《锅炉原理》课程设计内容.docx

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《锅炉原理》课程设计内容

《锅炉原理》课程设计

一、概述

1、锅炉课程设计的目的

锅炉课程设计是《锅炉原理》课程的重要教学实践环节。

通过课程设计应达到以下目的：

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《锅炉机组热力计算标准方法》，并具有综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力；培养学生查阅资料、合理选择和分析数据的能力；培养学生对工程技术问题的严肃认真和负责的态度。

2、锅炉课程设计热力计算方法

根据计算任务的不同，可分为设计（结构）热力计算和校核热力计算两种。

本课程设计为设计热力计算，即进行设计新锅炉时的热力计算称为设计热力计算。

主要任务是在锅炉容量和参数、燃料性质以及某些受热边界的水、汽、风、烟温度给定的情况下，选定合理的炉子结构和尺寸，并计算出各个受热面积和数值，同时也为锅炉其他一些计算提供必要的原始资料。

一般来说，对已有的锅炉进行改造估算时常用校核热力计算，设计制造新锅炉时用设计热力计算。

但随着人们对已有锅炉认识的不断加深，已积累了相当多的成熟经验。

因此，在设计制造新锅炉时，也多是先将锅炉结构等初步布置好，然后以校核热力计算方法来进行修正，并不直接采用设计热力计算。

所以，掌握好校核热力计算方法是非常重要的。

3、校核热力计算的主要内容

1）、锅炉辅助设计计算：

为后面受热面的热力计算提供必要的基本计算数据获表图；

2）、受热面热力计算：

其中包括为热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算；

3）、计算数据的分析：

鉴定设计质量、考核学生专业知识水平的主要依据。

4、整体校核热力计算过程顺序

1）、列出热力计算的主要原始数据，包括锅炉主要参数和燃料特性参数；

2）、根据燃料、燃烧方式及锅炉结构布置特点，进行锅炉通道空气量平衡计算；

3）、理论工况下（a=1）的燃烧计算；

4）、计算锅炉通道内烟气的特性参数；

5）、绘制烟气温焓表；

6）、锅炉平衡计算和燃料消耗量的估算；

7）、锅炉炉膛热力计算；

8）、按烟气流向对各受热面依次进行热力计算；

9）、锅炉整体计算误差的校验；

10）、编制主要计算误差的校验；

11）、设计分析及结论。

注：

本课程设计仅进行1）-7）的计算，其他设备仅作选定。

二、热力计算

1、热力计算方法

锅炉热力计算采用渐次逼近法。

这是一种失算的方法，计算过程繁琐。

在计算过程中，不仅烟气和工质在锅炉流程中的参数（如压力、温度等）是未知数，而且如排烟温度、热风温度等终端参数也是未知的。

在一个具体计算式中往往会同时出现多个未知量，这就需要先假定一些量，然后通过计算去校准它。

由于所求参数与假定参数值之间的相互联系和影响，因此一个参数往往需要多次假设后才能确定。

应用渐次逼近法进行对流受热面的热力计算时，若计算误差超过表中的允许值，需要重新估计焓温值。

当Qph小于Qch时，第二次估计焓温值，应使该级受热面进出口处焓温值差大于第一次计算时的烟温差；反之，则须小于第一次计算时的温差值。

2、锅炉基本资料

（1）锅炉规范

A.锅炉额定蒸发量：

De=220t/h

B.汽轮机组功率：

Pe=50MW

C.给水温度：

tgs=215℃

D.过热蒸汽温度：

tgr=400℃

E.过热蒸汽压力：

pgr=9.8MPa

F.制粉系统：

中间储仓式（过热空气干燥、钢球筒式磨煤机，乏气送粉）

G.燃烧方式：

四角切圆燃烧

H.排渣方式：

固态

I.环境温度：

30℃

J.

蒸汽流程：

K.烟气流程：

L.炉膛屏式过热器高温对流过热器低温对流过热器高温省煤器高温空气预热器低温省煤器低温空气预热器

M.锅炉布置结构示意图如下:

（2）过量空气系数和漏风系数

A.设计燃料与特性：

收到基成分

Car

Har

Oar

Nar

Sar

Aar

Mar

（%）

49.6

3.2

11.6

0.7

1.3

16.6

17

挥发分26.76%

收到基低位发热量（热值）19690kJ/kg

B.锅炉各受热面的漏风系数和过量空气系数

锅炉各受热面漏风系数和过量空气系数

序号

锅炉受热面

漏风系数

入口过量空气系数

出口过量空气系数

△a

a

a''

1

炉膛

0.05

1.3

1.35

2

凝渣管

0

1.35

1.35

3

蒸汽过热器

0

1.35

1.35

4

锅炉管束

0.05

1.35

1.4

5

省煤器

0.02

1.4

1.42

6

空气预热器

0.2

1.42

1.62

3、理论空气量、理论烟气容积的计算

理论空气量、理论烟气容积

序号

名称

单位

计算公式

结果

1

理论空气量

m3/kg

0.0889*（Car+0.375*Sar）+0.265*Har

-0.0333*Oar

4.9145

2

理论氮气容积

m3/kg

0.8*Nar/100+0.79V0

3.8881

3

RO2容积

m3/kg

1.866*Car/100+0.7*Sar/100

0.9346

4

理论干烟气容积

m3/kg

V0（N2）+V（RO2）

4.8227

5

理论水蒸气容积

m3/kg

0.111Har+0.0124*Mar+0.0161*Vk0

0.6451

6

飞灰份额

afh

表2-4

0.8

4、空气烟气焓

各受热面烟道中烟气特性表

序号

名称

符号

单位

炉膛与防渣管

过热器

锅炉管束

省煤器

空预器

1

受热面出口过量空气系数

a”

1.35

1.35

1.4

1.42

1.62

2

平均过量空气系数

apj

1.35

1.35

1.375

1.41

1.52

3

干烟气总容积

Vpj

6.542775

6.54277

6.66563

6.83764

7.37824

4

实际水蒸气容积

Vh20

m3/kg

0.672816

0.67281

0.67479

0.67756

0.68626

5

烟气总容积

Vy

m3/kg

7.215591

7.21559

7.34043

7.51520

8.06450

6

RO2容积份额

rR02

0.129525

0.12952

0.12732

0.12436

0.11589

7

H2O容积份额

rH20

0.093244

0.09324

0.09192

0.09015

0.08509

8

三原子气体总容积份额

rq

0.222769

0.22277

0.21925

0.21452

0.20098

9

容积飞灰浓度

uv

18.40458

18.4045

18.0915

17.6708

16.4672

10

烟气质量

my

9.498754

9.49875

9.65921

9.65921

10.5898

11

质量飞灰浓度

uy

0.013980

0.013981

0.01374

0.01374

0.01254

①各受热面烟道中烟气特性表

②烟气空气焓熵表

5、锅炉热效率及燃料消耗量的估算

（1）计算步骤

A.计算锅炉输入热量；

B.依照燃料及燃烧设备估计机械不完全燃烧热损失和化学不完全燃烧热损失；

C.假定锅炉排烟温度并计算锅炉排烟热损失；

D.确定锅炉散热损失和灰渣物理热损失；

E.用反平衡法计算锅炉热效率；

F.计算锅炉燃料消耗量。

由于计算涉及的排烟温度为假定值，所以计算出的燃料消耗量实为估算值。

（2）锅炉热平衡及燃料消耗量计算

6、炉膛校核热力计算

（1）炉膛热力计算步骤

A.计算炉膛结构尺寸及烟气有效辐射层厚度；

B.选取热风温度，并依据有关条件计算每千克燃料进入炉膛的有效热量；

C.根据燃料种类、燃烧设备的形式和布置方式，计算火焰中心位置的系数M；

D.估计炉膛出口烟温，计算炉膛烟气平均热容量；

E.计算炉膛受热面辐射换热特性参数，如水冷壁的灰污系数、辐射角系数、热有效系数等；

F.根据燃料和燃烧方式计算火焰黑度和炉膛黑度；

G.计算炉膛出口烟温；

H.核对炉膛出口烟温误差；

I.计算炉膛热力参数，如炉膛容积热强度等；

J.炉膛内其他辐射受热面的换热计算，如屏式过热器等。

（2）炉膛结构特性

①炉膛的几何特征的计算

炉膛结构数据

序号

名称

符号

单位

数值

1

前墙总面积

Aq

m²

219.62

2

侧墙总面积

2Ac

m²

218.48

3

后墙总面积

Ah

m²

157.74

4

喷嘴器及门孔面积

Acy

m²

6

5

炉顶面积

Ald

m²

32.11

6

炉膛与屏交界面积

A2

m²

65.61

7

炉墙总面积

A1

m²

693.56

8

炉膛截面面积

AA

m²

51.479

9

水冷壁外径

d

mm

60

10

水冷壁管截距

S

mm

64

11

管子至墙中心距离

e

mm

0

12

水冷壁角系数

Xs1

0.98

13

炉顶角系数

Xs2

0.98

14

出口烟窗角系数

Xyc

1

15

炉膛容积

V1

m³

1052.6

16

冷灰斗二等分平面到出口烟窗中心线的距离

H1

m

19.846

17

冷灰斗二等分平面到炉顶的距离

H0

m

23.938

18

冷灰斗二等分平面到燃烧器中心线的距离

Hr

m

4.962

19

炉膛总有效辐射受热面

Alz

m²

675.12

20

炉膛水冷程度

Xlsl

0.97

21

炉膛有效辐射层厚度

s

mm

5.466

②炉膛尺寸结构图

图1炉膛结构尺寸示意图

（3）炉膛热力计算

炉膛热力计算表：

炉膛的热力计算

序号

名称

符号

公式及依据

单位

结果

1

炉膛出口过量空气系数

a1"

1.35

2

炉膛漏风系数

△a1

0.05

3

制粉系统漏风系数

△azf

0.1

4

热风温度

trk

先假定，再校核

℃

300

5

理论热风焓

hrk0

查温焓表

kj/kg

1979.02

6

理论冷风焓

hlko

hlko=（ct）kVo

kj/kg

190.088

7

空气带入炉膛热量

Qk

（al"-△al）*Irk0+△al*Ilk0

kj/kg

2582.2304

8

炉膛有效放热量

Ql

Qar,net*（100-q3-q4-q6）/（100-q4）+Qk

kj/kg

22153.854

9

理论燃烧温度

θ0

焓熵表

℃

1300

10

理论燃烧绝对温度

T0

θ0+273

k

1573

11

火焰中心相对高度系数

X

Hr/H1+△x（Hr=4962,H1=22176-4092+1762,△x=0）

0.25

12

系数M

M

A-BX

0.465

13

炉膛出口烟气温度

θl"

先假设后校核

℃

1120

14

炉膛出口烟气焓

hl"

al"=1.35,查温焓表

kj/kg

12533.924

15

炉膛出口绝对温度

Tl"

tl"+273

K

1393

16

烟气平均热容量

（VC）pj

（Ql-hl"）/（Tll-Tl"）

kj/（kg*℃）

53.444054

17

水冷壁污染系数

ξs1

表3-4

0.45

18

水冷壁角系数

Xs1

表3-1

0.98

19

水冷壁有效热系数

ψs1

ξs1Xs1

0.441

20

屏、炉交界面的污染系数

ξyc

0.98ξs1

0.441

21

屏、炉交界面的角系数

Xyc

取用

1

22

屏、炉交界面的热有效系数

ψyc

ξycXyc

0.441

23

燃烧器及门孔的热有效系数

ψr

0

24

平均热有效系数

ψpj

（ψs1A+ψycA2+ψrAyc）/A1，其中A=Aq+2Ac+Ah+A1d-Ayc=621.95

0.4371849

25

炉膛有效辐射厚度

s

表3-1

5.466

26

炉膛内压力

p

0.1

27

水蒸气容积份额

rH2O

表2-9

0.0932448

28

三原子气体和水蒸气容积份额

r

表2-9

0.2227699

29

三原子辐射减弱系数

kq

[（0.78+1.6*rH20）/√PqS-0.11]*（1-0.37*Tl''/1000）*0.16

1/大气压*米

3.6268528

30

烟气质量飞灰浓度

uy

表2-9

0.0139808

31

灰粒平均直径

dh

定值

um

16

32

灰粒的辐射减弱系数

kh

55900ρy/3√Tl''^2*dh^2

1/kg*cm2*m

0.9868

33

燃料种类修正系数

x1

0.5

34

燃料方法修正系数

x2

0.1

35

煤粉火焰辐射减弱系数

k

kp*r+kh*uy+10x1x2

1.3217499

36

火焰黑度

ah

1-e^-kps

0.5144478

37

炉膛黑度

al

0.7061001

38

炉膛出口烟气温度（计算值）

θl"

T0/（M*（4.9x10^-8*∮l*Fbz*al*Tll^3/（φ*B（VC）pj））^0.6+1）-273

℃

1187.5615

39

计算误差

△θ

θ"1-θ"1（估）（+-100）

67.561477

40

炉膛出口烟焓

hyl"

al''=1.35,查温焓表

kj/kg

13367.23

41

炉膛有效热辐射放热量

Qf1

φ（Ql-Il''）

kj/kg

8712.0069

42

辐射受热面平均热负荷

qs

Bj*Qf1/（3.6*Alz）

W/㎡

98427.792

43

燃烧面热强度

Qr

Bj*Qr/（3.6*AA）

W/㎡

2917401

44

燃烧室热强度

qv

Bj*Qr/（3.6*V）

W/m3

41579.425

三、对流受热面和燃烧器的选择

1、屏式过热器

图2屏式过热器示意图

2、对流过热器

图3对流过热器示意图

3、燃烧器

图3对流过热器示意图

四、课设总结

经过将近两个多星期的学习，我们小组终于完成了锅炉课程设计,锅炉课程设计对我们专业的学生来说好比吃饭的筷子一样!

同时通过这次的课程设计我也认识到了自己的不足，对我未来的道路起到了极大的更正作用！

在整个设计中需要计算上百个数据，涉及到计算，估取，查图，查表等各项工作。

既需要个人理解，更需要团队合作。

在团队里，我们进行了分工，将参数查取，数据计算和文档编辑分给个人计算，提高了效率。

特别让我印象深刻的是excel表格的使用，在初期我们用计算器完全人工计算，效率低下，特别遇到需要根据误差更改假定值，数据还需要重新计算，让我们的负担很大。

后来使用excel表格后我们效率大大提高，这让我清楚的认识到科学的方法的和合适的选择计算机辅助工具的重要性。

通过对课程设计的学习，我的知识得到了进一步的升华，课本上角落里的知识也被带入我的理解中，此次我们主要进行校核计算，但进行锅炉的辅助计算时还好，不需要校核，但进行到锅炉受热面校核计算时感觉计算量巨大，对原理的掌握不够透彻，导致很多计算不知缘由，不知此公式如何得来，从何处得来，这是万万不行的，每次校核失败后，都要重新估计出口烟气温度，以计算出新的对流吸热量，然后结合传热方程式进行校核，此过程进行时间较长，涉及数据较多，但也是最锻炼能力的地方。

通过的课程设计的学习，我具体了解到了某些受热面大致的漏风系数，了解到了如何计算炉膛表面积，如何计算炉膛的体积，记得在查表是不知道如何计算壁面温度，还好及时请教了老师，得到了老师的悉心指导，在此，再次表达感谢！

参考文献：

1、《锅炉课程设计指导书》，李加护、闫顺林、刘彦丰编著，中国电力出版社；

2、《工业锅炉技术手册（第二版）》，工业锅炉热力计算小组编；

3、《锅炉原理》（第三版），郑体宽著；

4、《锅炉习题实验及课程设计》，同济大学等院校著；