200TH高压煤粉锅炉热力计算.docx

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200TH高压煤粉锅炉热力计算

200TH高压煤粉锅炉热力计算

200t/h高压煤粉锅炉热力计算

第1章设计任务书1.1设计题目200t/h高压煤粉锅炉

1.2原始资料

（1）、锅炉额定蒸发量:

D=210t/hec

（2）、给水温度:

t=215?

gs

3）、给水压力:

p=11.3Mpa（表压）（gs

（4）、过热蒸汽温度:

t=540?

1

（5）、过热蒸汽压力:

p=9.9Mpa（表压）1

（6）、周围环境温度:

t=10?

lk

（7）、连续排污率P=2%pw

（8）、汽包压力P=10.3Mpaqb

（9）、空气中的含湿量d=10g/kg（10）、燃料特性

a.燃料名称:

淮南烟煤

b.煤的收到基成分（%）:

C=60.82;O=7.65;S=0.67;H=4.01;N=1.11;aarararar

M=6.0;A=19.74arar

c.煤的干燥无灰基挥发份:

V=38.0%daf

d.煤的空气干燥基水分:

Mar=2.3

e.煤的低位发热量:

Q=24300kJ/kgar,net

f.灰熔点:

DT=1500?

、ST,1500?

（13）制粉系统:

中速磨煤机直吹式制粉系统

提示数据:

排烟温度假定值θ=140?

;热空气温度假定值t=300?

pyrk

第2章煤的元素分析数据校核和煤种判别

2.1煤的元素各成分之和为100%的校核

C+O+S+H+N+M+A=60.82+7.65+0.67+4.01+1.11+6.0+19.74=100%ararararararar

2.2煤种判别;

（1）煤种判别

----

由燃料特性得知V=38.0%,20%，而且Q=24300kJ/kg，18840kJ/kg，所以属于优质烟煤。

（2）折算成分的计算

4182，AarA=（%）=4182×19.74/24300（%）=3.397%〈4%ar,zsQar,net

4182，WarM=（%）=4182×6/24300（%）=1.033%〈8%ar,zsQar,net

4182，SarS=（%）=4182×0.67/24300（%）=0.115%〈0.2%ar,zsQar,net

此煤属于低水份的煤。

第3章锅炉整体布置的确定

3.1炉整体的外型——选Π型布置

选择Π形布置的理由如下:

（1）锅炉排烟口在下方送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低，烟囱也

建在地面上;

（2）对流竖井中，烟气下行流动便于清灰，具有自身除尘的能力;

（3）各受热面易于布置成逆流的方式，以加强对流换热;

（4）机炉之间的连接不长。

3.2受热面的布置

在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。

本锅炉为超高压参数，汽化吸热较少，加热吸热和过热吸热较多。

为使炉膛出口烟温降到要求的值，保护水平烟道的对流受热面，除在水平烟道内布置高、低温对流过热器外，还在炉内布置全辐射式的前屏过热器，炉膛出口布置半辐射式的屏式过热器。

为使前屏、后屏过热器中的传热温差不致过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。

为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。

但是，为了再热气温的调节，使负荷在100,—75,之间变化时，再热器出口汽温保持不变，在低温再热器旁边（竖井烟道的前部）设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。

在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。

根据锅炉的参数，省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。

热风温度要求较高（t=280?

）理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已布置不下二级空----

气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修方便，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外部置。

在主省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，颗粒较大的灰粒顺落灰斗下降，有利于防止回转式空气预热器的堵灰，减轻除尘设备的负担。

3.3汽水系统

按超高压大容量锅炉热力系统的设计要求，该锅炉的汽水系统的流程设计如下:

（1）过热蒸汽系统的流程

汽包——顶棚过热器进口联箱——炉顶及尾部包覆过热器管束——尾部包覆过热器后集箱——尾部左右侧包覆过热器上集箱——一尾部左右侧包覆过热器管束（下降）——尾部左右侧包覆过热器下前集箱——水平烟道左右侧包覆过热器管束（上升）——水平烟道左右侧包覆过热器上集箱——前屏过热器——一级减温——后屏过热器——二级减温——对流过热器进口集箱——对流过热器管束——对流过热器出口集箱——集汽集箱——汽轮机。

（2）水系统的流程

给水——主省煤器进口联箱——主省煤器管束——主省煤器出口集箱——前、后隔墙省煤器进口集箱及管束——隔墙省煤器出口集箱——旁路省煤器进口集箱——旁路省煤器及斜烟道包覆管束——旁路省煤器出口集箱——后墙引出管——汽包——下降管——水冷壁下联箱——水冷壁——上联箱——汽包。

第4章燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1燃烧产物计算

燃烧产物计算公式略，只给出如下计算结果。

（1）理论烟气量及理论烟气容积

300.089（C，0.375S），0.265H,0.0333O,理论烟气量V=6.2370Nm/kg;arararar

N030ar0.8，0.79V理论氮气容积V==4.9362Nm/kg;N2100

C03ar1.866，0.7V三原子气体RO的容积V==1.1369Nm/kg;2RO2100

HM030arar11.1，1.24，0.0161V理论水蒸气容积V==0.6199Nm/kg;H2O100100

3000理论烟气容积V=V+V+V=6.6957Nm/kgYRO2N2H2O

（2）空气平衡表及烟气特性表

根据该锅炉的燃料属优质燃料，可选取炉膛出口过量空气系数α?

?

=1.15，选取各受热面烟道的漏

风系数，然后列出空气平衡表，如表4•1.根据上述计算出的数据，又选取炉渣份额后计算得飞灰

份额=0.9，计算表4•2列出各项，此表为烟气特性表。

----

（3）烟气焓温表

计算表4•3列出的各项，此表为烟气焓温表。

表4•1

受低温过热热高温过热管式空气预面过炉膛省煤器名量空称器气器热器系数

进口α?

1.151.181.211.23

漏风Δα0.10.030.030.020.2

出口α?

?

1.151.181.211.231.26

表4•2烟气特性表

高温过热低温过热管式空气项目名称符号单位炉膛省煤器器器预热器烟道进口过量空气α?

1.151.151.181.211.23系数

烟道出口过量空气α?

?

1.151.181.211.231.26系数

烟道平均过量空气αpj1.151.1651.1951.221.245系数

过剩空气量ΔVNm?

/kg0.9361.0291.2161.3721.528

水蒸气容积VH2ONm?

/kg0.6350.6360.6400.6420.645

烟气总容积VyNm?

/kg7.6467.7417.9318.0908.248RO2气体占烟气容rRO20.1490.1470.1440.1410.138积份额

水蒸汽占烟气份额rH2O0.0830.0820.0810.0790.078三原子气体水蒸气rn0.2320.2290.2240.2200.216总份额

烟气质量Gy10.17010.29210.53710.74010.944飞灰无因次浓度μn0.01750.01730.01690.01650.0162

表4•3烟气焓温表

00000I=V（c,）+V（c,）+V（c,）Iy=I+（α-1）V（c,）yRO2RO2N2N2H2OH2Okk

省煤器出

理论空气炉膛出口高过出口低过出口口α:

空预出口温度理论烟焓焓α:

=1.15α:

=1.18α:

=1.21=1.23α:

=1.26?

IºIºIIIyIyIykyyy

----

1101.928100929.037823.2891118.3941143.092

2228.8472001880.4461659.0532262.0292311.800

3386.8633002859.0222513.5273437.1333512.539

4579.0804003869.1803380.4764646.6904748.104

5799.0755004903.1874266.1365671.0915884.3986012.382

7052.4736005965.3575176.7446741.8696897.1717156.0087311.311

8338.7937007057.8296099.8267972.8038155.7988460.789

9648.8518008170.1117041.6199226.3549437.6029789.683

10980.2999009301.1637995.88610500.54510740.422

12330.416100010450.8848950.15411793.40712061.912110011615.8579948.08013108.06913406.511120012794.56310933.53214434.59314762.599130013992.31711937.69615782.97116141.102140015194.20912948.09717136.42417524.867150016406.41713964.73418501.12718920.069160017632.63614987.60919880.778170018862.47516010.48421264.047180020100.76817039.59522656.707190021340.92118081.18124053.099200022589.63019122.76725458.045210023849.97120170.59026875.559220025102.81821218.41328285.580

4.2热平衡及燃料消耗量计算

锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表4•4所示。

表4•4锅炉热平衡及燃料消耗量计算

序

号名称符号单位计算公式及函数来源数值

QrkJ/kg1燃料带入热量?

Qar,net24300

?

2排烟温度tpy假定140

kJ/kg3排烟焓hpy查焓温表1610.58

?

4冷空气温度tlk给定30

kJ/kg5理论冷空气焓hºlk查焓温表243.24

%6机械不完全燃烧热损失q4取用2.5

%7化学不完全燃烧热损失q3取用0

%8排烟热损失q25.23

%9散热损失q5查表0.45----

%10灰渣物理热损失q6忽略0

%,11保热系数1-q5/1000.996

?

q%q+q+q+q+q12锅炉总热损失234568.18

gl%13锅炉热效率100-?

q91.82

kJ/kg14过热蒸汽焓h?

gr查表（p=9.9MPa,t=540?

）3474.1

kJ/kg15给水焓hgs查表（p=11.3MPa,t=215?

）923.6

kg/h16过热蒸汽流量Dgr已知220000

kJ/kg17饱和水焓,bh查表（p=10.3MP）1420.1

″kJ/hD（h-h）+D（h″-h′）18锅炉有效利用热Qyxgrgrgspwbhgs5.63E+08

kg/h19实际燃料消耗量BQ/（,Q）25246.5glglr

20计算燃料消耗量Bjkg/hBj=B（1-q4/100）24615.4

第5章炉膛设计和热力计算

5.1炉膛结构设计

炉膛结构设计列表5•1

表5•1炉膛结构设计

序号名称符号单位计算公式或数据来源数值

（一）炉膛尺寸确定

331炉膛容积热强度qW/m按表1—11选取150×10V

3y2炉膛容积VmBQ/3.6q1136.11dwv

263炉膛截面热强度qW/m按表1---12选取2.5×10F

2y4炉膛截面积AmBQ/3.6q68.17ldwF

5炉膛截面宽深比a/b按a/b=1?

1.2选取1.16炉膛宽度am选取a值使a/b=1—1.28.667炉膛深度bmA1/a7.878冷灰斗倾角～按～?

50º选取50º9冷灰斗出口尺寸δm按0.6—1.4选取1.0

310冷灰斗容积Vm按结构尺寸计算109.5dh

11折烟角长度lm按=1/4b选取1.97z

12折烟角上倾角～按～上=20º--45º选取40º13折烟角下倾角～按～下=20º--30º选取25º14屏管径及壁厚d×δmm取用38×4.5----

2s）15屏管内工质质量流速ρwkg/（m选取950

216屏管子总流通面积Am（D-D）/3600ρw0.06181jw

22-517屏每根管子面积Amπd/470.7×101

18屏总管子数n根A/A88119屏横向管距smm选取6501

20屏片数z根选取121

21屏单片管子数nmm选取121

22屏纵向节距smm选取422

23屏最小弯曲半径Rmm选取7624屏深度bmms（n-1）×2+2R1155.2qp2125屏与前墙之间距离mm选取4544.8

26炉膛出口烟气流速wm/s选取6y

27炉膛出口烟气温度～″ºC按表1--20选取1250l

28炉膛出口通流面积AM2BV/（3600w*（～″48.6chjyy+l

+273）/27329炉膛出口高度hmA/a5.64chch30屏高度hm按h选取5.4qpch31水平烟道烟气流速wm/s选取10sy

32水平烟道高度hm按BV/3600wa～″3.4syjyy

+273/273=6.4选取33折焰角高度hzym按h-h-l=1.0选取0.17qpsyz34炉顶容积Vm按图1-5中A和A计算264ld31235炉膛主体高度hm（V-V-V）/A11.17ltlldhdl

（二）水冷壁

1前后墙水冷壁回路个数z个a/2.5（按每个回路加热宽31

度?

2.5选取2左右侧墙水冷壁回路个z个b/2.5（按每个回路加热宽32

数度?

2.53管径及壁厚d*δmm按2--13选取60×4.5

----

4管子节距Smm按s/d=1.3—1.34选取805前后墙管子根数n根按a/s+1=122.8选取1101

6左右侧墙管子数n根按b/s+1=116.1选取1002

5.2燃烧器的设计

燃烧器结构尺寸计算列于表5•2

表5•2燃烧器结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1一次风速wm/s按表2-16选取301

2二次风速wm/s按表2-16选取452

3一次风率r%按表2-15选取301

4二次风率r%按表2-15选取702

5一次风温t?

701

6二次风温t?

t-102902rk

7燃烧器数量Z个四角布置4

28一次风口面积Am0.0771

29二次风口面积Am0.1312

10燃烧器假想切圆直径dMm按表2-17选取450j

11燃烧器矩形对角线长度2lMm11702j

12特性比值2l/b初步选定21.18jr

13特性比值h/b由式（2-7）确定4rr

14燃烧器喷口宽度bMm结构设计时定为br=420430r

15一次风喷口高度hMmA/b17911r

二次风喷口高度hMmA/b30522r

16燃烧器高度hMm按A1、A2、A3的要求，1753r

画出燃烧器喷口结构尺

寸图（5-3），得hr;核算

hr/br=13.46,接近原

选定值，不必重算17最下一排燃烧器的下边lM按l=（4,6）br选取2.15

距冷灰斗上沿的距离

18条件火炬长度lMlhy的计算结果符合表15.8>12hy

----

2-19的规定，而且上排燃

烧器中心线到前屏下边

缘高度大于8米，所以炉

膛高度设计合理

5.3炉膛结构尺寸计算

根据炉膛的结构尺寸，计算炉膛结构尺寸数据，列于表5•3中。

表5•3炉膛结构尺寸

序号名称符号单位计算公式或数据来源数值

21侧墙面积Amh*（b-l）24.761chz

2Am（2b-l）*l*tan～/26.332zz

2AmB*h87.913lt

2Am（b-δ）12.624

2AmA1+A2+A3+A4131.61c

22前墙面积Am据图，193.82q

23后墙面积Am据图157.9h

24炉膛出口烟窗面积Am据图56.5ch

25炉顶包覆面积Am据图39.7ld

26屏面积Am据图87.33qp

27燃烧器面积Am据图9.6r

8前后墙侧水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取1.09炉顶角系数x查附录三图I（a）4，s/d0.96ld

=45/38=1.184,e=010屏角系数x查图1.0qp

11炉膛出口烟窗处角系数x选取1.0ch

12整个炉膛的平均角系数x（2A+A+A+Ax+A0.998cxqxhxchchld

x+Ax）/（2A+AA+Aldqpqpcqhch

+A+A）ldqp

213屏区的侧墙面积Am2×9.55×2.42412.48pq，c

214屏区的炉顶面积Am10×2.42410.0pq，ld

----

215屏区的炉墙面积AmA+A22.48pqpq，cpq，ld

216炉膛自由容积的水冷壁面AmA+A+2（A-0.5A-0.5A）++701.54zyqhcrpq,cch

积（A-A）ldpq,ld

317炉膛容积VmAa1139.7lc

318屏占据容积Vm2.424×9.55×1054.02p

319炉膛的自由容积VmV-V1085.7zylp

220屏与炉膛水平分割面积Am2.424×109.36f，sh

221屏与炉膛垂直分割面积Am9.55×10×297.1f，ch

22自由容积辐射层有效厚度Sm3.6V/A5.57zyzyzy23屏间容积的辐射层厚度Sm3.6V/（A+A+A+A）1.77pqpqppqf，shf，ch24炉膛的辐射层有效厚度Sm5.8525燃烧器中心线的高度hm据图1-37.0r

26炉膛高度Hm据图1-35.076l

27燃烧器相对高度h/Hh/H0.79rlrl28火焰中心相对高度xh/H+?

x,?

x按附录二0.29lrl

表?

查得等于

表5•4屏过热器结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1管径及壁厚d*δ个结构设计知38×4.5

2单片管子根数n个结构设计知281

3屏片数zmm结构设计知61

24蒸汽流通截面积Amm0.785dzn0.111115蒸汽质量流速ρw根（D-D）/3600A10241jw

6前屏蒸汽平均比容v根查表0.014pj

7蒸汽流速wρwv14.34pj

8屏辐射受热面积A2z×2.424×10x275qp1qp

5.4炉膛热力计算

炉膛的热力计算结果列于表5•5中。

----

表5•5炉膛热力计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值

1热空气温度t?

给定280lk

o2理论热空气焓HKJ/kg查焓温表1-42230rk

3炉膛漏风系数Δa由空气平衡表1-1知0.05l

4制粉系统漏风系数Δa选用0.06zf

5冷空气温度T?

给定10lk

o6理论冷空气焓HkJ/kg查焓温表1-478.4lk

7空预器出口过量空气系β"-（Δa+Δa）1.04allzf

数″ky

8空气带入炉內热量QkJ/kgk"H+（Δa+Δa）H2327.8kyrklzflk91kg燃料带入炉內热量QkJ/kgQ+Q25177.8lrk10理论燃烧温度Θ?

根据Q查焓温表1-42230a

11炉膛出口烟温～″?

假定1100l

12炉膛出口烟焓H″kJ/kg查焓温表1-411312l

13烟气的平均热容量VkJ/（kg（Q-h"）/（～a-～"）12.27cpjlll

?

）

14水蒸汽容积份额r查烟气特性表1-30.1029H2O

15三原子气体容积份额r查烟气特性表1-30.2475n

16三原子气体分压力pMpaprn（p为炉膛压力，0.024n

0.098MPa）17pn与S的乘积PSm.MpaPnS0.176n

18三原子气体辐射减弱系K1/（m.M3.01y

数Pa）

19灰粒子辐射减弱系数K1/（m.M81.85h

Pa

20焦炭粒子辐射减弱系数K1/（m.M取用10j

Pa）

21无因次量x选取0.51

22无因次量x选取0.1