20th燃煤锅炉空气预热器课程设计Word格式.docx

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第一章已知参数

锅炉的已知参数

贫煤：

它是烟煤的一种，对煤化程度最高的烟煤的称谓，这种煤着火温度高，燃烧时火

焰短，但发热量高，燃烧持续时间长。

一般挥发份>

10%～20%，含碳量高达90%，含氢量

一般在4%～4.5%。

贫煤一般用作炼焦配煤。

1.2.2煤的成分

表1—2煤的成分

成分

Car

Oar

Sar

Har

Nar

Mar

Aar

Vdaf

百分比

（﹪）

39.9

4.6

0.2

2.7

0.6

7

45

25

氧气氮气二氧化碳二氧化硫

15890KJ/kg

2.1锅炉选型

根据已知参数，在我国一般35t/h以下的锅炉多采用链条炉排，阴齿设计选择燃烧方式为链条炉排。

可得锅炉的最低效率为76%，由于课程设计的限制，简化设计，不考虑漏风等实际因素，因此取锅炉的效率为87.1%。

2.2计算燃煤量

2*1000h*

Q

3600

得：

Q=18004KJ/s

根据锅炉的效率，得消耗燃料的输入热量：

2—1）

QrQ

Qr=20670.5KJ/s

Qr

燃煤量为：

2—2）

B1.3kg/s

物料平衡即温度内能熵热力学第一定律热力学第二定律

3

4.144Nm3/h

4）

V0RO20.745934Nm3/h

HarNar0

11.1ar1.24ar0.0161V0

100100

V0H2O0.3738584Nm3/h

（C）Co2170+0.6（358-170）

282.8KJ/m3

（C）N2130+0.6（260-130）

208KJ/m3

（C）H2O151+0.6（305-151）

243.4KJ/m3

根据IyVRO2（C）RO2VH（2COH）O2VN（C2）N2

2—7）

2.3.4根据空气预热器的过量空气系数pj1.20的计算过量空气系数是指通过的可燃混合气成分指标，常用符号α表示。

在我国及前苏联等国，通过的可燃混合气成分指标是过量空气系数，常用符号α表示。

α=燃烧1kg燃料实际所供给的空气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量由上面的定义表达式可知：

无论使用任何燃料，凡过量空气系数α=1

的可燃混合气即为理论混合气，此时燃料与空气中的氧气完全燃烧；

α<

1时，此时燃料与空气中的氧气不完全燃烧，产生的为浓混合气；

α>

1时则为稀混合气

过量空气量：

Vkg（pj1）V0（2—8）

Vkg0.8288Nm3/h

水蒸气容积：

VH2OVOH2O0.0161Vkg（2—9）

VH2O0.3872Nm3/h

烟气总容积:

VyVRO2VH2OVON2（pj1）VO

（2—10）

Vy5.3235Nm/h

rRO20.142

rH2O0.074

三原子气体份额：

rrH2OrRO2（2—13）

r0.216

烟气质量：

Gy1Ar1.306pjVO（2—14）

y100pj

Gy7.04kg

2.3.5焓的计算在热力学中，分子、原子、离子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。

既然组成物体的分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能。

分子动能与温度有关，温度越高，分子的平均动能就越大，反之越小。

所以从分子动理论的角度看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志（即微观含义，宏观：

表示物体的冷热程度）。

分子间存在相互作用力，即化学上所说的分子间作用力（范德华力）。

分子间作用力是分子引力与分子斥力的合力，存在一距离r0使引力等于斥力，在这个位置上分子间作用力为零。

分子势能与弹簧弹性势能的变化相似。

物体的体积发生变化时，分子间距也发生变化，所以分子势能同物体的体积有关系。

当1时的空气以及烟气的焓根据空气预热器入口温度250℃，

排烟温度160℃，

空气入口温度20℃，因此温度计算范围为0-300℃表3—1焓值表

顺

序

1

2

4

5

6

8

9

t,（℃

）

CCO2

VRO2

C*

N2*

VN2CN2

CH2O

CH2OVH2O

IOyy

Ckt

IO

Ik

100

170.0

126.8

130

426.21

150.7

56.34

609.

132

549

200

357.6

266.8

260

852

304

114

1233

266

1104

300

538.9

416.9

392

1285

463

172.95

1875

403

1669

表3—2焓温表

[℃]

[kj/kg]

IOk

公式

IyIoy

（1）Iok

1.20

I

613.20

548.67

Iy613.2+

（1）*548.67

722.934

738.616

1241.04

1102.73

Iy1241+

（1）*1102.73

1461.55

758.92

1886.72

1668.75

Iy1887+

（1）*1669

2220.47

2.4

传热计算

2.4.1空气出口温度的计算

根据空气预热器的烟气入口温度：

y250℃

排烟温度：

y160℃

空气入口温度：

tk20℃

根据烟气入口温度：

hyH2000.5（H200H100）

hy1563.88kj/kg根据烟气出口温度：

hyH2000.6（H200H100）

hy989.904kj/kg

因此Q放=（hyhy）Gy（4—1）

Q放=4036.89Kj/kg

Q总=Q放B（4—2）

Q总=5247.957Kj/s根据空气预热器已知参数：

S1=64mm

S2=60mm在空气预热器中烟气流速Wy一般为10m/s~14m/s的范围内选取，烟气流速过高则磨损大，烟气流速过低则会堵灰，设计中一般取

空气流速比烟气流速低，为烟气的45﹪~55﹪。

即，

Wk=（45﹪~55﹪）Wy

（4—3）

取

烟气流速Wy12m/s

Wk6m/s

根据烟气流速得：

烟气总容积

：

VyzVyByzy

（4—4）

Vyz6.8055m3

4.3Vyz

流通截面积：

f=yz（4—5）

Wy

f=2.44m3

根据能量守恒

Q放=Q吸=G空气h空气=V空气空气h空气（4—6）

查空气热物理性质表[3],利用试算法，先估后算，再根据焓温表3—2，得出温度。

根据试算法的出：

tk125℃

核对误差：

Q估算=5108.73Kj/s

=Q放-Q吸100﹪（4—7）

Q放

=2﹪2﹪误差符合要求

2.4.2锅炉对流受热面的传热系数K的计算传热系数，是换热操作中热量通量q（见传热过程）与传热推动力（温度差Δt）的比例系数，即：

K＝q/Δt它在数值上等于在单位温度差推动下于单位时间内经单位传热面所传递的热量，它与传热面积乘积的倒数为传热过程的总热阻。

根据K=（4—8）

1hgbsg1

1hgbsg2

烟气侧热阻

gb

受热面管壁金属热阻

空气侧热阻

K=

由于本课程设计数据精度不高，因此不考虑辐射换热，只对对流换热研究，由于管壁的厚度很小，因此管壁热阻可以忽略不计，在进行维护中，水垢沉积层的厚度很薄，因此可以忽略不计，即传热系数公式可以简化为：

4—8）

查管式空气预热器利用系数表[1]

查得：

=0.85

根据纵流冲刷受热面的温度改正系数图[1]

Cw=1.05

Cl=1

1=38W/m2℃

4—9）

由1=0ClCw

1=40.32W/m2℃

根据空气在管外冲刷管子，利用

根据决定横向冲刷错簇的对流放热系数的线算图[1]

Cw1.05

Cz1

Cs与有关

根据：

因此

求得：

21.7

0.1

Cs0.9500.1

Cs0.94

261.6875W/m2℃

4—11）

4—12）

4—13）

K=20.73W/m2℃

小温降等于：

y160℃空气入口温度：

tk20℃空气出口温度：

tk125℃

（4—14）

xyy

大温降等于：

x90℃

dtktk（4—15）

d

105℃

P0.39

Rd

x

R1.15

查交差温压改正系数图[1]选择二流程，查的

tnl

tmaxtmin

t

lntmax

tmin

21）

tmax

4—17）

4—18）

4—19）

4—20）

140℃

125℃

132.4℃

4—

2.4.3传热面积的计算

根据

KFt

F

Kt

4—22）

F1.91m2

2.4.4管束的计算

根据烟道的截面积f=2.44m3

设计烟道长度为1.63m

烟道高度为1.5m

dd

根据单根管子的换热面积f1（n）l（4—23）124f11.89103m2

由n=（4—24）

f1

n=1007.91008根

根据设计为二流程，因此需要三段管箱，而每个管箱中有504

根管子。

表4—2计算参数表

名

符号

单位

结果

号

称

进口空气温度

tk

℃

给定

20

进口空气焓

hk

kj/kg

查焓温表3—2

109.7

出口空气温度

先估后校

125

出口理论空气焓

687.185

进口烟气温度

y

250

进口理论烟气焓

hy

1563.88

出口烟气温度

160

出口理论烟气焓

989.904

烟气平均温度

pj

yy

205

10

烟气流速

m/s

12

11

流通截面积

f

2m

（ddn）l

24

2.44

烟气传热热阻

W/（m2℃）

1=0ClCw

40.32

13

空气侧热阻

2=0CzCwCs

61.6875

14

传热系数

K

20.73

15

大温降

dtktk

105

16

小温降

xyy

90

17

对数平均温度

nl

tnlt

lntmaxtmin

132.4

18

温差

ttnl

19

单根管换热面积

ddf1（ddn）l

124

1.89103

传热面

1.91

积

21

管数

n

根

Fn=

1008

根据已知参数，

设计第一级空气预热器有16与15根管子交错排列，空气预热器长度为1.63m，宽度为1.5m，高度为1.5m，管子共有24排，共504根管子。

设计第二级空气预热器有16与15根管子交错排列，空气预热器长度为1.63m，宽度为1.5m，高度为1.5m，管子共有24排，共504根管子。

2.6

阻力计算

2.6.1烟气侧阻力

由于立式管式空气预热器烟气从管内流过，空气预热器的阻

力由：

入口局部阻力，管内流动的沿程摩擦阻力和出口局部阻力组成。

气动压

hyc：

沿程阻力

rk：

进口局部阻力系数

ck：

出口局部阻力系数

Fd

查截面变化的阻力系数图[1]

rk0.38

ck0.58

沿程摩擦阻力系数

l：

管程长度

w：

气流速度

气体密度

T：

气流平均绝对温度Tb：

管壁平均绝对温度ddl：

当量直径

2.6.2空气侧阻力第二段空气预热器的管子为403.5根据已知参数设出口空气温度为55℃

查决定760mmHg时空气动压线算图[1]

w

25Pa

6—6）

6—7）

6—8）

Cs3.2（4.62.74）（2S1）

0CsR0.027

0（Z21）

0.812

hk121.125Pa

第一级空气预热器采用401.5的管子

根据空气入口温度为55℃

空气出口温度为125℃

26Pa

w2

hk2

5.166

hk2129.5Pahkhk1hk2

hk147.12Pa

表1数据总结

序号

名称

进口空气温度

出口空气温度

入口烟气温度

出口烟气温度

横向间距

S1

mm

64

纵向间距

S2

60

级数

排数

m

总管数

总换热面积

烟气侧阻力

Pa

156.76

空气侧阻力

147.12

1.冯俊凯、沈幼庭，锅炉原理及计算，科学出版社

2.赵翔、任有中，锅炉课程设计，北利电力出版社

3.章熙民、任泽濡、梅飞鸣，传热学，中国建筑工业出版社

4.容銮恩、袁镇福、刘志敏，电站锅炉原理，中国电力出版社