煤粉锅炉课程设计讲解

2021年1月27日发(作者：杜之松)


目录


第
1
章

锅炉的总体布置
...................................... ........
1
第
2
章

空气平衡
.. ..................................................
1
第
3
章

燃烧产物及烟气焓温表
..... ...................................
2
3.1
燃烧产物的计算
................................... ..........
2
3.2
烟气特性
............ .......................................
3
3.3
烟气焓温特性
........................... ....................
4
第
4
章
锅炉热平衡及燃料消耗量计算
............................... ...
6
第
5
章

炉内换热计算
..... ...........................................
7
5.1
燃烧器特性
............................ .....................
7
5.2
炉膛结构设计
...............................................
8
5.3
炉膛热力计算
..................... ..........................
9
第
6
章

对流传热计算
............... ................................
11
6.1 < br>过热器结构设计
.................................... ........
11
6.1.1
第一级过热器结构
....... .............................
11
6.1.2
第二级过热器结构设计
................................
11
6.2
对流过热器热力计算
................. .......................
12
6.2.1
第一级过热器热力计算
................................
12
6.2.2
第二级过热器热力计算
................................
14
第
7
章

省煤器结构设计及热力计算
.. .................................
16
7.1
高温煤器设计计算
.................................. ........
16
7.1.1
高温省煤器结构设计
...... ............................
16
7.1.2
高温省煤器结构尺寸设计
..............................
17
7.1.3
高温省煤器热力计算
............... ...................
18
7.2
低温煤器设计计算..........................................
19
7.2.1
低温省煤器结构设计
............... ...................
19
7.2.2
低温省煤器结构尺寸设计
..............................
21
7.2.3
低温省煤器热力计算
............... ...................
21
第
8
章
空气预热器结构设计及热力计算
.............................. .
23
8.1
空气预热器结构尺寸设计
............. .......................
23
8.2
空气预热器热 力计算
........................................
24
第
9
章

热力计算数据的修正和计算结果汇总...........................
27
9.1
热力计算数据修正
...................................... ....
27
9.2
排烟温度校核
............... ...............................
27
9.3 热空气温度校核
..................................... .......
28
9.4
锅炉热平衡误差校核
......... ...............................
28
第
10
章

个人总结
................ ..................................
29














































第
1
章

锅炉的总体布置

锅炉为单汽包，自然循环煤粉炉，呈Ⅱ型布置。炉膛由
?< br>60
?
6
mm
水冷壁组
成，炉膛截面深
?
宽
=9100
?
9100mm
，宽深比为
1
，为正方形。燃烧 器呈四角切圆
布置。
上升烟道为燃烧室，
水平烟道布置两级悬挂式对流过热器，
垂直下行烟道
布置两级省煤器及两级回转式空气预热器。

对流过热器分两级布置，
由悬挂式蛇形管束组成，
在两级之间有锅炉自制冷
凝水喷水减温装置，
由进入 锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，
回收凝结水
放热后再进入省煤器。

省煤器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面，减少钢材消耗量。
锅炉采用四根集中下降管，分 别供水给
12
组水冷壁系统。根据煤的特性选用钢
球筒式磨煤机
,
热 空气作干燥剂
,
中间储仓式制粉系统。


第
2
章

空气平衡

烟道各处过量空气系数及各受热面的漏风系数列于表
2-1
。


表
2-1
烟道中各受热面的过量空气系数及漏风系数


烟道名称

炉膛

第二级对流过热器

第一级对流过热器

上级省煤器

上级空气预热器

下级省煤器

下级空气预器

过量空气系数

入口
?
?


1.15
1.18
1.21
1.23
1.25
1.28
出口
?
?
?

1.15
1.18
1.21
1.23
1.25
1.28
1.31
漏风系数
?
?


0.03
0.03
0.02
0.02
0.03
0.03

系数按表< br>4-2
取，
各受热面的漏风系数按表
4-3
取，
空气预热器出 口热空气
的过量空气系数


















?
?
?
?
?
l
?
?
?
l
?
?
?
f
?
1.03


第
1
页

共
29
页


第
3
章

燃烧产物及烟气焓温表

3.1
燃烧产物的计算

理论空气量：
L
0
?
22
.
4
8
?
（
C
?
8
H
?
S
?
O
）
?
6
.
51

kJ/kg

32
?
0
.
21
?
100
3
< br>理论
N
2
容积：
V
N
2
?
0
.
79
L
N
ar
0
?
0
.
8< br>?
100
?
5
.
15

kJ/kg


三原子气体
RO
C
S
22
.
4
2
容积：
V
RO
2
?
VCO
2
?
V
SO
2
?
(
12
?
32
)
?
100
?
1
.
18



理论水蒸气容积：
V
H
M
22
.4
H
2
O
?
(
2
?
ar
18
)
?
100
?
0
.
58

kJ/kg



理论烟气容积：
V
0
?
V
H
2
O
?
V
RO
2
?
V
N
2
?
6
.
92

kJ/kg


第
2
页

共
29
页

kJ/kg


3.2
烟气特性

表
3-1
烟气特性表

项目名称

烟道进口过热量空气系数

烟道出口过热量空气系数

烟道平均过热量空气系数

过剩空气量< br>?
L
?
(
?
pj
?
1
)
L
0

0
水蒸气容积
V
H
O
?
V< br>H
(
?
pj
?
1
)
L
0

O
?
0
.
0161
2
2
符号

单位




炉膛


1.15
1.15
0.98
0.595
7.91
0.150
0.075
0.225
10.64
0.0121
第二级对
流过热器

1.15
1.18
1.165
1.07
0.597
8.00
0.147
0.075
0.222
10.77
0.0119
第二级对流
过热器

1.18
1.21
1.195
1.27
0.600
8.20
0.144
0.073
0.217
11.02
0.0116
上级省煤
器

1.21
1.23
1.22
1.43
0.603
8.36
0.141
0.072
0.213
11.24
0.0114
上级空预
器

1.23
1.25
1.24
1.56
0.605
8.50
0.139
0.071
0.210
11.41
0.0112
下级省煤
器

1.25
1.28
1.265

下级空预
器

1.28
1.31
1.295
1.92
0.611
8.86
0.133
0.069
0.202
11.88
0.0108
?
?

?
?
?

?
p
j

?
L

Nm
3
/kg

1.73
0.608
8.67
0.136
0.070
0.206
11.62
0.0110
V
H
2
O

Nm
3
/kg

0
烟气总容积
V
y
?
V
H
O
?
V
N
?
V
RO?
(
?
pj
?
1
)
L
0

2
2
2
V
y

Nm
/kg




3
RO
2
气体占烟气容积总份额

水蒸汽占烟气容积总份额

三原子气体和水蒸汽占烟气容积总份额

烟气质量
G
y
?
1
?
r
R
O
2< br>
r
H
2
O

r
?

G
y

?
fh

A
ar
?
1
.
306
?
pj
L
0

100
A
a
r
?
fh
100
G
y
kg/kg< br>
kg/kg

飞灰无因次浓度
?
fh
?


第
3
页

共
29
页


3.3
烟气焓温特性

表
3-2
烟气焓温表

烟气温度
kJ/Nm
3

100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
理论烟气焓
kJ/Nm
3

956.5
1936.58
2946.96
3988.09
5055.4
6143.42
7261.14
8413.97
9587.55
10777.96
11973.09
13171.29
14398.7
15653.19
16891.14
理论空气焓
kJ/Nm
3

859.32
1731.66
2623.53
3528.42
4452.84
5403.3
6373.29
7356.3
8339.31
9348.36
10383.45
11418.54
12453.63
13514.76
14575.89
实际烟气焓
kJ/Nm
3

炉膛









9779.7
10993.36
12212.34
13434.39
14685.65
15964.59
17226.99
低温过热器







7422.675
8600.42
9798.915
11014.9





高温过热器





5188.78
6305.27
7452.045








高温省煤器




4110.04
5209.3
6330.17









高温空预器



3045.695
4120.88
5222.98










下级省煤器


低温空预器


2007.07
3053.755
4131.72











995.44
2015.05














第
4
页

共
29
页


续表
3-2
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200

18149.09
19415.26
20689.48
21978.57
23256.42
24553.13
25851.58

15643.53
16704.66
17765.79
18859.47
19946.64
21040.32
22127.49

18509.54
19800.16
21098.83
22413.12
23716.02
25037.93
26361.43




























































2300

2400
27148.94

28449.11
23247.21

24347.4
27684.59

29010.11

第
5
页

共
29
页


第
4
章

锅炉热平衡及燃料消耗量计算

表
4-1
锅炉热平衡及燃料消耗量计算表

序

号

1
2
3
4
5
6
7
8
名

称

燃料带入热量

排烟温度

排烟焓

冷空气温度

理论冷空气焓

实际冷空气焓

机械不完全燃烧
损失

化学不完全燃烧
损失

排烟损失

散热损失

灰渣物理热损失

保热系数

锅炉总热损失

锅炉热效率

过热蒸汽焓

给水焓

过热蒸汽流量

锅炉有效利用热

实际燃烧消耗量

计算燃烧消耗量

符

号

Q
r

单

位

kJ/kg
o
计算公式或数据来源

题目给定

假定

查

烟气焓温表

得

题目给定

查课本
p31

查表得


q
2
?
Q
2
?
I
py
?
I
lk

1
?
q
4
100
数

值

24720
135
1438.5
30
253.9
292.1
5
0
?
py

I
py

t
lk

0

I
lk
C
kJ/kg
o
C
kJ/kg
kJ/kg
%
%
I
lk

q
4

q
3

q
2

q
5

q
6

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

%
%
%
%
%
%
Q
r
4
0.45
0
0.9955
9.45
90.55
3477.91
878.61

9.1
×
10

4.1
×
10

3.9
×
10

4
4
8
查表得

?
A
ar
＜
Q
r
，
?
忽略

419
q
5
100

?

?
q

?
?
1
?
?
q
?
q
2
?
q
3
?
q
4
?
q
5
?
q
6

?
gl

?
g
l
?
100
?
?
q

?

kJ/kg
h
?
gr
h
gs

D
gr

Q
gl

kJ/kg
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
第
6
页

共
29
页

查水蒸气表得

查表得

题目给定

?
?
?
h
gs
)
< br>Q
gl
?
D
gr
(
h
gr
B
?
Q
gl
B

B
j


?
gl
?
Q
r
q
4

)
100
B
j
?
B
(
1
?

第
5
章

炉内换热计算

燃烧器四角布置，直流燃烧器，均等配风，两层一次风口，三层二次风口。


5.1
燃烧器特性

表
5-1
燃烧器特性计算

序号

1
2
3
4
5
名称

一次风份额

二次风份额

一次风出口速度

二次风出口速度

一次风容积流量

符号

单位

计算公式或数据来源

表
6-4
100-r1
选用表
6-27
选用表
6-27
数值

30
70
24
50
50.50
r
1

r
2

ω
1

ω
2

V
1

%
%
m/s
m/s
m
/s
3
r
1< br>?
?
?
V
0
B
j
273
?
t
rk

273
6
二次风容积流量

V
2

m
/s
3
273
?
t
rk

r
2
??
?
V
0
B
j
273
V
1

n
?
1
V
2

n
?
2
117.80
7
每个一次风口面积

f
1

m

2
0.26
8
每个二次风口面积

f
2

m
2


0.29
















第
7
页

共
29
页


5.2
炉膛结构设计

表
5-2
炉膛结构设计

序号

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
名称

炉膛容积热强度

炉膛容积

炉膛截面热强度

炉膛截面

炉膛截面宽深比

炉膛宽度

炉膛深度

冷灰斗倾角

冷灰斗出口尺寸

冷灰斗容积

炉膛出口烟气流速

炉膛出口烟气温度

炉膛高度

符号

单位

计算公式或数据来源

按表
2-11
选取

ar
BQ
dw
/(< br>3
.
6
q
v
)

数值

150
×
10
3

1785.33
3.23
×
10
6

82.91
1
9.1
9.1
60
?

1.2
217.4
6
1260
18.4
q
v

V
l

q
F

A
l

a/b
a
b
θ


V
hd

w
y

θ

h
lt

W/m
3

m
3

W/m2
m
2


m
m

m
m
3

m/s
℃

m
按表
2-12
选取

ar
BQ
dw
/(< br>3
.
6
q
F
)

按
a/b=1-1.2
选取

选取
a
值使
a/b=1-1.2
Al/a
按
θ
≥
50
?选取

按
0.6-1.4
选取

按图结构尺寸计算

选取

按表
2-20
选取

V
l
?
V
hd
A
l

（二）水冷壁

9
.
1
?
2
.
6
?
3
.
5

1
前后墙水冷壁回路个数

z
1

个

（按每个回路加热宽度
≤
2.5m
选取）

9
.< br>1
?
2
.
6
?
3
.
5

3
2
3
4
5
6
左右侧墙水冷壁回路个
数

管径及壁厚

管子节距

前后墙管子根数

左右侧墙管子根数

z
2

d
×
δ

s
n
1

n
2

个

mm
mm
根

根

（按每个回路加热宽度
≤
2.5m
选取）

按表
2-13
选取

按
s/d=1.3-1.35
选取

按
s
?
1
?
114
.
8
选取

按
s
?
1
?
114
.
8
选取

b
a
3
60
×
6
80
115
115



第
8
页

共
29
页



5.3
炉膛热力计算

表
5-3
炉膛热力计算结果

序号

1
2
3
4
5
6
7
8
名称

热空气温度

理论热空气焓

炉膛漏风系数

制粉系统漏风系数

冷空气温度

理论冷空气焓

符号

单位

℃

kJ/kg


℃

kJ/kg

kJ/kg
计算公式或数据来源

假设

查焓温表
3-2
查空气平衡表
3-2
选用

给定

查焓温表
3-2
数值

360
℃

3166.46
0.05
0.07
30
℃

253.89
1.03
t
rk

H
?
rk

Δ
α
l

Δ
α
zf

t
lk

H
?
lk

空预器出口过量空气系
β

ky

数

空气带人炉内热量

a
l
?
?
?
(
?
a
l
?
?
a
zf
)

Q
k

Q
l

θ
a
θ

l

H
l

?
?
?
?
H
rk

3291.8
?
ky
?
(
?
a
l
?
?
azf
)
H
lk
9
1kg
燃料带人炉内热量

10
11
12
理论燃烧温度

炉膛出口烟温

炉膛出口烟焓

kJ/kg
℃

℃

kJ/kg
ar
Q
dw
100
?
q
3< br>?
q
4
?
q
6
?
Q
k

28011
100
?
q
4
2366
1260
14185.1
5
12.2
1.259
0.72
670
0.45
0.98
0.442

0.85
根据
Q
l
查焓温表
3-2
假定

查焓温表
3-2
13
14
15
16
17
18
19
20
烟气的平均热容量

乘积

炉膛火焰有效黑度

炉墙总面积

水冷壁沾污系数

水冷壁角系数

水冷壁热有效系数

炉膛黑度

VC
pj

kJ/
（
kg
·℃）

KPS
a
hy

A
lq

ξ

x
ψ

a
l



m





2
Q
l
?
H
l
?
?

?
?
?
a
?
?
l
KPS
1
?
e
?
KPS

2
(
a
?
b
)
h
lt

查附录二表Ⅳ

查附录三图Ⅰ

ξ
x
a
hy
a
hy
?
(
1
?
a
hy
)< br>?
21
与炉内最高温度位置有
关系数

M

B
?
Cx
r
查附录二表Ⅴ

B=0.59
，
C=0.5
0.44

第
9
页

共
29
页


续表
5-3
22
23
24
炉膛出口烟温

炉膛出口烟焓

炉膛吸热量

θ

l

H
l

Q
l
f

℃

kJ/kg
kJ/kg
℃


?
a
?
273
?
273< br>3
.
6
?
0
a
l
?
A
lq
T
a
3
0
.
6
1327.5
M
(
)
?
1
?
B
j
VC
pj
查焓温 表
3-2
15037
12974
67.5<1
00
?
(
Q
l
?
H
l
?
?
)

?
l
?
?
jd
?
?
l
?
?

js

25
炉膛出口烟温校核

Δ
θ

l














第
10
页

共
29
页


第
6
章

对流传热计算

过热器的分级或分段， 应以每极或每段的蒸汽焓增不超过
250~420kJ/k
为
宜，以减少热偏差。根据 进出口蒸汽焓差，把过热器分为两级。

6.1
过热器结构设计

6.1.1
第一级过热器结构

表
6-1
第一级过热器结构设计

序号

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
名称

管子规格

横向管子节距


横向相对节距

纵向相对节距

横向管子排数

纵向管子排数

每根管子平均长度

顶棚管子长度

受热面

辐射层有效厚度

蒸汽流通截面

烟气流通截面

符号

单位

公式及计算





s
1
/d
s
2
/d



尺寸见图

0.694+0.9+1.0
2
×
3.14< br>×
z1
×
d
×
l+z1
×
3.14
×
d
×
ld
0.9
×
d(4/3.14
×
σ
1
×
σ
2-1)
2
×
z1
×
3.14/4dn
×
dn
6.4
×
3.8-63
×
0.038
×
3.63
结果

38
3.5
100
77.6
2.63
2.04
63
16
29.99
2.6
470.42
0.20
0.10
15.63
d
δ

s
1

s
2

σ
1

σ
2

z
1

z
2

l
l
d

H
S
f
F
y

mm
mm
mm
mm
mm
mm


m
m
m
2

m
m
2

m
2


6.1.2
第二级过热器结构设计

表
6-2
第二级过热器结构设计

序号

1
2
3
4
5
6
7
8

名称

管子规格

横向管子节距


横向相对节距

纵向相对节距

横向管子排数

纵向管子排数

每根管子平均长度

符号

单位

公式及计算





s1/d
s2/d


尺寸见图

结果

42
3.5
100
77.6
2.38
1.85
63
16
29.99
d
δ

s
1

s
2

σ
1

σ
2

z
1

z
2

l
mm
mm
mm
mm
mm
mm


m
第
11
页

共
29
页


续表
6-2
9
顶棚管子长度

l
d

H
S
f
F
y

m
m
2

m
m
2

m
2

0.694+0.9+1.0
2
×
3.14
×
z1
×
d
×
l+z1
×
3.14
×
d
×ld
0.9
×
d(4/3.14
×
σ
1
×< br>σ
2-1)
2
×
z1
×
3.14/4dn
×
dn
6.4
×
3.8-63
×
0.038
×
3.63
2.6
10
11
12
13
受热面

辐射层有效厚度

蒸汽流通截面

烟气流通截面

519.94
0.17
0.12
15.63

6.2
对流过热器热力计算

6.2.1
第一级过热器热力计算

表
6-3
第一级过热器热力计算结果

序号

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14


第
12
页

共
29
页

名称

烟气进口温度

烟气进口焓

蒸汽进口焓

蒸汽进口温度

蒸汽出口温度

蒸汽出口焓

过热器传过热量热量

烟气出口焓

烟气出口温度

烟气平均温度

蒸汽平均温度

烟气流速

烟气侧对流放热系数

蒸汽平均比容

符号

?
’

单位

公式及计算

?
'
?
?
l
'

I
'
?
I
l
''

结果

1327.5
15073
2705.
9
317.9
407
3125.
9

4276.3
1078
5
900
1114
362.5
24.3
99
0.0241
℃

kJ/kg
kJ/kg
℃

℃

kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
℃

℃

℃

m/s
w

m
2
?
℃
I
'

i



蒸汽焓温表
查蒸汽特性表，
p=9.8MPa

已知

p=9.8Mpa,t=540
o
C

o< br>?
(
I
'
?
I

?
?
aH< br>lk
)
?
t
'

t
''

h
''

Q
ph

0.9955(10785?
6800
?
0.03
?
253.9)
?
焓温 表

?
=1.18

I
''

?
''

假设

(
?
'
?
?
''
)
/
2

?

t
pj

(
t
'
?
t
''
)
/
2

B
j
V
y
(
?
?
273)
/(273
?
3600
F
y
)

w
y

a
d

?
pj

查附录图

p
?
9.8
Mpa
,
t
?
362.5
o
C

m
2
/kg

续表
6-3
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
蒸汽平均比流速

灰污系数

蒸汽侧放热系数

管壁灰污层温度

三元子气体的减弱系数

飞灰的减弱系数

气流辐射吸收力

烟气黑度

烟气侧辐射放热系数

对管簇前烟气空间改正后
的放热系数

热有效系数

w

m/s

D
?
pj
/
3600
f

23.43
0.005
3465
540
1.15
8.25
0.1932
0.175
18.5
26
0.65
?

m
2
·
c
·
w
查附录图

查附录图

t
pj
?
(
?
?
1/
a
2
)
B
j
Q
gr< br>/
3.6
H

(0.78
?
1.6
r
H
2
o
/
3
s
?
p
ns
?0.1)(1
?
0.31
T
?
/1000)

a
2

w

m
?
℃
2
t
hb

k
q

K
fh

℃

1
m
?
Mpa1
m
?
Mpa
4300
r
y
/
3T
?
2
d
2
fh
d
fh
?
1 3
(
K
q
r
?
?
k
fh
u
fh
)
ps
?

k
ps

a



-

w

m
2
?
℃
w

m
2
?
℃
(2.69
?
0.254
?
12.74
?
0.01 88)
?
1
?
0.17
?
1
?
e
?
kps

查附录三图
XV
得
a
0
,a
f
?
aa
0

T
l
a
f< br>[1
?
A
(
kj
)
0.25
(
kj
)
0,07
]
?

1000
l
gz
A
?
0.4;
l
kj
?
0.6;
l
gz
?
1.44
a
f

a
f
'

?


w

m
2
?
℃
查附表

26
传热系数

K

?
(
?
d
??
f
'
)
?
?

'
?
(?
d
?
?
f
)
1
?
?
2?
''
?
t
'

78.2
27
28
较小温差

较大温差

?
t
x

?
t
D

℃

℃

℃


℃

582
920
?
'
?
t
''

?
t
D
?
?
t
x

?
?
t
D
ln
?
t
x
29
30
31
32
33
逆流温压

混流温压改正系数

混流温压

传过热量

相对误差

?
t
nl

?
hl

276
0.79
224
3870.8
4.81
查附表

?
hl
?
t
nl

H
?
tK

?
B
j
?
t

Q
ch

kJ/kg

%

e

(
Q
ph
?
Q
ch
)
/
Q
ph
?
100


第
13
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页