锅炉课程设计600MW等级超临界压力煤粉锅炉.docx
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锅炉课程设计600MW等级超临界压力煤粉锅炉
一、初参数…………………………………………………………………………………………………3
二、燃料的数据校核和煤种判断……………………………………………………………………4
三、燃料燃烧计算……………………………………………………………………………………….5
四、锅炉热平衡计算……………………………………………………………………………………7
五、炉膛设计和热力计算…………………………………………………………………………….9
六、前屏过热器设计和热力计算…………………………………………………………………12
七、后屏过热器设计和热力计算…………………………………………………………………17
八、高温再热器设计和热力计算…………………………………………………………………21
九、第一悬吊管热力计算……………………………………………………………………………25
一十、高温对流过热器设计和热力计算…………………………………………………………..27
一十一、第二悬吊管的热力计算………………………………………………………………………..31
一十二、低温再热器垂直段设计和热力计算……………………………………………………….34
一十三、转向室热力计算………………………………………………………………………………….37
一十四、低温再热器水平段设计和热力计算………………………………………..................39
一十五、省煤器设计和热力计算………………………………………………………………………..43
一十六、分离器汽温和前屏进口汽温的校核……………………………………………………….46
一十七、空气预热器设计和热力计算…………………………………………………………………47
一十八、锅炉整体热量平衡校核………………………………………………………………………..53
一十九、热力计算结果的总汇……………………………………………………………………………54
锅炉整体布置图
其余参数见下表
一、初参数
600MW机组锅炉设计计算原始参数
600MW机组锅炉设计计算原始参数
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
结果
1
额定蒸发量
Dsh''
t/h
给定
1913
2
过热蒸汽压力
psh''
MPa
给定，表压
25.4
3
过热蒸汽温度
tsh''
℃
给定
571
4
再热蒸汽流量
Drh''
t/h
给定
1586
5
再热蒸汽入口压力
prh'
MPa
给定，表压
4.35
6
再热蒸汽入口温度
trh'
℃
给定
310
7
再热蒸汽出口压力
prh''
MPa
给定，表压
4.16
8
再热蒸汽出口温度
trh''
℃
给定
569
9
给水压力
pfw
MPa
给定，表压
29.35
10
给水温度
tfw
℃
给定
282
11
周围环境温度
tca
℃
给定
20
12
锅炉燃煤特性
阜新烟煤（易点燃，燃烧快，燃烧时火焰长）
（1）碳收到基质量百分比
Car
%
给定
48.34
（2）氢收到基质量百分比
Har
%
给定
3.29
（3）氧收到基质量百分比
Oar
%
给定
8.63
（4）氮收到基质量百分比
Nar
%
给定
0.81
（5）硫收到基质量百分比
Sar
%
给定
0.98
（6）灰分收到基质量百分比
Aar
%
给定
22.95
（7）水分收到基质量百分比
Mar
%
给定
15.00
（8）挥发分干燥无灰基质量百分比
Vdaf
%
给定
41.00
（9）燃料收到基低位发热量
Qnet,ar
kJ/kg
给定
18645
二、燃料的数据校核和煤种判别
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
结果
1
元素之和
—
％
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar
100
2
元素之和正确否？
—
—
—
正确
3
高位发热量（经验公式）
Qgr,ar
kJ/kg
339Car+1256Har-109（Oar-Sar）
19686
4
低位发热量（经验公式）
Q'net,ar
kJ/kg
Qgr,ar-r（0.09Har+0.01Mar）
18570
5
经验公式值和给定值之差
⊿Qnet,ar
kJ/kg
Q'net,ar-Qnet,ar
-75
6
误差判别
—
—
│⊿Qnet,ar│<800
正确
7
煤的折算因子
red
—
4190/Qnet,ar
0.225
8
折算灰分
Ared,ar
％
red×Aar
5.16
9
折算水分
Mred,ar
％
red×Mar
3.37
10
折算硫分
Sred,ar
％
red×Sar
0.22
11
煤的灰分特性判断
—
—
Ared,ar<4%
高灰分
—
—
Mred,ar<8%
低水分
—
—
Sred,ar<0.2%
高硫分
三、燃料燃烧计算
表4-2理论空气量和理论烟气量计算
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
结果
1
理论空气量
Vo
Nm3/kg
0.0889×（Car+0.375×Sar）+0.265×Har－0.0333×Oar
4.915
2
理论氮气容积
VoN2
Nm3/kg
0.79×V0+0.008×Nar
3.889
3
三原子气体RO2的容积
VRO2
Nm3/kg
0.01866×（Car+0.375×Sar）
0.909
4
理论水蒸汽容积
V0H2O
Nm3/kg
0.111×Har+0.0124×Mar+0.0161×V0
0.630
5
理论烟气容积
Vog
Nm3/kg
VoN2+VoH2O+VRO2
5.428
表4-3烟气特性表
序号
名称及公式
符号
单位
前屏至省煤器
空预器热段
空预器冷段
.
1
烟道进口过量空气系数
（查表3-3）
a'
—
1.20
1.20
1.24
2
烟道出口过量空气系数
（查表3-4）
a"
—
1.20
1.24
1.28
3
烟道平均过量空气系数
（α'+α"）/2
aav
—
1.20
1.22
1.26
4
过剩空气量
（αav-1）Vo
⊿V
Nm3/kg
0.983
1.081
1.278
5
水蒸汽容积
VoH2O+0.0161ΔV
VH2O
Nm3/kg
0.646
0.648
0.651
6
烟气总容积
Vgo+1.0161（αav-1）Vo
Vg
Nm3/kg
6.427
6.527
6.727
7
RO2占烟气容积份额
VRO2/Vg
rRO2
—
0.1414
0.1393
0.1351
8
H2O占烟气容积份额
VH2O/Vg
rH2O
—
0.1005
0.0992
0.0968
9
RO2+H2O的容积份额
rRO2+rH2O
rg
—
0.2420
0.2385
0.2319
10
烟气质量
1-Aar/100+1.306αavVo
Gg
kg/kg
8.473
8.601
8.858
11
飞灰浓度，αfa取0.95
αfaAar/（100Gg）
μash
kg/kg
0.0257
0.0253
0.0246
表4-4烟气焓温表
序号
温度（℃）
理论烟气焓I0g（kJ/kg）
理论空气焓I0a（kJ/kg）
飞灰的焓Ifa（kJ/kg）
烟气的焓Ig=I0g+（α-1）I0a+Ifa（kJ/kg）
α=1.2
α=1.24
α=1.28
Ig
ΔIg
Ig
ΔIg
Ig
ΔIg
1
100
949.2
648.7
19.4
1098.3
145.6
1124.3
171.9
1150.2
198.3
2
200
962.4
1307.3
20.0
1243.9
148.9
1296.2
175.9
1348.5
202.8
3
300
976.1
1980.6
20.6
1392.
151.5
1472.1
178.8
1551.3
206.2
4
400
990.3
2663.7
21.3
1544.4
138.6
1650.9
166.6
1757.5
194.5
5
500
989.3
3361.6
21.4
1683.0
173.5
1817.5
202.2
1951.9
230.9
6
600
1018.7
4079.1
22.0
1856.5
251.9
2019.7
281.2
2182.8
310.5
7
700
1123.9
4811.4
22.3
2108.4
71.3
2300.9
101.0
2493.4
130.6
8
800
1046.4
5553.5
22.7
2179.7
161.7
2401.9
191.4
2624.0
221.0
9
900
1059.1
6295.6
23.2
2341.4
164.9
2593.2
195.4
2845.1
225.9
10
1000
1071.1
7057.3
23.7
2506.3
168.4
2788.6
199.6
3070.9
230.9
11
1100
1082.6
7838.7
24.3
2674.7
168.1
2988.2
199.4
3301.8
230.6
12
1200
1093.4
8620.2
25.4
2842.8
167.4
3187.6
198.7
3532.4
229.9
13
1300
1103.8
9401.6
26.2
3010.2
170.9
3386.3
202.9
3762.4
235.0
14
1400
1113.2
10202.6
27.4
3181.1
170.1
3589.2
202.1
3997.4
234.1
15
1500
1122.2
11003.7
28.3
3351.2
171.4
3791.3
203.6
4231.5
235.9
16
1600
1130.6
11809.7
30.0
3522.6
169.3
3995.0
201.4
4467.4
233.4
17
1700
1138.8
12610.8
31.0
3691.9
168.6
4196.4
200.6
4700.8
232.6
18
1800
1146.1
13411.9
32.0
3860.5
-509.3
4396.9
-605.6
4933.4
-701.9
19
1900
1153.2
14237.5
32.9
3351.2
3791.3
4231.5
20
2000
1159.7
15058.2
21
200
15883.9
22
2200
16704.6
四、锅炉热平衡计算
表4-5锅炉热平衡及燃料消耗量
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
结果
1
燃料带入的热量
Qf
kJ/kg
≈Qnet.ar
18645
2
排烟温度
ϑexg
℃
给定
126
3
排烟的焓
Iexg
kJ/kg
调用函数
1141.9
4
冷空气温度
tca
oC
给定
20
5
理论冷空气焓
Icao
kJ/kg
调用函数Vo*（ct）k
129.7
6
机械不完全燃烧热损失
q4
%
取用
0.60
7
化学不完全燃烧热损失
q3
%
取用
0.30
8
排烟热损失
q2
%
（Iexg-αexgI0ca）·（1-q4/100）/Qf×100
5.26
9
散热损失
q5
%
取用
0.20
10
灰渣热损失
q6
%
取用
0.10
11
总热损失
∑q
%
q2+q3+q4+q5+q6
6.46
12
锅炉热效率
ηb
%
100-∑q
93.54
14
保热系数
φ
—
1-q5/（ηb+q5）
0.9979
15
过热蒸汽的焓
i"sh
kJ/kg
调用函数，psh"=25.4MPa注
3400.5
16
给水的焓
ifw
kJ/kg
调用函数，pfw=19.35MPa
1241.5
17
过热蒸汽流量
Dsh
t/h
给定
1913
18
再热蒸汽出口焓
i"rh
kJ/kg
调用函数，prh"=4.16MPa
3601.4
19
再热蒸汽进口焓
i'rh
kJ/kg
调用函数，prh'=4.35MPa
2975.0
20
再热蒸汽流量
Drh
t/h
给定
1586
21
锅炉有效利用热量
Q1
kJ/h
Dsh（i"sh-ifw）+Drh（i"rh-i'rh）
5123797057.3657
22
锅炉实际燃料消耗量
B
kg/h
Q1/（ηbQf/100）
293780
24
锅炉计算燃料消耗量
Bcal
kg/s
B（1-q4/100）/3600
81.12
1m3（标准状况）烟气各成分、空气及1kg灰的焓
温度
空气焓
CO2
N2
O2
H2O
灰焓
20
26
30
39
100
132
169
130
132
151
81
200
266
357
260
267
304
169
300
403
559
392
407
463
264
400
542
772
527
551
626
360
500
684
996
664
699
794
459
600
830
1222
804
850
967
560
700
979
1461
946
1005
1147
663
800
1130
1704
1093
1160
1335
767
900
1281
1951
1243
1319
1524
874
1000
1436
2202
1394
1478
1725
984
1100
1595
2457
1545
1637
1926
1096
1200
1754
2717
1695
1800
2131
1206
1300
1913
2976
1850
1963
2344
1360
1400
2076
3240
2009
2127
2558
1571
1500
2239
3504
2164
2294
2779
1758
1600
2403
3767
2323
2461
3001
1830
1700
2566
4035
2482
2629
3227
2066
1800
2729
4303
2642
2796
3458
2184
1900
2897
4571
2805
2968
3688
2385
2000
3064
4843
2964
3139
3926
2512
2100
3232
5115
3127
3307
4161
2640
2200
3399
5387
3290
3483
4399
2760
五、炉膛设计和热力计算
1、膛水冷壁结构特征和热有效系数的计算。
炉膛结构设计如图4-1所示。
表4-6炉膛结构特征和水冷壁有效系数的计算
序号
名称
符号
单位
计算公式或数据来源
结果
一、炉膛结构计算
1
前墙面积
Ffr
m2
（35.538+7.332+9.458/2）×18.816
895.62
2
后墙面积
Fb
m2
（6.751+30.367+7.332+9.458/2）×18.816
925.35
3
侧墙面积
Fs
m2
（13.356+17.696）/2×5.171+30.367×17.696+（17.696+9.458）/2×6.006
699.20
4
两侧墙
2Fs
m2
2Fs
1398.41
5
四角的四个切角削去炉墙的面积
Fd
m2
4×1.33×24.0×2
255.36
6
四角补加面积
Fadd
m2
4×1.88×24.0
180.48
7
应扣去布置燃烧器损失的面积
FB
m2
Fd-Fadd
74.88
8
出口烟窗面积
Fout
m2
13.356×18.816
251.31
9
包围炉膛的总面积
∑F
m2
Ffr+Fb+2Fs+Fout-Fl
3395.81
10
方形炉膛容积
Vf
m3
Fs·W
13156.20
11
四个切角损失容积
Vl
m3
1.332/2×4×24
84.91
12
炉膛实际容积
Vef
m3
Vf-Vl
13071.29
13
炉膛辐射层有效厚度
S
m
3.6Vef/∑F
13.857
二、水冷壁热有效系数的计算
14
水冷壁热有效系数
ψ
—
查表3-6
0.43
15
燃烧器所占炉墙面积
FB
m2
估算
50.00
16
炉膛出口烟窗平面热有效系数
ψout
—
βψ=0.8×0.45
0.36
17
炉膛水冷壁平均热有效系数
ψav
—
[（∑F-Fout-FB）×ψ+FB×0+Fout×ψout]/∑F
0.42
三、在BMCR工况下，假定下面5层燃烧运行，同时每层燃烧器给粉量相同
18
燃烧器布置相对高度
xB
—
hB/hf
0.360
19
M值
M
—
0.59-0.5xB
0.41
20
燃烧器区域炉膛有效截面积
A
m2
17.696×18.816-1.332/2×4
329.43
21
炉膛截面积的当量半径
R
m
sqrt（A/π）
10.240
2、炉膛的热力计算
表4-7炉膛热力计算
序号
名 称
符 号
单 位
计算公式或数据来源
结果
1
热空气温度
tha
oC
假设后校核
325
2
理论热空气焓
Ihao
kJ/kg
调用函数
2322.1
3
炉膛和制粉系统总漏风系数
△αf+△αpcs
—
查表3-4
0.04
4
空预器出口过量空气系数
βah"
—
α"-（△αf+△αpcs）
1.24
5
空气带入炉内热量
Qa
kJ/kg
βah"Iha0+（△αf+△αpcs）Icao
2884.6
6
1kg燃料带入炉内的有效热
Qeff
kJ/kg
Qf（100-q3-q4-q6）/（100-q4）+Qa
21454.6
7
理论燃烧温度
tth
oC
调用函数
1608.0
8
理论燃烧温度
Tth
K
tth+273
1881.0
9
炉膛出口烟温
ϑ"f
oC
假设后校核
1380
炉膛出口烟温
T"f
K
θ"f+273
1653
10
炉膛出口烟焓
I"f
kJ/kg
调用函数
14513.3
11
烟气平均热容
（VC）av
kJ/（kg·K）
（Qeff-I"f）/（Tth-T"f）
30.444
12
波尔兹曼数
Bo
—
φBcal（VC）av/（ψavFσ0T3th）
4.63
13
水蒸汽容积份额
rH2O
—
烟气特性，查表4-3
0.1005
三原子气体的容积份额
rg
—
烟气特性，查表4-3
0.2420
三原子气体辐射减弱系数
kgrg
m-1
式（3-19），调用函数
0.0389
14
灰粒平均直径
dash
μm
中速磨煤机
16
烟气中飞灰浓度
μash
kg/kg
烟气特性，查表4-3
0.0257
灰粒辐射减弱系数
kashμash
m-1
式（3-20），调用函数
0.0664
15
最上排燃烧器布置高度
ht
m
结构计算，图4-1
18.721
最下排燃烧器布置高度
hun
m
结构计算，图4-1
11.153
高度差
Δh
m
ht-hun
7.568
炉膛计算高度
hf
m
结构计算
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