锅炉设计资料二.docx
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锅炉设计资料二
摘自锅炉设计手册宋贵良主编
火管锅炉辐射受热面平均蒸发率P546
锅炉种类
燃煤锅炉
燃油锅炉
辐射受热面平均蒸发率(kg/m3h)
120~180
200~250
每1t/h蒸发量的辐射受热面平均蒸发率
锅炉种类
火床炉
煤粉炉
燃油炉
辐射受热面积Hf(m2)
4.5~5.5
4~5
4~4.5
锅炉水冷壁回路管子结构尺寸(mm)P549
水循环方式
自然循环
多次强制循环
直流锅炉
锅炉压力
低压
中压
高压,超高压
亚临界压力
亚临界压力
高压,超高压
亚临界压力
管
外
径
d
水冷壁管
51~60
60~63.5
42~60
60~76
42~51
32~51
22~38
下降管
51~108
108~133
159~426
≥426
325~426
325~426
325~426
引出管
133
108~133
133~159
159~219
133~219
108~133
108~133
膜式水冷壁尺寸
管径:
60;壁厚:
4,5,6;管节距:
80;鳍片根部厚度:
9;端部厚度:
6
销钉尺寸
直径:
6~12;长度:
20~25
水冷壁
相对结距
S/d
火床铲:
2~2.5
煤粉炉:
1.2~1.6
快装炉:
较大
光管水冷壁:
1.05~1.2
膜式水冷壁:
1.3~1.35
双面露光水冷壁:
<1.2
光管水冷壁:
1.05~1.2
膜式水冷壁:
1.5~1.6
相对离墙距离e/S
0.5~0.8
0
过热器的结构与布置P550
作用
将饱和蒸汽加热为一定温度的过热蒸汽,满足生产或发电需要,并提高热效率
设计
汽温稳定,波动小,汽温调节灵敏,尽量防止或减少平行管之间的热偏差,节省钢材,流阻小,运行安全可靠,制造,安装,检验方便。
传热类型
对流式
半辐射式(屏式)
辐射式(墙式)
包墙管
吸热方式
对流热
对流和辐射热
辐射热
对流热
管径及壁厚
管子外径d:
32,38,42;壁厚t:
3~7;管子最小弯曲半径R:
(1.5~2.5)d
横向间距
管间距S1=(2~3.5)d
进口高温防渣拉稀管束
S1≥4.5d
屏间距:
S1=500~1000;
顶棚过热器为了使对流过热器管子穿过
S=0.5S1≤1.25d
光管:
S1=(1.1~1.25)d
膜式:
S1=(2~3)d
竖井中:
S1=(3~3.5)d
纵向间距
管间距S2=(1.6~2.5)d
进口高温防渣拉稀管束
S2≥3.5d
纵向间距:
S2=(1.1~1.25)d
管材
低压:
碳素钢管;中压低温级:
碳素钢管;中压高温级:
低合金钢管;高压以上:
优质合金钢管
放置形式
立式;卧式
立式;卧式;立式疏水
立式;卧式
应用范围
工业锅炉,电站锅炉
电站锅炉
过热器参数推荐值P551
形式
对流式
半辐射式(屏式)
辐射式
包墙管
进口烟温
(℃)
工业锅炉:
700~800
1050~1250
炉膛内烟温
水平烟道中:
900~1000
竖井中:
600~700
电站锅炉
高温级:
950~1100
低温级:
300~800
烟气流速
(m/S)
燃煤:
10~14
燃油,气:
20
低烟温:
6~9
5~6
水平烟道中:
10~14
竖井中:
6~9
出口汽温(℃)
低压锅炉:
350~375;中压锅炉:
450;超高压,亚临界压力:
540,555;超临界压力:
650左右
蒸汽焓增(KJ/Kg)
每级或每段不超过250~420(60~100)为宜,出口段一般不超过160~300(38~72)
平均蒸汽流速
(m/S)
低,中压锅炉:
15~25
低,中压锅炉:
20~25
高压锅炉
低温级:
15~20
高压锅炉
低温级:
15~28
高温级:
9~11
高温级:
13~16
蒸汽质量流速
(Kg/m2S)
中压锅炉:
250~400
800~1100
1000~1500
高压锅炉以上
高温级:
400~700
低温级:
700~1000
蒸汽流阻(Mpa)
低,中压锅炉:
0.5;高压锅炉:
<10%工作压力;超高压以上锅炉:
<15%工作压力
过热器和再热器所用材料的允许温度P511
钢号
管子允许温度(℃)
集箱与导管
允许温度(℃)
钢号
吊挂与定距零件
允许温度(℃)
20(20G)
500
450
Cr5Mo
650
12CrMo,15MnV
540
510
Cr6SiMo
800
15CrMo,12MnMoV
550
510
4Cr9Si
800
12CrMoV
580
540
25Mn18Al5SiMoTi
800
12MoVWBSiRe
(无铬8号)
580
540
Cr18Mn11Si2N
900
12Cr2MoWVB
(钢研102)
600~620
600
Cr20Ni14Si2
1100
12Cr3MoVSiTiB
(П11)
600~620
600
Cr20Mn9Ni2Si2N
1100
Mn17Cr7MoVNbBZi
620~680
620
(1Cr18Ni9Ti)
650
各因素对于对流过热器汽温的影响P559
影响因素
过热汽温变化(℃)
锅炉负荷变化±10%
±10
炉膛过量空气系数变化±10%
±(10~20)
给水温度变化±10%
- / +(4~5)
燃煤水分变化±10%
±1.5
燃煤灰分变化±10%
±5
汽温波动影响:
过热器在超温10~20℃下长期运行,其寿命缩短一半以上;
汽温每降低10℃,使循环热效率相应降低0.5%
锅炉出口蒸汽温度变化的允许偏差值P559
锅炉类型
出口蒸汽额定
压力(Mpa)
锅炉负荷变化
范围(%)
出口蒸汽额定
温度(℃)
温度允许偏差值(℃)
+
-
工业锅炉
1.3~1.6
75~100
350
20
20
2.5
400
10
20
电站锅炉
2.5
75~100
400
10
20
3.9
70~100
450
10
15
10.0
70~100
540
5
10
14.0
70~100
540/540
5
10
17.0
70~100
540/540
5
10
凝渣管束的结构与布置P567
作用
使温度下降几十度,将烟气中的飞灰凝固,防止后面密集的过热器管或锅炉管束上结渣而造成
烟气通路堵塞
管径及壁厚(mm)
低压锅炉:
φ51x2.5;中压锅炉φ60x3
管节距(mm)
横向节距:
S1=(3~5)d;纵向节距:
S2=(3~5)d
布置
通常由后墙水冷壁延书续拉稀组成,布置在炉膛出口处,构成烟气出口窗
烟气流速(m/s)
全负荷时>6;底负荷时≥3
应用范围
低,中压锅炉和旧式高压锅炉,现代高压和超高压锅炉用屏式过热器防止后置密集管束结焦堵塞
锅壳式锅炉烟管的结构与布置P568
作用
锅壳式烟管锅炉的主要受热面
管径及壁厚(mm)
通常为φ51x3,也有φ63.5x3.5,φ76x3.5,φ89x4等无缝钢管,在燃油,燃气锅炉中,采用内螺纹管和在第三回程烟管中增设螺旋片,以消除烟气与管子边界死角和强化传热
布置
水平布置在锅壳内部,与管板胀接或焊接,为增强传热,可采用小管径,高烟速,将烟管分隔成二到三个回程
特点
烟气沿管内壁作纵向冲刷,传热效果差,但磨损小
烟气流速(m/s)
燃煤时:
15~20:
燃油时:
20~30,燃油燃气锅炉烟速尚有进一步提高趋势
应用范围
烟管锅炉
锅炉管束的结构与布置P568
作用
小型锅炉压力低,汽化潜热的吸热比例大,仅靠炉膛水冷壁的吸热量不能满足蒸发吸热的需要,因此需布置锅炉管束蒸发受热面
管径及壁厚(mm)
通常为φ51x3,也有φ38x3,φ42x3,φ57x3,φ63.5x3.5等无缝钢管
管节距(mm)
横向节距:
S1=(2.~2.5)d;纵向节距:
S2=(2~2.5)d(顺列布置);S2=(1.5~2)d(错列布置)
管子弯曲半径:
R=160
结构
管束两端与上,下锅筒相连,也可与上,下集箱相连组成多排平行管组,通常在管束中用耐火砖将烟道分隔成几个流程,同时各流程的烟气流通截面随烟温下降而逐渐缩小,以保持足够高的沿速,有时为防止入口管束结渣而堵塞烟气通道,将入口处几排管子的节距加大
布置
管束错列布置传热系数大,但清灰和检修不便,一般作顺列布置,布置在炉膛出口后面
应用范围
小型低压工业锅炉
锅炉管束参数参考值P568
锅炉种类
烟气流速(m/s)
平均蒸发率(kg/m2h)
出口烟温(℃)
燃煤炉
≈ 10
≈15
无尾部受热面:
<250
有省煤器:
应比工质饱和温度高80~150
油气炉
15~25
≈20
省煤器的结构与布置P569
作用
利用锅炉尾部烟气的余热加热锅炉给水,降低排烟温度,提高锅炉热效率,节约燃料;提高给水温度,减轻了给水与锅筒壁之间的温差热应力,并改善了水的品质,减轻有害气体对钢板的腐蚀;对中压以上锅炉,用管径小,管壁较薄,传热温差较大,价格低廉的省煤器代替钢材价格昂贵的蒸发受热面
形式
铸铁式
钢管式
非沸腾式
沸腾式
结构形式
铸铁肋片管有三种形式,见下表
光管外径为φ25~42mm,多为错列布置,横向管节距S1=(2~3)d,
纵向管节距为S2=(1.5~2)d,弯管半径R=(1~1.2)d,
为强化传热并使结构紧凑,可采用焊接鳍片管,轧制鳍片管,膜式省煤器,环状肋片管,螺旋鳍片管
特点
优点:
结构简单,抗腐蚀,耐磨损,
使用寿命长,传热效果好
缺点:
承压低,(<2.45MPa
不得用于沸腾式,易积灰且不易清除
优点:
体积小,重量轻,价格便宜,不易漏泄,可用于任何压力,容量
任何形状烟道中,可用作非沸腾式,也可用沸腾式,
最大沸腾度不超过20%,以免流动阻力过大和汽水分层
应用范围
给水未经除氧处理的工业锅炉
给水经除氧处理或给水温度较高的工业锅炉;电站锅炉
省煤器中参数推荐值P569
参数
烟气流速(m/s)
水速(m/s)
出口水温(℃)
流动阻力(MPa)
铸铁式
8~10
<0.3但≯1
低于省煤器工作压力
下的饱和温度30
钢管式
8~11
非沸腾式:
>0.3
沸腾式>1,一般≯2
≤工作压力下的饱和温度
中压:
≯8%锅筒压力
高压及超高压≯5%锅筒压力
空气预热器的结构与布置(仅述钢管式空气预热器)P573
作用
利用锅炉尾部烟气的余热加热燃烧用的空气,提高炉温,加快燃料的着火和燃烧,减少不完全燃烧热损失,提高燃烧效率和传热效果,尤其对难着火的无烟煤和多灰分,多水分,低挥发物的劣质煤更有利,为煤粉锅炉制粉系统提供干燥剂,当给水温度高使省煤器作用受限制时,空气预热器可以更有效地降低排烟温度,提高锅炉热效率
形式
立式钢管式
卧式钢管式
原理
烟气在管内自上而下纵向流动,空气在管外作横向冲刷
烟气在管外作横向冲刷,空气在管内作纵向流动
结构
由许多平行的有缝薄壁钢管构成,管束错列,两端与上下管板焊接成长方形管箱,
管外径:
25~51mm,常用40mm,管壁厚:
1.25~1.5mm,向邻管孔间隙:
>10mm,横向节距:
1.5~1.9d
纵向节距:
1~1.25d,上管板厚:
15~20mm,中管板厚5~10mm,下管板厚:
20~25mm
管箱高度:
管径为51mm时不超过8m,管径为40mm时不超过5m
布置
热空气温度低于270℃:
采用单级
热空气温度高于270℃:
采用双级,或与省煤器交替布置
特点
优点:
结构简单,制造方便,漏风较少,传热效果好
缺点:
体积大,耗钢材多,管内易积灰
卧式比立式管壁温度高10~30℃,有利于减轻烟气侧低温腐蚀,管外避开高温区,可消除管板翅曲及管端过热
应用范围
工业锅炉和电站锅炉,立式应用最广,卧式只在燃用高硫重油,并配合钢珠除灰时采用
空气预热器中参数推荐值P574
形式参数
烟气流速Wy(m/s)
空气流速WK(m/s)
漏风系数
立式
10~14
(0.45~0.55)WY
D<35t/h每级0.06
D≥35t/h每级0.03
卧式
8~12
6~10
注:
Wy,WK对低温级取较小值,高温级取较大值;对燃油,燃气锅炉可适当提高。
中小容量锅炉(D≤75t/h)排烟温度推荐值P574
形式参数
D<10t/h
D>10t/h
Mar,zs≤7的煤,天然气
160~180
120~130
Mar,zs=8~45的煤
180~200
140~150
重油
160~180
150~160
收到基折算水分Mar,zs=1000Mar/Qardw
中大容量锅炉(D>75t/h)排烟温度推荐值P574
给水温度(℃)
燃料折算水分Mar,zs
150
215~235
265
≤7
110~120
120~130
130~140
8~45
120~130
140~150
150~160
>45
130~140
160~170
170~180
注:
表中数据仅作参考,设计时根据燃料性质,钢材及燃料供应情况,进行分析比较后选定,并且由于防止低温腐蚀方法不同,也可能排烟温度值的抉择有所不同。
热空气温度推荐值P574
炉型
火床炉
固态排渣煤粉炉
液态排渣煤粉炉,
旋风炉
燃油
燃气
燃料
烟煤
无烟煤
褐煤,贫煤
无烟煤
贫煤
劣质烟煤
褐煤
烟煤
洗中煤
烟煤
无烟煤
褐煤,贫煤
重油
天然气
热风
干燥剂
烟气
干燥剂
空气预热器
布置方式
单级
双级
单级或双级
双级
单级
热空气温度
(℃)
<200
380~400
330~380
350~400
300~350
280~350
350~420
250~300
对流受热面的简易估算
每1t/h蒸发量的对流受热面积H(m2)P582
锅炉种类
蒸汽锅炉
热水锅炉
通风情况
自然通风
机械通风
自然通风
机械通风
横向冲刷,错排,排管受热面
35~46
20~26
47~61
26~35
横向冲刷,顺排,排管受热面
48~62
22~32
63~81
29~43
注:
此表用于热水锅炉,相应于1163KW的热功率
对流受热面烟速Wy
通风方式
受热面种类
烟速Wy(m/s)
自然通风
锅炉管束
4~6
机械通风
锅炉管束
8~14
过热器
10~14
钢管省煤器
8~10
铸铁省煤器
10~12
空气预热器
9~11
锅炉有锅炉管束和省煤器时,相应于1t/h蒸发量的烟气流通截面积A(m2)P582
排烟温度(℃)
150
200
受热面
锅炉管束
省煤器
锅炉管束
省煤器
烟气速度(m/s)
3
0.45
0.26
0.46
0.29
4
0.33
0.19
0.34
0.22
5
0.26
0.16
0.27
0.17
8
0.16
0.10
0.17
0.11
10
0.13
0.08
0.14
0.09
12
0.11
0.06
0.12
0.07
锅炉仅有锅炉管束时,相应于1t/h蒸发量的烟气流通截面积A(m2)P582
锅炉种类
蒸汽锅炉
热水锅炉
排烟温度(℃)
200
250
300
200
250
300
烟气速度(m/s)
3
0.42
0.45
0.49
0.61
0.66
0.72
4
0.33
0.34
0.37
0.45
0.49
0.53
5
0.25
0.27
0.29
0.37
0.39
0.42
8
0.15
0.17
0.18
0.23
0.24
0.26
10
0.12
0.13
0.14
0.18
0.19
0.21
12
0.10
0.11
0.12
0.15
0.16
0.17
自然循环蒸汽锅炉上升管设计推荐值P585
锅筒压力MPa
<2.45
4~6
10~12
14~16
17~19
锅炉蒸发量t/h
≤65
≤75
≥120
160~420
400~670
≥850
上升管内径mm
40~50
36~54
35~50
34~48
40~60
上升管高度m
2~6
10~20
12~24
20~40
25~45
30~55
单位截面
蒸发量
t/hm2
推荐值
燃煤
60~120
120~200
250~400
420~550
650~800
燃油
75~150
150~250
320~480
520~680
750~900
界限值
250~300
~600
~1100
~1300
注:
(1)对双面水冷壁和燃油锅炉高热负荷的上升管内径应取大一些,对燃用劣质煤及炉膛高度低的锅炉,上升管内径应取较小值。
(2)单位截面蒸发量的界限值是与一般结构锅炉的界限循环倍率及传热恶化相应的数值。
下降管与上升管截面比推荐值P585
锅筒压力MPa
<2.45
4~6
10~12
14~16
17~19
截面比
分散下降管
0.2~0.3
0.2~0.35
0.35~0.45
0.5~0.6
0.6~0.7
集中下降管
0.2~0.3
0.3~0.5
0.4~0.5
0.5~0.6
汽水引出管与上升管截面比推荐值P585
锅筒压力MPa
<2.45
4~6
10~12
14~16
17~19
截面比
0.3~0.4
0.35~0.45
0.4~0.5
0.5~0.7
0.6~0.8
表4-64自然循环热水锅炉上升管与下降管截面比P594
循环回路高度m
>2
>4
>5
>10
截面比
0.65
0.6
0.55
0.45
表4-63自然循环热水锅炉循环回路设计与布置P593
回路及其他元件
设计与布置的原则和方法
水冷壁管
水冷壁管内径不应小于44mm,其结构尽量简单,弯头少,阻力系数小为提高循环可靠性,应将水冷壁分成若干组件,同一组件内各并联管子的吸热大小和结构尺寸应尽量相同。
水冷壁宜采用垂直上升结构,最好直接引入上锅筒,不用上集箱以减小阻力。
水冷壁与对流受热面不宜采用共用一个下集箱,以防热负荷相差过大,造成水循环事故。
在火床炉中多布置有前,后拱,为使拱砌筑方便,通常设有前,后拱结构,由于前,后拱管较长,弯头多,阻力大,且铺有耐火材料,循环水速小,为提高其工作可靠性,应适当加大下降管与上升管的截面比。
对流管束
通常采用直径为42,51,57mm的无缝钢管,既可错列又可顺列布置。
错列传热好,省钢材,但在热水锅炉中为便于吹灰,一般倾向顺列布。
管子横向节距S1=2~2.5d,纵向节距在顺列时S2=2~2.5d,错列时S2=1.5~2d,管束形状尽量标准化,如采用相同的弯管半径,直段长度及弯管角度等,以简化制造工艺,下降管区域流通截面积与对流管总截面积比为0.44~0.48。
下降管
引入管
不宜采用集中下降管,下降管与上升管截面比按表4-64选取,对于汽水两用炉,为防止下降管带汽,下降管入口水速应小于3m/s。
引出管
当锅炉采用上集箱时,为减少引出管的阻力,管径应尽量取得大一些,长度应尽量短一些,弯头数量少一些,引出管与上升管的截面比应大于0.8。
集箱
集箱一般采用φ133~φ273mm的管子,对于热功率较小的热水锅炉可取较小的管径,但不宜使轴向流速过高,造成流量分配不均,对于火床炉用防焦箱作水冷壁下集箱时,水冷壁管应自其顶部引出,下降管应自防焦箱端部引入,应避免防焦箱受热段内存在不流动的死区,对于往复炉排,下集箱前部应设导气(汽)管。
锅内装置
比蒸汽锅炉的锅内装置简单。
配水管:
其作用是将锅炉回水分配到特定位置,以保证锅炉的水循环。
当锅炉没有对流管束时,配水管要将全部回水分配到水的下降管区(低温区),通常为锅筒的两端;如有对流管束时,则要将回水按吸热量大小均匀的分配到各下降管区,如图4-62所示,配水管的侧面及两端适当位置开有小孔,其开孔方向为正对着下降管入口,也可用给水管降水送到下降管入口附近,为了增加进入下降管的水流量,可以在下降管入口加装喷射器,达到提高循环水速的目的。
配水管中水速一般为1~2m/s,在上面开有小孔,孔径一般为φ8
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