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SHL-20/1.25/130/70-A热水锅炉设计姓名：吕志鹏专业班级：11级热能2班指导教师：王华山毕业答辩目录致谢结论锅炉设计计算锅炉方案设计绪论课题背景：锅炉作为一种重要的能源转换设备，在工业生产中得到了广泛的应用。它通过煤、石油或天然气的燃烧放出的化学能，并通过传热把热量传递给水，使水加热（或变成蒸气），热水直供给工业生产和民用生活、供暖，所以锅炉的主要任务是：把燃料中的化学能最有效的转变为热能。工业锅炉是重要的热能动力设备,而我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。特别是改革开放以来,随着国民经济的蓬勃发展,全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业,可以生产各种不同等级的锅炉。在未来相当长的一段时间内,燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品,且以中大容量(单台蒸发量≥10t/h)居多。但燃煤锅炉会产生严重的环境污染,随着能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格,天然气开发应用将进入高速发展时期。小型燃煤工业锅炉将退出中心城区。因此采用清燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势我国工业锅炉研究现状由于国内工业锅炉的研究起步较晚，在系统优化问题，环保问题、完全问题、智能化问题以及过程动态模拟等方面和国外发达国家还有一定的差距。目前情况下在国内主要在以下几个方面对工业链条锅炉进行了改进或研究：（1）对燃煤链条锅炉进行改造，改造成为循环硫化床锅炉，提高原锅炉的燃料适应性、燃烧效率、负荷调节能力，以及降低氮氧化物的排放量。（2）节能新技术在链条锅炉上的应用。主要包括：可变分层分行分段给煤技术、复合相变换热技术、煤粉燃烧新技术在链条锅炉上的应用。这些新技术在链条锅炉上的使用提高了煤种适应能力，燃烧的热效率，降低了锅炉的排烟温度提高了链条锅炉的效率。（3）工业链条锅炉优化强化燃烧技术的应用。本课题研究内容。本次的毕业设计的题目是SHL20-1.25/130/70-热水锅炉，属于水管式自然循环锅炉。设计本着锅炉运行的安全性和可靠性为首要设计特性的准则。综合考虑燃烧，传热，烟气和空气以及工质的动力特性以及磨损和腐蚀。在锅炉设计的过程中，主要考虑的因素是保证炉内着火，炉膛内有足够的辐射热量，煤的燃尽程度以及合理的烟气速度和排烟温度。同时，还要确保有一定的气密性以保证炉膛内进行负压燃烧。在整个设计过程中作为技术支持进行了热力计算、强度计算和烟风阻力计算。其中热力计算包括炉膛、锅炉管束、省煤气，空气预热器。为了使小型锅炉的结构紧凑，大部分受热面都布置在炉膛内。根据结构，由于工作压力低，容易产生烟气侧的酸腐蚀和锅内的氧腐蚀，所以采用铸铁省煤器，来达到降低排烟温度的要求。锅炉的炉膛内设有前后拱，燃烧后的烟气从炉室出来后在对流受热面中多次绕行，然后进入尾部的烟道，在尾部的烟道设有省煤器和空气预热器，用来加热给水和预热空气。本次设计设计方案过程中，本着可靠性，经济性，简单易行的原则，使结构的布置尽量首尾相顾，浑然一体。锅炉方案设计与整体布置1.锅炉设计结构及特性锅炉本体大致可分为：水冷壁、锅炉管束、省煤器、空气预热器，它们都是各种类型的受热面，烟气的热能通过这些受热面传递给工质。锅炉本体一侧处在高温烟气条件下，因而要求它们的结构和材料要能够承受高温和抵抗烟气的腐蚀；锅炉的另一侧工质是热水，水工作时具有很高的压力，所以锅炉本体主要部件还要具有一定的承受能力；另外，锅炉本体还要有良好的传热性能。本次设计任务是设计SHL20—1.25/130/70-A,即双锅筒横置式链条炉，自然循环水管锅炉，额定热功率20MW，额定工作压力为1.25Mp,设计煤种为吉林通化烟煤，其结构特点如下:锅炉方案设计与整体布置（1）.据锅炉行业长期对双锅筒20MW锅炉运行经验，水管系列采用φ51的碳素钢管，管束弯头半径R160mm。（2）.燃烧方式采用加煤斗正转链条炉排。（3）.锅炉炉膛采用前后拱配合方式。后拱低而长，倾角为10°，通过前后拱的配合可以使燃料迅速着火，减少了固体不完全燃烧损失。（4）.炉排有效宽度为5030mm,长度为7000mm，有效面积为35.2m2。（5）.采用双侧进风,分段送风,可调节燃烧状况，改善燃烧区段性。锅炉各部分特点1.锅筒及炉内设备：锅筒是容纳水和蒸汽的筒形受压容器，采用双锅筒结构，既经济易安装，检修固定方便。a.上锅筒：内径1200mm，壁厚22mm，筒身长3800mm，包括两侧封头一起为4888mm。上锅筒筒身用20g钢板热卷冷校而成，封头为20g钢冲压而成的椭圆形封头，为了焊接方便，封头和筒身壁厚都采用一致即22mm。b.下锅筒：下锅筒内径Dn=1000mm,壁厚δ=16mm，筒身长3000mm，包括两侧封头一起为3885mm,筒身及封头都为20g钢板制成。下锅筒底部有定期排污管，以便排出杂质和沉淀物。上下锅筒之间有管束。锅炉各部分特点2.水冷壁在锅炉炉膛内经常布置大量水冷壁，一方面可以充分发挥辐射受热面热强度的特点，同时它用来保护炉墙免受高温破坏使灰渣不易粘结在炉墙上，防止炉膛被冲刷磨损，过热破坏。它是自然循环锅炉构成水循环回路不可缺少的重要部件。本锅炉炉膛内四壁都布置有水冷壁其中前墙由19根Φ51×3的碳素钢管节距为120mm组成，前墙水冷壁管组下部焊在Φ219×6的集箱上，上部直接与锅筒焊在一起，后墙与前墙相同由19根Φ51×3的碳素无缝钢管组成。两侧水冷壁分别由28根Φ51×3的碳素无缝钢管节距为110mm组成，上下部分别与上下集箱连接，集箱规格为Φ219×6，由6根Φ108×4,的钢管，所有下降管均从上锅筒中引出。锅炉各部分特点3.燃烧设备：燃烧由煤斗和正转链条炉排及其传动装置组成，炉排有效燃烧面积为35.2m2.4.锅炉管束：上下锅筒中心距为4600mm，中间由224根Φ51×3碳素无缝钢管焊在上下锅筒而组成，管子顺列布置，横向14根，纵向16根，横向节距为110mm，纵向节距为110mm，同时隔板把它分隔成倒“S”型烟道，流通面积逐渐减小，以利于传热和烟道烟速均匀。上下锅筒及管束通过上锅筒支撑在锅炉钢架上。锅炉各部分特点5.省煤器：本锅炉为小型低压锅炉，采用单级耐腐蚀铸铁式省煤器。省煤器规格为60×3，安装有4排8列省煤器管，受热面积为69.76m2，烟气流通截面积为0.704m2，6.空气预热器该蒸汽锅炉采用钢管式空气预热器，顺列布置，由484根Φ40×1.5组成，横向节距60mm,纵向节距40mm，空气在管外做横向冲刷。冷空气由20℃被加热到119.21℃变成热空气后由热空气管道进入炉膛，空气预热器的受热面积为116.37m2。煤场破碎机原煤斗送风机空气预热器热风道带式输煤机分仓风室煤在炉排上燃烧灰渣斗各受热面灰渣高温烟气除尘器渣场引风机烟囱排入大气煤空气水处理热水前下降管下锅筒前水冷壁锅炉管束给水泵软化、除氧水省煤器上锅筒热用户上锅筒锅炉管束侧水冷壁自来水热力计算设计参数本次设计的任务是SHL20-1.25/130/70A热水锅炉，主要参数如下：1.锅炉额定热功率Q=20MW2.锅炉额定压力P=1.25MPa3.给水温度Tgs=70℃4.出水温度Tcs=130℃热力计算燃料特性1.燃料名称：烟煤产地：吉林通化2.燃料的收到基成分碳氢氧氮硫水分灰分挥发分低位发热量数值38.462.164.560.520.6110.5043.1021.9113536热力计算辅助计算1.空气平衡计算根据文献[1]中表5-4选取炉膛出口过量空气系数，按表3-1选取个受热面烟道的漏风系数，进行空气平衡计算，编制空气平衡表。烟道名称过量空气系数漏风系数炉膛1.351.45凝渣管1.451.45锅炉管束1.451.55省煤器1.551.70空气预热器1.701.80热力计算2.理论空气量和理论烟气量计算理论空气量Vo=0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har+0.333Oar=5.56m3/kg二氧化碳VRO2=0.01866（Car+0.375Sar）=0.722m3/kg理论氮气量VoN2=0.008Nar+0.79V0k=4.396m3/kg理论水蒸汽量VoH2O=0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0k=0.46m3/kg理论烟气量为5.578m3/kg热力计算各受热面烟道烟气特性计算项目炉膛及凝渣管锅炉管束省煤器空气预热器平均过量空气系数1.41.51.6251.75实际水蒸汽量0.4960.5050.5160.527实际烟气量7.8388.4039.1099.815RO2体积分数0.0920.0860.0790.736水体积分数0.0630.060.0570.054三原子气体体积分数0.1550.1460.1360.1276烟气质量1073411.4612.367513.275飞灰浓度0.0060.00570.00530.004896烟气密度1.371.361.3581.352热力计算锅炉热平衡及燃料消耗量的计算结果燃料低位发热量13536KJ/㎏锅炉总热损失28.82%冷空气温度30℃给水温度70℃理论冷空气焓220.2KJ/㎏给水焓293.89KJ/㎏排烟温度160℃排污率0排烟焓2086KJ/㎏热水焓54.7KJ/㎏固体不完全燃烧损失10%锅炉输出热量20000KW气体不完全燃烧损失1%燃料消耗量2.08㎏/s排烟损失15%计算燃料消耗量1.872㎏/s散热损失1.3%热风温度10℃飞灰份额0.15理论热空气焓1.30KJ/㎏灰渣物理热损失1.52%保热系数0.982灰渣焓560KJ/㎏锅炉热效率71.18炉膛结构简图炉膛的尺寸主要是由炉排面积确定的。根据截面热负荷确定和发热量确定炉排面积，根据水冷壁分布大致确定炉膛高度。热力计算炉膛计算炉膛周界计算炉排面积热负荷qR=800KW/m2炉排面积R=BQ/qR=2.08×13536/800=35.2m2取炉排长度L=7m炉排宽S=R/L=35.2/7=5.03m侧墙面积F侧=（4.5+5.5）×1.8+3×0.5+2.7=22.2m2前墙面积F前=4.914×5.33=31.52m2后墙面积F后=7.35×5.33=39.34m2炉膛体积V=22.2×5.33-3.52=114.8周界面积=22.2×2+31.52+19.91+39.34=135.2m2热力计算炉膛传热计算输入热量13536kJ/kg灰粒辐射减弱系数64.61/m•Mpa理论冷空气焓220.2kJ/kg焦炭辐射减弱系数0.151/m•Mpa出口过量系数空气1.45热有效系数0.07炉膛漏风系数0.1炉内介质辐射有效厚度3.66热空气温度120℃火焰黑度0.404热空气焓802.92kJ/kg炉膛黑度0.95空气带入热量1106kJ/kg计算燃料消耗量1.872kg/s入炉热量1426.3kJ/kg保热系数0.982理论燃烧温度1573℃玻尔兹曼常熟2.65炉膛出口烟气温度1000℃结构阻力系数0.59炉膛出口烟气焓7643.52kJ/kg无因次温度0.65平均热容量5.56kJ/kg•℃炉膛出口烟温926℃水蒸气容积份额0.063炉膛出口烟气焓10320kJ/kg三原气体容积份额0.155炉内辐射传热量3872kJ/kg飞灰浓度0.006三原子辐射减弱系数5.66热力计算•锅炉管束计算锅炉管束就是布置在上下锅筒之间的密集管束，是水管锅炉的主要受热面。为了充分吸收热量，通常将对流管束中间，用隔陷墙组成来回或转弯的烟道，增加烟气流程，并以较高的烟速横向冲刷管束。通常被烟气先冲刷的管束，由于烟气温度高传热较多，管内汽水混合物的密度小，成为上升管，反之烟气温度低传热较少，成为下降管。烟气冲刷管束，一般采用横向冲刷。因为横向冲刷，其使热效果优于纵向冲刷。同属横向冲刷时，管子错排(或叫叉排)的传热效果优于顺排形式，但伴随传热效果的提高，烟气流动阻力也相应加大。锅炉管束简图1.结构特性计算横向：n1=14根S1/d=100/51=1.96纵向：n2=18根S2/d=125/51=2.45（1）管子的长度：L