130吨煤粉炉炉热力计算例题.docx
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130吨煤粉炉炉热力计算例题
6附录2130t/h煤粉炉热力计算例题
Ⅱ.1锅炉基本结构
锅炉采用单锅筒П型布置。
上升烟道为炉膛及凝渣管，水平烟道布置两级悬挂对流过热器，垂直下行烟道布置两级省煤器及两级立式管式空气预热器。
炉膛布满光管水冷壁，炉膛出口凝渣管束由锅炉后墙水冷壁延伸而成，在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好地充满炉膛。
对流过热器分两级布置在水平烟道中，由悬挂式蛇形管束组成，在两级之间有锅炉自制冷凝水喷水减温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器。
省煤器和空气预热采用双级布置。
燃烧方式为四角布置的直流燃烧器，根据煤的特性选用中速磨煤机的负压直吹系统吹风。
锅炉本体结构见图Ⅱ.1。
图Ⅱ.1锅炉本体结构图
Ⅱ.2锅炉热力计算
Ⅱ.2.1设计任务
锅炉的设计任务见表Ⅱ.1。
表Ⅱ.1锅炉设计任务
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数值
1
锅炉额定蒸发量
D
t/h
给定
130
kg/s
给定
36.1
2
过热蒸汽出口压力
Pgr
MPa
给定
3.9
3
汽包内蒸汽压力
Pg
MPa
给定
4.3
4
过热蒸汽出口温度
?
g?
r
℃
给定
450
5
给水温度
?
g?
s
℃
给定
170
6
给水压力
?
g?
s
MPa
给定
4.9
7
排污率
?
p?
w
%
选取
2
8
排烟温度
?
p?
y
℃
选取
140
9
热空气温度
?
r?
k
℃
选取
370
10
冷空气温度
?
lk?
℃
选取
30
11
空气中湿含量
d
g/kg
选取
10
Ⅱ.2.2燃料特性
锅炉的燃料特性见表Ⅱ.2。
表Ⅱ.2燃料特性
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数值
1
燃料名称
－
－
给定
阳泉无烟煤
2
燃料收到基碳
Car
%
给定
69.01
3
燃料收到基氢
Har
%
给定
2.89
4
燃料收到基氧
Oar
%
给定
2.36
5
燃料收到基氮
Nar
%
给定
0.99
6
燃料收到基硫
Sar
%
给定
0.76
7
燃料收到基水分
Mar
%
给定
5.0
8
燃料收到基灰分
Aar
%
给定
18.99
9
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
给定
9
10
燃料收到基低位发热值
Qnet,ar
kJ/kg
给定
26400
11
变形温度
DT
℃
给定
1400
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
数值
12
软化温度
ST
℃
给定
1500
13
流动温度
FT
℃
给定
>1500
14
煤的可磨度
Kkm
℃
给定
1
Ⅱ.2.3辅助计算
1、燃烧产物体积计算
煤完全燃烧（α=1）时理论空气量及燃烧产物体积计算见表Ⅱ.3（以1kg燃料为准）。
表Ⅱ.3煤完全燃烧（α=1）时理论空气量及燃烧产物体积
序号
名称
符号
单位
公式及计算
结果
1
理论空气体积
?
?
0
m3/kg
0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.0333Oar
6.8476
2
三原子气体体积
?
?
RO2
m3/kg
0.01866（Car+0.375Sar）
1.2930
3
理论氮气体积
?
?
0N2
m3/kg
0.008Nar+0.79?
?
0
5.4175
4
理论水蒸汽体积
?
?
H02O
m3/kg
0.111Har+0.0124?
?
ar+0.016?
?
0
0.4930
5
理论烟气体积
?
?
y0
m3/kg
?
?
RO2+?
?
N02+?
H?
02O
7.2036
6
飞灰份额
αfh
－
对煤粉炉，其值为0.9-0.95
0.95
7
烟气中飞灰质量浓度
Gfh
kg/kg
?
?
arαfh100
0.1804
8
煤的折算灰分
Azh
g/MJ
?
?
ar
1000ar
?
?
net,ar
7.1932
2、空气平衡及烟气特性计算
烟道各处过量空气系数、各受热面的漏风系数及不同过量空气系数下燃烧产物的体积列于表Ⅱ.4中。
表Ⅱ.4烟气特性表
序号
名称及公式
符号
单位
炉膛及凝渣管
第二级过热器
第一级过热器
上级省煤器
上级空气预热器
下级省煤器
下级空气预热器
1
漏风系数
Δ?
?
－
0.1
0.015
0.015
0.02
0.03
0.02
0.03
2
入口处过量空气系数
α
－
1.15
1.25
1.265
1.28
1.3
1.33
1.35
3
出口处过量空气系数
α
－
1.25
1.265
1.28
1.3
1.33
1.35
1.38
4
平均过量空气系数
0.5（?
?
′+?
?
″）
αpj
－
1.25
1.2575
1.2725
1.29
1.315
1.34
1.365
5
水蒸汽体积
?
H?
02o+0.0161（?
?
pj-1）?
?
0
VH2O
m3/kg
0.5206
0.5214
0.5231
0.5250
0.5278
0.5305
0.5333
6
烟气总体积
?
y?
0+1.0161（pαj-1）?
?
0
Vy
m3/kg
8.9431
8.9952
9.0996
9.2214
9.3953
9.5693
9.7432
7
水蒸汽体积份额?
H?
2O?
y?
?
H?
2O
－
0.0582
0.0580
0.0575
0.0569
0.0562
0.0554
0.0547
序号
名称及公式
符号
单位
炉膛及凝渣管
第二级过热器
第一级过热器
上级省
煤器
上级空气预热器
下级省煤器
下级空气预热器
8
RO2气体体积份额?
R?
O2
?
y?
?
R?
O2
－
0.1446
0.1437
0.1421
0.1402
0.1376
0.1351
0.1327
9
三原子气体体积份额?
H?
2o+?
R?
O2
?
q?
－
0.2028
0.2017
0.1996
0.1972
0.1938
0.1906
0.1874
10
烟气质量
?
?
ar0
1-ar+1.306?
?
pj?
?
0
100pj
?
?
y
kg/kg
11.9887
12.0558
12.1899
12.3464
12.576
12.7936
13.0171
11
飞灰浓度?
?
arαfh100?
?
y
μfh
kg/kg
0.0151
0.0150
0.0148
0.0146
0.0144
0.0141
0.0139
3、焓温表
表Ⅱ.5烟气焓温表
烟气
?
R?
O2=1.293
/（m3/kg）
?
?
N02=1.293
/（m3/kg）
?
?
H02O=0.548/（m3/kg）
?
y0?
/（kJ/kg）
?
?
fh=0.3145/（kg/kg）
?
?
0=4.832/（m3/kg）
?
y?
=?
y0?
+?
f?
h+（α"-1）?
k0?
α"l
α"gr,2
α"gr,1
α"sm,2
α"ky,2
α"sm1
αk"y1
温度θ
/℃
?
?
co2θ
/（kJ/m3）
?
R?
O2=?
R?
O2?
c?
o2θ/（kJ/m3）
?
N?
2θ
/（kJ/m3）
?
N0?
2=?
N?
02?
?
N2θ/（kJ/m3）
?
H?
2Oθ
/（kJ/m3）
?
H0?
2O=?
H?
2O?
?
H2Oθ（kJ/kg）
?
y0?
=?
R?
O2+
?
N0?
2+?
H0?
2O
?
?
fhθ
（kJ/kg）
?
f?
h=?
?
fh?
?
fhθ（kJ/kg）
?
?
kθ
（kJ/m3）
?
k0?
=?
?
k0?
k?
θ
（kJ/kg）
1.25
1.265
1.28
1.3
1.33
1.35
1.38
100
169.7
219.4
129.6
702.0
150.5
74.2
995.6
80.67
14.56
132.0
904.0
1353.7
200
357.0
461.6
259.6
1406.3
303.9
149.8
2017.7
168.87
30.48
265.9
1820.4
2685.3
2739.9
300
558.0
721.6
391.3
2119.6
461.9
227.7
3068.9
263.34
47.53
402.1
2753.6
4025.1
4080.2
400
770.8
996.7
525.8
2848.7
625.3
308.3
4153.7
359.48
64.89
540.9
3703.8
5329.7
5440.9
5514.9
500
994.8
1286.4
663.0
3591.5
793.4
391.2
5269.1
457.71
82.62
683.0
4677.0
6661.2
6754.8
6895.1
600
1220.6
1578.2
802.6
4347.9
965.6
476.1
6402.2
559.28
100.95
828.5
5673.1
8091.6
8205.1
700
1458.8
1886.3
944.7
5117.8
1145.3
564.7
7568.8
661.28
119.36
978.1
6697.8
9463.1
9563.5
800
1701.3
2199.8
1091.0
5910.4
1333.4
657.4
8767.6
765.78
138.22
1128.6
7728.2
10953
900
1947.9
2518.7
1241.5
6725.6
1521.5
750.2
9994.5
873.62
157.69
1279.1
8758.6
12341
12473.
1000
2198.7
2843.0
1391.9
7540.9
1722.2
849.1
11232.9
982.3
177.31
1433.7
9817.7
13864
1100
2453.7
3172.7
1542.4
8356.1
1922.8
948.0
12476.8
1095.16
197.68
1592.6
10905.3
15400.8
1200
2712.8
3507.8
1692.9
9171.3
2127.6
1049.0
13728.1
1203.84
217.29
1751.4
11993.0
16943.6
1300
2972.0
3842.9
1847.6
10009.2
2340.8
1154.1
15006.2
1358.5
245.21
1910.3
13080.7
18521.6
1400
3235.3
4183.4
2006.4
10869.7
2554.0
1259.2
16312.3
1580.04
285.20
2073.3
14197.0
20146.8
1500
3498.7
4523.9
2161.1
11707.6
2775.5
1368.4
17599.9
1755.6
316.89
2236.3
15313.3
21745.1
烟气
?
R?
O2=1.293
/（m3/kg）
?
?
N02=1.293
/（m3/kg）
?
?
H02O=0.548/（m3/kg）
?
y0?
/（kJ/kg）
?
?
fh=0.3145/（kg/kg）
?
?
0=4.832/（m3/kg）
?
y?
=?
y0?
+?
f?
h+（α"-1）?
k0?
α"l
α"gr,2
α"gr,1
α"sm,2
α"ky,2
α"sm1
αk"y1
温度θ/℃
?
?
co2θ
/（kJ/m3）
?
R?
O2=?
R?
O2?
c?
o2θ/（kJ/m3）
?
N?
2θ
/（kJ/m3）
?
N0?
2=?
N?
02?
?
N2θ/（kJ/m3）
?
H?
2Oθ
/（kJ/m3）
?
H0?
2O=?
H?
02O?
?
H2Oθ（kJ/kg）
?
y0?
=?
R?
O2+
?
N0?
2+?
H0?
2O
?
?
fhθ
（kJ/kg）
?
f?
h=?
?
fh?
?
fhθ（kJ/kg）
?
?
kθ
（kJ/m3）
?
k0?
=?
?
k0?
k?
θ
（kJ/kg）
1.25
1.265
1.28
1.3
1.33
1.35
1.38
1600
3762.0
4864.4
2319.9
12568.1
2997.1
1477.7
18910.2
1872.64
338.01
2399.3
16429.6
23355.6
1700
4029.5
5210.3
2478.7
13428.6
3222.8
1588.9
20227.2
2060.74
371.96
2562.3
17546.8
24986.3
1800
4297.0
5556.3
2637.6
14289.1
3452.7
1702.3
21547.7
2181.96
393.84
2725.4
18662.1
26607.1
1900
4564.6
5902.2
2800.6
15172.3
3682.6
1815.6
22890.1
2382.6
430.06
2892.6
19807.1
28272.0
2000
4836.3
6253.5
2959.4
16032.8
3920.8
1933.1
24219.4
2508.0
452.69
3059.8
20952.0
29910.1
2100
5108.0
6604.8
3122.5
16916.0
4154.9
2048.5
25569.3
－
－
3227.0
22096.9
31093.5
2200
5379.7
6956.1
3285.5
17799.1
4393.2
2166.0
26921.3
－
－
3394.2
23241.8
32731.7
4、锅炉热平衡及燃料消耗量计算
锅炉热平衡及燃料消耗量计算见表Ⅱ.6
表Ⅱ.6热平衡及燃料消耗量计算
序号
名称
符号
单位
公式及计算
结果
1
固体未完全燃烧损失
q4
%
燃用烟煤时，q4一般为2%，容量较小煤粉炉的q4可适度加大
4.5
2
气体未完全燃烧损失
q3
%
煤粉炉的q3值为0-1%
0
3
散热损失
q5
%
查表2.5
0.66
4
灰渣物理热损失
q6
%
?
?
net,ar26400
==63.1>19=?
?
ar
418.68418.68ar
0
5
排烟过量空气系数
αpy
－
查表Ⅱ.4
1.38
6
排烟温度
θpy
℃
见表Ⅱ.1，先假定，在表Ⅱ.17中校核
140
7
排烟焓
Ipy
kJ/kg
查表Ⅱ.5（α"=1.38）
1908.19
8
冷空气温度
tlk
℃
见表Ⅱ.1
30
9
冷空气焓
Ilk0
kJ/kg
查表Ⅱ.5
271.19
10
排烟损失
q2
%
0100-?
4?
（?
p?
y-?
?
py?
l0k?
）?
?
4net,ar
5.578
11
锅炉效率
η
%
100-q2-q3-q4-q5-q6
89.76
12
锅炉蒸发量
D
kg/s
见表Ⅱ.1
36.11
13
过热蒸汽出口焓
?
g?
q
kJ/kg
p=3.9MPa,t=450℃，查附表6
3332.4
14
饱和水焓
ibh
kJ/kg
p=4.3MPa,查附表4
1108.5
15
给水温度
tgs
℃
见表Ⅱ.1
170
16
给水焓
igs
kJ/kg
p=4.9MPa,t=170℃,查附表5
721.65
17
排污率
pw
%
见表Ⅱ.1
2
18
锅炉总吸热量
Q1
kw
?
?
（?
g?
q-?
g?
s）+?
p?
w?
?
（?
b?
h-?
g?
s）
94554
19
燃料消耗量
B
kg/s
100?
?
l
?
?
?
n?
et,ar
3.9901
20
计算燃料消耗量
Bj
kg/s
?
?
4
?
?
（1-4）
100
3.8305
21
空气预热器出口空气温度
trk
℃
见表Ⅱ.1
370
22
空气预热器出口空气焓
I0
Irk
kJ/kg
查表Ⅱ.5
3418.72
23
炉膛进口过量空气系数
l
－
见表Ⅱ.4
1.15
24
制粉系统漏风系数
Δ?
z?
f
－
查表2.2
0.1
序号
名称
符号
单位
公式及计算
结果
25
空气预热器空气侧出口过量空气系数
－
lzf
1.05
26
空气预热器漏风系数
ky
－
见表Ⅱ.4
0.06
27
空气预热器空气侧进口过量空气系数
－
"+ky
1.11
28
空气预热器空气侧平均过量空气系数
－
0.5（+）
1.08
29
空气预热器吸热量
Qky1
kJ/kg
（Ir0kIl0k）
3399.34
Qky
kW
BjQky
13021.08
30
空气预热器吸热量与燃料热量的百分比
qky
%
100?
?
ky1
?
?
net,ar
12.88
31
保热系数
?
?
－
1
1q5
qky
0.9936
Ⅱ.2.4炉膛计算
1、炉膛结构计算
炉膛结构见图Ⅱ.2。
炉膛为正方形截面，宽a=6.336m，深b=6.336m。
炉膛内布置Φ60×3的水冷壁管，管节距s=64mm，侧面墙的管数为100根，前、后墙的管数为98根，管子悬挂炉墙，管子中心和炉墙距e=0。
后墙水冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙的重量，斜叉管组成凝渣管和折焰角。
凝渣管有24×3=72根管子，
折焰角上有22根管子，另4根管直接与联箱相连。
侧墙水冷壁向上延伸，在折焰角区域和凝渣管区域形成附加受热面。
采用四角布置直流式煤粉燃烧器，燃烧器中心距冷灰斗上沿为
1.44m。
炉膛结构计算见表Ⅱ.7和表Ⅱ.8。
图Ⅱ.2炉膛尺寸（侧墙）
表Ⅱ.7炉膛结构计算
序号
名称
符号
单位
公式及计算
结果
1
炉膛截面热负荷
qF
kW/m2
查表4.11
2519
2
炉膛截面积
F
m2
?
?
net，ar
?
?
=?
?
?
=?
?
?
j
j?
F?
40.1447
3
水冷壁节距
S
m
结构设计
0.064
4
炉膛宽度
a
m
炉膛为正方形。
F0.5取整，s的倍数
6.336
5
炉膛深度
b
m
等于炉膛宽度
6.336
6
折焰角前端到第一排凝渣管斜管段长
?
x?
m
结构设计
0.734
7
折焰角宽度
?
z?
y
m
结构设计
1.9
6
折焰角下倾角度
γx
结构设计
30
7
折焰角上倾角度
γs
结构设计
45
10
第一排凝渣管与炉膛前墙距离
?
d?
p
m
?
?
-?
z?
y-?
x?
?
?
?
?
?
?
x?
?
3.8
11
顶棚倾角
γd
结构设计
8
序号
名称
符号
单位
公式及计算
结果
12
第一排凝渣管与炉膛后墙距离
?
n?
z
m
?
?
-?
d?
p
2.536
13
第一排凝渣管高度
?
n1
m
结构设计
4.2
14
与第一排凝渣管对应的前墙高度
?
dp
m
?
n1+?
d?
p?
?
?
?
?
?
x?
?
4.734
15
折焰角高度
?
zy
m
?
z?
y?
?
?
?
?
?
x?
?
1.097
16
第一排凝渣管下端到折焰角下端高度
?
z″y
m
?
n?
z?
?
?
?
?
?
x?
?
1.464
17
冷灰斗底口宽度
?
h?
d
m
结构设计
1.062
18
冷灰斗倾角
γhd
结构设计
55
19
冷灰斗中部宽度
?
d?
z
m
?
?
+?
h?
d
2
3.699
20
冷灰斗高度
?
hd
m
（?
?
-?
h?
d）?
?
?
?
?
?
h?
?
d2
3.766
21
冷灰斗斜边长度一半
?
h?
x
m
?
hd
2sin?
?
hd
2.299
22
炉膛容积热负荷
qv
kJ/m3
表4.9
169
23
炉膛容积
Vl
m3
?
?
net,ar
?
?
j
j?
v?
598.37
24
侧墙面积
Fc
m2
?
?
l?
?
94.44
25
炉膛中部高度
?
lz
m
（?
n1+?
dp）?
d?
p（?
d?
p+?
?
）?
z″y（?
?
+?
d?
z）?
?
c?
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