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1、电厂锅炉原理 课程设计,依据: 1.锅炉热力计算(标准方法),原苏联,1998 2.电厂锅炉原理课程设计指导书,2009 3.电厂锅炉原理及设备,叶江明,中国电力出版社,2007,热力计算：选定锅炉的总布置，选定燃料，进行燃料消耗量的计算，然后再决定锅炉结构，进行炉膛传热计算，决定对流受热面的结构，进行对流受热面的传热计算。在以上的结构计算和传热计算中，须预先选定受热面的管径和壁厚，布置好水循环系统（汽包锅炉）或启动系统（超临界锅炉） 强度计算：根据热力计算结果，计算管壁温度和承压部件强度，并根据金属材料极限许用应力的等级，确定各受热面所应取用的合金材料，必要时可重新调整管径、壁厚，以便在满足
2、强度的条件下，使制造总费用达到最低。 水循环计算：自然循环汽包炉，需要进行，校核水循环是否安全可靠。 空气动力计算：核算烟、风道流动阻力是否合理，并依此选择锅炉的送、引风机。 本设计只进行热力计算,课程设计的目的和任务,一、课题 2209 t/h亚临界压力自然循环锅炉的设计布置与计算,二、目的和任务 目的： 1）运用锅炉原理课所学知识, 并加以巩固、充实和提高； 2）掌握锅炉机组的热力计算方法并学会使用热力计算标准； 3）培养综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力； 4）培养查阅资料,合理选择和分析数据的能力,提高运算制图等基本技能； 5）培养对工程技术问题的严肃认真和负责的态度。 任务： 1）
3、完成2209 t/h锅炉的整体布置和热力计算； 2）写出热力计算书和结构计算书； 3）编写设计说明书。,三、锅炉设计原始数据 煤质资料(设计煤种）： 碳 Car=56.59 % 氢 Har=2.69 % 氧 Oar=2.93% 氮 Nar=0.94 % 硫 Sar=0.75% 灰分 Aar=29.60% 水分 Mar=6.50 % 挥发分 Vdaf=26.76% 低位发热量 Qar,net,p=21280 kJ/kg DT=1210 ST=1430 FT=1480 ,锅炉参数（BMCR）： 过热蒸汽流量 Dgr 2209 t/h 过热蒸汽压力 pgr 17.42 Mpa 过热蒸汽温度 tgr
4、5* (注：*学号后2位数字) 再热蒸汽流量 Dzr 1858 t/h 再热蒸汽压力（进口/出口） pzr1/pzr2 4.03/ 3.85 Mpa 再热蒸汽温度（进口/出口） Tzr1/Tzr2 333/ 5* 给水压力 pgs 18.92 Mpa 给水温度 tgs 283 燃烧方式 四角布置、切向燃烧 当地大气压 100.7 kpa 空气中含水率 10 克/千克干空气 制粉系统型式 中速磨煤机正压冷一次风机直吹式 再热蒸汽调温方式：摆动式燃烧器,说明 1）作业提交格式为计算书格式，可参考本书例题，列出计算公式，并代入公式中的每一项数据。 2）计算按原苏联锅炉热力计算标准方法（1998）计算
5、，每一部分计算时，先明确这部分计算任务是什么，找出有关公式及依据，再列项进行计算，项目序号不能颠倒。 3）各受热面出口的过量空气系数值的取值，参见表1。,表1 锅炉各受热面出口的过量空气系数,4）炉膛漏风系数取0.03；制粉系统密封风系数取0.042，旁路一次冷风系数取0.065。空气预热器出口风量系数（一、二次热风总和）经计算得到。 5）锅炉不设暖风器，进口风温取25，出口风温取335（一、二次风相同）。 6）计算烟气焓温表时不考虑飞灰焓； 7）各受热面的介质流阻决定了各受热面出口的介质压力，本作业给出的各受热面出口的介质压力参见表2。,表2 锅炉各受热面出口的介质压力,8）本题由于是亚临界
6、锅炉，故从给水加热到饱和蒸汽的汽化热与过热热的比例小于例题的超临界锅炉。为此，要求炉膛出口烟温高一些。下炉膛出口烟温可取1400左右，以保证省煤器有一定的吸热量。 9）包复过热器的吸热量采用先设后校的方法计算，本题给出包复过热器总吸热量的估计值为805 kJ/kg。 10）各对流式受热面的布置方式：末级过热器为顺流；低温再热器为逆流；省煤器为逆流，空气预热器为逆流；受热面排列方式（错、顺排）由学生自己确定。 11）各受热面的传热量的大致数值，可由指导教师给出推荐值。 12）水冷壁悬吊管、蒸汽冷却管、低再垂直引出管、省煤器引出管、转向室的传热量采用简化计算，各段温降分别取为：10、5、32、6和
7、10。 13）过热器减温喷水共二级，均引自高压加热器出口。第一级设计喷水量为56t/h，第二级设计喷水量为34t/h。再热器只有事故喷水，也引自高压加热器出口。设计喷水量43t/h.。 14) 炉内各屏接收出口窗炉内辐射热量的份额，即角系数，可按加权平均的方法作近似计算，具体计算可参照例题结构计算书。 15 )回转式空气预热器计算时，数量二台，烟气、空气（一、二次风）冲刷转子份额，按照例题各选取0.4166,转子内径取13800mm，安装强化蓄热板，波形板的形状尺寸以及面积密度修正系数c的取值都与例题相同。,在进行设计热力计算之前要进行锅炉的整体布置：确定炉型（型、塔形或其它布置方式）、水循环
8、方式（自然循环、控制循环、直流）、燃烧方式（直流燃烧器、旋流燃烧器）、过热汽温、再热汽温的调节方式（摆动式直流燃烧器、烟气挡板、烟气再循环等）。 上述几个大的方面确定后，就要设计布置受热面，即决定炉膛、对流烟道以及受热面之间的相对位置和相互关系，各种受热面的型式（即错列或顺列、立式或卧式）和尾部受热面的布置方式（单级布置或双级布置）、还要确定制粉系统的方式，燃烧器型式与布置，并预先选定锅炉的排烟温度、热空气温度等经济性指标。,热力计算思路：,原始数据,锅炉的蒸发量、给水压力和给水温度，以及主汽阀前过热蒸汽的压力和温度； 再热器进、出口处的蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽流量。 连续排污量； 燃料特性；
9、 制粉系统的计算数据，如磨煤一次风量、旁路一次冷风量、煤粉空气混合物总量、制粉系统漏风率（或密封风系数）、煤粉的湿度和温度等； 选定的排烟温度和热空气温度； 其它一些环境资料，如当地大气压、湿空气的含水量等。,设计计算：根据给定的受热面的传热量（或给定受热面的介质流量和进、出口温度），去计算传热温压和传热系数，最终求出受热面积的数值。 校核计算：对一台已经设计好的锅炉进行的热力计算，锅炉受热面的结构是已知的，锅炉烟气和内部介质的中间温度、排烟温度、预热器出口空气温度有时甚至是过热汽温等则是未知的。为完成计算，需要利用迭代计算的方法逐步接近待计算值。为了进行校核热力计算，必须提供锅炉的图纸和有关
10、燃烧设备、各受热面和烟风道的结构和尺寸的资料，并给出在校核工况下的锅炉参数、燃料性质和给水温度。 设计计算是一种直接计算的方法，一般不需要进行逐步近似的计算过程。而进行单个受热面的校核计算时，一般只能知道热侧介质和冷侧介质的各一个温度或焓（进口的或出口的），介质的另一端的温度或焓为未知。因此要预先假定一个数值，然后借助两个热平衡方程和一个传热方程，经迭代计算逐步逼近真实值。,热力计算步骤：,按计算任务书列出原始数据； 根据燃料燃烧方式、受热面布置（指有几级过热器、再热器、省煤器、空气预热器等）进行空气平衡计算。 计算理论空气量、根据各受热面的平均过量空气系数计算烟气特性，根据各受热面出口过量空
11、气系数，计算烟气、空气焓温表； 热平衡计算。即根据燃料燃烧方式（指煤粉燃烧、循环流化床燃烧，以及燃烧器的布置等）决定q3及q4的数值。根据排烟温度和排烟过量空气系数决定q2，根据锅炉容量决定q5，以及根据燃烧方法决定q6，最后决定锅炉热效率，燃料消耗量B、Bj和保热系数等； 依据所选取的炉膛容积热负荷qv决定炉膛容积VL。决定炉膛截面尺寸和形状，并布置水冷壁、炉内辐射受热面及悬吊管、蒸汽冷却管等； 根据选取的空气预热温度进行炉膛传热计算； 进行炉膛内辐射受热面的传热计算，并决定各受热面的结构尺寸； 依次进行水平烟道、尾部竖井烟道内的对流受热面的传热计算，并决定各受热面的结构尺寸； 确定锅炉机组
12、热平衡计算误差； 编制整台锅炉热力计算数据汇总表。,图2.1-1 锅炉总布置图,附图1 炉膛简图,把炉膛分为两大块计算（分体式炉膛计算），即把炉膛以大屏辐射式过热器下端面为分界面，封闭的自由容积区域为下炉膛，屏式过热器区为上炉膛，分别进行独立的辐射换热计算。 炉膛容积按水冷壁管中心线计算，炉膛的宽度和深度也按水冷壁管中心线计算。炉膛容积的下边界为冷灰斗的高度之半所在平面。 上炉膛即是炉顶部分，上炉膛的下边界（即下炉膛的上边界）为分隔屏的最下排管子中心线所在平面。炉膛出口定于后墙水冷壁向上延伸的平面。 目前我国大型电站锅炉一般规定炉膛后墙水冷壁向上直至顶棚管形成的假想平面作为炉膛出口，布置在这个
13、平面以内（即炉膛侧）的屏式受热面，若其横向节距s1457mm，则该屏区要从炉膛有效容积中扣除，即炉膛出口截面向前移动至该屏的第一排管子中心线平面；直至出现s1457mm的屏为止。,图2 炉膛主体段高度示意,炉膛容积的下边界为冷灰斗的高度之半所在平面。,图1 冷灰斗几何形状简图,注意有些受热面在折焰角上方，其进出口面积和底部占据的折焰角面积要仔细计算（例题，结构计算）。,图3 折焰角结构尺寸图,过热器系统按蒸汽流向可分为四级：顶棚&包墙过热器、分隔屏过热器、后屏过热器及末级过热器。其中主受热面为分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器。分隔屏和后屏过热器布置在炉膛上部，主要吸收炉膛内的辐射热量。末级
14、过热器布置在水平烟道，炉膛后墙水冷壁吊挂管之后，受热面呈逆流布置，靠对流传热吸收热量，过热器系统的汽温调节采用燃料/给水比和两级四点喷水减温，在后屏和末过之间设置一级喷水减温并左右交叉以减少左右侧汽温偏差。,给水 省煤器 炉膛下部螺旋管圈 中间混合集箱 炉膛上部垂直管屏 汽水分离器 炉顶、包复过热器 低温过热器一级喷水 分隔屏过热器二级喷水 后屏过热器三级喷水 末级过热器 去汽机,给水 省煤器 炉膛水冷壁 汽包 炉顶、包复过热器 低温过热器一级喷水 分隔屏过热器二级喷水 后屏过热器三级喷水 末级过热器 去汽机,直流锅炉,汽包锅炉,炉顶、包复过热器 由炉顶进口集箱引出168根管子作为前炉顶过热器
15、，管子规格前部为63.59.03mm，节距为112mm。后部炉顶为63.59.03mm，节距为168mm。材料为SA-213T12，组成后炉顶和后烟井后包复，后烟井前包复并进入后烟井下部环形集箱。从环形集箱分别引出二路受热面，其一为后烟井两侧包复受热面，其二为水平烟道底部及延伸侧墙。各包复受热面的结构特性分别为：后炉顶、后烟井后包复和后烟井前包复的管子规格为63.59.03mm，材料为SA-213T12，数量为113根。后烟井两侧包复管子规格为63.59.03mm，材料为SA-213T12，数量为280根。水平烟道底部及延伸侧墙管子规格为50.88mm，材料为SA-213T12，数量为255共110根，从两侧包复和延伸侧墙出来的工质分别引至分隔屏过热器。前部炉顶上还设有供升降检修平台用的缆绳孔管。,附图2 分隔屏示意图,分隔屏过热器布置于炉膛上部，分隔屏不仅吸收炉膛上部的烟气辐射热，降低炉膛出口烟温，并能分隔烟气流，降低炉膛出口烟温偏差，减弱切向燃烧时炉膛出口烟气残余旋转的作用。 本锅炉分隔屏过热器共6片，沿炉膛宽度方向均布，S1为2688mm。S2为50.8mm。每片屏由八个小屏组成，共80根管子。管子规格为41.35.596.35mm，材料为SA-213T12，SA-213T23，SA-213T91。,附图3 后屏简图,
