低温空气预热器.docx
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低温空气预热器
摘要
关键词：
低温空气预热器、结构计算、热力计算
电厂锅炉，火电厂三大主设备之一。
由锅炉本体和辅助设备构成。
它利用燃料（如煤、重油、天然气等）燃烧时产生的热量使水变成具有一定温度和压力的过热蒸汽，以驱动汽轮发电机发电。
以燃煤锅炉为例，电厂锅炉本体由炉膛、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器以及钢架炉墙等组成。
此外，还有重要的辅助设备，如制粉设备、除灰设备、除尘装置、自动控制装置与仪表、阀门等。
这次老师给分配的是低温空气预热器，这次设计分为低温空气预热器的结构计算和热力计算，计算量最大的是热力计算，我通过老师给的数据结合《锅炉课程设计指导书》完成了这次，在计算过程中我查找出了书中的公式，查表确定计算中所需要的数值来完成这次课程设计。
摘要1
1绪论1
1.1锅炉课程设计的目的和意义1
1.2研究本课题的现状和发展趋势1
2低温空气预热器设计3
2.1低温空气预热器设计参数3
2.2锅炉结构示意图4
2.3低温空气预热器的结构计算5
2.3.1低温空气预热器作用5
2.3.2低温空气预热器的结构计算5
2.3.3低温空气预热器的热力计算6
3低温空气预热器12
3.1低温空气预热器基本尺寸汇总12
3.2低温空气预热器热力计算汇总13
4结束语16
参考文献17
1绪论
1.1锅炉课程设计的目的和意义
锅炉课程设计是锅炉原理课程的重要教学实践环节，通过课程设计，使我对锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高，提高感性认识，增强动手能力，为以后的毕业设计打下夯实的基础。
课程的重要教学实践环节。
通过课程设计来达到以下目的：
对锅炉原理课程的知识得以巩固、充实和提高；掌握锅炉机组的热力计算方法，学会使用热力计算标准方法并具有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力；培养对工程技术问题的严肃认真和负责的态度。
1.2研究本课题的现状和发展趋势
空气预热器一般简称为空预器。
多用于燃煤电站锅炉。
可分为管箱式、回转式两种，其中回转式又分为风罩回转式和受热面回转式两种。
电站锅炉较常采用受热面回转式预热器。
在锅炉中的应用一般为两分仓、三分仓、四分仓式，其中四分仓较常用于循环流化床锅炉中。
空气预热器（airpre-heater）就是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面。
用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗。
中国调研报告网发布的2016年中国空气预热器市场调查研究与发展趋势预测报告认为，空气预热器按空气预热器的传热方式可将空气预热器分为导热式和再生式两大类。
在导热式空气预器中最常用的是管式空气预热器。
随着锅炉参数的提高和容量的增加，管式空气预热器的受热面也增大，这给尾部受热面的布置带来了困难。
因此，在大容量机组中多数采用结构紧凑、质量较轻的回转式空气预热器。
《2016年中国空气预热器市场调查研究与发展趋势预测报告》通过空气预热器项目研究团队多年对空气预热器行业的监测调研，结合中国空气预热器行业发展现状及前景趋势，依托国家权威数据资源和一手的调研资料数据，对空气预热器行业现状及趋势进行全面、细致的调研分析，采用定量及定性的科学研究方法撰写而成。
《2016年中国空气预热器市场调查研究与发展趋势预测报告》可以帮助投资者准确把握空气预热器行业的市场现状及发展趋势，为投资者进行投资作出空气预热器行业前景预判，挖掘空气预热器行业投资价值，同时提出空气预热器行业投资策略、营销策略等方面的建议。
2低温空气预热器设计
2.1低温空气预热器设计参数
进口烟气温度
=315℃
出口空气温度
=213.6℃
进口烟气焓
=3898.642kJ/kg
计算燃料量
=26591.95kg/h
出口烟气温度
=136.3℃
理论空气量
=6.0611m3/kg
吸热量
=2459.837℃
灰粒平均直径
=13
进口空气温度
=30℃
保热系数
φ=0.9945
2.2锅炉结构示意图
图2-1锅炉示意图
A-炉膛；B-水平烟道；C-尾部烟道；1-屏式过热器；2-高温过热器；3-低温过热器；4-高温省煤器；5-高温空气预热器；6-低温省煤器；7-低温空气预热器
本课程设计的对象是：
低温空气预热器
2.3低温空气预热器的结构计算
2.3.1低温空气预热器作用
1、改善并强化燃烧
经过余热器后的空气进入炉内，加速了燃料的干燥、着火和燃烧过程，保证了锅炉内的稳定燃烧，提高了燃烧效率。
2、强化传热
由于炉内燃烧得到了改善和强化，加上进入炉内的热风温度提高，炉内平均温度水平也有提高，从而可强化炉内辐射传热。
3、减小炉内损失，降低排烟温度，提高锅炉热效率
由于炉内燃烧稳定，辐射热交换的强化，可以降低化学不完全燃烧损失；另一方面空气预热器利用烟气余热，进一步降低了排烟损失，因此提高了锅炉热效率。
根据经验，当空气在预热器中升高1.5℃，排烟温度可以降低1℃.在锅炉烟道中安装空气预热器后，如果能把空气余热150-160℃，就可以降低排烟温度110-120℃，可将锅炉热效率提高7%-7.5%。
可以节约燃料11%-12%。
4、热空气可以作燃料干燥剂
对于层燃炉，有热空气可以使用水分和灰分较高的燃料，对于电站锅炉，热空气是脂粉系统的重要干燥剂和煤粉输送介质。
2.3.2低温空气预热器的结构计算
1）横向节距比
（2-1）
2）纵向节距比
（2-2）
3）受热面积
（2-3）
4）烟气流通面积
（2-4）
5）空气流通面积
（2-5）
6）烟气有效辐射层厚度
m（注：
d单位为m）（2-6）
2.3.3低温空气预热器的热力计算
1）进口空气温度
2）进口空气焓
3）高温空气预热器漏风系数
查表1-5漏风系数和过量空气系数得
4）高温空气预热器漏风系数
5）低温空气预热器空气侧出口过量空气系数
（2-7）
6）出口空气温度
℃
7）出口理论空气焓
8）低温空气预热器对流吸热量
9）进口烟气温度
Θ'xk=315℃
10）进口烟气焓
11）空气平均温度
tpj=（t'k,xk+t"k,xk）/2=121.8℃（2-8）
12）漏风理论空气焓
13）出口烟气温度
14）出口烟气焓
15）烟气平均温度
Θpj=（Θ'xk+Θ"xk）/2Θpj=225.65℃（2-9）
16）.烟气流速
（2-10）
17）烟气侧对流放热系数
查附录A-9得
W/（m2·℃）
18）低温烟气有效辐射层厚度
S=0.06m
19）烟气压力
0.1MPa
20）水蒸气容积份额
查表2-9烟气特性表得
21）.三原子气体和水蒸气容积总份额
查表2-9烟气特性表得
0.1979
22）三原子气体辐射减弱系数
（2-11）
℃（2-12）
66.9021/（m·MPa）
23）灰粒的辐射减弱系数
kh=160.7871/（m·MPa）
24）烟气质量飞灰浓度
查表2-9烟气特性表得
25）烟气的辐射减弱系数
（2-13）
26）烟气黑度
（2-14）
27）管壁灰污层温度
（2-15）
28）烟气侧辐射放热系数
W/（㎡·℃）（2-16）
29）烟气侧放热系数
α1=ξ×（
+
）=47.184
（其中ξ为利用系数，取1）
30）空气流速
（2-17）
31）空气侧放热系数
查附录A-7
32）传热系数
Ksk=ξ×α2×α1/（α2+α1）=24W/（m2﹒℃）（2-18）
（ξ=0.8）
33）传热温差
℃（2-19）
℃（2-20）
（2-21）
34）计算误差
（2-22）
3低温空气预热器
3.1低温空气预热器基本尺寸汇总
表3-1;低温空气预热器结构尺寸
序号
名称
符号
单位
公式
结果
1
布置
错列双面进风
2
管子尺寸
mm
给定
φ40×1.5
3
横向节距
S1
mm
给定
76
4
横向节距比
σ1
S1/d
1.9
5
纵向节距
S2
mm
给定
44
6
纵向节距比
σ2
S2/d
1.1
7
横向排数
n1
8×27
216
8
管子根数
N
给定
8696
9
管箱高度
H
m
给定
8.7
10
管箱有效高度
hx
m
给定
8.56
11
空气道平均高度
L
m
给定
1.17
12
受热面积
Axk
m2
8696×3.14×.0385×8.56
89987.8
13
烟气流通面积
Ay
m2
8696×3.14×0.0322×（1/4）
6.99
14
空气流通面积
Ak
m2
（1.976-27×.04）×8×1.71
12.25
15
行程数
n
给定
5
续表3-1;低温空气预热器结构尺寸
16
烟气有效辐射层厚度
s
m
0.9d（4σ1σ2/π-1）注：
d的单位为m
0.06
3.2低温空气预热器热力计算汇总
表3-2低温空气预热器热力计算
序号
名称
符号
单位
公式
结果
1
进口空气温度
t'xk
℃
取用
30
2
进口理论空气焓
h'xk
KJ/kg
239.748
3
高温空气预热器漏风系数
△αsk
查表1-5漏风系数和过量空气系数
0.05
4
高温空气预热器空气侧出口过量空气系数
β"sk
给定
1.05
5
低温空气预热器空气侧出口过量空气系数
β"xk
β"sk+△αsk
1
6
出口空气温度
t"xk
℃
给定
213.6
7
出口理论空气焓
h"xk
KJ/kg
查焓温表
2426.271
8
低温空气预热器对流吸热量
Qxkdl
KJ/kg
给定
2459.837
9
进口烟气温度
Θ'xk
℃
给定
315
10
进口烟气焓
h'yxk
KJ/kg
给定
3898.642
11
空气平均温度
tpj
℃
（t'k,xk+t"k,xk）/2
121.8
12
漏风理论空气焓
h0lk
KJ/kg
查焓温表，按空气平均温度
1305.124
13
出口烟气焓
h"yxk
KJ/kg
给定
1490.705
14
出口烟气温度
Θ"xk
℃
给定
136.301
15
烟气平均温度
Θpj
℃
（Θ'xk+Θ"xk）/2
225.65
16
烟气流速
ωy
m/s
给定
12.543
17
烟气侧对流放热系数
αdxk
W/（m2·℃）
α0C1Cω《标准》线算图14（即附录A-9）
44
续表3-2低温空气预热器热力计算
18
低温烟气有效辐射层厚度
s
m
低温空气预热器结构尺寸
0.06
19
烟气压力
p
Mpa
给定
0.1
20
水蒸气容积份额
rH2O
给定
0.0726
21
三原子气体和水蒸气容积总份额
r
给定
0.1979
22
三原子气体辐射减弱系数
kq
1/（m·Mpa）
66.902
23
灰粒的辐射减弱系数
kh
1/（m·Mpa）
给定
160.787
24
烟气质量飞灰浓度
μy
kg/m3
给定
0.0205
25
烟气的辐射减弱系数
k
1/（m·Mpa）
kq×r+kh×μy
1
26
烟气黑度
αsk
1-e-kps
0.06
27
管壁灰污层温度
tbbxk
℃
（tpj+Θpj）/2
173.7
28
烟气侧辐射放热系数
αfxk
W/（m2﹒℃）
α0α《标准》线算图19（即附录A-11）
3.1848
29
烟气侧放热系数
α1
W/（m2﹒℃）
ξ×（αfxk+αdxk）（其中ξ为利用系数，取1）
47.184
30
空气流速
ωk
m/s
（Bj×V0×（β"xk+Δαxk/2）×（tpj+273））/（3600×273×Ak）
7.3
31
空气侧放热系数
α2
W/（m2﹒℃）
αd=α0CzCsCw查《标准》线算图12（附录A-7）
50.37
32
传热系数
Ksk
W/（m2﹒℃）
ξ×α2×α1/（α2+α1）（ξ=0.8）
24
33
转换系数
Ψ
给定
1
34
逆流平均温差
Δtnl
℃
（Δtd-Δtx）/ln（Δtd/Δtx）（其中Δtd=Θ'xk-t"h,xk,
Δtx=Θ"xk-t'k,xk
103.831
35
传热温差
Δtxk
℃
Ψ×Δtnl
103.831
续表3-2低温空气预热器热力计算
36
低温空气预热器对流吸热量
Qxkd2
KJ/kg
3.6×Kxk×Δtxk×Axk/Bj
2465.701
37
高温空气预热器进口空气温度
t'sk
℃
查表4-15高温空气预热器的热力计算
206
38
计算误差
Δt
℃
t"xk-t'sk允许计算误差±10℃
7.6
39
低温空气预热器区域对流吸热量
Qdxs
KJ/kg
由于没有附加受热面，所以就是Qxkdl
2782.3
4结束语
正如我们所了解的，课程设计是考察大学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际中的应用问题,培养大学生实践能力的必要环节,是对一个大学生实际工作能力和建立团队协作能力的具体训练和考察过程。
本次设计是为低温空气预热器，设计时长为三周。
通过这次设计，让我更进一步理解了低温空气预热器及其设备的基本作用和操作原理，也使我在思维上对低温空气预热器的运作过程有了比较具体的掌握。
在这段时间里，我阅读了参考书目，反复计算，此次设计不仅锻炼了我发现问题、分析问题和解决问题的能力，更我获得了宝贵的设计经验，但却从这三周内学到了许多课上没有的东西，也拓宽我的理论知识。
在这次设计中，通过自己的计算与分析，使我在这次设计中学到了许多新知识，充实了自己的同时，更重要的是它将为我今后的实际工作带来巨大的动力和无尽的兴趣。
在此，特别感谢耐心指导和帮助我们的朱杰老师。
由于这次是我们的第一次接触正规设计，因此感觉时间较短，任务繁多，学习工作工程中难免有一些不足和错误存在，希望老师给予批评指正。
对于这次设计而言，知识上的收获固然重要，然而精神上的丰收更加令人喜悦。
这次设计让我知道了学无止境和学以致用的道理。
人生就像逆水行舟，不进则退。
所以我们必须找到动力和方法，使自己随时保持警惕。
在人生航海中，不求一帆风顺但求风雨无阻。
参考文献
[1]叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京：
中国电力出版社，2004
[2]李加护闫顺林李彦丰.锅炉课程设计指导书[M].北京：
中国电力出版社，2007
[3]范从震主编.锅炉原理[M].北京：
水利电力出版社，1986
[4]冯俊凯沈幼庭主编.锅炉原理及计算[M].第2版.北京：
科学出版社，1992
[5]李恩辰徐合曼合编.锅炉设备及运行[M].北京:
水利电力出版社，1991
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