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1、 团队毕业设计总结报告 专 业 热能与动力工程 大容量D型锅炉设计 The large capacity D type boiler design毕业设计团队毕业设计总报告研究现状：“D”型锅炉在国内最早是应用在石化系统，且全部是从日本、韩国等进口的。在九十年代初，哈尔滨锅炉厂有限责任公司在充分研究进口锅炉的设计结构特点的基础上，为扬子石化公司研制生产了国内首台“D”型锅炉。经过了近十年的技术发展，哈锅生产的“D”型炉在国内市场上占有越来越重要的份额。“D”型锅炉的主要特点是没有构架，锅炉整体为支撑结构，锅炉整体支在锅炉底部的支座上，锅炉结构非常紧凑，占地面积小；同时锅炉的工地安装工作量小，安
2、装速度快；这种锅炉的运行、维护也相当简单方便。早期该型锅炉全部为进口，自哈尔滨锅炉锅炉厂有限责任公司为扬子石化公司设计制造的国内首台D型锅炉投运之后，国产D型锅炉在国内所占的份额在逐年增加，随着我国能源结构的调整，D型锅炉将得到最广泛的应用，该锅炉运行效果良好，满足了生产要求。经过了近10年的技术发展，哈锅生产的D型炉在国内市场上占有越来越重要的份额，具有良好的前景，单与国际先进技术相比依然有很大差距。 从D型炉的发展前景来看，该炉的应用前景十分广阔,，虽然目前在国内主要应用在石化系统上，且数量很少,需求量不大。但随着西气东送以及引俄罗斯的天然气工程的完成，天然气将会在生产生活上得到广泛应用.
3、天然气作为一种环保、清洁燃料将广泛应用于社会各行业，燃气锅炉的需求将会加大。燃用天然气的D型锅炉，将以其结构紧凑、占地面积小、运行方便简单、方便维护等特点在航运、供汽，乃至电力行业大有作为。研究意义：随着国民经济的高速发展，人们生活水平的高速提升，我国对能源的需求与日俱增，目前已是世界上数一数二的能源消耗大国。锅炉是一种转换能量的设备，锅炉在我们的生活中扮演着相当重要的角色。它能通过燃烧燃料，使燃料里的化学能释放出来，经过这些燃料的燃烧释放的热量，锅炉里的工质吸收这部分热量变为蒸汽或水蒸气，这部分蒸汽再推动汽轮机进行发电或者转换为其他机械能供人们生产使用。锅炉既不是“夕阳产业”也不是“朝阳产业
4、”，它是一种具有持久发展性的产业，虽然目前已出现很多新型能源，但这些新型能源还得不到广泛使用，因此我们的生活在一段很长的时期都离不开锅炉。大容量D型锅炉是锅炉的一种，具有占地面积小，结构紧凑，系统简单等优点。由于运用了正压空气密封，D型锅炉的密封性良好，大大减少了热量随着泄露的烟气而产生的损失，此锅炉具有极高的安全性、热效率优于其他锅炉而得到广泛使用。为响应国家节能、减排的号召以及为满足各人们对与日俱增的能源的需求，研发更大容量的D型锅炉和小型D型锅炉的优化显得非常重要。锅炉小组是由5名同学组成的小组，分别对苏州海陆重工股份有限公司的100t/h的中温中压大容量D型锅炉进行整体的Pro/E建模
5、、热力计算、水动力计算、烟风阻力计算以及结构强度计算。通过我们的对该锅炉的计算研究，为以后的生产更大容量的D型锅炉和现有锅炉的优化提供参考以及理论基础。研究内容及分工：1.大容量D型锅炉Pro/E建模（张XX）随着计算机技术的迅猛发展，工程师等专业人员已不满足于AUTCAD的二维绘图或者操作繁杂的AUTCAD中的三维建模。应运而生的是具有操作简单、精确直观的三维建模计算机软件，如：Pro/ENGINEER三维实体建模设计软件，这种全新的设计理念让人耳目一新，在极短时间内便赢得各行业的工程师的青睐。不同于CAD/CAE/CAM等传统理念的Pro/ENGINEER具有其他软件所不具有的优势，特别是
6、在实体建模基于特征的参数建模等方面。相对其他计算机辅助设计软件，Pro/E增加了运动仿真、零件装配、有限元分析等功能。通过运动仿真能使创建出的实体模型按照设计要求实现在计算机上就可观看产品可动部件的运动、装配顺序。这样就可以预先了解到设计得是否合理，产品的运动是否协调。有限元分析可以分析到结构的应力、结构强度、流场分析，这样就可以在计算机上数字化模拟了产品的运动过程，以及分析产品的设计合理性。因此，在以后的生产设计中，Pro/E建模将愈来愈显得重要。本次的大容量D型锅炉的Pro/E建模是基于苏州海陆重工股份有限公司提供的二维图，经过分析二维图整体了解了锅炉的结构和尺寸，再通过计算机三维建模软件
7、Pro/ENGINEER创建出该锅炉的整体模型。大容量D型锅炉的Pro/E建模在本次的锅炉小组中起到很重要的作用，该模型可为同一小组的烟风阻力计算以及锅炉的结构强度计算提供锅炉模型。建立出的锅炉Pro/E模型可以导入ANSYS软件进行结构强度的分析，同时也可以导入该模型进行烟分阻力的分析。创建Pro/E模型时首先创建锅炉的上下锅筒以及对流管束区如图1-1所示，再在这基础上创建锅炉的前后墙，加上高温、低温过热器以及喷水减温器，这样锅炉主体就创建好。第二步是创建省煤器管束，接着创建省煤器管束的外墙，最后通过装配的特征，把锅炉的主体和燃烧器让管以及省煤器给装配起来。装配过程如下图1-2所示，锅炉的整
8、体模型如图1-3所示。图1-1：上下锅筒和对流管束图1-2 锅炉的装配过程图1-3 锅炉的整体模型2.大容量D型锅炉热力计算及分析（王XX）锅炉的热力计算是锅炉计算与设计的重要环节，是水动力计算、强度计算、烟风阻力计算的重要基础。所以, 对其进行热力计算和分析是锅炉设计与运行的基础,对环境保护和企业以后的发展都有及其重要的意义。本课题的主要内容是完成大容量D型锅炉在100%、50%和30%负荷下的热力计算，并对计算结果进行分析，找出锅炉在不同负荷下的运行规律。锅炉型号为SHS100-4.5/432-Q,是一台双锅筒横置式自然循环锅炉。因其结构紧凑，占地面积小；系统简单, 金属耗量少；安全可靠，
9、热效率高；安装快速，维护方便等优点而被广泛使用，在我国正在蓬勃发展，并已显示出极其广阔的发展前景。锅炉热力计算的内容主要是完成锅炉在100%负荷、50%负荷和30%负荷下的热力计算过程，包括：燃烧产物计算、热平衡计算、各部件受热面（炉膛、过热器、减温器、对流管束、水冷壁、省煤器等）的热力计算。采用的方法是参考苏联的锅炉机组热力计算标准方法，并且在校核各个受热面计算时参考了小型锅炉设计与改装。在对每个受热面进行校核计算时，每一个受热面从换热方程得到的吸热量与从热平衡方程式中得到的吸热量计算误差都在2%以内。说明原设计方案是合理的。燃烧产物计算：燃烧产物计算主要是根据锅炉燃料的各个成分计算理论空气
10、量、烟气中三原子气体、氮气、水蒸气等成分的容积。热平衡计算：在计算锅炉效率时，采用反平衡计算法，公式为其中q2、q3、q4、q5分别为锅炉排烟热损失、气体不完全燃烧损失、固体不完全燃烧损失、散热损失。各部件受热面的计算：在对每个部件受热面进行校核计算时，要求每一个受热面从换热方程得到的吸热量与从热平衡方程式中得到的吸热量计算误差都在2%以内。误差公式为：，其中：为烟气与受热面传热量。为烟气侧放热量。锅炉在100%负荷，50%负荷和30%负荷下的热力计算如下表所示表2-1 锅炉在不同负荷运行下计算结果汇总名称单位工况100%负荷50%负荷30%负荷锅炉出口蒸汽流量t/h1005030锅炉出口蒸汽
11、温度432432432锅炉出口蒸汽压力Mpa4.54.54.5锅炉效率%91.592.4292.76给水温度125125125排烟温度148141134燃料消耗量776738322216通过对锅炉在不同负荷下热力计算结果的分析，可以得出锅炉负荷变化对锅炉参数的影响。1、 对烟气温度的影响当锅炉负荷降低时，锅炉各个部件的烟气出口温度都降低，当然也包括锅炉排烟温度，排烟温度的降低将导致排烟热损失降低，这样锅炉的效率就提高了，但是，如果排烟温度过低将会对锅炉尾部受热面造成低温腐蚀。这是因为锅炉燃料中含有一定成分的硫，这些硫在燃烧过程中大部分生成二氧化硫，还有一小部分会被继续氧化成三氧化硫，三氧化硫气
12、体一旦与水蒸气结合，会生成硫酸蒸汽，当锅炉尾部受热面温度低于硫酸露点温度时，硫酸就会在管壁上凝结而腐蚀管壁，造成低温腐蚀。2、对锅炉效率的影响前面已经分析过，锅炉在低负荷运行时，排烟温度会降低，从而提高锅炉效率。这一点由表格也可以看出，锅炉在100%负荷时排烟温度为148，效率为91.5%，锅炉在50%负荷时排烟温度为141，效率为92.42%，锅炉在30%负荷时排烟温度为134，效率为92.76%。但并不是说锅炉负荷越低，锅炉效率就越高，当锅炉负荷低到一定程度时，由于炉内温度降低，锅炉不完全燃烧损失就会增大，锅炉效率就会降低。3、对燃料消耗量的影响通过对计算结果的分析可以看出，当锅炉负荷降低
13、时，效率变大，燃料增加比略小于负荷增加比。由于这个比值变化很小，所以说当负荷变动时，可以近似认为锅炉的燃料消耗量与其负荷变化成正比的关系。4、对锅炉其他运行参数的影响当锅炉负荷降低时，锅炉各部件内的烟气流动速度都有所下降，除对流管束，其他部件内的工质流动速度也有所下降。同时，传热系数也下降。3.大容量D型锅炉水动力计算及分析（寻XX）锅炉水动力计算在本次的毕业设计团队中占有很重要的份量，通过此次的计算，我对如何保证锅炉水循环正常运行有了深刻的了解。锅炉的水循环若不正常，会出现爆管事故，使锅炉难以长期可靠运行。而对于长期从事锅炉水动力学研究、计算的人员和企事业单位来说，由于他们已经积累了很多经验
14、，若能简化循环结，使受热强度不同的受热面各自形成独立的系统，再把上升管、下降管的截面比例设计的合理些，即使不进行水循环计算也可以保证不发生水循环故障。但当锅炉的容量大到一定程度时，锅炉的水动力计算必须加以重视。针对海陆100吨燃油锅炉的相关特点，同时结合小组成员的计算数据，先假设锅炉上升管的三个循环速度值1m/s、1.2m/s和1.5m/s。同时假设锅炉的循环倍率为54。锅炉的循环倍率假设极为重要，因为假设的不合理，我共计算了三次才把误差控制到合理范围内，这增加了两倍的工作量。做好上述工作后，需要求解下降管段的总压降，以下数据是下降管的最终计算结果：表3-1下降管总压降汇总v=1m/sv=1.
15、2m/sv=1.5m/s对流管束下降管71001Pa70290Pa68975Pa对流区后墙78740Pa78070Pa76835Pa对流区左墙74668Pa73656Pa72453Pa对流区右墙74668Pa73656Pa72453Pa上升管段的计算远比下降管段复杂，它需要考虑单相水和两相水之间的流动，两者所涉及到的各种阻力系数可能都会发生变化。其计算过程难度较大。上升管段的总压降的计算结果如下表：表3-2 上升管总压降汇总v=1m/sv=1.2m/sv=1.5m/s对流管束上升管前墙水冷壁79338Pa80379Pa82658Pa后墙水冷壁77579Pa78845Pa81078Pa左侧墙 83759Pa84774Pa86536Pa右侧墙 83759Pa84774Pa86536Pa分别作出下降管
