600MW超临界压力锅炉煤粉锅炉

600MW等级超临界压力煤粉锅炉锅炉课程设计报告

姓名

学号

指导教师

目录

第一章锅炉设计的目的和意义 (3)

第一节锅炉课程设计的目的和内容 (3)

第二节锅炉课程设计的方法和步骤 (4)

第二章锅炉简介 (5)

第一节锅炉的整体布置 (5)

第二节省煤器和水冷壁系统 (5)

第三节过热器系统 (5)

第四节再热器系统 (6)

第五节燃烧系统 (6)

第六节烟风系统 (5)

第三章计算 (8)

第一节600MW机组锅炉设计计算原始参数 (8)

第二节煤的元素分析数据校核和煤种判别 (9)

第三节燃烧产物和锅炉热平衡计算 (9)

第四节炉膛设计和热力计算 (12)

第五节前屏过热器结构和热力计算 (15)

第六节后屏过热器结构和热力计算 (19)

第七节高温再热器结构和热力计算 (24)

第八节第一悬吊管结构和热力计算 (27)

第九节高温对流过热器结构和热力计算 (29)

第十节第二悬吊管结构和热力计算 (33)

第十一节低温再热器垂直段结构和热力计算 (35)

第十二节转向室结构和热力计算 (38)

第十三节低温再热器水平段结构和热力计算 (40)

第十四节省煤器结构和热力计算 (43)

第十五节汽温校核 (46)

第十六节空气预热器结构和热力计算 (47)

第十七节热力计算数据的总校和计算结果汇总 (53)

第四章热力计算结果数据分析 (55)

附录

第一章锅炉设计的目的和意义

第一节锅炉课程设计的目的和内容

一、锅炉课程设计的目的

锅炉课程设计是《锅炉原理》课程的重要教学实践环节。通过课程设计，使学生对锅炉原理课程的知识得到巩固、充实和提高；掌握锅炉机组的热力计算方法，学会使用与热力计算相关的标准或导则，培养综合考虑锅炉机组设计与布置的初步能力；培养学生查阅资料和分析数据的能力，提高学生运算、绘图等基本技能；培养学生对待工程技术问题的严肃认真和负责的态度。

二、锅炉课程设计的内容

本书的设计任务是根据一台给定规范和形式的600MW等级超临界压力直流煤粉锅炉的原始资料，进行锅炉的结构设计和热力计算。

2.1锅炉设计计算时应提供的原始资料

（1）锅炉的主要参数，包括锅炉蒸发量、再热蒸汽流量、给水压力和温度、过热蒸汽和再热蒸汽的压力和温度。

（2）给定的燃料和燃料特性。

（3）锅炉概况，如锅炉结构和受热面布置、制粉系统、燃烧设备的形式等。

（4）锅炉结构简图、烟风和汽水系统流程简图等。

在设计计算时，锅炉的排烟温度和热空气温度应预先选定，也可以原始数据给定。炉膛出口烟气温度和烟道烟气温度，以及汽水流程中各受热面进出口处工质的温度和焓，应根据技术要求在合理的范围内选定。

2.2课程设计的内容

（1）锅炉炉膛及主要受热面的结构设计。

（2）额定负荷下锅炉的热力计算。

（3）绘制锅炉受热面的结构图。

（4）编写课程设计报告。

三、锅炉设计的要求

随着科学技术的进步和国家对节能、环保要求的提高，电力工业的发展日益受到资源和环境等因素的制约，以降低能源消耗、减少污染物排放为目标的节能减排能力已成为衡量一个企业竞争力的首要标准。因此，针对新型锅炉的技术发展趋势以及新情况下对锅炉系统的特殊要求，科技工作者子在锅炉设计时应着重考虑以下几个方面：

（1）采用成熟、先进的超临界压力技术，确保机组具有较高的循环效率和可用率。

（2）选用合适的炉膛尺寸及热负荷指标，采用先进的燃烧方式和燃烧设备，在保证炉膛不结渣和不产生水冷壁高温腐蚀的前提下，提高锅炉的燃烧效率、减小炉内烟气温度及速度偏差、降低锅炉的NOX排放。

（3）采用成熟可靠的受热面布置方式，减小汽温偏差，保证受热面安全可靠。

（4）具有较好的煤种适应性和低负荷稳燃性能以及良好的启、停及调峰性能等。

（5）采用先进可靠的计算方法，确保设计结果经得起实践的检验。

要达到上述要求，必须在进行广泛深入调查研究的基础上，综合运用相关的理论知识以及制造和运行方面的实践经验，集合国内外先进技术，在对各种技术方案进行精确计算分析的同时，通过试验对结果进行约验证，从而批国家各个方案的优劣。

第二节锅炉课程设计的方法和步骤

一、锅炉课程设计热力计算方法

锅炉热力计算可分为设计计算和校核计算。两者的计算方法基本相同，都从燃料燃烧和热平衡计算开始，然后按烟气流向对锅炉机组的各个受热面（炉膛、屏式过热器、对流过热器等）进行计算，其区别在于计算任务和所需求的数据不同。

设计计算的任务是根据给定的锅炉容量、参数和燃料特性来确定锅炉机组的结构尺寸和各个部件的受热面面积，并确定锅炉的燃料消耗量、锅炉效率、各受热面交界处工质和烟气的温度和焓、各受热面的吸热量和介质速度等参数，为选择辅助设备和进行空气动力计算、水动力计算、管子金属壁温计算和强度计算等提供原始资料。

校核计算的任务是在给定锅炉负荷和燃料特性的前提下，按锅炉机组已有的结构和尺寸，去确定各个受热面交界处的水温、汽温、空气和烟气温度、锅炉效率、燃料消耗量以及空气和烟气的流量和流速。校核计算是为了估计锅炉机组按指定燃料运行的经济指标，寻求必要的改进锅炉结构的措施，选择辅助设备（或检验原有辅助设备的适用性）以及为空气动力、水动力、壁温和强度等计算提供原始资料。

为了计算方便，设计计算也通常采用校核计算的方法，先根据经验并参考同类型锅炉结构，预先布置好各部件受热面的结构尺寸，然后进行校核计算。如不合适，修改后再进行校核计算。

对锅炉机组做校核计算时，烟气的中间温度、内部工质温度、排烟温度以及热空气温度等都是未知数，上述温度需先假设，然后用渐进法（见此逼近法）去确定。

二、锅炉课程设计的步骤

锅炉课程设计的步骤包括：

（1）了解给定锅炉的结构、受热面布置、汽水和烟风系统流程等。

（2）进行锅炉热力计算，包括各受热面的设计、结构计算、校核计算等。

（3）锅炉总体的热量平衡校核和误差检查。

（4）编写课程设计报告。

第二章锅炉简介

第一节锅炉的整体布置

本课程设计锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、全钢架悬吊结构、Ⅱ形布置、固态排渣。炉后尾部布置2台三分仓容式空气预热器。锅炉总体布置见图2-1。

锅炉燃烧系统为配6台中速磨煤机的直吹式制粉系统，24只直流式燃烧器分六层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。在锅炉最大出力工况时，5台磨煤机和五层20只燃烧器投入运行，1台磨煤机备用。在主燃烧器和炉膛出口之间布置一组分离燃尽风（SOFA）喷嘴。

第二节省煤器和水冷壁系统

一、省煤器和水冷壁系统流程

给水由省煤器进口联箱流经省煤器管组、中间集箱和悬吊管，然后汇合在省煤器箱，再由2根连接管道分别引入水冷壁左右侧墙下集箱，水冷壁下集箱为四周相连通的集箱，水经由前后墙下集箱进入炉膛四周水冷壁。锅炉水冷壁由炉膛下部螺旋管圈式和上部垂直管圈式水冷壁组成，水从下集箱进入螺旋段水冷壁经水冷壁过渡段进入垂直水冷壁，其流程如图所示。在锅炉启动阶段和低于最低直流运行工况（30%BMCR）时，水在水冷壁内吸热形成汽水混合物，汇集至水冷壁上集箱，通过水冷壁引出汽水分离器，在汽水分离器内进行汽水分离，分离后的蒸汽引至过热器，水则通过调节阀进入除氧器或大气式扩容器至凝汽器，进行工质和热量的回收。

在高于最低直流运行工况时，水在水冷壁内吸热形成的过热蒸汽汇集至水冷壁上集箱，通过引出管进入汽水分离器后，直接由连接管道引出到过热器，此时的汽水分离器仅作为连接水冷壁与过热器之间的汽水通道。

二、省煤器

省煤器的作用是在给水进入水冷壁以前，将水进行预热，并借以回收锅炉排烟中的部分热量，提高其经济性。

省煤器布置于锅炉的后烟井低温再热器下面，采用光管蛇形管，顺列排列，与烟气成逆流布置，并由悬吊管悬吊，悬吊管内的工质来自省煤器。为了确保后烟井的烟气分布均匀，在后烟井入口的后墙包覆管及省煤器进口处前后墙包覆管上均焊有烟气阻流板，以防止形成烟气走廊，造成局部磨损。

第三节过热器系统

过热器系统按蒸汽流向可分为:顶棚和包覆过热器，前屏过热器，后屏过热器和末级过热器（高温对流过热器），其中主受热面为前屏过热器，后屏过热器和末级过热器。

一、过热蒸汽系统流

从汽水分离器引出的蒸汽进入炉顶进口集箱，经前炉顶管至炉顶出口集箱，为减少蒸汽阻力损失，在BMCR工况下约35.6%的蒸汽经旁路管直接进入炉顶出口集箱。从炉顶出口集箱引出的蒸汽经过后炉顶管，后烟井包覆，后烟井延伸侧墙，再汇总至后烟井侧墙上集箱，分四路引入前屏进口集箱，进入前屏加热后进入前屏出口集箱，再分两路经第一级喷水减温后进入后屏过热器进口集箱，流经后屏并进入后屏过热器出口集箱，从后屏过热器出口集箱分两路经第二级喷水减温后进入末级过热器进口集箱，在末级过热器加热后进入末级过热器出口集箱。再由两根末级过热器出口集箱引出管引出至两根主蒸汽管道并送往汽轮机高压缸。

二、前屏过热器

前屏过热器（也称大屏，分隔屏过热器）布置于炉膛上部，不仅可吸收炉膛上部的烟气辐射热，还能分隔烟气流，起到减弱切圆燃烧时炉膛出口烟气残余旋转的作用，降低炉膛出口烟温偏差。

三、后屏过热器

后屏加热器布置在炉膛上部，前屏之后，炉膛折焰角的前方，可吸收部分炉膛上部的辐射热量。

四、末级过热器

末级过热器布置于水平烟道，在高温再热器和炉膛后墙水冷壁悬吊管之后，受热面呈顺列逆流布置，主要靠对流传热吸收热量。

五、减湿系统

过热器汽温通过两级喷水控制，第一级喷水布置在前屏过热器出口管道上，第二级喷水布置在后屏过热器出口管道上，过热器喷水取自省煤器进口管道的给水。

第四节再热器系统

再热器系统由低温再热器和高温再热器两级组成。

一、再热蒸汽系统流程

自汽机高压缸排出的蒸汽分成两路经事故喷水减温器后引入低温再热器进口集箱，经低温再热器后进入低温再热器出口集箱，再经过两根连接管道引至高温再热器进口集箱，经过高温再热器后从高温再热器出口集箱上引至两根蒸汽管道，送往汽轮机中压缸，其流程图如图所示。

低温再热器和高温再热器之间通过连接管道进行左右交叉，以减少因炉膛左右侧烟温偏差而引起的再热蒸汽温度偏差。

二、低温再热器

低温再热器布置于后竖井烟道中，顺列排列，与烟气成逆流布置，靠对流传热吸收热量，低温再热器又分成水平段和垂直段。垂直段布置于水平烟道的尾部竖井前墙悬吊管之后锅炉转向室的入口处。

三、高温再热器

由于再热蒸汽采用摆动燃烧器调温，故高温再热器布置于炉膛折焰角上部烟气高温区，与烟气成顺流流动，顺列布置。

第五节燃烧系统

锅炉采用配中速磨煤机，冷一次风机，正压直吹式制粉系统。煤粉燃烧器为四角布置，

切圆燃烧，摆动式燃烧器。通过燃烧设备设计和炉膛布置的匹配来满足各项燃烧指标的要求，即煤粉的及时着火，稳定燃烧和低NO排放，并保证炉内不能发生明显的结渣和水冷壁的高温腐蚀。

主风箱设有6层强化着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。煤粉喷嘴和二次风喷嘴相间布置。除底部二次风（也称火下风）（UFA）和顶部二次风外，中间五层二次风（也称辅助风）的一层喷嘴都由三层小喷嘴组成，其中上下两层为偏置的CFS喷嘴，中间一层为直吹风喷嘴。在主风箱上部设有两层紧凑燃尽风（Close coupled OFA，CCOFA）喷嘴，在主风箱下部设有一层火下风（underfire air，UFA）喷嘴。

在CCOFA上部布置有分离燃尽风（separated OFA，SOFA）喷嘴，即五层可水平摆动的分离燃尽风喷嘴。

在本锅炉课程设计中，燃烧设备和制粉系统不需要设计和计算，直接给定。

第六节烟风系统

一、烟气系统

炉膛中产生的烟气流过后烟井后，通过烟道进入空气预热器烟气仓，在预热器中利用烟气余热使一、二次风得到预热。烟气在烟气仓中将预热器的波形板受热面加热而得到冷却。加热后的波形板先进入二次风分隔仓加热二次风，然后再进入一次风分隔仓加热一次风。从空气预热器出来的烟气通过静电除尘器、脱硫设备等，排至烟囱。

二、空气系统

一次风的作用是干燥和输送煤粉，从大气中抽吸的空气通过一次风机，送入三分仓预热器的一次风分隔仓，加热后通过热一次风道进入磨煤机，在进预热器前有一部分冷风在磨煤机进口前与热一次风相混合。作为磨煤机调温风。

二次风的作用是强化燃烧和控制NOx生成量。从大气吸入的空气通过送风机进入预热器的二次风分隔仓，加热后经二次风道进入大风箱，并由大风箱分配到各二次风喷嘴。供给五层分离燃尽风喷嘴的空气也由大风箱上抽取。

第三章计算

第一节600MW机组锅炉设计计算原始参数

600MW机组锅炉设计计算原始参数

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 额定蒸发量D sh'' t/h 给定1913

2 过热蒸汽压力p sh'' MPa 给定，表压25.4

3 过热蒸汽温度t sh'' ℃给定571

4 再热蒸汽流量D rh'' t/h 给定1586

5 再热蒸汽入口压力p rh' MPa 给定，表压 4.35

6 再热蒸汽入口温度t rh' ℃给定310

7 再热蒸汽出口压力p rh'' MPa 给定，表压 4.16

8 再热蒸汽出口温度t rh'' ℃给定569

9 给水压力p fw MPa 给定，表压29.35

10 给水温度t fw℃给定282

11 周围环境温度t ca℃给定20

12 锅炉燃煤特性神府东胜煤

（1）碳收到基质量百分比C ar% 给定44.50 （2）氢收到基质量百分比H ar% 给定 3.60

（3）氧收到基质量百分比O ar% 给定8.30

（4）氮收到基质量百分比N ar% 给定0.80 （5）硫收到基质量百分比S ar% 给定 1.20

（6）灰分收到基质量百分

A ar% 给定26.50

比

（7）水分收到基质量百分

M ar% 给定15.10 比

（8）挥发分干燥无灰基质

V daf% 给定18.80 量百分比

（9）燃料收到基低位发热

Q net,ar kJ/kg 给定16700 量

第二节煤的元素分析数据校核和煤种判别

表4-1 燃料的数据校核和煤种判别

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 元素之和—％

C ar+H ar+O ar+N ar+S ar+A ar+M a

r

100

2 元素之和正确否？———正确

3 高位发热量（经验公式）Q gr,ar kJ/kg 339C ar+1256H ar-109(O ar-S ar) 18833

4 低位发热量（经验公式）Q'net,ar kJ/kg Q gr,ar-r(0.09H ar+0.01M ar) 17646

5 经验公式值和给定值之差

⊿Q net,a

r

kJ/kg Q'net,ar-Q net,ar946

6 误差判别——│⊿Q net,ar│<800错误

7 煤的折算因子red —4190/Q net,ar0.251

8 折算灰分A red,ar％red×A ar 6.65

9 折算水分M red,ar％red×M ar 3.79

10 折算硫分S red,ar％red×S ar0.30

11 煤的灰分特性判断——A red,ar<4% 高灰分煤——M red,ar<8% 低水分煤——S red,ar<0.2% 高硫分煤

*注（给定煤质的收到基低位发热量与用经验公式算出的收到基低位发热量，两者之差超过800，故误差超出规定范围。）

第三节燃烧产物和锅炉热平衡计算

一、燃烧产物的计算

表4-2 理论空气量和理论烟气量计算

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 理论空气量V o Nm3/kg 0.0889 × (C ar + 0.375×

S ar) + 0.265×H ar－

0.0333×O ar

4.674

2 理论氮气容积V o N2Nm3/kg 0.79 × V0 + 0.008 × N ar 3.699

3 三原子气体RO2的容积V RO2Nm3/kg 0.01866 × (C ar+ 0.375 ×

S ar)

0.839

4 理论水蒸汽容积V0H2O Nm3/kg 0.111 × H ar + 0.0124×

M ar+ 0.0161× V0

0.662

5 理论烟气容积V o g Nm3/kg V o N2+V o H2O+V RO2 5.199

表4-3 烟气特性表

序号名称及公式符号单位前屏至省煤

器

空预器热段

空预器

冷段

1 烟道进口过量空气系数

（查表3-3）

a' — 1.20 1.20 1.24

2 烟道出口过量空气系数

（查表3-4）

a" — 1.20 1.24 1.28

3 烟道平均过量空气系数

(α'+α")/2

a av— 1.20 1.22 1.26

4 过剩空气量

(αav-1)V o

⊿V Nm3/kg 0.935 1.028 1.215

5 水蒸汽容积

V o H2O+0.0161ΔV

V H2O Nm3/kg 0.677 0.679 0.682

6 烟气总容积

V g o+1.0161(αav-1)V o

V g Nm3/kg 6.149 6.244 6.434

7 RO2占烟气容积份额

V RO2/V g

r RO2—0.1364 0.1343 0.1304

8 H2O占烟气容积份额

V H2O/V g

r H2O—0.1101 0.1087 0.1059

9 RO2+H2O的容积份额

r RO2+r H2O

r g—0.2465 0.2430 0.2363

10 烟气质量

1-A ar/100+1.306αav V o

G g kg/kg 8.060 8.182 8.426

11 飞灰浓度，αfa取0.95

αfa A ar/(100G g)

μash kg/kg 0.0312 0.0308 0.0299

温度空气

焓

CO2N2O2H2O 灰焓

20 26

30 39

100 132 169 130 132 151 81 200 266 357 260 267 304 169 300 403 559 392 407 463 264 400 542 772 527 551 626 360 500 684 996 664 699 794 459 600 830 1222 804 850 967 560 700 979 1461 946 1005 1147 663 800 1130 1704 1093 1160 1335 767 900 1281 1951 1243 1319 1524 874

1000 1436 2202 1394 1478 1725 984 1100 1595 2457 1545 1637 1926 1096 1200 1754 2717 1695 1800 2131 1206 1300 1913 2976 1850 1963 2344 1360 1400 2076 3240 2009 2127 2558 1571 1500 2239 3504 2164 2294 2779 1758 1600 2403 3767 2323 2461 3001 1830 1700 2566 4035 2482 2629 3227 2066 1800 2729 4303 2642 2796 3458 2184 1900 2897 4571 2805 2968 3688 2385 2000 3064 4843 2964 3139 3926 2512 2100 3232 5115 3127 3307 4161 2640 2200 3399 5387 3290 3483 4399 2760

表4-4 烟气焓温表

序号温度

(℃)

理论烟气

焓

I0g(kJ/kg)

理论空气

焓

I0a(kJ/kg)

飞灰的焓

I fa(kJ/kg)

烟气的焓I g=I0g+(α-1)I0a+I fa (kJ/kg)

α=1.2α=1.24α=1.28

I gΔI g I gΔI g I gΔI g

1 100 721.5 616.9 20.6 - - 890.

2 913.6 914.9 938.6

2 200 1462.7 1243.2 42.7 - - 1803.8 939.1 1853.6 -

3 300 2225.0 1883.5 65.9 2667.6 935.2 2742.9 - - -

4 400 3005.4 2533.1 90.8 3602.8 965.8 - - - -

5 500 3815.4 3196.8 113.9 4568.

6 990.5 - - -

6 600 4642.8 3879.1 140.5 5559.2 1013.4 - - -

7 700 5491.3 4575.5 166.1 6572.5 1035.1 - - - -

8 800 6358.3 5281.2 193.2 7607.7 1052.5 - - - -

9 900 7239.9 5987.0 222.9 8660.1 1071.2 - - - -

10 1000 8136.3 6711.4 252.8 9731.4 1090.7 - - - -

11 1100 9046.3 7454.5 284.9 10822.1 1109.3 - - - -

12 1200 9967.4 8197.6 324.4 11931.3 1120.1 - - - -

13 1300 10901.1 8940.7 362.2 13051.4 1138.6 - - - -

14 1400 11840.7 9702.5 408.8 14190.0 1144.3 - - - -

15 1500 12789.4 10464.3 452.0 15334.3 1169.5 - - - -

16 1600 13745.9 11230.8 511.8 16503.8 1167.1 - - - -

17 1700 14711.1 11992.6 561.3 17670.9 1171.0 - - - -

18 1800 15678.2 12754.4 612.9 18842.0 1184.1 - - -

19 1900 16651.6 13539.6 666.6 20026.0 466.6 - - - -

20 2000 17628.6 14320.1 0.0 20492.6 - - - - -

21 2100 - - - - - - - - -

22 2200 - - - - - - - - -

二、热平衡及燃料消耗量计算

锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如下表4-5所示：

表4-5 锅炉热平衡及燃料消耗量

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 燃料带入的热量Q f kJ/kg ≈Q net.ar16700

2 排烟温度?exg℃给定126

3 排烟的焓I exg kJ/kg 调用函数1159.4

4 冷空气温度t ca o C 给定20

5 理论冷空气焓I ca o kJ/kg 调用函数121.5

6 机械不完全燃烧热损失q4% 取用0.60

7 化学不完全燃烧热损失q3% 取用0.00

8 排烟热损失q2% (I exg-αexg I0ca)·(1-q4/100)/Q f×100 5.97

9 散热损失q5% 取用0.20

10 灰渣热损失q6% 取用0.06

11 总热损失∑q % q2+q3+q4+q5+q6 6.83

12 锅炉热效率ηb% 100 -∑q 93.17

14 保热系数θ—1-q5/(ηb+q5) 0.9979

15 过热蒸汽的焓i"sh kJ/kg 调用函数，p sh"=25.4MPa注3401.6

16 给水的焓i fw kJ/kg 调用函数，p fw=19.35MPa 1239.4

17 过热蒸汽流量D sh t/h 给定1913

18 再热蒸汽出口焓i"rh kJ/kg 调用函数，p rh"=4.16MPa 3602.3

19 再热蒸汽进口焓i'rh kJ/kg 调用函数，p rh'=4.35MPa 2978.2

20 再热蒸汽流量D rh t/h 给定1586

21 锅炉有效利用热量Q1kJ/h D sh(i"sh-i fw)+D rh(i"rh-i'rh) 5126367783

22 锅炉实际燃料消耗量 B kg/h Q1/(ηb Q f/100) 329471 24 锅炉计算燃料消耗量B cal kg/s B(1-q4/100)/3600 90.97

第四节炉膛设计和热力计算

一、炉膛结构设计

炉膛结构设计列表4-6。

表4-6 炉膛结构特征和水冷壁有效系数的计算

序号名称符号

单

位

计算公式或数据来源结果

一、炉膛结构计算

1 前墙面积F fr m2(35.538+7.332+9.458/2)×18.816 895..62

2 后墙面积F b m2(6.751+30.367+7.332+9.458/2)×18.816 925.35

3 侧墙面积F s m2(13.356+17.696)/2×5.171+30.367×17.696+(17.696+9.458)/2×6.006 699.20

4 两侧墙2F s m22F s1398.41

5 四角的四个

切角削去炉

墙的面积

F d m24×1.33×24.0×2 255.36

6 四角补加面

积

F add m24×1.88×24.0 180.48

7 应扣去布置

燃烧器损失

的面积

F B m2F d-F add74.88

8 出口烟窗面

积

F out m213.356×18.816 251.31

9 包围炉膛的

总面积

∑F m2F fr+F b+2F s+F out-F l3395.81

10 方形炉膛容

积

V f m3F s·W 13156.20

11 四个切角损

失容积

V l m3 1.332/2×4×24 84.91

12 炉膛实际容

积

V ef m3V f-V l13071.29

13 炉膛辐射层

有效厚度

S m 3.6V ef/∑F 13.857

二、水冷壁热有效系数的计算

14 水冷壁热有

效系数

ψ—查表3-6 0.45

15 燃烧器所占

炉墙面积

F B m2估算50.00

16 炉膛出口烟

窗平面热有

效系数

ψout—βψ=0.8×0.450.36

17 炉膛水冷壁

平均热有效

系数

ψav—[(∑F-F out-F B)×ψ+F B×0+F out×ψout]/∑F 0.44

三、在BMCR工况下，假定下面5层燃烧运行，同时每层燃烧器给粉量相同

18 燃烧器布置

相对高度

x B—h B/h f0.360

19 M值M —0.59-0.5x B0.41

20 燃烧器区域

炉膛有效截

面积

A m217.696×18.816-1.332/2×4 329.43

21 炉膛截面积

的当量半径

R m sqrt(A/π)10.240

二、炉膛热力计算

炉膛的热力计算结果列于表4-7中。

表4-7 炉膛热力计算

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 热空气温度t ha o C 假设后校核325

2 理论热空气焓I ha o kJ/kg 调用函数2045.9

3 炉膛和制粉系统总漏风系数

△αf+△αpc

s

—查表3-4 0.06

4 空预器出口过量空气系数βah" —α"-(△αf+△αpcs) 1.14

5 空气带入炉内热量Q a kJ/kg βah"I ha0+(△αf+△αpcs)I ca o2339.6

6 1kg燃料带入炉内的有效热Q ef f kJ/kg Q f(100-q3-q4-q6)/(100-q4)+Q a19029.5

7 理论燃烧温度t th o C 调用函数1821.8

8 理论燃烧温度T th K t th+273 2094.8

9 炉膛出口烟温?"f o C 假设后校核1380 炉膛出口烟温T"f K θ"f+273 1653

10 炉膛出口烟焓I"f kJ/kg 调用函数13946.4

11 烟气平均热容(VC)av kJ/(kg·K) (Q ef f-I"f)/(T th-T"f) 11.507

12 波尔兹曼数Bo —θB cal(VC)av/(ψav Fζ0T3th) 1.00

13 水蒸汽容积份额r H2O—烟气特性，查表4-3 0.1101 三原子气体的容积份额r g—烟气特性，查表4-3 0.2465 三原子气体辐射减弱系数k g r g m-1式(3-19)，调用函数0.0400

14 灰粒平均直径d ashμm中速磨煤机12 烟气中飞灰浓度μash kg/kg 烟气特性，查表4-3 0.0312 灰粒辐射减弱系数k ashμash m-1式(3-20)，调用函数0.0923

15 最上排燃烧器布置高度h t m 结构计算，图4-1 18.721 最下排燃烧器布置高度h un m 结构计算，图4-1 11.153 高度差Δh m h t-h un7.568 炉膛计算高度h f m 结构计算，图4-1 41.544 焦炭颗粒浓度μcok,v g/Nm3式(3-24)，调用函数 4.1983

16 焦炭颗粒的平均粒径d cokμm取用38 焦碳粒子辐射减弱系数k cokμcok m-1式(3-21)，调用函数0.0266

17 火焰吸收减弱系数k a m-1k g r g+k ashμash+k cokμcok0.1588

炉内辐射层光学密度η—k a S 2.200

18 炉内火焰黑度ε1—1-e-η0.812 火焰综合黑度εsyn—式(3-29)，调用函数0.571

19 炉膛黑度εsyn f—式(3-28) 0.785 炉膛火焰最高温的相对高度x m m ≈x B0.360

20 炉膛出口无量纲烟温θ"f(1)—热有效系数法，式(3-26) 0.736 炉膛出口温度T"f,cal(1)K θ"f(1)(t th+273) 1541.7 炉膛出口温度?"f,cal(1)o C T"f,cal(1)-273 1300.0 计算误差△?"f(1)o C 允许误差±100℃-80.0

21 炉膛出口无量纲烟温θ"f(2)—前苏73计算修正法，式(3-30) 0.736 炉膛出口温度T"f,cal(2)K θ"f(2)(t th+273) 1541.7 炉膛出口温度?"f,cal(2)o C T"f,cal(2)-273 1300.0 计算误差△?"f(2)o C 允许误差±100℃-80.0

22 炉内传热量Q R kJ/kg 式(3-31) 5072.3

23 第一悬吊管之前的炉内容积V f' m3估算，V f+V p1+V p2+V rh218317.35 燃烧器区域炉膛容积热强度q V kW/m3

B cal Q net,ar/V f'，一般在75～100

之间

82.94

24 燃烧器区域炉膛断面热强度q A MW/m2B cal Q net,ar/A，上限在4～4.6之

间

4.61

25 燃烧器区域炉墙面积A B m22(W+D)(△h+3) 771.72

26 富燃缺氧条件下主燃烧区燃

尽份额

x —取0.7 0.7

27 主燃烧区壁面热强度q B MW/m2xB cal Q net,ar/A B，上限约1.3～2.0 1.38

表4-8 减温水假设

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 一级减温水量D dsh1t/h 假设后校核59.0

2 二级减温水量D dsh2t/h 假设后校核140.0

第五节前屏过热器结构和热力计算

一、前屏过热器结构计算

根据前屏过热器结构图，计算后屏过热器结构数据，列于表4-9中。

表4-9 前屏结构计算

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 管子直径d×δmm 结构设计Φ41.3*6

2 屏片数n1—结构设计 6

3 每片屏小屏数n2—结构设计 6

4 每片小屏管子数n3—结构设计12

5 管子总数∑n —n1×n2×n3432

6 工质流通截面 f m2π/4×d i2×∑n 0.291

7 横向截距s1m 结构设计 2.688

8 纵向截距s2m 结构设计0.051

9 系数s2/d —结构设计 1.23

10 主受热面的角系数x p—查图3-5 0.87

11 屏片最外圈管子的外轮廓线

所围成的平面面积

F p m2(16+0.02065)×(3.607+0.0413)×2×6×2 1402.76

12 计算受热面积H p m2F p x p1220.40

13 顶棚受热面积F ce m2(0.591+3.607×2+0.85+0.794)×18.816 177.79

14 前墙受热面积F fr m216×18.816 301.06

15 侧墙受热面积F s m2(0.591+3.607×2+0.85+0.794)×16×2 302.37

16 总受热面积∑H m2H p+F ce+F fr+F s2001.62

17 计算受热面积所占份额r p—H p/∑H 0.6097

18 炉顶受热面积所占份额r ce—F ce/∑H 0.0888

19 前墙受热面积所占份额r fr—F fr/∑H 0.1504

20 侧墙受热面积所占份额r s—F s/∑H 0.1511

21 受热面区总容积V p1m316×9.449×18.816 2844.68

22 受热面区总包围面积∑F m2∑H+F fr+F ce2480.47

23 烟气辐射层有效厚度S m 3.6V p1/∑F 4.129

24 系数L/s1—16/2.688 5.95

25 系数D/s1—8.064/2.688 3.00

26 前屏穿透角系数θv p1—查附图A-2 0.12

27 烟气流通截面F g m2(18.816-0.0413×6)×16 297.09

28 从炉膛进入前屏区的烟气流

份额

g1—9.449/13.356 0.7075

二、前屏过热器热力计算

前屏过热器热力计算的结果列于表4-10中。

表4-10 前屏热力计算

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果一、烟气参数

1 进口烟温?p1' ℃炉膛出口温度，查表4-7 1380

2 进口烟焓I p1' kJ/kg 炉膛出口烟焓，查表4-7 13946.4

3 出口烟温?p1'' ℃假设后校核1160

4 出口烟焓I p1'' kJ/kg 调用函数11468.1

5 烟气平均温度?av℃0.5（?p1'+?p1''）1270.0

6 烟气平均温度T1K ?av+273 1543.0

7 烟气放热量Q p1,g kJ/kg g1θ（I p1'-I p1''）1749.6

二、炉内直接辐射热

8 炉膛出口烟窗热有效系数ψout—炉膛结构计算，查表4-6 0.36

9 进入屏区炉膛出口热流q f" kW/m2ψoutεf synζ0T f"4119.63

10 炉膛出口截面积F abc m2炉膛设计，13.356×18.816 251.31

11 炉膛直接辐射热Q p,f" kJ/kg q f"F abc/B cal330.5

12 前屏区炉膛出口截面积F ab m2结构设计，9.449×18.816177.79

13

落到前屏区炉膛直接辐射热Q p1,f" kJ/kg F ab Q p,f"/F abc306.9 落到后屏区炉膛直接辐射热Q p2,f" kJ/kg Q p,f"-Q p1,f" 23.6

14 前屏区直接辐射中透过前屏区

落到后屏的辐射热

Q p1" kJ/kg Q p1.f"θv p,136.8

15 前屏区获得的炉膛直接辐射热Q p1kJ/kg Q p1,f"-Q p1" 270.1

16 其中，主受热面所得Q p1r kJ/kg r p Q p1164.7 顶棚受热面所得Q ce r kJ/kg r ce Q p124.0 前墙受热面所得Q fr r kJ/kg r fr Q p140.6 两侧墙受热面所得Q s r kJ/kg r s Q p140.8

三、屏区空间（烟气）穿透辐射

17 烟气辐射层有效厚度S m 结构计算，查表4-9 4.129

18 水蒸汽容积份额r H2O—烟气特性，查表4-3 0.1101 三原子气体总容积份额r g—烟气特性，查表4-3 0.2465 三原子气体减弱系数k g r g m-1式(3-19)，调用函数0.0897

19 灰粒平均直径d ashμm中速磨煤机12 烟气中飞灰浓度μash kg/kg 烟气特性，查表4-3 0.0312 灰粒辐射减弱系数k ashμash m-1式(3-20)，调用函数0.1630

20 烟气介质的吸收减弱系数k a m-1k g r g+k ashμash0.2527

21 烟气介质的光学密度η—k a S 1.043

22 烟气黑度εp—1-e-η0.648

23 烟气的综合黑度εsyn p—εp/(0.48k a s1εp+1) 0.535

24 屏空间热有效系数ψp,S—选取0.35

25 屏空间黑度εp,S syn—εp syn/(εp syn+(1-εp syn)ψp,S) 0.767

26 下一级获取屏空间辐射热有效

系数

ψ"p,S—选取0.34 前屏空间向后屏的穿透辐射热

流

q p1,S" kW/m2ψp,S''εp,S synζ0(?p1"+273)462.32

27

受热面出口处的截面积F out m2=F fr，结构计算301.06 前屏空间向后屏的穿透辐射热Q p1,S" kJ/kg q p1,S"F out/B cal206.2

四、前屏对流传热量的计算与校核

28 顶棚受热面对流吸热量Q ce c kJ/kg 假设后校核165.0 前墙和两侧墙受热面对流吸热

量

Q fr+s c kJ/kg 假设后校核440.0

29 附加受热面的对流吸热量Q c p,add kJ/kg Q ce c+Q fr+s c605.0

30 前屏受热面的对流吸热量Q p1c kJ/kg Q p1,g-Q c p,add-Q"p1,S938.4

31 前屏受热面的总吸热量ΣQ p1kJ/kg Q p1r+Q p1c1103.1

32 前屏过热器进口汽温t'p1℃假设后校核480

33 前屏过热器进口蒸汽焓i'p1kJ/kg 调用函数，p=26.9MPa 3052.0

34 前屏过热蒸汽流量D pl t/h D sh-D dsh1-D dsh21714

35 前屏过热器出口蒸汽焓i"p1kJ/kg i'+B calΣQ p1/(D pl/3.6) 3262.8

36 前屏过热器出口蒸汽温度t"p1℃调用函数，p=26.5MPa 532.6

37 前屏过热器平均汽温t av℃（t'p1+t''p1）/2 506.3

38 工质质量流速ρωkg/(m2·s) (D p1/3.6)/f 1636.1

39 受热面污染热阻R f m2·℃/W 选取0.0068

40 受热面灰污表面温度T2K t av+273+1000R f B calΣQ p1/H p1338.4

41 受热面黑度ε2—选取0.8

42 辐射热交换综合系数C syn—1/(1/εsyn p+1/ε2-1) 0.472

43 烟气对受热面辐射换热热流q R(1)kW/m2C syn(ζ0T14-ζ0T24) 78.00

44 烟气对受热面辐射换热热流q R(2)kW/m2ψp,sεp,S synζ0T1480.00

45 二者误差δq R% ≤±5%，说明ψp,s和R f选取合适 2.6

46 烟气辐射放热系数αr W/(m2·℃) 1000q R(1)/(T1-T2) 381.30

47 烟气容积V g Nm3/kg 烟气特性，查表4-3 6.149 烟气流通截面积F g m2结构计算，查表4-9 297.09 烟气流速W g m/s g1B cal V g T l/(273F g) 7.529

48 烟气运动黏度νg m2/s 调用函数 2.2710E-04

49 烟气导热系数λg W/(m·℃) 调用函数0.1321

50 烟气普朗特数Pr g—调用函数0.553

51 烟气雷诺数Re g—W g d/νg1369.29

52 烟气努塞尔数Nu g—0.26Re g0.6Pr g0.3715.91

53 烟气对流放热系数αc W/(m2·℃) Nu gλg/d 50.89

54

修正系数ξ—选取0.6 烟气侧放热系数α1W/(m2·℃) ξ(πdαc/(2s2x p)+αr) 273.43 55 传热系数K W/(m2·℃) α1/(1+(1+Q r p1/Q c p1)R fα1) 85.83

56 进口端差Δt1℃?'p1-t' 900.0 出口端差Δt2℃?"p1-t" 627.4 传热温压Δt℃式（3-65）755.5 前屏对流传热量Q p1c,tr kJ/kg 0.001KH pΔt/B cal921.0 计算误差δQ p1c% 允许误差±2% -1.9

五、附加受热面对流吸热量

57 分离器蒸汽温度t sep℃假设后校核440 顶棚受热面管内蒸汽温度t ce℃

分离器出口温度与前屏进口工

质温度的平均值

449 顶棚受热面传热温压Δt ce℃?av-t ce821.0 顶棚受热面对流传热量Q ce c,tr kJ/kg 0.001KF ceΔt ce/B cal137.7 顶棚受热面计算误差δQ ce% 允许误差±10% 2.0

58 前、侧墙受热面水冷壁蒸汽温度t fr+s℃稍低于分离器汽温420 前、侧墙受热面传热温压Δt fr+s℃?av-t fr+s850.0 前侧墙受热面对流传热量Q fr+s c,tr kJ/kg 0.001KF fr+sΔt fr+s/B cal483.9 前侧墙受热面计算误差δQ fr+s% 允许误差±10% 9.1

59 顶棚受热面总吸热量Q ce p1kJ/kg Q ce c+Q ce r189.0

60 前侧墙受热面总吸热量Q ww p1kJ/kg Q fr+s c+Q fr r+Q s r521.4

61 后屏区进口烟焓I p2' kJ/kg g1I"p1+g2I"f12193.0

62 后屏区进口烟温?p2' ℃调用函数1226.0

63 透过前屏区进入后屏区的总辐

射热

ΣQ p1" kJ/kg Q p1''+Q p1,S'' 243.0 第六节后屏过热器结构和热力计算

一、后屏过热器结构计算

根据后屏过热器结构图，计算后屏过热器结构数据，列于表4-11中。

表4-11 后屏结构计算

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

1 管子直径d×δmm 结构设计44.45*6.75

2 屏片数n1—结构设计20

3 每片屏管子数n2—结构设计21

5 管子总数Σn—n1×n2420

6 工质流通截面 f m2π/4×d i2×∑n 0.291

8 横向截距s1m 结构设计0.896

9 纵向截距s2m 结构设计0.054

10 系数s2/d —0.054/0.04445 1.21

11 主受热面的角系数x p—查图3-5 0.9

12 屏片最外圈管子的外轮廓

线所围成的平面面积

F p m2(16+0.022225)×(2.217+0.04445)×2×20 1449.34

13 计算受热面积H p m2F p x p1304.41

14 顶棚受热面积F ce m2(0.794+2.217+0.396)×18.816 64.11

15 侧墙受热面积F s m216×(0.794+2.217+0.396)×2 109.03

16 总受热面积∑H m2H p+F ce+F s1477.55

17 计算受热面积所占份额r p—H p/∑H 0.8828

18 顶棚受热面积所占份额r ce—F ce/∑H 0.0434

19 侧墙受热面积所占份额r s—F s/∑H 0.0738

20 受热面区总容积V p2m316×3.407×18.816 1025.70

21 受热面区总包围面积∑F m2H p+2F ce+F s+16×18.816×2 2143.77

22 烟气辐射层有效厚度S m 3.6V p2/∑F 1.722

23 系数L/s1—16/0.896 17.86

24 系数D/s1— 2.217/0.896 2.47

25 从炉膛出口到后屏出口的

穿透角系数

θv p,2—查附图A-2 0.14

26 系数L/D —16/2.217 7.22

27 系数s1/D —0.896/2.217 0.40

28 从后屏入口(前屏出口)到后

屏出口的穿透角系数

θp p2—查附图A-1 0.18

29 烟气流通截面积F g m2(18.816-0.04445×20)×(16-0.60/2) 281.45

30 从炉膛进入后屏区的烟气

流量份额

g2—1-g10.2925

二、后屏过热器热力计算

后屏过热器热力计算的结果列于表4-12中。

表4-12 后屏热力计算

序号名称符号单位计算公式或数据来源结果

一、烟气参数

1 进口烟温?p2' ℃前屏热力计算，查表4-10 1226.0

2 进口烟焓I p2' kJ/kg 前屏热力计算，查表4-10 12193.0

3 出口烟温?p2" ℃假设后校核1112

4 出口烟焓I p2" kJ/kg 调用函数10947.4

5 烟气平均温度?av℃0.5（?p2'+?p2"）1169.0

6 烟气平均温度T1K ?av+273 1442.0

7 烟气放出热量Q p2,g kJ/kg θ（I p2'-I p2"）1243.0

二、炉内直接辐射热

8 从前屏区进入后屏区的穿透辐

射

ΣQ p1" kJ/kg 前屏热力计算，查表4-10 243.0

9 从炉膛进入后屏区的直接辐射Q p2,f" kJ/kg 前屏热力计算，查表4-10 23.6

10 进入后屏区的外来总辐射热ΣQ p2' kJ/kg Q p2,f"+ΣQ p1" 266.6

11 透过后屏区进入高温再热器区

域的辐射热

Q p2" kJ/kg Q p2,f"θv p,2+ΣQ p1"θp p,247.0

12 后屏区吸收的外来辐射热Q p2kJ/kg ΣQ p2'-Q p2" 219.6

13 其中，主受热面所得Q p2r kJ/kg r p Q p2193.8 顶棚受热面所得Q ce r kJ/kg r ce Q p29.5 两侧墙受热面所得Q s r kJ/kg r s Q p216.2

三、屏区空间（烟气）穿透辐射

14 烟气辐射层有效厚度S m 结构计算，查表4-11 1.722

15 水蒸汽容积份额r H2O—烟气特性，查表4-3 0.1059 三原子气体总容积份额r g—烟气特性，查表4-3 0.2363 三原子气体减弱系数k g r g m-1式(3-19)，调用函数0.1530

16 灰粒平均直径d ashμm中速磨煤机12 烟气中飞灰浓度μash kg/kg 烟气特性，查表4-3 0.0312 灰分颗粒减弱系数k ashμash m-1式(3-20)，调用函数0.2261

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