.6×40.47／92.73 1.57 m 44 火床与炉 墙面积比 ρ ρ=R／(F-R)=11.78／80.95 0.146 3.9 炉膛热力计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

名称 燃料低位发热量 燃料消耗量 计算燃料消耗量 保热系数 炉膛出口过量系数 炉膛漏风系数 冷空气焓 热空气温度 热空气焓 空气带入炉膛热量 单位 kJ/kQar,net g B kJ/h Bj kJ/h 符号 μ α″tur tur计算公式或来源 给定 查表计算 查表计算 1- [ q5/ （q5 +η）] 给定 给定 t=30 先假定，再校核 查焓温表 (α″tur－Δ数值 19530 1737 1476.45 0.98 1.50 0.1 120.7 140 5.78 837.72 I0lk 19965.6 1568.7 1841.7 980 kJ/kg ℃ kJ/kg kJ/kg kJ/kg ℃ K ℃ Δα I0lk thw I0hk Qr Qtur θ Tch θfur αtur ) I0hk +Δαtur炉膛入炉热量 绝热燃烧温度 绝热燃烧绝对温度 炉膛出口温度 Qar,net (100-q3-q4-q6)/（100-q4）+ Qr α=1.5，查焓温表 θ+273 先假定，再校核

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15 16 炉膛出口烟焓 炉膛出口绝对温度 烟气平均热容量 烟气中水蒸气容积份额 三原子气体容积份额 三原子气体分压力 三原子气体辐射力 三原子气体辐射减弱系数 Ifur Ttuc Vcar kJ/kg K α=1.5，查焓温表 θfur+273 12106.8 1253 17 18 19 20 21 r H2O r ps PsS kn Gk μf kp kJ/( （Qtur - Ifur ）/（θ-θfur） kg13.35 =（19965.6-12106.8）（1568.7-980）/ ℃) 0.054 查烟气特性表 MPa MPa r RO2+ r H2O ps =0.175×0.1 0.0175×1.57 0.175 0.0175 0.02748 22 23 每kg燃料烟气量 24 烟气中飞灰浓度 固体颗粒辐射减弱系数 介质辐射减弱系数 火焰黑度 水冷壁灰壁面黑度 炉膛水冷度 火床与炉墙的面积比 炉膛系统黑度 波尔兹曼准则 管外层污层热阻 炉膛辐射受热面吸热量 25 26 27 28 29 30 31 32 k ay awal χ ρ alu Bn ε Qr 1/M（1-0.37×Ttuc÷1000）[（2.49+5.11 1.32 Par H2O ）／（ PsS）½ -1.02] r ·m kg/k1-Aar/100+1.306αV°10.7 g =1-32.74/100+1.306×1.5×5.12 kg/k（Aar/100）×(αf/ Gk)=(32.4/100)0.00606 g ×(0.2/10.7) 1/M Pa7752μf／(Ttuc ²)^1/3 +0.306 0.71 ·m 1/M Pakn+ kp=1.32+0.71 2.03 ·m 0.2836 1-e-kpq=1-e-2.03*0.0175*1.57 0.8 取定 ㎡·℃/W kj/kg H/(F1-R)=37.15 /80.95 R/(Ftue-R)=11.78/80.95 0.459 0.146 {1/ awal +χ{（1- ay ）（1-ρ）／【1-0.507 （1- ay ）（1-ρ）】} }﹣¹ （ψBjVcar）／(3.6σ0HrTch ³) 取定 ψ（Qtur- Ifur ） 0.406 2.58×10﹣³ 7701.62 33 34

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35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 辐射受热面热流密度 水冷壁管外灰污层表面温度 系数 计算值 qi Twal m ffur W/㎡ K K ℃ kj/kg kj/kg W/㎡ W/㎡ W/㎡ （BjQr）／（3.6Hr） εqi + tsw +273 σ0 / qi [（εqi + tsw +273）²]² Bn (1/ alu+m) 查图C8 θffur Tch 83.×10³ 679.44 0.145 0.86 0.666 1226.6 953.6 无因次出口温度 θ炉膛出口烟气绝对温度 炉膛出口烟气温度 炉膛出口烟焓 炉膛辐射放热量 燃烧面热强度 燃烧室热强度 辐射受热面热流密度 Tffur θyfur Tffur -273 α=1.5，查焓温表 Iyfur Qy qR qv qr 12071.79 7735.9ψ(Qtur- Iyfur) 3 799.9310³ (B Qar,net ) ／(3.6R) × 232.85×10³ 253.65×10³ (B Qar,net ) ／(3.6V) (B Qar,net ) ／(3.6Hr) 四、参考资料

[1] 《工业锅炉设计计算》2003.ppt

[2]《锅炉及锅炉房设备》（第四版）吴味隆等编著

[3]焓熵表