1、 热动系课程设计说明书 1 1 重庆科技学院 课程设计设计说明书 院系：机械与动力工程学院 专业：热能与动力工程专业 班级：热动 11-2 班 学生姓名：孔繁泽 指导教师：王 堃 完成日期： 2014 年 6 月 19 日 热动系课程设计说明书 2 2 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
2、2.4 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 省煤器的热力计算 .31 4.4 高温再热器器的热力计算 .37 第五章 总结 .46 附表 .47 附图 .53 参考文献 .65 热动系课程设计说明书 3 3 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
3、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 215t/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 2014 年 6 月 热动系课程设计说明书 4 4 第
4、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
5、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
6、下（ =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； 8、 锅炉整体计算误差的校验 。 热动系课程设计说明书 5 5 一次减温喷水 第二章 辅助计算 2.1 锅炉主要参数及燃料特性 ： 锅炉额定蒸发量： De=400 t/h=400 103 kg/h 给水温度： tgs =274 过热蒸汽温度： tgr=554 过热蒸汽压力： pgr=13.7MPa 再热蒸汽进入 /离开锅炉机组时温度 t2 t” 330 554 再热蒸汽进入锅炉机组时压力
7、P2 =2.5MPa 再热蒸汽离开锅炉机组时压力 P2” =2.3MPa 环境温度： 20 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 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 表 2-1 淮北洗中煤煤质分析 二次减温喷水 热动系课程设计说明书 6 6 2.2 燃烧产物容积计算 需计算出理论
8、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 项目名称 符号 单位 计算公式及数据 结果 1 理论空气 量 V0 m3/kg 0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar 4.9073 2 理论氮容 积 V0N2 m3/kg 0.8Nar/100+0.79V0 3.883 3 RO2容积 VRO2 m3/kg 1.866Car/100+0.7Sar/100 0.897 4 理论干烟 气容积 V0gy m3/kg V0N2+VRO2 0.514 5 理论水蒸 汽容积 V0H
9、2O m3/kg 11.1Har/100+1.24Mar/100+1.61dkV0(dk=0.01kg/kg) 5.294 6 飞灰份额 fh 查 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 序 项目名称 符号 单位 炉膛，
10、高过 低过 高温省 高温空 低温省 低温空元素成分（ %） 收到基低位量（ kJ/kg） 干燥无灰基挥发分Vdaf (%) 空气干燥基水Mad（ %） BT法可磨性系数Kkm 灰熔点 水分 灰分 碳 氢 氧 氮 硫 变形温度DT ( ) 软化温度ST ( ) 熔化温度FT() Mar Aar Car Har Oar Nar Sar 6 18.8 61 4.1 6.8 1.4 2.9 25140 40 2.0 1.4 1200 1500 热动系课程设计说明书 7 7 号 屏凝渣管 煤器 预器 煤器 预器 1 受热面出口过量空气系数 a 1.2 1.225 1.25 1.27 1.32 1.34
11、1.39 2 烟道平均过量空气系数 pj 1.2 1.2125 1.2375 1.26 1.295 1.33 1.365 3 干烟气容积 Vgy m3/kg 7.317 7.398 7.544 7.691 7.909 8.128 8.346 4 水蒸气容积 VOH2 m3/kg 0.639 0.640 0.643 0.649 0.645 0.652 0.656 5 烟气总容积 Vy m3/kg 7.956 8.038 8.197 8.336 8.558 8.780 9.002 6 RO2容积份额 rRo2 0.143 0.142 0.139 0.137 0.133 0.130 0.127 7
12、水蒸气容积份额 rH2O 0.080 0.080 0.078 0.077 0.0758 0.0743 0.0729 8 三原子气体和水蒸汽溶剂总份额 r 0.223 0.222 0.217 0.214 0.209 0.204 0.200 9 容积飞灰浓度 v g/m3 22.904 22.670 22.231 21.86 21.293 20.755 20.243 续表 10 烟气质量 my kg/kg 10.57 10.676 10.879 11.058 11.343 11.628 11.923 11 质量飞灰浓度 y kg/kg 0.017 0.017 0.017 0.017 0.016 0
13、.016 0.015 热动系课程设计说明书 8 8 （ 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） 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 （理论烟气焓hy0（ kj/kg） 理论空气焓hk0 ( kgkj/ ) 理论烟气焓增 hy0 (kj/kg) 低温过热器 高温省煤器 a = 1.25 a = 1.2
14、7 hy hy hy hy 烟气或空气温度 （） 理论烟气焓hy0（ kj/kg） 理论空气焓hk0( kgkj/ ) 理论烟气焓增 (每100） hy0 (kj/kg) 炉膛、屏、凝渣管 高温过热器 “= 1.2 “= 1.225 hy hy hy hy 400 3949.023 3455.887 4640.200 4726.597 500 5006.656 4364.193 1057.634 5879.495 1239.295 5988.600 1262.002 600 6092.099 5292.911 1085.442 7150.681 1271.186 7283.004 1294.4
15、04 700 7204.847 6240.703 1112.749 8452.988 1302.307 8609.006 1326.002 800 8341.365 7202.656 1136.518 9781.897 1328.909 9961.963 1352.957 900 9496.267 8179.919 1154.901 11132.250 1350.354 11336.748 1374.785 1000 10670.003 9168.537 1173.736 12503.710 1371.459 12732.923 1396.175 1100 11860.916 10173.80
16、3 1190.913 13895.677 1391.967 14150.022 1417.098 1200 13065.733 11185.194 1204.817 15302.771 1407.095 15582.401 1432.380 1300 14286.536 12211.001 1220.804 16728.736 1425.965 17034.011 1451.610 1400 15514.267 13244.080 1227.731 18163.083 1434.347 18494.185 1460.174 1500 16753.415 14281.943 1239.148 1
17、9609.804 1446.721 19966.853 1472.667 1600 18002.331 15327.972 1248.916 21067.926 1458.121 21451.125 1484.272 1700 19261.863 16377.062 1259.532 22537.276 1469.350 22946.702 1495.577 1800 20523.640 17426.535 1261.777 24008.947 1471.671 24444.611 1497.908 1900 21793.140 18491.637 1269.500 25491.467 148
18、2.520 25953.758 1509.148 2000 23066.778 19555.462 1273.638 26977.870 1486.403 27466.757 1512.999 2100 24351.950 20628.346 1285.172 28477.619 1499.749 28993.328 1526.571 2200 25633.445 21699.062 1281.496 29973.258 1495.639 30515.734 1522.407 热动系课程设计说明书 9 9 ） 300 2930.5917 2582.4107 - 3576.1943 - 3627
19、.8425 - 400 3963.8242 3474.2527 1033.2325 4832.3873 1256.193 4901.8724 1274.0299 500 5025.3336 4387.3855 1061.5094 6122.1799 1289.7926 6209.9276 1308.0552 600 6114.7403 5321.0396 1089.4067 7445.0002 1322.8203 7551.4209 1341.4933 700 7231.5432 6273.8683 1116.8029 8800.0102 1355.01 8925.4876 1374.0667
20、 800 8372.1934 7240.9336 1140.6502 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 hy0（ kj/kg） 理论空气焓hk0( kgkj/ ) 理论烟气焓增 hy0 (kj/kg) 高温空预器 低温省煤器 a =1.32 a =1.34 hy hy hy hy 100 950.1602 849.2603 - 1221.9234 - 1238.9087 - 200 1926.5028 1708.14 976.3426 2473.10
21、76 1251.1842 2507.2704 1268.3617 300 2930.5917 2582.4107 1004.0889 3756.9631 1283.8555 3808.6113 1301.3409 400 3963.8242 3474.2527 1033.2325 5075.585 1318.6219 5145.0701 1336.4588 500 5025.3336 4387.3855 1061.5094 6429.2969 1353.7119 6517.0446 1371.9745 600 6114.7403 5321.0396 1089.4067 7817.4729 13
22、88.176 7923.8937 1406.8491 表 2-7 烟气焓温表（用于低温空预器计算） 烟气或空气温度 （） 理论烟气焓 hy0（ kj/kg） 理论空气焓 hk0 ( kgkj/ ) 理论烟气焓增 hy0 (kj/kg) 低温空预器 a =1.39 hy hy 100 950.1602 849.2603 1281.3717 200 1926.5028 1708.1400 976.3426 2592.6774 1311.3057 300 2930.5917 2582.4107 1004.0889 3937.7318 1345.0544 400 3963.8242 3474.2527
23、 1033.2325 5318.7827 1381.0509 500 5025.3336 4387.3855 1061.5094 6736.4139 1417.6312 600 6114.7403 5321.0396 1089.4067 8189.9457 1453.5318 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
24、 锅炉热平衡及燃烧消耗量计算 热动系课程设计说明书 10 10 序号 名称 符号 单位 公式 结果 1 锅炉输入热量 Qr kJ/kg 式（ 2-8） Qr Q 18289 2 排烟温度 py 先估后算 130 3 排烟焓 hpy kJ/kg 查焓温表用插值法求 1668.048 4 冷空气温度 tlk 取用 20 5 理论冷空气焓 h0lk kJ/kg h0lk=(ct)kV0 168.776 6 化学未完全燃烧损失 q3 % 取用 0.5 7 机械未完全燃烧损失 q4 % 取用 1.5 8 排烟处过量空气系数 py 查表 2-9 即低温空预器出口过量空气过量系数 1.39 9 排烟损失 q
25、2 % （ 100-q4)(hpy- pyh0lk)/Qr 3.745 10 散热损失 q5 % 取用 0.5 11 灰渣损失 q6 % 式（ 2-13） 0 12 锅炉总损失 q % q2+q3+q4+q5+q6 7.861 13 锅炉热效率 % 100- q 93.755 14 保热系数 1-q5/( +q5) 0.995 15 过热蒸汽焓 h“gg kJ/kg 查附录 B-6、 B-7,高温过热器出口参数 p=13.7Mpa(查表 1-6），t=554 3476.45 16 给水温度 tgs 给定 274 17 给水焓 hgs kJ/kg 查附录 B-6、 B-7，低温省煤器入口参数 p
26、=10.78Mpa(查表 1-6），t=215 924.005 18 锅炉实际负荷 D Kg/h 215000 19 锅炉有效利用热 Q kJ/h Dgr(h“gg-hgs) 561537922 20 实际燃料消耗量 B kg/h 100*Q/( Qr) 24182.756 21 计算燃料消耗量 Bj kg/h B(1-q4/100) 23820.015 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、 3-3
