锅炉课程设计报告解析.docx
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锅炉课程设计报告解析
锅炉课程设计
任
务
书
姓名：
张世东
学号：
03007131
第一节设计任务书……………………………………………2
第二节煤的元素及燃烧产物分析……………………………3
第三节锅炉整体布置的确定…………………………………4
第四节锅炉热平衡计算………………………………………7
第五节炉膛设计和热力计算…………………………………11
第六节后屏过热器热力计算…………………………………21
第七节对流过热器设计和热力计算…………………………25
第八节高温再热器设计和热力计算…………………………29
第九节转向室及低温再热器引出管的热力计算…………………………………………………………34
第一十节低温再热器热力计算…………………………………41
第一十一节旁路省煤器热力计算…………………………………44
第一十二节减温水校核……………………………………………48
第一十三节主省煤器设计和热力计算……………………………48
第一十四节空气预热器热力计算…………………………………53
第一十五节热力计算数据的修正和计算结果汇总………………55
第一十六节设计其他部分说明……………………………………59
第十七节锅炉设计感想…………………………………………61
第一节设计任务书
一、设计题目：
400t/h再热煤粉锅炉
二、原始资料
1.锅炉蒸发量D1400t/h
2.再热蒸汽流量D2330t/h
3.给水温度tgs235OC
4.给水压力15.6MPa
5.过热蒸汽温度t1540OC
6.过热蒸汽压力P113.7MPa
7.再热蒸汽进口温度t2’330OC
8.再热蒸汽进口压力p2’2.5MPa
9.再热蒸汽出口温度t2”540OC
10.再热蒸汽出口压力p2”2.3MPa
11.锅炉车间空气温度tlk25OC
12.锅炉排污率1.0%
13.空气中所含水分10g/kg
14.燃料特性
（1）燃料种类：
混煤
（2）煤的应用基成分（%）:
Car=52.88%Har=3.2%Oar=4.74%Nar=1.06%
Sar=0.345Aar=26.52%War=11.26%Vdaf=33.14%
（3）燃料低位发热量：
Qydw=20400KJ/kg
（4）灰熔点：
t1=1185OC;t2=1280OC;t3=1325OC
15.燃烧方式：
煤粉炉四角布置
16锅炉型式：
II型
第二节煤的元素及燃烧产物分析
表1
煤的元表及燃烧产物表
成分
空气
理论烟气
实际烟气
煤的成分（收到基）
混煤
所需氧气
Nm3
所需空气
Nm3
烟气成分
理论烟气
Nm3
成分
实际烟气
Nm3
成分
份额
Car
52.88
0.9867
4.969
CO2
0.9867
CO2
0.9867
RO2容积份额
0.1402
Har
3.2
0.178
0.847
SO2
0.00024
SO2
0.00024
H2O容积份额
0.0852
Sar
0.34
0.0024
0.011
H2O-H
0.3552
0.582
过量空气系数
1.2200
飞灰质量浓度
0.0256
Oar
4.74
-0.033
-0.158
H2O-W
0.1396
过量空气
1.1878
飞灰系数afh
0.9
Nar
1.06
-
-
H2O-V0
0.0869
其中--O
0.2493
空气中所含水分
10
Aar
26.52
N-N
0.0085
4.274
--N
0.9383
War
11.26
VO20
1.1341
N-V0
4.2651
过量水蒸汽
0.0191
成分相加
100.00
V0
5.399
Vy0
5.845
Vy
7.052
Gy,kg
9.337
第三节锅炉整体布置的确定
一、锅炉总体概况
锅炉为单汽包，自然循环煤粉炉，呈
型分布，适应露天。
汽包中心线标高为42300mm，布置在炉前距水冷壁中心线2660mm处，采用四根
419×36mm大直径下降管。
炉膛由密封良好的
60×6mm的鳍片管膜式水冷壁组成，炉膛截面深×宽=8380×9600mm，宽深比为1.086，近似正方形。
燃烧器呈四角大小双切圆布置。
炉膛上部出口处，沿炉膛宽度方向布置6片前屏过热器，横向节距是1350mm，其后布置16片后屏过热器，横向节距是630mm。
高温对流过热器布置在后屏后面，位于折焰角的斜坡上，低温过热器由测墙包覆管、后墙包覆管以及炉顶包覆管组成。
再热器分为高、低两组，分别位于水平烟道和尾部竖烟井。
全部受热面采用悬吊和支承相结合的方式。
竖烟井深度为7500mm，其上部由隔墙省煤器管分为2个烟道，主烟道和旁路烟道，相应设置低再和旁省。
低再受热面载荷通过悬吊管由炉膛钢架承重，受热面向下膨胀。
省煤器由旁省和隔墙省以及置于竖烟井下部的主省煤器组成。
旁省以及隔墙省为悬吊式，主省则由三根钢价支撑，搁置在水泥构架梁上。
2台回转式空预直接安置在9m的运转层上，由水平烟道连接，置于尾部竖烟井的后侧。
锅炉烟井周围有管子包覆，采用重力载荷小、厚度薄的敷管炉墙，除尾部空预、烟风道、灰斗以及主省外锅炉的全部受热面载荷均悬吊在炉顶钢架上，受热面均向下自由膨胀，炉顶钢架通过K1、K2、K3、K4混凝土构架把负荷传递到锅炉基础上。
（图1）
锅炉汽温调节，主蒸汽采用一、二节喷水减温，再热蒸汽采用烟气挡板，作为升温调节，挡板布置在旁省的倾斜45度的管上。
此外，在高再进口处设有事故喷水装置，作为不得已时的降温调节措施。
当负荷在75%～100%内运行时，上述的调温装置可以维持过热蒸汽、再热蒸汽在额定值。
另外，在低再出口还设有微量喷水可以调节，以配合烟气挡板的调温。
本锅炉按固态排渣设计，采用带有粗破碎机的刮板式的机械除渣装置。
图1锅炉整体结构图
二、锅炉汽水系统
按超高压大容量锅炉热力系统设计的要求，该锅炉汽水系统的流程设计如下：
（1）水系统流程
→
（2）过热蒸汽系统流程
（3）再热蒸汽系统流程
第四节锅炉热平衡计算
一、燃烧产物计算
表2空气平衡表
受热面
名称
炉膛
后屏过热器
（l,hp）
对流过
热器
（dlgr）
高温再
热器
（gzr）
低温再热器
旁路省煤器
（dzr,psm）
主省
煤器
（sm）
空气预
热器
（ky）
进口α'
1.22
1.27
1.30
1.33
1.35
漏风Δα
Δαl=0.05
Δαhp=0
0.05
0.03
0.03
0.03
0.2
出口α''
1.22
1.27
1.30
1.33
1.35
1.56
表3
蒸汽要求表
h"gr
查蒸汽特性表，p=13.7MPa,t=540oC
3434.59
hgs
查水特性表，p=15.6MPa,t=235oC
1016.3
Dgr
已知
4.00E+05
h"zr
查蒸汽特性表，p=2.3MPa,t=540oC
3551.56
h'zr
查蒸汽特性表，p=2.5MPa,t=330oC
3079.67
Dzr
已知
3.30E+05
ηpy
假定
140.00
Djw
假定（kg/h）
1.10E+04
表4烟气特性表
符号
单位
l,hp
dlgr
gzr
dzr,psm
sm
ky
a'
1.2200
1.2200
1.2700
1.3000
1.3300
1.3600
a''
1.2200
1.2700
1.3000
1.3300
1.3500
1.5600
αav
1.2200
1.2450
1.2850
1.3150
1.3400
1.4600
△V
Nm3/kg
1.1878
1.3228
1.5387
1.7007
1.8357
2.4835
VH2O
Nm3/kg
0.6010
0.6032
0.6066
0.6092
0.6114
0.6217
Vg
Nm3/kg
7.0519
7.1891
7.4085
7.5731
7.7102
8.3685
rRO2
0.1402
0.1376
0.1335
0.1306
0.1283
0.1182
rH2O
0.0852
0.0839
0.0819
0.0804
0.0793
0.0743
rn
0.2255
0.2215
0.2154
0.2110
0.2076
0.1925
Gg
kg/kg
9.3371
9.5134
9.7955
10.0070
10.1833
11.0294
μf
kg/kg
0.0256
0.0251
0.0244
0.0239
0.0234
0.0216
表5烟气焓温表
烟气温度℃
理论烟气的焓Hy⁰（kj/kg）
理论空气的焓Hk⁰（kj/kg）
飞灰的焓Hfh（kj/kg）
烟气的焓Hy（kj/kg）
炉膛后屏过热器
对流过热器
高温再热器
低温再热器旁路省煤器
主省煤器
空预器热段
空预器冷段
a''l,hp=1.22
a''dlgr=1.245
a"gzr=1.285
a"dsr,psm=1.315
a"sm=1.34
a"ky（r）=1.41
a"ky（l）=1.51
△Hy
△Hy
△Hy
△Hy
△Hy
△Hy
△Hy
100
811
713
19
1122
1193
200
1641
1436
40
2170
2270
1148
2414
1221
300
2498
2176
63
3246
3300
1131
3453
1182
3670
1256
400
3380
2926
86
4300
4388
1142
4461
1161
4666
1213
4959
1288
500
4285
3693
109
5299
5447
1147
5558
1170
5650
1189
600
5208
4481
134
6439
1140
6618
1171
6753
1195
6865
1215
700
6156
5286
158
7609
1170
7820
1202
7979
1226
800
7134
6101
183
8659
8812
1203
9056
1235
9239
1260
900
8129
6916
209
9859
1200
10032
1221
10309
1253
1000
9140
7753
235
11080
1221
11274
1242
1100
10154
8611
262
12310
1230
1200
11172
9470
288
13543
1233
1300
12214
10328
325
14811
1268
1400
13280
11208
375
16120
1309
1500
14332
12088
420
17411
1290
1600
15401
12974
437
18692
1281
1700
16477
13854
493
20018
1326
1800
17560
14734
521
21323
1305
1900
18656
15641
569
22666
1343
2000
19743
16543
600
23982
1316
2100
20845
17450
630
25314
1333
二、热平衡入燃料消耗量计算
表六锅炉热平衡及燃料消耗计算
锅炉热平衡及燃料消耗量计算
序 号
名 称
符 号
单 位
计 算 公 式 或 数 据 来 源
数 值
1
燃料带入热量
Qr
kJ/kg
≈Qydw
20400
2
排烟温度
ηpy
oC
假定
150
3
排烟焓
Hpy
kJ/kg
查焓温表空气预热冷段
1803.5
4
冷空气温度
tlk
oC
给定（锅炉车间工作温度）
25
5
理论空气焓
Holk
kJ/kg
查焓温表理论烟气焓
178.3
6
机械不完全燃烧热损失
q4
%
取用
1.5
7
化学不完全燃烧热损失
q3
%
取用
0
8
排烟热损失
q2
%
6.8
9
散热损失
q5
%
查图形2-15
0.35
10
灰渣物理热损失
q6
%
0.000
11
保热系数
φ
%
0.9962
12
锅炉总热损失
∑q
%
q2+q3+q4+q5+q6
8.6
13
锅炉热效率
ηgl
%
100-∑q
91.4
14
过热蒸汽焓
h"gr
kJ/kg
查蒸汽特性表，p=13.8MPa,t=540oC
3436.4
15
给水焓
hgs
kJ/kg
查水特性表，p=15.6MPa,t=235oC
1016.11
16
过热蒸汽流量
Dgr
kg/h
已知
400000
17
再热蒸汽出口焓
h"zr
kJ/kg
查蒸汽特性表，p=2.4MPa,t=540oC
3552.8
18
再热蒸汽进口焓
h'zr
kJ/kg
查蒸汽特性表，p=2.6MPa,t=330oC
3078.4
19
再热蒸汽流量
Dzr
kg/h
已知
330000
20
再热蒸汽焓增量
△hzr
kJ/kg
hzr"-hzr'
474.4
21
锅炉有效利用热
Qgl
kJ/h
Dgr（hgr"-hgs）+Dzr（hzr"-hzr'）+Dpw（I'-Igs）
1129473388
22
实际燃料消耗量
B
kg/h
Qgl/（ηglQr）
60986.0
23
计算燃料消耗量
Bj
kg/h
60071.7
第五节炉膛设计和热力计算
一、炉膛结构设计
表7炉膛尺寸确定
（一）炉膛尺寸的确定
1
炉膛容积热强度
qV
W/m3
按表2-11选取
159000
2
炉膛容积
Vl
m3
BQdwy/（3.6qv）
2173.50
3
炉膛截面热强度
qF
W/m3
按表2-12选取
4268000
4
炉膛截面积
Al
m2
BQdwy/（3.6qF）
80.45
5
炉膛截面宽深比
a/b
按a/b=1～1.2选取
1.086
6
炉膛宽度
a
m
选取a值使a/b=1～1.2
9.6
7
炉膛深度
b
m
Al/a
8.43
8
冷灰斗倾角
θ
按θ≥50o
50
9
冷灰斗出口尺寸
m
按0.6～1.4选取
1.2
10
冷灰斗容积
Vhd
m3
按图3-5A4部分结构尺寸计算
123.9
11
折焰角长度
lz
m
2.5
12
折焰角上倾角
θ上
按θ上=20o～45o选取
45
13
折焰角下倾角
θ下
按θ上=20o～30o选取
30
14
前屏管径及壁厚
d×δ
mm
取用（外径）
38×4.5
d
38
δ
4.5
15
前屏管内工质质量流速
ρw
kg/（m2·s）
按表2-21选取（800~1000）
951
16
前屏管子总流通面积
A
m2
0.11362309
17
前屏每根管子面积
A1
m2
0.00066052
18
前屏总管子数
n
根
A/A1
172.020698
19
前屏横向管距
s1
mm
按s1=550～1500选取
1350
20
前屏片数
z1
片
按a/s1-1=6.4选取
6
21
前屏单片管子数
n1
根
按n/6=28.67选取
28
22
前屏纵向节距
s2
mm
按S2/d=1.1～1.25取
42
23
前屏最小弯曲半径
R
mm
按R＝（1.5～2.5）d选取
75
24
前屏深度
bqp
mm
s2（n1-1）×2+2R
2418
25
前屏与前墙之间距离
mm
选取
1240
26
前后屏之间距离
mm
选取
780
27
炉膛出口烟气流速
wy
m/s
选取
6
28
炉膛出口烟气温度
t"l
oC
按表2-20选取（1100～1150）
1100
29
炉膛出口通流面积
Ach
m2
98.0
30
炉膛出口高度
hch
m
Ach/a
10.20
31
前屏高度
hqp
m
按hch选定
10
32
水平烟道烟气流速
wsh
m/s
选取
10
33
水平烟道高度
hsy
m
6.5
34
折焰角高度
hzy
m
按hqp-hsy-lz=0.73选取
0.8
35
炉顶容积
Vld
m3
按图3-5中A1和A2部分尺寸计算
532.71
36
炉膛主体高度
hlt
m
18.681
二.水系统及水冷壁结构设计
炉膛四周水冷壁全部采用φ60×6mm的鳍片管制成密封的膜式水冷壁。
水冷系统主要是由大直径的下降管、分配集箱及其支管、水冷壁上升管、汽水引出管、上下集箱、汽包组成的循环回路。
炉水由汽包经过4根φ419×36mm大直径下降管以及下端的分配集箱，以及44根分配支管均匀的进入14只下集箱，然后分14个循环回路上升，经过上集箱和46根汽水引出管进入汽包；在汽包中汽水混合物经内部装置分离清洗，干净的蒸汽被引入到过热器中，分离下来的水和省煤器过来的给水混合在一起，再进入大直径下降管，进行周而复始的循环。
整个水冷壁管，以及敷设其上的炉墙，均通过上集箱的吊杆，悬吊在炉顶钢架上，受热面作向下的自由膨胀。
水冷壁设有人孔、看火孔、吹灰孔、防爆门孔、点火孔、测量孔等；后墙水冷壁上部由分岔管分为2路，一路折向炉膛，路垂直上升，起悬吊管作用。
为使得2路水量的合理分配，以保证均能安全可靠的工作，在垂直悬吊的集箱管孔处设置了带有短路的φ10mm节流孔，伸出集箱底部的短管，从而可以防止因污染物进入节流孔引起的阻塞。
燃烧时为了防止由于炉膛负压波动所引起的水冷壁以及炉墙薄壁结构振动而造成的破坏，在水冷壁外面布置了由工字钢组成的刚性梁，刚性梁在上下方和水冷壁一起膨胀，沿刚性梁长度方向，在结构上保证可以自由膨胀，刚性梁直接支承于炉膛水冷壁及左右侧包覆和后包覆管上。
表8水冷壁结构设计
1
前后墙水冷壁回路个数
z1
个
10/2.5=4（按每个回路加热宽度≤2.5m选取）
4
2
左右侧墙水冷壁回路个数
z2
个
9.2/2.5=3.7（按每个回路加热宽度≤2.5m选取）
3
3
管径及壁厚
d×δ
mm
按表3-13选取
60*6
4
管子管距
s
mm
按s/d=1.3～1.35选取
80.5
5
前后墙管子根数
n1
根
按a/s+1=127.3选取
128
6
左右侧墙管子根数
n2
根
按b/s+1=117.2选取
110
三、燃烧器结构设计
燃烧器为正四角大小切圆布置，假想小切圆φ200mm，大切圆φ700mm，一次风喷口分3层布置，带满负荷共12个一次喷口。
燃烧器的一、二次风喷口的位置，自上至下为
（二）、
（二）、
（一）、
（二）、
（一）、
（一）、
（二）一次风喷口分为上下2组分隔，以提高一次风气流的刚性。
为了适应煤种变化和调整燃烧工况，煤粉喷燃器各喷嘴做成可调节的。
为了调整燃烧工况和控制炉膛出口烟温，可根据燃烧特性或运行人员的实践经验摆动喷嘴的倾角，当一个喷嘴在水平位置上，相邻喷嘴只能摆动10度左右，若所有的喷嘴一起同向摆动可摆动约正负20度。
整个燃烧器通过连接体焊于水冷壁上，与水冷壁一起膨胀。
点火轻油枪采用机械压力雾化方式。
该燃烧器之重油枪也采用机械压力雾化方式，最大燃油量按锅炉额定蒸发量的40%计算，装于中、下二次风喷口内，共8只油枪。
表9燃烧器结构尺寸计
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