煤粉炉设计毕业设计.docx
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煤粉炉设计毕业设计
JIANGSUUNIVERSITY
热动专业毕业设计
煤粉炉设计
所属学院:
能动学院
学生班级:
热能0901班
姓名姓名:
郭楠
姓名学号:
3090202024
指导老师:
张敏
摘要:
工业锅炉作为国内主要的热能动力设备,一直是研究的重点。
对于容量超过35t/h的锅炉,人们常常采用煤粉炉。
煤粉炉的设计自然是最重要的。
130t/h煤粉炉的设计对此有一定的意义。
在设计过程中,先对煤粉炉进行了调研,翻阅了一些国外资料,对锅炉进行结构设计,热力计算和校核计算等。
在计算过程中,首先大致上确定锅炉的大体结构,再进行辅助计算,得到烟气焓温表,然后进行炉膛结构设计,热力计算,再对水冷壁排渣管进行结构设计,热力计算,对过热器进行结构设计,热力计算,再对省煤器空气预热器进行设计,最后进行校核计算,最终得到了一套设计方案。
煤粉炉作为重要的热能动力设备,在工业生产中应用甚广,应更加关注它的优化。
关键词:
煤粉炉;热力计算;结构设计
Abstract:
Asamajorthermalpowerequipment,industrialboilerhasbeenthefocusofthestudy.Forthecapacityofboilermorethan35t/h,peopleoftenusepulverizedcoal.Thedesignofpulverizedcoalisnaturallythemostimportantthing.Thedesignof130t/hpulverizedcoalissignificanttoit.Duringthedesignprocess,firstlysomeresearchweredonetopulverizedcoal,secondlyIreadsomebooksfromabroad,atlastIdidthestructuraldesign,thermalcalculationandcalculationcheckofpulverizedcoal.Duringthecalculationprocess,firstlyIdeterminedthegeneralstructureofboiler.SecondlyIdidsupportingcalculationstoreceivethetemperatureofthefluegasenthalpytable.ThirdlyIdidstructuraldesign,thermalcalculationoffurnace.FourthlyIdidstructuraldesign,thermalcalculationofthewaterwallandthesullagepipe.FifthlyIdidstructuraldesign,thermalcalculationofsuperheater.SixthlyIdidstructuraldesign,thermalcalculationofeconomizerandairpreheater.ThenIdidthecheckingcalculation,FinallyIgotasetdesign.Asanimportantthermalpowerequipment,Pulverizedcoaliswidelyusedinindustry.Weshouldpaymoreattentiontoitsoptimization.
Keywords:
pulverizedcoal;thermodynamiccalculation;structuraldesign
第一章绪论1
1-1锅炉重要性1
1-2锅炉型式简介1
1-3煤粉炉简介1
第二章辅助计算2
2.1燃烧产物计算3
2.2烟气特性计算4
第三章燃烧室设计及传热计算11
3.1炉膛结构设计11
3.2煤粉燃烧器的型式及布置14
3.3燃烧器水冷壁布置17
3.4燃烧室传热计算19
第四章凝渣管设计及传热计算23
4.1凝渣管结构特性计算23
4.2凝渣管传热计算24
第五章过热器设计及传热计算27
5.1第二级(高温)过热器结构设计27
5.2第二级(高温)过热器传热计算30
5.3第一级(低温)过热器结构设计35
5.4第一级(低温)过热器传热计算37
第六章上级省煤器和空气预热器设计及传热计算41
6.1上级省煤器结构设计41
6.2上级省煤器传热计算43
6.3上级空气预热器结构设计45
6.4上级空气预热器传热计算46
第七章下级省煤器和空气预热器设计及传热计算49
7.1下级省煤器结构设计49
7.2下级省煤器传热计算50
7.3下级空气预热器结构设计53
7.4下级空气预热器传热计算55
第八章空气动力计算59
附录66
结语70
参考文献71
致谢72
第一章绪论
1-1锅炉重要性
锅炉是国民经济中重要的供应蒸汽的设备。
电力,机械,冶金,化工,纺织,造纸,食品等工业都需要大量蒸汽。
但各种工业规模不同,因此所需要供应蒸汽的锅炉的容量,蒸汽参数,结构,性能也不相同。
现代电力工业是规模巨大,发展迅速的先行工业。
电站锅炉一般容量巨大,蒸汽参数(压力,温度)高,要求性能好,是火力发电站中的主要设备之一。
我国已能设计,制造,运行容量巨大的,每小时蒸发量达到2000t/h的,发电量达600MWe的巨型电站锅炉。
除电力工业外,化工,纺织等工业规模也比较大,有既供电又供热的自备电厂,也称为电热联产电站。
小型工业锅炉所需的锅炉容量较小,参数较低,这种锅炉称为工业锅炉。
由于容量较小,工业锅炉在结构上,燃烧方法上与电站锅炉相差很多。
1-2锅炉型式简介
现代锅炉的形式很多,不论是从蒸发受热面中工质流动的方式,或是从燃烧方式来分,都可以分成不同的类型。
从蒸发受热面中水的流动方式来说,除了自然循环外,一种是在下降管上装设循环泵,用泵的压头来使蒸发受热面中的水循环,称为强制循环。
采用这种循环方式的锅炉称为强制循环锅炉。
有的锅炉没有锅筒,给水从省煤器进入锅炉,流经蒸发受热面,再经过过热器后流出,成为所要求的压力和温度的蒸汽。
这种没有水循环的锅炉称为直流锅炉。
锅炉所用燃烧方式也因燃料不同,锅炉容量不同而有差异。
怼气体及液体燃料来说,都采用悬浮燃烧,也称室燃。
对固体燃料煤而言,在锅炉容量小时,多采用层燃,就是将煤块放在炉排上成层的燃烧,在锅炉容量大时,多把煤磨成煤粉悬浮燃烧,这样的锅炉称为煤粉炉。
近年来流化床燃烧技术发展很快,已开始在电站锅炉中采用。
1-3煤粉炉简介
煤粉炉是燃煤电站锅炉最常采用的燃烧方式。
根据排渣方式,它又可以分固体及液态排渣两种,其中以固体排渣通用最广,只有在煤的灰熔点过低时才采用液态排渣。
一般在锅炉容量高于10kg/s(35t/h)时才采用煤粉炉。
世界上最大的煤粉炉发电容量大1300MWe。
我国制造的煤粉炉已达600MWe。
不过煤粉炉也能用于小型锅炉,我国也有多年运行7kg/s(25t/h)及更小的煤粉炉的经验,与链条炉相比,小型煤粉炉的缺点是能耗高,养护困难。
液体排渣煤粉炉因能烧灰熔点低,挥发分含量低的煤而得到较高的燃烧效
率,而且所排液态渣在水淬后能用做建筑材料。
其主要缺点是在运行中它对煤的灰熔点及高温下灰的黏度比较敏感,有时排渣困难。
此外,在运行不当时会有析铁,火侧腐蚀等事故发生;由于燃烧温度高,有时生成的氧化氮较多,污染环境,因此近年来采用者逐渐减少。
第二章辅助计算
设计任务
1)锅炉额定蒸汽量:
36.1kg/s(130t/h)
2)蒸汽参数:
1.汽包内蒸汽压力:
4.3MPa。
2.过热器出口汽压力:
3.9MPa。
3.过热器出口蒸汽温度:
450C。
3)给水温度:
170C。
4)给水压力:
4.9MPa。
5)排污率:
3w=2%。
6)排烟温度:
npy=140C。
7)预热空气温度:
t「k=370C。
8)冷空气温度:
tlk=30C。
9)空气中含水蒸汽量:
d=10g/kg
燃料特性
燃料名称:
焦作无烟煤
煤的收到基成分:
碳Car=66.1%。
氢Har=2.2%。
氧Oar=2.0%。
氮Nar=1.0%。
硫Sar=0.4%o
灰分Aar=21.3%。
水分Mar=7.0%o
煤的干燥无灰基挥发分Vdaf=7.0%,灰熔点特性:
DT=1310°C;
ST=1370C;
FT=1420C;
煤的可磨度:
Kkm=1.2。
煤的收到基低位发热量:
Qar,net,p=22880kJ/kg。
采用单锅筒U型布置,上升烟道为燃烧室及凝渣管。
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管式空气预热器。
整个炉膛全部布满水冷壁,炉膛出口凝渣管簇由锅炉后墙水冷壁延伸而成,在炉膛出口出采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角,以使烟气更好的充满炉膛,采用光管水冷壁。
对流过热器分两级布置,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。
省煤器和空气预热器采用两级配合布置,以节省受热面,减少钢材消耗量。
锅炉采用四根集中下降管,分别供水给12组水冷壁系统。
燃烧方式采用四角布置的直流燃烧器。
根据煤的特性选用钢球滚筒式磨煤机储仓式制粉系统。
2.1燃烧产物计算
煤完全燃烧(产-1)时理论空气量及燃烧产物容积计算(以1kg燃料为基准)
Car
66.1
Har
2.2
Oar
:
2.0
Nar
1.0
Sar
0.4
Aar
21.3
Mar
\7
Qar,net,p
22880
理论空气容积Vk0=0.0889Car0.375Sar0.265H帘-0.0333Oar
=0.0889(66.1+0.3750.4)+0.265X2.2-0.0333X2.0
3
=6.4m/kg
三原子气体容积Vrq=0.01866(Car0.375Sar)
=0.01866(66.1+0.375X0.4)
=1.236225m3/kg
理论氮气容积V(2=0.008Nar0.79Vk0
=0.008X1.0+0.79X6.4
3
=5.064m/kg
理论水蒸气容积V:
2O=0.111Har+0.0124Mar+0.01617:
=0.111X2.2+0.0124X7+0.0161X6.4
3
=0.43404m/kg
理论烟气容积Vy0=Vro2vN0,■v102o
=1.236225+5.064+0.43404
=6.734265m
3/kg
烟气中飞灰质量浓度Gfh
Aar
100
=0.95
x2L3
100
=0.20235kg/kg(
:
-fh代表飞灰中纯灰份额,查锅炉
原理及计算可得:
•fh=0.95)
煤的折算灰分
Azh=10000
Aar
ar,net,p
=10000
=9.30944g/MJ
21.3
22880
2.2烟气特性计算
烟道各处过量空气系数,各受热面漏风系数
符号
Vk0
Vro2
V0
vN2
Vh02o
V0
vy
Gfh
大小
6.4m3/kg
1.236225
nVkg
5.064nVkg
0.43404
nVkg
6.734265
nn/kg
0.20235kg/kg
漏风系数.」(查锅炉原理及计算可得)
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
漏风系数
Aa
0.1
0.015
0.015
0.02
0.03
0.02
0.03
出口处过量空气系数「'=:
•'*:
即入口过量空气系数及漏风系数之和
炉膛及凝渣管」=1.25(查表得)
第二级过热器」'="•「=1.25+0.015=1.265
第一级过热器u'心=1.265+0.015=1.28
上级省煤器〉’—=1.28+0.02=1.3
上级空气预热器:
•''「•「•「•=1.3+0.03=1.33
下级省煤器=1.33+0.02=1.35
下级空气预热器=1.35+0.03=1.38
平均过量空气系数
炉膛及凝渣管:
•功=0.5」」=0.5(1.25+1.25)=1.25
第二级过热器:
pj=0.5:
'」=0.5(1.25+1.265)=1.2575
第一级过热器:
pj=0.5:
'「'=0.5(1.265+1.28)=1.2725上级省煤器:
•pj=0.5「•「’=0.5(1.28+1.3)=1.29
上级空气预热器pj=0.5〉’•」’=0.5(1.3+1.33)=1.315
下级省煤器功=0.5「’•」’=0.5(1.33+1.35)=1.34
下级空气预热器:
•pj=0.5」」’=0.5(1.35+1.38)=1.365水蒸气容积Vh2o=vH°2o0.0161Qpj-1)Vk0
炉膛及凝渣管VH2。
=0.43404+0.0161(1.25-1)6.4=0.4598
第二级过热器VH2。
=0.43404+0.0161(1.2575-1)6.4=0.4606
第一级过热器Vh2o=0.43404+0.0161(1.2725-1)6.4=0.4621
上级省煤器VH2。
=0.43404+0.0161(1.29-1)6.4=0.4639
上级空气预热器V"=0.43404+0.0161(1.315-1)6.4=0.4665下级省煤器VH2。
=0.43404+0.0161(1.34-1)6.4=0.4691
下级空气预热器VH2°=0.43404+0.0161(1.365-1)6.4=0.4716烟气总容积Vy=Vy01.0161Gpj-1)Vk°
炉膛及凝渣管Vy=6.734265+1.0161(1.25-1)6.4=8.36
第二级过热器Vy=6.734265+1.0161(1.2575-1)6.4=8.409
第一级过热器Vy=6.734265+1.0161(1.2725-1)6.4=8.506
上级省煤器Vy=6.734265+1.0161(1.29-1)6.4=8.62
上级空气预热器Vy=6.734265+1.0161(1.315-1)6.4=8.7827
下级省煤器Vy=6.734265+1.0161(1.34-1)6.4=8.945
下级空气预热器Vy=6.734265+1.0161(1.365-1
6.4=9.108
水蒸气容积份额rH2。
VH2O
可
炉膛及凝渣管
rH2O
=0.055
第二级过热器
「h2o
=0.0548
第一级过热器
rH2O
=0.0543
上级省煤器「战。
=0.0538
上级空气预热器
rH2o=0.0531
下级省煤器02。
-0.0524
下级空气预热器
「H2O=°.05178
三原子气体容积份额rR。
VRO2
Vy
炉膛及凝渣管
Vro2
ro2
Vy
=0.1479
第二级过热器
rRO2
Vro2
=0.147
第一级过热器
rRO2
Vro2
0.1453
Vy
上级省煤器「RO
:
=0.1434
上级空气预热器
盹号=0.1408
Vy
RO2
下级省煤器8。
2
沁=0.1382
Vy
下级空气预热器
8。
2二沁=0.1357
Vy
二原子气体总容积份额r刀=rH2O-rRO2
炉膛及凝渣管r刀二丸。
go?
=0.2029
第二级过热器r刀=rH2OrRO2=0.2018
第一级过热器r刀=也。
rRo=0.1996
上级省煤器r刀=rH2o飞。
2=0.1972
上级空气预热器r沪仏。
盹=0.1939
下级省煤器r刀=rH2orRo2=0.1906
下级空气预热器r沪也0「ro2=0.18748
烟气质量Gye^1.3。
6E
炉膛及凝渣管Gy=1-仏1.306pjVk0=11.235
100
第二级过热器Gy=1-仏1.306pjVk0=11.298
100
第一级过热器Gy十侖J306W23
上级省煤器Gy十盖gW69上级空气预热器Gy十鳥倔6Zj.778
下级省煤器Gy=1-仏1.306pjVk0=11.987
100
下级空气预热器Gy=1-厶1.306pjVk0=12.196
100
Aa水
飞灰浓度=二^
100Gy
Aa.
炉膛及凝渣管ar-=0.0180
lOOGy
A
第二级过热器.h=fh=0.0179
100Gy
Aarafh
第一级过热器・ifh「=0.0177lOOGy
上级省煤器」fh=勺'巴=0.01749
100Gy
Aar□fh
上级空气预热器Jfh-—=0.01718
100Gy
Aar"fh下级省煤器Jfh-—=0.01688
100Gy
Aarafh
下级空气预热器」fh二=0.01659
100Gy
空气预热器出口热空气过量空气系数Bky=%"-g-Sf
=1.25-0.1-0.1
=1.05
锅炉热平衡及燃料消耗量
排烟过量空气系
数a'py
锅炉蒸发量
D
排污率Ppw
煤的收到基低位发热量:
Qar,net,p
1.38
36.11kg/s
2%
22880kJ/kg
排烟温度
Gpy=140C
冷空气温度
tlk=30C
空气预热器出口空气温
度trk=370C
焓值
1767.50kJ/kg
279.52kJ/kg
3200.248kJ/kg
因为燃料灰分Aar=21.3vp=54.6,所以灰渣物理热损失qhz不必计算
418.7
排烟损失计算
排烟损失qpy=Ipy-:
Pyhk舟如
Qar,net,p
qpy=(1767.50-1.38X279.52)
100—4
22880
=5.798%(qgt代表固体未完全燃烧损失,查锅炉原理及计算可
得qgt-4)
锅炉效率gl=100-qgt-qqt-qiq-qhz~qpy
=100-4-0.66-5.798
=89.542(qqt代表气体未完全燃烧损失,查锅炉原理及计算可
锅炉总吸热量
得qqt=0,qlq代表锅炉外部冷却损失,查锅炉原理及计算可得qlq=0.66)
Qgl=Digr-igsppwDibh-igs
-36.113332.4-721.65236.111108.5-721.65
二94554kw(i;r代表过热蒸汽出口焓,ibh代表饱和水焓,
igs代表给水焓,查水蒸气表可得i;r=3332.4kJ/kg,咕=1108.5kJ/kg,
igs=721.65kJ/kg)
燃料消耗量
100Qgl
glQ
ar,net,p
10094554
89.54222880
=4.6153kg/s
计算燃料消耗量
Bj
B
qgt
100J
4
Bj=4.6153汉1-——i=4.4307kg/s
jJ100丿
空气预热器吸热量
Qky=1.053200.248-279.52
=3066.76kJ/kg
空气预热器吸热量与燃料热量的百分比
qky
100Qky
ar,net,p
1003066.76
22880
保热系数
=13.40
gl-qiq
89.542
-89.5420.66
=0.9927
第三章燃烧室设计及传热计算
卜二Bj
3.1炉膛结构设计
=4.4307
22880
2420
计算燃料消耗量Bj
煤的收到基低位发热量:
Qar,net,p
4.4307kg/s
22880kJ/kg
炉膛宽度及深度
因采用角置直流燃烧器,炉膛采用正方形截面。
炉膛截面积
ar,net,p
qp
=41.89m2(qF代表炉膛截面热负荷,查锅炉原理及计算
可得qF=2420kw/m2)
炉膛宽度a=F0.5
=6.472m
第一根凝渣管高设定厲1=4.2m
折焰角前端到第一排凝渣管斜管段长设定J二0.734m
折焰角宽度设定lzy=1.9m
折焰角上倾角度设定s=45
折焰角下倾角度设定x=30
顶棚倾角
设定d=8
顶棚宽度ldp=aTzyTxcosx
=6.472-1.9-0.734cos30
=3.936m
凝渣管与炉墙距离lnz二a-Idp
=6.472-3.936
=2.536m
顶棚高度
hdp=hniIdptand
=4.2+3.936tan8=4.753m
折焰角高度hzy=lzytanx
=1.9tan30
=1.097m
折焰角高度h;y=lnztanx
=2.536tan30
=1.464m
冷灰斗底口宽度
设定Ihd=1.062m
冷灰斗倾角设定hd=55
冷灰斗中部宽度―岁
=6.472+1.062
2
=3.767m
冷灰斗高度hhd=皿严
6.472-1.062tan55
2
=3.863m
冷灰斗斜边长度的一半
lhx
2sinhd
=3863
2sin55
=2.358m
炉膛容积热负荷设定qV=175kJ/m3
炉膛容积y=BjQar,net,p
qv=579.28m3
侧墙面积Fc=—^
a
炉膛中部高度
579.28
-6.472
=89.506m
hiz
Fhn1'hdp1dp1dpahzya'ldzhhd
Fc—1—
224
a
89.506-4・2人7533・936
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