1、 目录 前言 . 错误 !未定义书签。 1 锅炉结构设计简述 . 2 1.1 方案设计 . 2 1.2 设计锅炉结构及特性 . 3 1.3 锅炉各部分结构特点 . 4 2 热力计算 . 7 2.1 锅炉规范、辅助计算及热平衡计算 . 错误 !未定义书签。 2.1.1 设计参数 . 错误 !未定义书签。 2.1.2 辅助计算 . 错误 !未定义书签。 2.2 各部分热力计算 . 错误 !未定义书签。 2.2.1 炉膛热力计算 . 错误 !未定义书签。 2.2.2 燃尽室结构设计和热力计算 . 21 2.2.3 对流受热面传热计算方法 . 24 2.2.4 锅炉管束结构设计和热力计算 . 25 2
2、.2.5 省煤器的结构设计和热力计算 . 27 2.2.6 空气预热器结构设计和热力计算 28 3 热力计算汇总 . 33 4 设计感想和体会 . 33- 1 - 前言 随着生产的发展，锅炉在工业生产和火力发电厂中的使用越来越多，在国民经济的地位也更为重要，机器运行参数也越来越大，在国民经济的增长中起到了举足轻重的作用。特别是近年来，随着电厂机组的容量不断增大，蒸汽参数也越来越高。 锅炉是火电厂的三大主机之一，尤其随着电力工业的大规模兴起 ,锅炉要求容量更大，蒸汽参数、品质更高，其工业化、自动化水平更优先。在“十一五”规划中更是明确指出：要以大型高效机组为重点，优化发展煤电。 另外在各工、企业
3、的动力设备中，锅炉也是重要 的组成部分，锅炉生产的蒸汽供工业用，还可以供取暖使用。还有用于生活热水供应、洗浴和采暖的所谓的生活锅炉。因此在普通生活中锅炉也是一个很重要的角色。 本次的设计方案完成 SHL10-1.27-AII 型 锅炉 的设计。锅炉的燃烧设备采用机械化的链条炉排，采用分段送风，出灰有灰渣井。锅炉的炉膛内设有前后拱，燃烧后的烟气从炉室出来后在对流受热面中多次绕行，然后进入尾部的烟道，在尾部的烟道设有省煤器和空气预热器，用来加热给水和预热空气。本次设计设计方案过程中，本着可靠性，经济性，简单易行的原则，使个结构的布置尽量首尾相顾， 浑然一体。 由于理论知识以及实际经验的欠缺，希望通
4、过本次 课程设计 ，对锅炉的设计和热力计算有更进一步的了解和掌握，并巩固了基础知识，设计中难免存在一些缺点和错误，恳请老师给予帮助和指正。 - 2 - 1 锅炉结构设计简述 1.1 方案设计 本次设计的课题为 SHL10-1.27-AII 型锅炉 ，该锅炉属于低压小型工业锅炉，受到应用条件的限制，需要停炉和起炉，负荷经济变化，采用双锅筒，正是基于此。因双锅筒水容量较大，并且有较大的蓄热能力，所以适应负荷变化能力强，且气压稳定，运行特性好，自然循环特性条件好，对于低 压锅炉单靠辐射受热面是不够的，而双锅筒可以布置较多的对流受热面。采用横置式可以使锅炉结构紧凑，尺寸小，便于安装。 上下锅筒之间布置
5、有密排的对流管束，按烟气流通方向对流管束采用倒“ S”型冲刷方式，如此可有效降低对流管束的结灰。锅炉尾部竖井中布置有铸铁省煤器和管式空气预热器。 烟气温度的选取重点是炉膛出口烟温 l” 和排烟温度 py的选取。由于 l” 直接影响锅炉的经济性和安全性，所以 l” 的选择一定要合理：若 l” 过低，不经济且炉膛温度水平降低，对燃烧不利，使固体和气体不完全燃烧损失增加；若 l” 过高，将引起受热面结渣，影响锅炉的安全可靠运行。所以对一般煤种，在蒸汽锅炉中， l” 应选择在 950 -1150范围内。同样对排烟温度的选择，也应根据技术经济性分析来选取：若 ex降低，锅炉排烟热损失减少，效率提高从而节
6、约燃料，降低锅炉运行费用。但 ex 过低时，传热不良从而使尾部受热面增加，体积增大，金属耗量增加，投资增加，同时 ex 太低时尾部受热面易发生低温腐蚀或堵灰，影响运行可靠性。所以 ex 在 D 6t/h 的锅炉中，根据所用煤种水分和硫分的大小，不宜低于 150，通常新设计锅炉取为 160-180（此次设计排烟温度给定，为 160）。 热空气温度 trk的选择同样重要。原则是“保证燃料在锅炉炉膛中迅速着火”，根据这一要求， trk 应该高一些，但选高些将会使空气预热器的体积增大，安装困难，投资大，因此，对于一般工业锅炉只要燃烧稳定，热空气温度不必太高，在上述的排烟温度条件下， trk也不可能太高
7、，对链条炉 trk在 100 150。 - 3 - 为了降低 ex，锅炉尾部设有尾部受热面：省煤器、空气预热器。省煤器除了可以降低排烟温度，还可以利用尾部烟气的热量加热锅炉给水，提高锅炉热效率减少燃料耗量，然而，对于热水锅炉 的省煤器而言，省煤器加热给水的作用并不是很明显的主要还是用来降低烟气的温度 ,为了避免省煤器中的水速过高 ,发生水冲击 ,把省煤器改成并列式 ,以减小水的流速 .此外 ,在省煤器的给水进口加一条直通锅炉的给水管作为给水旁路 ,以备省煤器损坏的时候 ,由此管直接供水给锅炉 ,防止影响锅炉给水 ,并且 ,还要给省煤器定期吹灰 ,保证其传热的最佳效果 .而采用省煤器降低 ex时
8、省煤器的工质 锅炉给水比这一饱和温度低得多，因此传热温压较大，这样在降低同样数值的烟气温度时，所需省煤器受热面积比蒸发受热面少很多，降低了生产成本。由于本锅炉压力 低，所以采用耐腐蚀的铸铁省煤器，为了安全，设置烟气和给水旁通系统。 空气预热器除了可以为燃料提供热空气，改善着火和燃烧条件外，更重要的是，省煤器的给水温度为 105，仅用省煤器来降低排烟温度其传热温差太小，不经济，因此必须布置入口温度为 30的空气预热器。为了烟气侧和空气侧放热系数接近，得到较大的传热系数，尽量使 wk/wy=50%-55%，使流动趋于逆流，可以得到较大的温压。 此外，还加进了外伸烟道，这种布置有利于省煤器，空气预热
9、器的布置，同时，也能减少对于锅炉房的设计，节约成本。还对扶梯的不合理布置进行了 设计。 1.2 设计锅炉结构及特性 锅炉本体大致可分为：水冷壁、燃烬室、锅炉管束、省煤器、空气预热器，它们都是各种类型的受热面，烟气的热能通过这些受热面传递给工质。锅炉本体一侧处在高温烟气条件下，因而要求它们的结构和材料要能够承受高温和抵抗烟气的腐蚀；锅炉的另一侧工质是水和蒸汽，水和蒸汽工作时具有很高的压力，所以锅炉本体主要部件还要具有一定的承受能力；另外，锅炉本体还要有良好的传热性能。 燃烧设备：煤斗、煤闸门、链条炉排、风室和炉拱等。燃烧设备要能适应不同煤种的燃烧，保证燃料的及时着火和燃尽，还应有一定的 燃烧强度
10、，能给锅炉提供足够的可利用热能。 - 4 - 锅炉炉墙：金属框架和砖结构。金属框架起支撑、稳定作用，要具有一定的强度和稳定性；砖结构起耐热、绝热、保温、密封作用。 1.3 锅炉各部分结构特点 本锅炉是按燃用烟煤设计的，设计后的锅炉为双锅筒横置式自然循环水管锅炉 ,燃料从加煤斗落至炉排上 ,转动炉排 ,把煤送到炉膛点燃燃烧 ,空气由炉排先分段进入炉膛下部 ,煤燃成灰渣后经挡渣板落入灰斗 ,燃烧产生的烟气 ,从炉膛上部通过燃尽室 ,对流管束后 ,流向尾部受热面 ,最后由引风机排入烟囱。 锅炉本体水循环的路线 :上锅筒中的水 ,从 锅筒后部对流管束下降到下锅筒 ,经过各个下降管进入前后集箱 ,在从前
11、后墙各水冷壁管上升 ,进入上锅筒 .另一个循环回路是由锅筒的后部的下降管送入下两侧集箱 ,然后由两侧墙的上升管进入两上侧集箱 ,再由蒸汽引出管引入上锅桶。 锅炉各部分特点如下： 1.3.1 锅筒及炉内设备 锅筒是容纳水和蒸汽的筒形受压容器，采用双锅筒结构，既经济易安装，检修固定方便。 a.上锅筒：直径为 1200mm，壁厚 12mm，筒身长 6000 mm，上锅筒中的设备有：进水管和出水管 ,还有均匀分水系统。 b.下锅桶：直径 1000mm 1.3.2 水冷壁 在锅炉炉膛内经常布置大量水冷壁，一方面可以充分发挥辐射受热面热强度的特点，同时它用来保护炉墙免受高温破坏同时使灰渣不易粘结在炉墙上，
12、防止炉膛被冲刷磨损，过热破坏。它是自然循环锅炉构成水循环回路不可缺少的重要部件。 由 51 3 的锅炉管布置于炉膛四周组成水冷壁，整个前墙水冷壁由 18 根节距为 140 mm 管组成，整个后墙水冷壁由 18根节距为 140 mm 的管组成。侧墙回路由节距为 105 mm 的管组成， 1.3.3 燃烧设备 链条炉属于层燃炉，链条设计中首先要根据燃煤性质、燃煤发热量、炉排有效面积 热负荷 qR决定炉排面积 R（ m2）。然后根据选择的炉排宽度长度确定路牌长- 5 - 度，这样链条截面积就基本决定。 为了促使炉膛内气体良好混合、组织有效的辐射及炙热烟气的扰动以使燃料及时着火和燃烧充分，改变传统的开
13、始炉膛，设置了较长的后拱。迫使炉烟沿后拱斜面扑向前方，从而形成强烈的对流扰动，改善燃烧条件。煤闸门后布置了由耐火混凝土浇注而成的引燃拱，前后水冷壁管子的下部组成前后拱型，管子外面浇注耐火混凝土形成前后拱。 给煤系统是由加煤斗进行自动落煤，借助煤闸门来调节链条炉排上煤层的厚度，另外再通过改变炉排的行 进速度来达到调节给煤量以适应锅炉负荷及煤质的变化。炉排为顺转鳞片式炉排，整个燃烧设备由下部导轨、支架、主动轴、从动轴、炉链与炉条、前挡风门、挡渣器等组成。炉排后部有老鹰铁作为挡渣装置。两侧炉链与支架间的密封采用接触式结构，可有效地防止块煤漏入炉排两侧，同时可很好地阻止风室空气从炉排两侧漏入炉膛。 炉
14、排有效宽度为 2300mm，炉排有效面积 10.18m2。 炉排为双侧进风，由 四 个 300mm 400mm 的风口各自进入四 个独立风仓。每侧进风管内装有调节门可调节风室风量、风压。每侧独立风仓内均设有清灰装置 ，该装置为铸铁落灰门推拉结构。 炉排传动装置为无级变速。 出渣设备采用圆盘出渣机或者马丁出渣机。 1.3.4 锅炉管束 上下锅筒中心距为 4168mm，按烟气流通方向对流管束采用倒“ S”型冲刷方式，由 51 3的管子组成，纵向布置 23排，横向布置 14 排， 纵向节距 为 105mm，横向节距为 120mm。 上锅筒通过二只活动支座搁在钢架的横梁上，使锅筒在受热时可自由地向锅炉
15、二侧膨胀。下锅筒通过对流管束悬挂在上锅筒上。 上锅筒上设有安全阀座、水位表管座、空气阀管座、备用汽管座、紧急放水管座、 加药管座、表面排污管座、主蒸汽出口管座以及为了在锅炉升火过程中保证省煤器的安全可靠而设的省煤器再循环管管座等。 上锅筒内部设备由挡板、水下孔板、匀汽孔板、给水分配管、表面排污管等组成。 - 6 - 1.3.5 省煤器 省煤器采用方型铸铁式省煤器，采用长度为 2000mm，省煤器管内径为 60mm的标准件，单根受热面积为 2.95m2,在 1140mm 的空间中横向布置 8排，纵向布置4排，单组共有 32 根省煤器，总受热面积 94.4 m2。 省煤器中被加热的炉水由一根 DN
16、100 的管子引入上锅筒。省煤器集箱上设有安全阀座、 压力表座、温度计座、再循环管座、排污管座等。 1.3.6 空气预热器 该蒸汽锅炉采用钢管式空气预热器，错列布置，由 585 根 40 1.5 组成，横向节距 80mm,纵向节距 40mm，烟气在管内自上而下流动，空气在管外做横向冲刷。冷空气由 20被加热到 132变成热空气后由热空气管道进入炉膛，空气预热器的受热面积为 169.7m2。设计后的空气预热器顺列布置 ,由 585 根 40 1.5组成横向节距为 80mm, 纵向节距为 40mm,管长为 2400mm。 1.3.7 钢架、平台和扶梯 锅炉钢架为支承式锅炉构 架，框架式布置，梁和柱
17、均为钢结构，按地震烈度为 8 度地区设计，锅炉为室内布置。 本锅炉设置了供运行、操作和检修用的平台扶梯，平台宽 2000 mm，扶梯宽600 mm。平台扶梯通过平台支承搁在锅炉钢架上。平台上设置了 1100 mm 高的扶手柱和 200 mm 高的挡脚板。 1.3.8 炉墙 炉膛二侧墙以及尾部竖井前墙为重型炉墙，其重量通过炉墙支承座直接由锅炉基础来承受 ，炉墙厚度均为 80mm。炉膛前、后墙以及尾部竖井后墙的重量须由锅炉钢架传递到锅炉基础。 - 7 - 2 热力计算 2.1 锅炉规范、辅助 计算及热平衡计算 2.1.1 设计参数 表 2.1 设计给定参数 2.1.2 辅助计算 （ 1）空气平衡
18、烟道各处过量空气系数，各受热面的漏风系数，列于表 2 中。烟道中各受热面的漏风系数 按 工业锅炉设计计算 标准方法一书的相应章节确定。 表 2.2 烟道中各处过量空气系数及各受热面的漏风系数 （ 2）烧产物的容积及焓的计算 项目 数值 单位 项目 数值 单位 额定蒸发量 D 10 t/h 二类烟煤收到基基成分 给水温度 tgs 105 Car 46.55 % 给水压力 Pgs 1.32 Mpa Har 3.06 % 排烟温度 tex 160 Oar 6.11 % 预热空气温度 trk 132 Nar 0.86 % 冷空气温度 tla 20 Sar 1.94 % 饱和蒸汽出口压力 1.27 MP
19、a War 9 % 排污 h,w 2 % Aar 32.5 % 燃料收到基 低位发热量 Qar 17693.4 kJ/kg Var 38.5 % 序号 受热面名称 入口 漏风 出口 “ 1 炉膛 1.4 0.10 1.5 2 燃尽室 1.5 0.05 1.55 3 锅炉 管束 1.55 0.10 1.65 4 省煤器 1.65 0.15 1.8 5 空气预热器 1.8 0.10 1.9 - 8 - 表 2.3 燃烧产物量 表 2.4 受热面烟道中的 烟气特性 序号 名称 符号 单位 计算公式 炉膛出口 燃尽室 锅炉管束 省煤器 空气预热器 1 平均过量空气系数 pj (+“)/2 1.525
20、1.575 1.6 1.725 1.85 2 实际水蒸汽体积 VH2O Nm3 /kg VH2O + 0.0161( -1)V0 0.569 0.573 0.575 0.584 0.594 3 实际烟气量 Vy Nm3 /kg V0+ 1.0161( -1)V0 7.784 8.028 8.150 8.761 9.372 4 RO2容积份额 rRO2 VRO2/Vy 0.1133 0.1099 0.1082 0.1007 0.0941 5 水蒸汽容积份额 rH2O VH2O/Vy 0.0731 0.0731 0.0705 0.0667 0.0634 6 三原子气体容积份额 rtri rRO2+
21、 rH2O 0.1864 0.1812 0.1788 0.1674 0.1575 表 2.5 不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表 VRO2=0.882m3/kg VON2=3.807 m3/kg VOH2O=0.529 m3/kg oc (c)RO2 VRO2 (c) RO2 (c) N2 VON2 (c) N2 (c) H2O VOH2O(c) H2O Kj/m3 Kj/kg Kj/m3 Kj/kg Kj/m3 Kj/kg 1 2 3 4 5 6 7 30 51 44.982 38.88 148.02 45.15 23.88 100 170 149.94 129.60 493.39 150.
22、50 79.61 105 178.5 157.44 135.48 515.77 158.03 83.60 160 272 239.90 207.36 789.42 240.80 127.38 200 357.5 315.32 259.90 989.44 304.50 161.08 300 558.8 492.86 392.00 1492.34 462.70 244.77 序号 名称 符号 单位 计算公式 数值 1 理论空气量 V0 Nm3/kg 0.0889（ Car +0.375 Sar） +0.265 Har -0.0333 Oar 4.810 2 RO2容积 VRO2 Nm3/kg VC
23、O2 +VSO2=0.01866（ Car +0.375 Sar） 0.882 3 理论 N2体积 VN02 Nm3/kg 0.79 V0+0.008*Nar 3.807 4 理论 H2O体积 VH2O Nm3/kg 0.111*Har +0.0124*Mar +0.0161*V0 0.528 - 9 - 续 表 2.5 350 665.4 586.88 459.25 1748.36 544.45 288.01 400 771.9 680.82 526.5 2004.39 626.2 331.26 500 994.4 877.06 663.8 2527.09 794.9 420.5 600 1
24、224.6 1080.1 804.1 3061.21 968.9 512.55 700 1461.9 1289.4 947.5 3607.13 1148.9 607.77 800 1704.9 1503.72 1093.6 4163.34 1334.4 705.9 900 1952.3 1721.93 1241.6 4726.77 1526.1 807.31 1000 2203.5 1943.49 1391.7 5298.2 1722.9 911.41 1100 2458.4 2168.31 1543.8 5877.25 1925.1 1018.38 1200 2716.6 2396.04 1
25、697.2 6461.24 2132.3 1127.99 1300 2976.7 2625.45 1852.7 7053.23 2343.7 1239.82 1400 3239.1 2856.89 2008.7 7647.12 2559.1 1353.76 1500 3503.1 3089.73 2166 8245.96 2779 1470.09 1600 3768.8 3324.08 2324.5 8849.37 3001.8 1587.95 1700 4036.4 3560.1 2484 9456.59 3229.2 1708.25 1800 4304.7 3796.75 2643.7 1
26、0064.57 3458.4 1829.49 1900 4574.1 4034.36 2804.1 10675.21 3690.3 1952.17 2000 4844.1 4272.5 2965.1 11288.14 3925.5 2076.59 其中，烟气焓 2 2 2 2 2 20 0 00 0 0 0()y R R N N H Hh V C V C V C 空气焓 00()kkh V C 飞灰 hfh=0 Aar=32.48% Iog Vo=4.81 I=Iog+(av -1)*Ioa oC af.a=0.2 Kj/kg M3/kg Kj/kg (c) ash kgkJ caA asha
27、far/ )(*100 . 3+5+7 (c)a Ioa I I I I I Kj/kg Kj/m3 Vo(c)a =1.5 =1.55 =1.65 =1.8 =1.9 1 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 30 216.88 39.72 191.05 312.41 321.96 341.07 369.73 388.83 100 722.94 132.4 636.84 1041.36 1073.21 1136.89 1232.42 1296.1 105 756.81 139.02 668.69 1091.15 1124.58 1191.45 1291.76 1358.62
28、 160 1156.71 211.84 1018.95 1666.18 1717.13 1819.02 1971.87 2073.76 200 1465.83 266.4 1281.38 2106.53 2170.6 2298.73 2490.94 2619.08 300 2229.97 402.7 1936.99 3198.47 3295.32 3489.02 3779.56 3973.26 350 2623.26 472.25 2271.52 3759.02 3872.6 4099.75 4440.48 4667.63 400 3016.46 541.8 2606.06 4319.49 4449.79 4710.4 5101.31 5361.91 500 3824.65 684.1 3290.52 5469.91 5634.44 5963.49 6457.07 6786.12
