锅炉原理课程设计——京西无烟煤

１新疆大学课程设计任务书13-14学年第１学期学院：电气工程学院专业：热能与动力工程学生姓名：学号：课程设计题目：220t/h锅炉整体校核热力计算煤种：京西无烟煤起迄日期:2013年12月23日~2014年1月3日课程设计地点:二教指导教师:胡申华系主任：胡申华下达任务书日期:２０13年12月23日２课程设计任务书1．设计目的：课程设计是专业课学习过程中的一个非常重要的实践性环节。它为综合应用所学的专业知识提供了一次很好的实践机会，而且通过课程设计可以加强学生对本课程及相关课程理论及专业知识的理解和掌握，训练并提高其在理论计算、工程绘图、资料文献查阅、运用相关标准与规范及计算机应用等方面的能力；同时，为其它专业课程的学习和毕业设计（论文）奠定良好的基础。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：一、锅炉规范1、锅炉额定蒸发量：Dc=220t/h2、给水温度：tgs=215℃3、过热蒸汽温度：tgr=5404、过热蒸汽压力（表压）：pgr=9.8MPa5、制粉系统：中间储仓式（热空气作干燥剂、钢球筒式磨煤机）6、燃烧方式：四角切圆燃烧7、排渣方式：固态8、环境温度：20℃9、蒸汽流程：见指导书P410、烟气流程：炉膛→屏式过热器→高温对流过热器→低温对流过热器→高温省煤器→高温空气预热器→低温省煤器→低温空气预热器锅炉受热面的布置结构示意图见指导书P5所示。二、燃料的特性煤种：京西无烟煤（煤种的具体参数见指导书P8表1-7）3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1、锅炉辅助设计计算。2、受热面热力计算。3、受热面数据分析及材料整理３课程设计任务书4．主要参考文献：1．锅炉原理2．锅炉课程设计指导书5．设计成果形式及要求：设计成果形式：1、设计计算说明书。2、锅炉示意图。要求：计算步骤清晰，结果正确，图表规范。6．工作计划及进度：2013年12月23日-12月26日：锅炉辅助设计计算。2013年12月27日-2014年1月1日：受热面热力计算。2014年1月2日-2014年1月3日：受热面数据分析及材料整理2014年1月3日：答辩及成绩考核。7、成绩组成及考核标准：1.平时成绩（包括上课出勤）占10%2.课程设计书面成品占50%(1)计算结果正确合理占20%(2)设计过程说明条理清楚、内容充实占20%(3)插图清晰美观占10%3.答辩回答问题占40%(1)分析类问题占20%（2）简答类问题占20%合计：100%系主任审查意见：签字：年月日４第一章锅炉课程设计概论1.1锅炉课程设计的目的锅炉课程设计是“锅炉原理”课程的重要实践性环节。通过课程设计以达到巩固、充实和提高锅炉课程知识；掌握锅炉机组的热力计算方法，并学会使用热力计算标准；具备综合考虑机组设计与布置的初步能力；培养我们查阅、合理选择和分析数据的能力；培养我们对工程技术问题的严肃和负责的态度。1.2设计任务在给定的给水温度和燃料特性的前提下，确定保证达到额定蒸发量。选定的经济指标及给定的蒸汽参数所必须的各个受热面的结构尺寸，并为选择辅助设备和进行空气动力计算，水动力计算，管壁温度计算，强度计算，设计内容：1．确定锅炉的整体布置，并绘制锅炉结构图。2．锅炉炉膛及主要受热面的热力计算。3．额定负荷下锅炉的热力计算。4．编写课程设计书。根据计算任务的不同，可分为设计（结构）热力计算和校核热力计算两种。我是进行校核热力计算。设计热力计算：设计热力计算的任务是，在锅炉容量和参数，燃料性质及某些受热面边界处的水，汽，风，烟温度给定的情况下，选定合理的炉子结构和尺寸，并计算出各个受热面的数值，同时也为锅炉其他一些计算提供必要的原始数据。1.3设计要求：1、完成设计说明书一份。2、在每个受热面的结构设计中，应该附受热面结构简图.3、计算一般都采用表格的方式进行。4、绘制锅炉总图1.4原始材料：1、锅炉额定蒸发量：De=220t/h2、过热蒸汽压力(表压)：Pgr=9.8MP3、过热蒸汽温度：t1=540℃4、给水温度：tgs=215℃5、制粉系统：中间仓储式（热空气作干燥剂、钢球筒式磨煤机，热风送粉）6、燃烧方式：四角切圆燃烧7、排渣方式：固态一次喷水减温次喷水减温8、环境温度：20℃↓↓9、蒸汽流程：汽包→顶棚管→低温对流过热器-→屏式过器→高温对流过热器冷段-→高温对流过热器热段→汽轮机10、烟气流程：炉膛→屏式过热器→高温对流过热器→低温对流过热器→高温省煤器→高温空预器→低温省煤器→低温空预器11、燃料特性：５①名称：京西无烟煤②煤的收到基成分Car=67.9％、Mar=5％、Aar=22.8％、Har=1.7％、Oar=2％、Nar=0.4％、Sar=0.2％。③收到基低位发热量23040KJ/Kg④干燥无灰基挥发分Vdaf=6％空气干燥基水分Mdaf=0.8％⑤BTH法可磨性特系数Kkm=1.1⑥灰熔点：变形温度DT=1260℃、软化温度ST=1370℃、熔化温度=1480℃⑦锅炉灰分平衡值：取固态排渣煤粉炉αfh=0.9第二章辅助计算1、煤的各元素成分的校核成分之和的校核：Car+Mar+Aar+Har+Oar+Nar+Sar=67.9％+5％+22.8％+1.7％+2％+0.4％+0.2％=1；煤的成分（见附表1）2.锅炉的空气过量平衡3.燃料燃烧计算(见附表2)4.锅炉热效率及燃烧消耗量的估算（烟气特征表见附表3）（各项热损失及排烟温度等的取值见附表4）第三章炉膛热力计算1.了解炉膛核热力计算的步骤1、计算炉膛结构尺寸及烟气有效辐射层。2、选取热风温度、并依据有关条件计算随每kg燃料进入炉膛的有效热量。3、根据燃料种类、燃烧设备的形式和布置方式，计算火焰中心位置的系数M。4、估计炉膛出口烟温，计算炉膛烟气平均热容量。5、计算炉膛受热面辐射换热特性参数。6、根据燃料和燃烧方式计算火焰黑度和炉膛黑度。7、计算炉膛出口烟温。8、核对炉膛出口烟温误差。9、计算炉膛热力参数。10、炉膛内其他辐射受热面的换热计算2.炉膛的几何特性的计算（炉膛结构数据见附表5）3.炉膛热力计算炉膛出口烟温取1100℃，热风温度取350℃4.炉膛热力计算附表6炉膛校核热力计算5.炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增计算附表7炉膛顶棚辐射受热面吸热量及工质焓增计算表６第四章对流受热面的热力计算1.对流受热面计算步骤：1、假设受热面出口烟气温度，查取相应焓值。2、根据出口烟焓，通过Qd=φ(I’-I’’+△aIoLF)计算对流传热量。3、依据烟气侧放热量等于工质侧吸热量原理，求取工质出口焓和相应温度。4、计算平均对流传热温差。5、计算烟气侧对流放热系数及管壁污染系数。6、计算工质侧对流放热系数。7、计算管壁污染层温度。8、计算烟气黑度，及确定烟气侧辐射放热系数。9、计算对流放热系数K。10、计算对流传热量。与计算结果相比较，其差值应在允许范围之内。否则重新假设受热面出口烟温，重复上述计算。2.屏式过热器热力计算：屏式过热器在热力计算方面具有以下特点：1、在换热方式上，既受烟气冲刷，又吸收炉膛及屏间高温烟气的热辐射；2、屏式过热器属于中间过热器，其进出口处的工质参数在进行屏的计算时往往是未知数；3、屏与屏之间横向节距大，烟气流速低，且冲刷不完善。所以某些交换参数不同于一般对流受热面。附表8屏的结构数据计算表附表9屏的热力计算附表10凝渣管结构及计算附表11高温对流过热器的结构尺寸附表12高温过热器的热力计算附表13低温过热器的结构附表14低温过热器的热力计算附表15高温省煤器结构尺寸计算附表16高温省煤器的热力计算附表17高温空气预热器的结构尺寸附表18高温空气预热器的热力计算附表19低温省煤器的结构尺寸附表20低温省煤器热力计算附表21低温空气预热器的结构尺寸附表22低温空气预热器热力计算第五章锅炉热力计算误差检查锅炉机组各受热面计算完成，依据最终计算的排烟温度值取校准锅炉排烟热损失、锅炉机组热效率以及锅炉计算燃料消耗量。同时，以高温空气预热器出口风温，校准炉膛辐射吸热量。具体热力计算误差检查见附表23和附表24７锅炉课程设计的总结锅炉课程设计是锅炉原理教学过程中重要的实践环节，也是我们热动专业必不可少的一次实践，通过此次220t煤粉锅炉的课程设计，，我们巩固，充实和提高了锅炉原理课程知识，初步掌握了锅炉机组热力计算的方法和一些技巧，同时还学会了使用热力计算标准。在锅炉设计过程中，我们加深了对锅炉内部各个受热面位置及其功能的理解，如屏式过热器，高低温过热器，空预器等。在各个受热面的热力计算过程中，积累了很多经验，如烟气，工质的温度预估和对流换热量的计算等等，这些宝贵的经验将对我们今后的专业知识学习和工作中有着极其重要的借鉴作用。虽然在锅炉的设计过程中有着大量的热力计算，在分析和借鉴成功的设计的基础上，参考了一些经验值，使得计算量大大的减少，不仅如此，在计算过程中，我们还需要多次查表，查阅相关资料，虽然很麻烦，但是这也让我们在不知不觉中培养了查阅文献的能力。针对某些特别复杂的计算，在多次迭代后依旧无法满足设计要求的情况下，又在没有计算软件时，既要保证进度，又要尽量保证精度的情况下，我们只能采取取误差最小的一次作为结果。锅炉课程设计中涉及的计算复杂繁多，技巧性极强，而且还需要一定的经验，对初次设计者来说是一次耐心和专业知识的极大考验，从这一方面讲，锅炉课程设计对培养热动专业人才有着不可忽视的作用。８附表1煤的应用成分（京西无烟煤）附表2燃烧计算表序号项目名称符号单位计算公式及数据结果1理论空气量V0立方米/kg0.0899（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.0333Oar6.42687752理论氮容积V(N2)0立方米/kg0.8Nar/100+0.79SarV05.0804332253RO2容积V(RO2)立方米/kg1.866Car/100+0.7Sar/10012684144理论干烟气容积V(gy)0VGY0立方米/kgV(N2)0+V(RO2)6.3488472255理论水蒸汽容积V(H2O)0VOH02立方米/kg11.1Har/100+1.24Mar/100+1.61DkV0(Dk=0.01kg/kg)0.3541727276飞灰份额A(fh)afh立方米/kg查指导书表2-40.90元素成分（%）收到基低位量（kJ/kg）干燥无灰基挥发分Vdaf(%)空气干燥基水Mad（%）BTИ法可磨性系数Kkm灰熔点水分灰分碳氢氧氮硫变形温度DT(℃)软化温度ST(℃)熔化温度FT(℃)MarAarCarHarOarNarSar522.867.91.740.40.22304060.81.1126013701480９附表3烟气特征表序号项目名称符号单位炉膛，屏凝渣管高过低过高温省煤器高温空预器低温省煤器低温空预器1受热面出口过量空气系数α_1.251.2751.301.321.371.391.442烟道平均过量空气系数aPJ_1.251.26251.28751.311.3451.381.4653干烟气容积VGYm3/kg7.95568.03598.19668.34128.56618.79119.01604水蒸气容积VOH2m3/kg0.38000.38130.38390.38620.38990.39410.39715烟气总容积VYm3/kg8.33568.41728.58058.72748.95609.18469.41316RO2容积份额rRO2_0.15220.15070.14780.14530.14160.13810.13477水蒸气容积份额rOH2_0.04460.04530.04470.04430.04350.04280.04228三原子气体和水蒸汽溶剂总份额r_0.19780.19600.19260.18960.18520.18090.17699容积飞灰浓度vg/m324.617324.378523.914723.512022.912022.341921.799410烟气质量mykg/kg11.2691