锅炉原理课程设计

130T/H 煤粉锅炉设计说明书

指导教师：刘银河 班级：能动A02 姓名：刘璇 学号：2010031096

目录

第一部分 锅炉课程设计的目的、任务及要求------------------------------------ 2
（1）锅炉课程设计的目的及要求 ------------------------------------------------------------------------------- 2
（2）课程设计任务书**---------------------------------------------------------------------------------------------------**2
第二部分 设计热力计算及校核计算---------------------------------------------------- 3
（1）理论空气量和燃烧产物计算 ------------------------------------------------------------------------------- 3
（2）制粉系统和各受热面漏风系数及进出口过量空气系数 --------------------------------------------- 3
（3）烟气容积及有关特性计算 ---------------------------------------------------------------------------------- 4
（4）烟气和空气温焓表 ------------------------------------------------------------------------------------------- 5
（5）锅炉整体热平衡计算 ---------------------------------------------------------------------------------------- 6
（6）炉膛计算 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7
（7）凝渣管计算 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
（8）低温过热器计算 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 14
（9）高温过热器计算 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 20
（10）高温省煤器计算 -------------------------------------------------------------------------------------------- 22
（11）高温空气预热器计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 27
（12）低温空气预热器 -------------------------------------------------------------------------------------------- 30
（13）低温省煤器计算 -------------------------------------------------------------------------------------------- 33
（14）汽水边和烟气边热平衡计算----------------------------------------------------------------------------- 35
（15）热力计算汇总表 -------------------------------------------------------------------------------------------- 36
第三部分 附表与附图--------------------------------------------------------------------------- 38
第四部分 总结与反思--------------------------------------------------------------------------- 42
第五部分 参考文献------------------------------------------------------------------------------- 42

1

第一部分 锅炉课程设计的目的、任务及要求

（1） 锅炉课程设计的目的及要求

课程设计的目的是为了使学生在学习了《锅炉原理》及有关专业课程以后，进行锅炉的热力

计算、设计和布置锅炉受热面及工程制图的基本训练，通过一台煤粉锅炉的方案设计培养学生 应用理论和专业知识设计锅炉等热力设备的能力。要求学生充分重视这一十分重要的教学环节，

独立、认真、按时、高质量的完成所制定的任务。

（2）锅炉课程设计任务书

题目： 130t/h 煤粉锅炉设计

任务：

• 1 、 完成整台锅炉的热力计算，编写所设计锅炉的热力计算说明书。

• 2 、 完成锅炉总图（ 0 号图纸，包括主、侧视图）绘制工作。

锅炉参数： 额定蒸发量（ D ）： 130t/h 额定蒸汽压力（ Pgr ）： 3.9MPa

额定蒸汽温度（ tgr ）： 450 ℃ 给水温度（ tgs ）： 150 ℃ 给水压力(p gs )： 4.9MPa 排污率 ( p pm )： 2% 锅筒蒸汽压力(P)：4.3MPa

设计煤种：平顶山烟煤

Car=57.00 ％ Har=3.64 ％ Oar=4.27 ％ Nar=0.99 ％

Sar=0.43 ％ Aar=27.17% Mar=6.5 ％ Vdaf=36.1 ％ t1>1400 ℃ t2>1400 ℃ t3> 1400 ℃ Qar,net=23865kJ/kg

时间： 2013 年 6 月 3 日 至 2013 年 6 月 28 日

学生： 刘璇 指导教师：

日期： 2013-6-1

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第二部分 设计热力计算及校核计算

本锅炉采用Π型布置、自然循环。燃烧器采用四角布置直流式燃烧器。过热器采用两级对流过热器，面式减温器置于两级之间。省煤 器和空气预热器均采用钢管式双级布置。

（1）理论空气量和燃烧产物计算

序号	名称	符号	单位	计算公式	结果
1	理论空气量	𝑉0		0.0889(𝐶𝑎𝑟+ 0.375𝑆𝑎𝑟)+ 0.266𝐻𝑎𝑟−0.0333𝑂ar	6.106
2	理论氮气容积	𝑉𝑁2 0	m 3/kg	0.79𝑉0 + 0.8 𝑁ar 100	4.832
3	理论水蒸气容积	𝑉𝐻2𝑂 0		0.111𝐻𝑎𝑟+0.0124𝑀𝑎𝑟+0.0161𝑉0	0.5830
4	RO2	𝑉𝑅𝑂2		1.866 𝐶𝑎𝑟 100 + 0.7 𝑆𝑎𝑟 100	1.066

（2）制粉系统和各受热面漏风系数和进出口过量空气系数

	漏风系数Δα	燃烧产物过	量空气系数	空气的过	量空气系数
		入口𝛂‘	出口𝛂’‘	入口𝛃‘	出口𝛃‘‘
制粉系统	0.10
炉膛	0.07	1.13	1.20
凝渣管	0	1.20	1.20
低温过热器	0.03	1.20	1.23
高温过热器	0.03	1.23	1.26
Ⅱ级省煤器	0.02	1.26	1.28
Ⅱ级空气预热器	0.03	1.28	1.31	1.06	1.03
Ⅰ级省煤器	0.02	1.31	1.33
Ⅰ级空气预热器	0.03	1.33	1.36	1.09	1.06

注：空气预热器区域的漏风只考虑由带正压的受热面空气侧漏入。

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（3）烟气容积及有关特性计算

序	符号	单位	计算公式	炉膛和	低温过	高温过	Ⅱ级省煤	Ⅱ级空气	Ⅰ级省煤	Ⅰ级空气
号 名称				凝渣管	热器	热器	器	预热器	器	预热器
1 平均过量空气系数	𝛼pj		1 2 （𝛼‘ + 𝛼’‘）	1.2000	1.2150	1.2450	1.2700	1.2950	1.3200	1.3450
2 实际水蒸气容积	𝑉𝐻2𝑂	m 3/kg	𝑉𝐻2𝑂 0 + 0.0161(𝛼𝑝𝑗−1)𝑉0	0.6026	0.6041	0.6070	0.6095	0.6120	0.6144	0.6169
3 烟气容积	𝑉𝑦	m 3/kg	𝑉𝑅𝑂2+ 𝑉𝑁2 0 + 𝑉𝐻2𝑂+ (𝛼𝑝𝑗−1)𝑉0	7.7225	7.8156	8.0017	8.1568	8.3120	8.4671	8.6222
4 RO2容积份额	𝑟𝑅𝑂2		𝑉𝑅𝑂2/𝑉𝑦	0.1381	0.1365	0.1333	0.1308	0.1283	0.1260	0.1237
5 𝐻2𝑂容积份额	𝑟𝐻2𝑂		𝑉𝐻2𝑂/𝑉𝑦	0.0780	0.0773	0.0759	0.0747	0.0736	0.0726	0.0715
6 三原子气体容积份 额	𝑟𝑞		𝑟𝑅𝑂2+ 𝑟𝑞	0.2162	0.2138	0.2092	0.2055	0.2019	0.1985	0.1953
7 烟气质量	𝐺𝑦	kg/kg	1 −𝐴𝑎𝑟 100 + 1.306𝛼pj𝑉0	10.2983	10.4179	10.6571	10.8565	11.0559	11.2552	11.4546
8 烟气灰粒浓度	𝜇ℎ	kg/kg	0.9𝐴𝑎𝑟 100𝐺𝑦	0.0237	0.0235	0.0229	0.0225	0.0221	0.0217	0.0213

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（ 4 ）烟气和空气温焓表

温度	𝑰𝑹𝑶𝟐	𝑰𝑵𝟐 𝟎	𝑰𝑯𝟐𝑶 𝟎	𝑰𝒚 𝟎	𝑰𝒌 𝟎	∆𝑰𝒌 𝟎	𝜶𝒍 ′′ = 𝟏.	𝟐	𝜶𝒈𝒓𝟏 ′′ =	𝟏. 𝟐𝟑	𝜶𝒈𝒓𝟐 ′′ =	𝟏. 𝟐𝟔	𝜶𝒔𝒎𝟐 ′′ =	𝟏. 𝟐𝟖	𝜶𝒌𝒚𝟐 ′′ =	𝟏. 𝟑𝟏	𝜶𝒔𝒎𝟏 ′′ =	𝟏. 𝟑𝟑	𝜶𝒌𝒚𝟏 ′′ =	𝟏. 𝟑𝟔
︒C	KJ/kg	KJ/kg	KJ/kg	KJ/kg	KJ/kg	KJ/kg	𝐈	∆𝐈	𝐈	∆𝐈	𝐈	∆𝐈	𝐈	∆𝐈	𝐈	∆𝐈	𝐈	∆𝐈	𝐈	∆𝐈
100	181.4	626.1	87.7	895.2	808.7	818.6													1186.4	1213.8
200	381.3	1255.9	177.5	1814.7	1626.5	832.5									2318.9	1203.4	2351.4	1220	2400.2
300	596.0	1894.2	269.7	2760.0	2459.0	849.2							3448.5	1205	3522.3	1230.5	3571.4	1247.6
400	823.3	2538.9	365.0	3727.2	3308.2								4653.5	1247.6	4752.8	1273.6	4819.0
500	1060.6	3207.5	463.4	4731.4	4177.4						5817.6	1256.3	5901.1	1274.1	6026.4
600	1306.3	3885.5	564.8	5756.6	5066.7						7073.9	1286.7	7175.2	1304.9
700	1559.3	4578.4	669.7	6807.4	5974.0				8181.4	1285	8360.6	1312.7	8480.1
800	1818.5	5284.3	777.9	7880.6	6894.9				9466.4	1306.2	9673.3	1334.2
900	2082.4	5999.6	889.7	8971.6	7830.4		10537.7	1297.1	10772.6	1325.5	11007.5
1000	2350.3	6724.7	1004.4	10079.4	8777.3		11834.8	1328.1	12098.1
1100	2622.2	7459.3	1122.2	11203.8	9795.5		13162.9	1319.8
1200	2897.6	8200.6	1243.0	12341.2	10707.2		14482.7
1900	4878.8	13549.0	2151.3	20579.1	17701.4		24119.4	1407.2
2000	5167.0	14327.2	2288.4	21782.6	18719.8		25526.6	1417.0
2100	5456.2	15111.1	2426.9	22994.2	19746.8		26943.6	1415.7
2200	5745.4	15893.4	2566.1	24205.0	20771.8		28359.3

注：由于1000 𝛼fh𝐴𝑎𝑟 = 1.02 < 1.43 , 故飞回的焓值可以忽略不计。 𝑄𝑎𝑟,𝑛𝑒𝑡

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（5）锅炉整体热平衡计算

序号	名称	符号	单位	公式及数据来源	计算	结果
1	炉膛出口过量空气系 数	αl″	——	选取，按表（2）		1.2
2	燃料输入锅炉热量	Qr	kJ/kg	Qr=Qar,net	Mar=10.3<Qar,net/627=38.1,不计燃料显热	23865
3	排烟温度	Jpy	℃	依据酸露点选取，考虑裕量		120
4	排烟热焓	Ipy	kJ/kg	根据αpy=1.36,查表（4）		1429.2
5	冷空气温度	tlk	℃	选取		30
6	冷空气焓	I 0 lk	kJ/kg	表（4）		242.6
7	排烟热损失	q2	％	（Ipy-αpyI0 1k)*(100-q4)/Qr		4.47
8	机械不完全燃烧损失	q4	％	按实用锅炉手册P58		3
9	化学不完全燃烧损失	q3	％	按实用锅炉手册P58，q3=0%		0
10	灰渣热损失	q5	％	按实用锅炉手册P59,8（1）	Aar=28.6%,小于Qar,net/418.68=21090/418.68=50.4,不计灰 渣热损失	0
11	散热损失	q6	％	按实用锅炉手册P59，图2-26		0.64
12	各项损失之和	∑qi	％	q2+q3+q4+q5+q6	5.57+0+2+0.65+0	8.11
13	锅炉热效率	η	％	100-∑qi	100-8.11	91.89
14	保温系数	φ	——	η/(η+q5)	91.89/(91.89+0.64)	0.993
15	锅炉额定蒸发量	D	kg/s	给定	（130*10^3）/3600	36.11
16	额定气温过热蒸汽焓	igr″	kJ/kg	查水蒸气性质表	按P=3.9+0.1=4.0MPa，tgr=450℃	3331.2
17	给水焓	igs	kJ/kg	查水蒸气性质表	按P=4.9MPa，tgs=150℃	635.0
18	排污水量	Dpy	kg/s	ρD，ρ=3%	0.02*36.11	0.7222
19	排污水焓	ipy	kJ/kg	查水蒸气性质表	按P=3.9*1.1+0.1=4.3MPa的饱和水焓	1114.7
20	锅炉有效利用热	Qys	kJ/kg	D(igr"-igs)+Dpy(ipy-igs)	36.11*(3331.2-635.0)+0.7222*(1114.7-635.0)	97906
21	燃料消耗量	B	kg/s	（Qys100）/(ηQr)	97906*100/91.89/23865	4.455
22	计算燃料消耗量	Bj	kg/s	B(100-q4)/100	4.455*(100-3)/100	4.322

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（6）炉膛计算

容量不大的煤粉锅炉，一般允许的容积热负荷确定炉膛容积（炉宽a 和侧墙面积Fcq 的乘积）。炉膛截面积除应考虑燃烧器布置（如四角布置 切圆燃烧通常要求a/b≤1.2）,还要兼顾自上排燃烧器中心量起的火焰高度hhy 的下限。容积热负荷一定，则炉膛横截面积越小，炉子越高。 炉宽和对流烟道宽度直接相关，也就和工质以及烟气流速有关。

先布置受热面，在假定炉膛出口温度，在做传热计算，直到所得出口温度与假设温度误差在±100℃以内，并满足防止下游密集布置受热面结 渣要求。

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（ a ） 炉膛结构计算

序号	名称	符号	单位	公式及数据来源	计算	结果
1	侧墙面积	Fcq	m2	见图	0.5(4.6972.676)+0.5(4.697+5.121)2.404+0.5(5.121+6.225) 1.104+6.2259.750+0.5(6.225+3.564)*1.9	94.315
2	前墙面积	Fqq	m2	见图	(2.6762+2.404+1.104+9.750+2.319+0.53.564)*6.99	158.74
3	后墙面积	Fhq	m2	见图	(10.750+2.319+0.5*3.564)*6.99	103.81
4	烟窗面积	Fyc	m2	见图	(1.561+4.395+0.8)*6.99	47.22
5	炉膛包复面积	F1	m2	2Fcq+Fqq+Fhq+Fyc	2*100.57+165.74+103.81+47.22	491.41
6	炉膛容积	V1	m3	Fcq*a	94.315*6.99	659.2618
7	水冷壁管尺寸			选用		60 3
8	水冷壁节距	s	mm	选取		75
9	水冷壁管中心到 炉膛距离	e	mm	选取		60
10	水冷壁角系数	x1	——	据s/d=75/60=1.25,e/d=60/60=1.0	查[2]中附录图Ⅰ（a）曲线（2）	0.96
11	烟窗角系数	xyc	——	送过烟窗全部被下游受热面吸收		1
12	燃烧器面积	Fr	m2	每个燃烧器占据炉墙面积不超过 1m 2,不计		0
13	水冷壁有效辐射 受热面积	H1	m2	x1(F1-Fyc-Fr)	0.96*(517.9-47.22-0)	426.4224
14	烟窗有效辐射受 热面积	H2	m2	xycFyc	1.0*47.22	47.22
15	炉膛总有效辐射 受热面积	Hl	m2	H1+H2	426.4224+47.22	473.6424
16	炉膛有效辐射层 厚度	S	m	3.6*V1/F1	3.6*659.2618/517.9	4.829658
17	炉膛高度	h1	m	自冷炉斗中心到出口烟窗中心	1.9+11.750+0.5*(1.104+2.404+2.676)	15.742
18	燃烧器中心到冷 炉斗中心距离	hr	m	见图		3.6

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