链条锅炉设计计算.docx
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链条锅炉设计计算
2锅炉热力计算
2.1热力计算类型和方法
开发一台新型锅炉产品时首先要做好设计工作,设计中要对锅炉的性能、结构、经济性和可靠性等各方面进行各种计算,以有定量的了解。
这些计算包括锅炉热力计算、水循环或水动力计算、空气动力计算、烟气阻力计算、管子金属壁温度计算、强度计算、炉墙和构架计算等,而热力计算则是这些计算中最主要和基础的计算,并为其他计算提供所需的数据资料。
锅炉的计算主要分为两大类:
设计计算、校核计算。
设计新锅炉时的热力计算称为设计热力计算(也称设计计算)[7]。
其任务是在给定的给水温度和燃料特性的前提下,为达到额定蒸发量和蒸汽参数以及选定的经济指标,计算、确定锅炉机组的炉膛尺寸及各个受热面的结构和尺寸,并确定锅炉的热效率和燃料消耗量、各受热面进出口处的烟温和工质温度、吸热量以及烟速和工质流速等,为选择辅机设备和进行上述其他各项计算提供原始资料。
设计计算是在锅炉的额定负荷下进行的,为了预计锅炉在其他负荷下的工作特性,以及锅炉在燃用非设计燃料时的热力特性,都要重新进行热力计算,称之为校核热力计算(也称校核计算)[7]。
其任务是在已定的锅炉结构和受热面积条件下,对锅炉负荷、燃料、运行工况或某些结构变化时,求取各受热面进出口处的工质温度和速度、烟气温度和速度、锅炉热效率、燃料消耗量、空气和烟气量等。
目的是为了得到锅炉在非设计工况条件下运行的经济指标,为锅炉结构改进、选择辅机设备和其他各项计算提供原始数据和资料。
设计计算和校核计算所用的计算方法基本相同,即计算时所依据的传热原理、计算公式和图表都是相同的,其差别仅仅是计算任务和所求数据不同。
但做校核计算时,不仅烟气的中间温度和内部介质温度是未知数,而且排烟温度、预热空气温度,甚至有时连过热蒸汽出口温度都是未知数,因此,校核计算时要预先假定这些未知数,然后用逐步逼近法去最后确定之。
2.2热力计算步骤
设计计算和校核计算的目的不同,而在进行具体计算时都采用校核计算的方法。
即使对新锅炉做设计计算时,也是预先布置好受热面,然后用校核计算的方法计算。
如计算出的吸热量、温度、流速等与预计值相差较大,则修改受热面的数量和布置后再算,直到满足预定要求。
校核计算的计算步骤为⑹:
(1)按计算任务书列出原始数据;
(2)选取各烟道的过量空气系数,计算三原子气体的容积和容积份额、烟气和空气的焓;
(3)预先估计排烟温度和热风温度,用以确定热损失、锅炉效率和燃料消耗量;
(4)计算炉膛传热,求出炉膛出口处的烟温,再用逐步逼近法计算各对流受热面的烟温,按烟气流动方向顺序计算;
(5)如果计算得出的排烟温度与起初所估计的排烟温度之差未超过±0C,而热空气温度之差未超过±40C,则可认为锅炉机组的换热计算结束。
如超过误差,则需重新假定排烟温度及热空气温度进行计算;
(6)如果尾部受热面为双级布置,情况要复杂些:
计算第二级省煤器时按已
知的进口烟温和估算的出口工质焓,第二级空气预热器按已知的进口烟温和假定的热风温度,第一级省煤器按已知的进口烟温和进口水温,第一级空气预热器按已知的进口烟温和进口空气温度,分别用逐次逼近法求出口烟温和进口(出口)工质温度。
所求出的第一级省煤器出口水温和第二级省煤器进口水温之差应不超过10C。
同样,要求空气预热器的第一级出口与第二级进口空气的温差小于10C;
(7)按下式确定锅炉机组热平衡计算的误差:
Q=Qrgl一Qf+Qp+Qgr+Qzr+Qgd+QsmU1
式中:
Qr为锅炉输入热(kJ/kg);口gi为锅炉热效率(%);q4为机械不完全燃烧损失(%);Qf、Qp、Qgr、Qzr、Qgd、Qsm分别为对1kg燃料而言的炉膛辐射受热面、屏式受热面、对流过热器、再热器、过渡区和省煤器等各部分受热面的吸热量(kJ/kg)o各部分吸热量均用热平衡方程式求得的值带入。
3锅炉的热力计算实例
3.1锅炉的参数
1.额疋蒸发量D
10t/h;
2.蒸汽压力P
1.3MPa;
3•蒸汽温度tgr
350C;
4.给水温度tgs
105C;
5.冷空气温度tlk
30C;
预热空气温度tr
150C;
7.排烟温度;:
py
180C;
8.锅炉排污率Ppw
5%;
3.2燃料与燃烧计算
321锅炉燃料
本次研究的对象是燃煤锅炉其煤质的元素分析列于表3-1
表3-1煤质的元素分析表
应用基成分(%)
Car
Har
Oar
Sar
Nar
Aar
War
46.55
3.06
6.11
1.94
0.86
32.48
9.00
可燃基挥发份Vr=38.5%
应用基低位发热值QdW-17664kJ/kg
3.2.2燃料的燃烧计算
(1)锅炉受热面的过量空气系数及漏风系数
过量空气系数:
燃料燃烧时实际供给的空气量与理论空气量之比。
漏风系数:
锅炉受热面所在烟道漏入烟气的空气量与理论空气量之比,亦即该烟道出、进口处烟气中过量空气系数之差[9]。
表3-2过量空气系数及漏风系数表
序号
锅炉受热面
入口过量空气系数
漏风系数
出口过量空气系数
1
a
Aa
H
a
1
炉膛
1.40
0.10
1.50
2
凝渣管
1.50
0
1.50
3
蒸汽过热器
1.50
0.05
1.55
4
锅炉管束
1.55
0.10
1.65
5
省煤器
1.65
0.10
1.75
6
空气预热器
1.75
0.10
1.85
(2)理论空气量、理论烟气容积的计算
1理论空气量
0
V=0.0889(Car+0.3755Sar)+0.265Har-0.03330Oar(3-1)
=0.0889(46.55+0.3751>94)+0.265&06-0.0333>6.11
=4.810Nm3/kg
2三原子气体容积
vRq=0.01866(Car+0.3755Sar)(3-2)
=0.01866(46.55+0.3751旳4)
=0.882Nm3/kg
3理论氮气容积
V2=0.79Vf+0.8山(3-3)
100
=0.79>4.810+0.8
=3.807Nm3/kg
4理论水蒸气容积
VH02O=O.111Har+0.0124War+0.016lVk°(3-4)
=0.1113.06+0.0124900+0.01614810
=0.528Nm3/kg
将理论空气量和理论烟气容积的结果列入表3-3中。
表3-3理论空气量和理论烟气容积表
序号
名称
符号
单位
结果
1
理论空气量
vk0
Nm3/kg
4.810
2
二原子气体容积
Vrq
3
Nm/kg
0.882
3
理论氮气容积
X
3
Nm/kg
3.807
4
理论水蒸气容积
vu
3
Nm/kg
0.528
(3)各受热面烟气特性计算公式
a+a
Ct.—
Pj2
(3-5)
Vh2o=Vh2o+0.016^pj_1)Vk
(3-6)
Vy=VRO,+Vn2+VH2O+G:
iPj_1)Vk
(3-7)
PrO2=VrO2.Vy
(3-8)
rH2o=Vh2oVy
(3-9)
rq=rRO2+rH2O
(3-10)
将各受热面烟气特性汇入表3-4中
表3-4各受热面烟气特性表
序号
名称
符号
单位
炉膛凝渣管
蒸汽过热器
锅炉管束
省煤器
空气预
热器
1
过量空气系数
Opj
1.50
1.525
1.60
1.70
1.80
2
水蒸气容积
Vh2o
3
Nm/kg
0.567
0.569
0.574
0.582
0.332
3
烟气总容积
Vy
3
Nm/kg
7.622
7.742
8.103
8.584
9.065
4
RO2份额
「RQ
0.1157
0.1139
0.1088
0.1027
0.0973
5
h2o份额
「h2o
0.0693
0.0682
0.652
0.0615
0.0582
6
三原子份额
rq
0.1850
0.1821
0.1740
0.1642
0.1555
3.3锅炉热平衡及燃料消耗量计算
表3-5锅炉热平衡及燃料消耗量计算结果
序号
名称
符号
单位
计算公式或依据
数值
1
燃料低位发热值
QdW
kJ/kg
给定
17664
2
冷空气温度
tlk
SC
设计给定
30
3
冷空气理论焓
0
Ilk
kJ/kg
V:
(ct)k=4・81X9.6
190
4
排烟温度
九
SC
设计给定
180
5
排烟焓
Ipy
kJ/kg
根据ctpy=1.85查文献[2]蒸汽温焓表
3-5
2354
6
固体不完全燃
q4
%
按文献[1]表4-2选取
14
烧热损失
续表3-5
序号
名称
符号
单
位
计算公式或依据
数值
7
气体不完全燃烧热损失
qa
%
按文献[1]表4-2选取
1
8
排烟损失
q2
%
0
H(10074)
2354_1.85X190
-(100_14)
17664
9.74
9
散热损失
As
%
查文献[1]表3-5
1.70
10
灰渣漏煤比
°hz舟
查文献[1]表4-2
0.80
11
灰渣的物理热损失
A6
%
Cthz十(Cthz)Aar
QdW
0.80X560X33.12
-17664
0.82
12
锅炉总热损失
Zq
%
C2"3乜^5+C6=9.39H北4七.7叶0.82
27.26
13
锅炉热效率
n
%
100-送q
72.74
14
过热蒸汽焓
igq
kJ/kg
按P=1.3Mpa查文献[2]附录表3
3151
15
饱和水焓
Ipw
kJ/kg
按P=1.4Mpa查文献[2]附录表2
845
16
给水焓
igs
kJ/kg
按Igs-1O5叱查文献[2]附录表4
441
17
锅炉排污率
Ppw
%
给定
5
18
锅炉有效利用热
Qgl
kJ/h
Qgiy2730200
—X100=
QdW17664X72.74
27302000
19
燃料消耗量
B
kg/h
Qgi,2730200
—yX100=
QdW17664X72.74
2114
20
计算燃料消耗量
Bj
kg/h
B(1—一^)-2054(1—)
100100
1818
21
保热系数
1一q5=1一「7。
n+q572.74+1.70
0.977
3.4炉膛的热力计算
341炉膛的结构特性
(1)标咼计算
详见图3-1、表3-6
图3-1炉膛结构标
表3-6炉膛标高计算
结构名称
计算式
标高(mm)
A
1400+1085tan9
1572
B
1400+4370tan9
2092
C、F
2092+1305tan55
3956
D
7300+1900tan
7809
E
7300
G
3956-920tan20
3621
H
1600+320tan
2154
I
同前联箱中心标高
1600
(2)炉膛包覆面积
详见图3-1。
1)侧墙
◎=〔(7.300-3.956)(7.809-3.956)10.51.900=6.84m2
③二1.305(3.956-2.092)10.5=1.22m2
◎=〔(1.572-1.100)(2.092-1.100)]0.53.285=2.40m2
◎=0.595(3.956-1.100)=1.70m2
◎=〔(3.956-1.100)(3.621-1.100)10.50.920=2.47m2
◎=〔(2.154-1.100)(1.600-1.100)10.50.320=0.25m2
Fcq=6.84+1.22+2.40+1.70+2.47+0.25=14.88m2
2)后墙
1.57-21.100m
AB=(2.0291.5s7i9=3.32m
BC=1.305/si=2328m
CD=7.80~93.=3.85m
Fhq=(0.4723.322.283.85)2.72=26.98m2
3)前、顶墙
1.600-1.100=0.50m
HI=0.32/cots=6.64m
FG=0.32/cOs=0.98m
GH=3.6212.=1547m
EF=7.303.956m
ED=1.90/co:
s=15ml
Fqq=(0.500.640.981.473.34=1.97m2
4)炉壁总面积
Fbz=214.8826.982S.2m2
(3)炉排有效面积
3.2850.5950.92=0.m2
R=5.122.301m2
(4)炉膛容积
Fcq2.7214.882.72m4
(5)炉膛有效辐射受热面
1)前顶
详见图3-2。
DEEF~(4.403.95=6)1.97-3.3^01(曝光)
(0.640.981.473.34-1.97)m4覆盖耐火涂料层)
S=170,d=51,e=25.5,n=16(根),S/d=3.33,e/d=0.5查文献[1]线算图7-2x-i=0.59,x2=1
Hq=(16—1)0.1745870.5n97.33
H:
=(16-1)0.173.53m29.03
查文献[1]表7-1查得^=0.6匚2=0.2
•••Hq=0.67.330.29.03=6.2m2
2)后墙
详见图3-3。
DCCB1.5烟窗高度)=3.852.28-1.5=4.63m2
AB=3.3m
S=170,d=51,e=25.5,n=16(根),S/d=3.33,e/d=0.5查文献[1]表7-2得x^0.59,x2=1
查文献[1]表7-1查得©=0.6匚2=0.2
2
•••Hh=0.66.970.28.4^5.88m
3)烟窗
S=340,d=51,l=1.5m,x=1,n=8,=0.6
2
•Hch=(n—0.5)Slx=8-(0.5)0.341.51-3.83m
4)侧墙水冷壁
详见图3-4。
㊇二〔(7.300-2.300)(7.587-2.300)丨0.51.050-0.08=5.32m2
0B=〔(7.640-3.956)(7.809-3.956)丨0.50.6300.50.630.9=2.66
GC=2.300-1.1001.05-0.08(后拱遮盖面积)=1.18m2
由S=105,d=51,e=65,Sd=2.06,ed=6551=1.275得x^0.87,
•HC=(5.32+2.66)沁0.87二6.94m2
H;=0.66.940.21=184.17二m>2244.
'H=6.205.882.3244m2
(6)炉膛平均有效热系数
‘I八H/Fb3=23.18/80.95=0.286
(7)炉膛有效辐射层厚度
S=3.6V|/F|=3.640.47/(80.9511.78)=1.57m
(8)燃烧面与炉墙面积之比
「二R/Fbz=11.78/80.95
4400
图3-2前、顶水冷壁结构示意图
6309
图3-3后水冷壁结构示意图
图3-4炉膛受热面计算简图
14
342炉膛的热力计算
表3-7炉膛的热力计算
序号
名称
符号
单位
计算公式或依据
数值
1
燃料低位热值
Qdw
kJ/kg
燃料特性
17664
2
燃料消耗量
1
B
kg/s
B/3600=2114'3600
0.587
3
计算消耗量
Bj
kg/s
Bj/3600=1818/3600
0.505
4
保热系数
tp
锅炉热平衡计算表3-5
0.977
5
出口过热空气系数
n
«l
给定
1.50
6
炉膛漏风系数
给定
0.10
7
冷空气焓
t°k
kJ/kg
设计给定表3-6
190
8
热空气温度
trk
C
设计给定,再校核
150
9
热空气焓
10
Irk
kJ/kg
查文献[2]温焓表3-5
1001
10
带入炉内热量
Qk
kJ/kg
(Gl-Atxjlrk+gllk=(1.50-0.10)
X1001+0.10190
1420
11
炉膛有效热量
Qi
kJ/kg
Qdwi00—wF—q^Qk
100-q4
18711
12
理论燃烧温度
n
<9
C
«i=1.50查文献[2]表3-5
1549
序号
名称
符号
单位
计算公式或依据
数值
13
绝对温度
Ti
K
9+273=1549+273
1822
14
炉膛出口烟温
H
4C
先假定,再校核
960
15
出口烟焓
kJ/kg
(Xi=1.50查文献[2]表3-5
11348
16
出口绝对温度
H
T
K
H
&+273=960+273
1233
17
平均热容量
(VC)j
kJ/(kg「C)
Qi-Il''18711—11348
T,|-Th-1822-1233
12.50
18
三原子份额
rq
烟气特性表rq=rRO2+rH2o
0.1850
19
三原子压力
rpP
MPa
rpP=0.1850汇0.1
0.0185
20
辐射厚度
S
m
炉膛结构
1.57
21
三原子辐射力
PqS
MPam
PqS=0.01850X1.57
0.029
22
烟气密度
Py
kg/Nm3
按文献[1]附录1取定值
1.30
23
灰粒直径
dh
Pm
按文献[1]附录2取定值
20
24
辐射减弱系数
kpi
1/(MPa-m)
按文献[1]表3-1取得
1.56
25
单位燃料烟气重量
Gy
kg/kg
1+1.30^Vk0
100
10.09
序号
名称
符号
单位
计算公式或依据
数值
26
灰粒无因次浓度
AarOU32.48X0.2
100y—100汇10.51
0.0064
27
灰粒减弱系数
kh
1/(MPam)
43000Py43000汉1.30
引Tl2dh2匝332X20"
65.98
28
焦炭减弱系数
kc
10
29
无因次数
Xi
对无烟煤取值
1
30
无因次数
X
对无层燃炉取值
0.03
31
介质吸力
kps
(kp「p+kh^h十心洛X2)PS
0.358
32
火焰黑度
Sy
i_kPs“-0.358
1-e=1-e
0.301
33
炉膛黑度
«1
Ofhy+(1—Othy)P
1—(1—Othy)(1—屮l)(1一P)
0.72
34
系数
M
0.59-0.5Xm=0.59-0E0.14
0.52
35
出口烟气温度
n
&
°C
Tii273
961
M(5.67X10^^|Fb^lTl|3)0.+1®B'(VC)pj
36
炉膛出口烟焓
n
Il
kJ/kg
按al查文献[2]表3-5
11387
37
辐射放热
Qf
kJ/kg
申(Qi—I;)=0.977(19223-11387)
7194
38
燃烧面热强度
qR
kW/m2
B'QdW0.571X17664
R~11.78
880
39
燃烧室热强度
qV
2
kW/m
B'Qdyw0.571:
<17664
V|-40.47
256
40
辐射受热强度
qj
2
kW/m
BjQf0.505汉7656
Hf—51.87
40.04
3.5凝渣管的热力计算
3.5.1凝渣管结构计算
(1)第1、2排(错列部分)
S=340,d=51,n=8根用卡,S’,d=340,51=6.67,查文献[1]图7-2,x^0.2
1)受热面积
2
H=Mdl2n£.140.0512=8m3.84
2)烟气流通截面积
F=2.851.5-81.50.051=3.66m2
(2)第3、4排(顺列部分)
S"=170,d=51,n=16根用卡,s",d=170.50=3.33,查文献[1]图7-2,x"=0.41
图3-5凝渣管结构示意图
1)受热面面积
"2
HPdl2n=3.140.0511.5216=7.68m
2)烟气流通面积
F"-2.851.5-161.50.051=3.05m2
(3)凝渣管
1)总受热面面积
H二HH=3.847.681r1.252
2)烟气平均流通面积
Fpj
二H'H''(HH)=3.847.68.’(型=3.23m2
/FF/3.663.05
3)凝渣管受炉膛辐射面积Hfz=3.8m2
4)凝渣管角系数
xnz=
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