循环流化床锅炉毕业设计说明书

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本科毕业设计说明书

65吨/时循环流化床锅炉的设计与计算

Design and calculation of circulating fluidized

bed boiler 65 t / h

性 质: □毕业设计 □毕业论文

教 学 院： 系 别： 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职 称： 起止日期：

xxxx 学 院 xxxxxxxx

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摘 要

本次的毕业设计的题目是65吨/小时循环流化床锅炉设计。设计本着锅炉运行的安全性和可靠性为首要设计特性的准则，综合考虑燃烧，传热，脱硫，烟气、空气、工质的动力特性以及受热面的磨损和腐蚀。保证锅炉的着火稳定性，炉膛内有足够的辐射热量，煤的燃尽程度，合理的烟气速度和排烟温度以及脱硫效率。同时，还要确保有一定的气密性以保证炉膛内进行微负压燃烧。

在整个设计过程中作为技术支持进行了热力计算、强度计算。其中热力计算包括炉膛、高温过热器、低温过热器、省煤器以及空气预热器。炉膛及尾部顶棚全部采用膜式壁结构，解决炉膛漏风问题；将全部过热器布置在尾部烟道内，使其运行更加可靠。为了提高分离器的分离效率和锅炉的结构紧凑，采用两个小直径高温旋风分离器。鉴于该锅炉为中压锅炉，所以采用钢管式省煤器，为降低低温腐蚀，便于维修，将空气预热器低温段与高温段隔开。

此外，利用CAD绘制锅炉总图、 炉墙砖砌图、锅筒展开图、锅炉本体图。 关键词：循环流化床锅炉；热力计算；强度计算

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Abstract

The topic of this graduation design is 65 t/h circulating fluidized bed boiler. Design in line with the boiler running safety and reliability as the primary design guidelines, the characteristic of consideration of combustion, heat transfer and desulfurization, flue gas, air, the dynamic performance of the working medium and the wear and corrosion of heat exchangers. Inside the boiler furnace fire stability enough heat radiation, the burning of coal, a reasonable speed and exhaust temperature and smoke desulfurization efficiency. At the same time, also make sure that there are certain air tightness to slightly negative pressure to ensure that the chamber of a stove or furnace combustion.

In the process of the whole design as a technical support for thermodynamic calculation, strength calculation. Thermodynamic calculation including furnace, high temperature superheater, low temperature superheater, economizer and air preheater. Furnace and the rear roof are all made of the diaphragm wall structure, solve the problem of air leakage of the chamber of a stove or furnace; All the superheater arrangement in the tail flue, make its operation more reliable. In order to improve the separation efficiency of separator and boiler structure is compact, high temperature cyclone separator with two small diameter. Given the boiler as the medium pressure boiler, so the economizer tube type, in order to reduce low temperature corrosion, easy maintenance, to separate air preheater of low-temperature and high temperature.

In addition, the use of CAD drawing general layout, boiler furnace wall brick figure, figure figure, boiler drum.

Keywords：Circulating fluidized bed boiler; Thermodynamic calculation. Strength calculation;

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目 录

摘 要 ........................................................................................................................................................ I Abstract ....................................................................................................................................................... II 目 录 ........................................................................................................................................................III 第1章 绪论 .......................................................................................................................................... - 5 - 第2章 锅炉结构与设计简介 ............................................................................................................. - 2 -

2.1循环流化床锅炉工作原理 .................................................................................................... - 2 - 2.2 锅炉基本特性 ......................................................................................................................... - 2 -

2.2.1锅炉规范 ...................................................................................................................... - 3 - 2.2.2燃料特性 ...................................................................................................................... - 3 - 2.2.3石灰石特性 .................................................................................................................. - 3 - 2.2.4管子特性 ...................................................................................................................... - 3 - 2.2.5主要经济技术指标 ...................................................................................................... - 4 - 2.2.6锅炉基本尺寸 .............................................................................................................. - 4 - 2.3 方案论证 ................................................................................................................................. - 4 - 2.4 锅炉结构简介 ........................................................................................................................ - 6 -

2.4.1锅筒及炉内设备 .......................................................................................................... - 6 - 2.4.2水冷壁 .......................................................................................................................... - 6 - 2.4.3燃烧设备 ...................................................................................................................... - 7 - 2.4.4过热器 .......................................................................................................................... - 9 - 2.4.5省煤器 .......................................................................................................................... - 9 - 2.4.6空气预热器 ................................................................................................................ - 10 - 2.4.7钢架及平台楼梯 ........................................................................................................ - 10 - 2.4.8炉墙及保温结构 ........................................................................................................ - 10 - 2.4.9锅炉阀门仪表及管道 ............................................................................................... - 11 - 2.5 本章小结 ............................................................................................................................... - 11 - 第3章 热力计算 ................................................................................................................................ - 12 -

3.1设计任务 ................................................................................................................................ - 12 - 3.2燃料特性 ................................................................................................................................ - 12 - 3.3辅助计算 ................................................................................................................................ - 12 -

3.3.1燃烧脱硫计算 ............................................................................................................ - 12 - 3.3.2脱硫工况时燃烧产物平均特性计算 ...................................................................... - 16 -

3.3.3锅炉热平衡及燃烧和石灰石消耗量计算 ............................................................... - 19 -

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3.4 炉膛设计及传热计算 .......................................................................................................... - 20 -

3.4.1炉膛结构特性计算 .................................................................................................... - 20 -

3.4.2炉膛传热计算 ............................................................................................................ - 21 - 3.5高温过热器设计及传热计算 .............................................................................................. - 24 -

3.5.1高温过热器结构计算 ............................................................................................... - 24 - 3.5.2高温过热器传热计算 ............................................................................................... - 25 - 3.6低温过热器设计及传热计算 .............................................................................................. - 27 -

3.6.1低温过热器结构计算 ............................................................................................... - 27 - 3.6.2低温过热器传热计算 ............................................................................................... - 27 - 3.7省煤器设计及传热计 ........................................................................................................... - 28 -

3.7.1省煤器结构计算 ........................................................................................................ - 28 - 3.7.2省煤器传热计算 ........................................................................................................ - 29 - 3.8空气预热器设计计算 ........................................................................................................... - 30 -

3.8.1空气预热器结构计算 ............................................................................................... - 30 - 3.8.2空气预热器传热计算 ............................................................................................... - 31 - 3.9热力计算结果汇总表 ........................................................................................................... - 32 - 3.10本章小结 .............................................................................................................................. - 33 - 第4章 强度计算 ................................................................................................................................ - 33 -

4.1锅筒强度校核计算 ............................................................................................................... - 34 -

4.1.1筒体最大未加强孔直径计算 ................................................................................... - 35 - 4.1.2孔加强的计算 ............................................................................................................ - 35 - 4.1.3相邻两孔互不影响最小节距计算 ........................................................................... - 36 - 4.1.4孔桥减弱系数计算 .................................................................................................... - 37 - 4.1.5锅筒筒体允许最小减弱系数计算 ........................................................................... - 37 - 4.1.6锅筒凸形封头强度校核计算 ................................................................................... - 38 - 4.2安全阀排放能力校核计算 .................................................................................................. - 39 - 4.3本章小结 ................................................................................................................................ - 39 - 结 论 ................................................................................................................................................... - 39 - 参考文献 .............................................................................................................................................. - 42 - 致 谢 ................................................................................................................................................... - 40 -

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第1章 绪论

随着能源设备的发展和利用，特别是锅炉这种将工质加热到一定的温度和压力的能源设备广泛应用，给环境造成了严重污染。尤其是以煤为主要燃料的锅炉燃烧排放出大量的灰渣、粉尘、二氧化硫和氮的氧化物等污染物，严重影响了生态环境。又由于煤、石油等化石燃料的不断开采而日渐枯竭，人们一直在努力寻找一种高效、低污染的燃烧方式以解决以上两个问题。

循环流化床燃烧技术是20世纪70年代发展起来的清洁燃烧技术，是解决燃烧煤而产生的污染问题的主要方法之一。此外，循环流化床燃烧还对不同性质的燃煤适应性强，适于燃烧低质煤等特点。在煤含硫量高时，还可以在燃煤中加入石灰石，在燃烧中低成本脱硫。而不必架设投资巨大的烟气脱硫设备。在循环流化床燃烧中，燃烧温度很低，空气又分级送入，燃烧中所产生的氮的氧化物很低，煤燃烧后所余下的灰渣活性强，便于生产水泥、制砖、化工等，用来综合利用，它是没有废弃物的燃烧方法。循环流化床燃烧技术具有一些层燃和煤粉燃烧等常规燃煤技术所不具备的特点。最突出的特点是：燃烧温度低，停留时间长，以及湍流混合强烈，这些优点给流化床燃烧带来一系列优点。除以上所述优点外，还具有燃烧强度大，床内传热能力强，负荷调节性能强，易于操作和维护等优点。由于上述诸多优点使得循环流化床燃烧技术特别适合我国的国情，在较短的时间内得到了迅速的发展和应用。

本次设计为65吨/小时循环流化床锅炉设计，无论是方案的选择论证，炉膛的选择，锅炉的整体布置，尾部受热面的型式和布置，分离器、回料器的设计等都经过仔细衡量，力求合理。热力计算，烟凤祖力计算，强度计算的数据力求精确，使整个设计力求完美。

由于水平有限，此次设计难免有错误之处，但是经过此次设计，在一定程度掌握了锅炉的一般设计计算方法，加强了理论知识与实践的结合，为以后走向工作岗位奠定了基础。

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第2章 锅炉结构与设计简介

2.1循环流化床锅炉工作原理

循环流化床燃煤锅炉基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃料为重要特征。固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧方式。但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程相比，颗粒在循环流化床燃烧室内的浓度远大于煤粉炉，并且存在显著地颗粒成团和床料的颗粒回混，颗粒与气体间的相对速度大，这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。

循环流化床锅炉的燃烧与烟风流程示意图见图1：

图1 循环流化床锅炉炉内燃烧与烟风系统

预热后的一次风（流化风）经风室由炉膛底部穿过布风板送入，使炉膛内的物料处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰性床料中燃烧。较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由飞灰分离装置分离收集，通过分离器下的回料管与飞灰回送器（返料器）送回炉膛循环燃烧；燃料在燃烧系统内完成燃烧和高温烟气向工质的部分热量传递过程。烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道，继续与受热面进行对流换热，最后排出锅炉。

在这种燃烧方式下，燃烧室密相区的温度水平受到燃煤过程中的高温结渣、低温结焦和最佳脱硫温度的限制，一般维持在850℃左右。这一温度范围也恰与最佳脱硫温度吻合。由于循环流化床锅炉较煤粉炉炉膛的温度水平低的特点，带来了低污染排放和避免燃煤过程中结渣等问题的优越性。

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2.2 锅炉基本特性

2.2.1锅炉规范

锅炉规范见表2-1。

表2-1 锅炉规范

型号 CFB65-3.82 2.2.2燃料特性

燃料特性见表2-2。

额定蒸发量 65t/h 过热蒸汽压力 3.82 MPa 过热蒸汽温度 450℃ 给水温度 105℃ 表2-2 燃料特性

符号 数值 碳 氢 氧 氮 硫 水分 灰分 挥发分 低位发热量 Qnet.ar Car Har Oar Nar Sar War Aar 43.10 Var 21.91 38.46 2.16 4.65 0.52 0.61 10.50 13536KJ/Kg 2.2.3石灰石特性

石灰石特性见表2-3。

表2-3 石灰石特性特性

符号 数值 2.2.4管子特性

管子特性见表2-4。

CaCO3含量 MgCO3含量 水分 灰分 ?CaCO3 97.32 ?MgCO3 0 Md 0.8 Ad 1.88 表2-4 管子特性

名称 符号 单位 水冷壁 高温过热器 管径×厚度 节距 横向 mm 80 105 排列及气流流向 DW?? mm 纵向 管子排烟气冲mm 列方式 刷方式 110 - 3 -

烟气与工质流向 交叉流 ?60?5 顺列 横向 ?42?3.5 xxxx学院本科毕业设计说明书

低温过热器 省煤器 空气预热器 下降管 蒸汽引出管 ?38?3.5 ?32?3　 95 90 60 102.5 60 40 顺列 错列 错列 横向 横向 纵向 交叉流 交叉流 交叉流 ?40?1.5 ?222?12　 ?102?5　 2.2.5主要经济技术指标

主要经济技术指标见表2-5。

表2-5 经济技术指标

锅炉效率?,％ 89.41 2.2.6锅炉基本尺寸 锅炉基本尺寸见表2-6。

排烟温度?py，℃ 140 燃料耗 B，㎏/s 4.389 给水温度 ℃ tgs，105 表2-6 锅炉尺寸

单位 数值 炉膛宽度 ㎜ 5620 炉膛深度 ㎜ 2810 锅筒中心高度 ㎜ 35673 长 ㎜ 锅炉外形尺寸 宽 ㎜ 12560 高 ㎜ 37400 23820 2.3 方案论证

本次设计的题目是65吨/小时循环流化床锅炉设计，属水管式中压自然循环锅炉，应以运行的安全性和可靠性作为其首要特性设计准则。而且在此前提下，充分发挥循环流化床燃烧技术的一系列优点，并且尽量避免或克服其本身存在的缺点，如锅炉本身耗电量大，飞灰含炭量偏高，受热面磨损及腐蚀严重等负面特性。因此在设计过程中，主要考虑的方面是炉膛内着火的稳定性及热流密度的横向均匀性，炉膛内有足够的传热量，煤的燃尽程度，合理的烟气流速和排烟温度，受热面的磨损问题，分离器的分离效率、物料的平衡以及锅炉的脱硫效率等。

本锅炉属于小型中压锅炉，受热面以蒸发受热面为主，其吸热量约占锅炉总吸热量的63.65%。在尾部烟道中布置有吸热量不多的过热器、钢管式省煤器和管式空气预热器，且过热器两级布置，过热器和省煤器的吸热量分别约占锅炉总吸热量的20.60%和15.75%。空气预

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热器用于预热燃烧用的空气，使得排烟温度降低到合理的温度值，减少排烟损失，提高锅炉效率，减少燃料消耗量。

由于锅炉容量不大，炉膛和尾部烟道中的受热面已经可以满足锅炉的吸热要求，无需布置其他受热面，并且为了获得高的分离效率，因此锅炉采用高温旋风分离器，而且不布置外置换热器，整个锅炉炉型采用M型布置。

循环流化床锅炉属于室燃炉，炉膛设计中应首先确定炉膛的截面热负荷，其容积热负荷在循环流化床锅炉中没有多大意义。而截面热负荷选择与运行风速的选择是相关的。循环流化床锅炉的运行风速是一个很重要的参数，一般运行风速为4-10m/s，运行风速提高会使炉子更为紧凑，截面热负荷相应增大，同时炉膛高度增加，磨损增加，锅炉造价，能耗都会增加。但运行风速过低则发挥不了流化床的优点，因此对每种燃料都具有最佳运行风速。对本次设计煤种运行风速为4.60m/s。截面热负荷一般在3-4MW/m2，在此风速下截面热负荷取3.57 W/m2。

对于床温得选择，要考虑锅炉结焦，燃烧效率，脱硫效率，NOx及N2O的排放量等问题，而且尽量避免煤中金属升华。当床温升高时，NOx排放量上升；当床温高于860℃时，床温升高，脱硫效率很快下降，而燃烧效率有所提高。因此床温应控制在850-900℃左右，一般不超过900℃。对于本次设计，床温取850℃。

在设计中，锅炉的排烟温度?py和热空气温度trk是首要和基本的。排烟温度低时，锅炉排烟热损失减少，热效率提高；但会使得受热面烟气侧与工质侧的温差降低，增加金属耗量。同时，排烟温度过低，会使烟气中的硫酸蒸汽低于受热面壁温，引起受热面低温腐蚀。对于该设计煤种特性全水分War为10.50%，锅炉容量65t/h，排烟温度选取为140℃。热空气温度的选择主要应保证燃料在锅炉内迅速着火。热空气温度过高对强化燃烧没有太大帮助，只要燃料能稳定燃烧，热空气温度不必太高，结合该煤种挥发分Var为21.91%，较易着火 ，热空气温度选取为200℃。

过量空气系数对循环流化床锅炉的运行影响较大，如果选择过小，则燃料不能充分燃烧，使机械部完全燃烧损失增加；如果选择过大，会增加排烟热损失。燃烧室中过量空气系数一般在1.1-1.2之间，因此，在本次设计中，炉膛出口的过量空气系数取1.2。

在循环流化床锅炉燃烧过程中，为降低NOx的排放和降低风机的能耗，将燃烧用空气分成一、二次风送入炉内。二次风率过大，对脱硝和降低能耗有利，一次风率过低，不能保证密相区颗粒正常流化，而且大颗粒燃料无法燃尽。在此次设计中，一、二次风配比为1:1，二次风单层送入，风速为30-50m/s，二次风入口位于距布风板4.10m处。

炉膛的尺寸主要包括炉膛的长、宽、高及截面收缩形式。炉膛横截面积在流化风速确定后已经确定，长宽比主要考虑二次风在炉内的穿透能力，深度一把不超过8m，长宽比在1:1至2:1都是正确的，对于本锅炉炉膛长宽比取2:1。炉膛高度在保证细粉燃尽度、蒸发受热面需求、返料机构料腿足够静压头以及锅炉设计压力下足够自然循环的前提下，尽可能降低炉膛高度，以减少锅炉造价。由于空气分一、二次风送入，为保证二次风口以下的流化风速，

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D[(1+Bd)(Aar/100)] 35 36 37 分离效率 灰循环倍率 分离器前飞灰份额 脱硫后的SO2排放浓度 脱硫效率 ?f an 设计值 0.99 57.23 57.81 — — — aD?f/（1-?f） a ?DSO2aDf+an （1.998Sar?104)?1?(?SO2.j/100(1?Bd）VyD（1-?SO2/?SO2）×100 D038 39 ?? 901.08 mg/kg 62.10 % ?SO 23.3.2脱硫工况时燃烧产物平均特性计算

3.3.2.1不同过量空气系数下燃烧产物的容积及成分 不同过量空气系数下燃烧产物的容积及成分见表3-5。

表3-5 烟气特性表 分离器前 符号 a=57.81 炉膛 平均过量空气系数 水蒸气容积 烟气总容积 RO2容积份额 H2O容积份额 分离器 分离器后 a=0.5781 高温过低温过热器 热器 空气省煤器 预热器 单位 名称 公式 ?pj (?+?)/2 '\1.2 1.2 1.2 1.2 1.21 1.235 — VDH2O0VDH2O?0.01610(?pj?1)VD 0.4367 0.4367 0.4367 0.4367 0.4373 0.4389 m3/kg DVHD2O?VRO2? 0VyD VDN2?(?pj? 4.8942 4.8942 4.8942 01)VD4.8942 4.9321 5.0270 m3/kg rRO2 DDVRO/V 0.1451 0.1451 0.1451 0.1451 0.1440 0.1413 y2— rH2O DVH/VyD 0.0892 0.0892 0.0892 0.0892 0.0885 0.0869 2O— - 16 -

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三原子气体容积份额 飞灰浓度 烟气重量 烟气密度 rq rRO2?rH2O 0.2343 0.2343 0.2343 0.2343 0.2325 0.2282 — ?fh D10Aara/VyD 5244.5 D1?Aar/100?52.44 52.44 52.44 52.04 51.06 g/m3 G 1.306?pjVk0 6.5012 6.5012 6.5012 6.5012 6.5507 6.6746 kg/kg ?fh G/VyD 1.3283 1.3283 1.3283 1.3283 1.3282 1.3278 kg/m3

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VDH20=0.4245 Iy= I0y +( α″-1) I0k 低温过省煤器 空预器 热器前 (Cθ)k× α″=1.2α″=1.23α″=1.25V0D 12 695.11 13 14 705.14 15 720.2 m3/kg kj/(kg℃) (Cθ)A α 0f /100 8 80.8 594.73 1206.78 1837.00 2487.06 169.1 263.8 360.1 458.5 560.2 662.4 767.0 875.0 983.9 1096.9 143.79 3834.89 170.02 4534.06 196.87 5253.22 224.59 5988.56 252.59 6719.90 281.55 7480.39 117.69 3155.25 92.43 67.71 43.40 20.74 132.3 501.88 9 10 11 (Cθ)A×Aa 3+5+7+9 (Cθ)k α 0f=0.5781 m3/kg ADar=44.4% I0y V0D=3.7935 5 389.52 150.7 304.4 462.6 626.3 794.7 337.35 410.58 486.99 566.96 646.94 732.26 817.54 967.2 1147.2 1335.6 1524.0 1725.0 1925.9 265.86 196.37 129.22 63.97 780.23 1176.05 1580.57 1992.60 2412.42 2839.45 3279.38 3731.62 4147.25 4636.09 6 7 266.3 1010.21 1408.82 1429.03 1459.33 402.8 1528.02 2142.60 2173.16 2219.01 541.8 2055.32 2898.12 2939.23 3000.89 684.1 2595.13 3674.28 3726.18 3804.03 829.8 3147.85 4464.46 4527.42 4621.85 979.7 3716.49 5277.36 5351.69 5463.18 1130.4 4288.17 6110.85 6196.62 6325.26 12881.2 4860.23 6960.61 7057.81 7203.62 1436.1 5447.85 7809.47 7918.43 8081.86 1595.2 6051.39 8690.67 8811.70 8993.24 表3-6 烟气焓温表

VDRO2=0.7101 V0DN2=3.0009 m3/kg m3/kg 温度 (Cθ)CO2 (Cθ)CO2 (Cθ) (Cθ)CN2 × (Cθ)H2O (Cθ)H2O N2×VDRO2 V0DN2 × VDH20 1 2 3 4 100 169.7 120.50 129.8 200 357.6 253.93 260.0 3.3.2.2不同过量空气系数燃烧产物的焓温表

300 558.9 396.87 391.9 不同过量空气系数下燃烧产物的焓温表见表3-6。

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400 772.0 548.20 526.7 500 996.5 797.61 664.0 600 122.5 868.10 803.9 700 1461.2 1037.60 946.2 800 1470.0 1210.01 1092.8 900 1951.0 1385.41 1243.5 1000 2202.3 1563.85 1390.0 1100 2457.7 1745.21 1544.9 xxxx学院本科毕业设计说明书

3.3.3锅炉热平衡及燃烧和石灰石消耗量计算 锅炉热平衡及燃料的计算见表3-7。

锅炉热平衡及燃料和石灰石的计算表3-7

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 可支配热量 排烟温度 排烟焓 冷空气温度 冷空气焓 脱硫工况时底灰含炭量 脱硫工况时底灰份额 脱硫工况时飞灰含炭量 脱硫工况时飞灰份额 固体不完全燃烧损失 底灰温度 灰焓 灰渣物理热损失 气体不完全燃烧损失 排烟损失 散热损失 锅炉机组热效率 保温系数 过热蒸汽出口焓 符号 D Qar单位 kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg % — % — 计算公式来源 见表3-4 设定 查焓温表3-6 数值 13322.8 140 1015.85 20 100.38 0.8 0.4220 3.0 0.5781 ?py Ipy tlk 0Ilk ?py?α\ky?1.25 给定 查焓温表3-6 试验数据 见表3-4 试验数据 见表3-4 D?ad（CdD）/(100?CdD)??{?DD??D??(afCf)/(100?Cf)?? DD33727Aar}/Qar?100íD D adCDf aDf 10 q4 td Ih q6 q3 % 2.39 11 12 13 ℃ kJ/kg % % td??l\ 查《循环流化床锅炉设计与计算》表8-2 DDDadIhAar/100Qar?100% 850 821.0 1.15 0.03 查《循环流化床锅炉设计与计算》表8-1 0D (Ipy??pyIlk)(100?q4)/Qar14 15 16 17 18 19 q2 q5 % % % — kJ/kg 6.52 0.5 89.41 0.994 3332.79 查《循环流化床锅炉设计与计算》图8-1 ?gl ? \ igr100??q 1?q5/(??q5) \pgr?3.82MPa，tgr?450℃ - 19 -

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20 饱和蒸汽焓 iBh kJ/kg pBh?4.402MPa，tBh?253.07℃ pbh?4.202 MPa，2799.07 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 饱和水焓 给水温度 给水焓 排污率 排污量 锅炉机组有效利用热量 脱硫工况时当量燃料消耗量 脱硫工况时计算燃料消耗量 脱硫工况时燃料消耗量 计算石灰石消耗量 石灰石消耗量 计算燃料当量消耗量 ibh kJ/kg ℃ kJ/kg % kg/s kJ/s kg/s kg/s kg/s kg/s kg/s kg/s tbh?253.07℃ 给定 1100.95 105 443.72 1 0.180556 52282.43 4.389 4.209 4.312 0.0774 0.0911 4.230 tgs igs ppw Dpw pgs?4.8323 MPa，tgs?105℃ 给定 D?ppw \D(igr?igs)?Dpw(ibh?igs) Qgl BD D100Qgl/(Qar?gl) Bdj 'BD/[100/(100?q4)?Bd] B Bcj BC d100Bdj/(100?q4) Bdj?Bd ''Bc100??CaCO3) j?100/(cBdj+Bj 'BDj 3.4 炉膛设计及传热计算

3.4.1炉膛结构特性计算

炉膛结构如图3-1所示。

炉膛结构计算见表3-8。

表3-8 炉膛结构计算

序号 名称 耐火层 符号 单位 计算公式来源 (0.4+3.1103+0.7)×2×1、密相区 计算受热面积 折算系数 5.62+(2.81+1.2) ×3.0+1.2×0.7×2+2.81×0.4×2 《循环流化床锅炉设计与计算》表7-1 数值 70.04 Hmn m2 ?mn Hmnj — 0.075 5.253 m2 - 20 -

Hmn×?mn

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膜式壁 折算系数 计算受热面积 2、稀相区 计算受热面积 3 4 传热周界比 炉膛计算受热面积 折算系数 膜式壁 折算系数 计算受热面积 耐火层 出口窗 Hmm m2 — （5.62+2.81）×2×4.5 《循环流化床锅炉设计与计算》表7-1 75.87 1 75.87 6.952 5.319 0.043 0.528 ?mm Hmm jHxn Hck m2 m m2 — 2Hmm×?mm 3.277×0.4×2+[0.4×1.138×2+0.4×(2.337+0.4×2)] ×2 2.337×1.138×2 《循环流化床锅炉设计与计算》表7-1 （Hxn+Hck）×?xn （20.296+2.831+20.641）×5.62+(20.296+20.641) ×2.81-(6.952+5.319) 《循环流化床锅炉设计与计算》表7-1 ?xn Hjxn Hxm m2 m2 — 348.733 ?xm Hjxm m 0.577 201.22 1.353 382.72 m2 — Hxm×?xm （44.12+20+44.12）/80 （Hj+HjmnmmHj m2 +Hj+ xmHxnj）×m °稀相区×密相区°风室图3-1 炉膛结构简图

- 21 -

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3.4.2炉膛传热计算

炉膛传热计算见表3-9。

表3-9 炉膛传热计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 可支配热量 气体不完全燃烧损失 固体不完全燃烧损失 灰渣物理热损失 热空气温度 热空气焓 炉膛出口过量空气系数 冷空气温度 冷空气焓 符号 单位 计算公式或来源 见表 3-7 见表 3-7 见表 3-7 见表 3-7 给定 查表3-6 见表 3-3 给定 查焓温表3-6 2?z'?[DB数值 13322.8 0.03 2.39 1.15 200 1010.21 1.2 20 100.38 D KJ/kg Qarq3 % % % ℃ q4 q6 trk Irk KJ/kg ?\l — ℃ kJ/kg tlk 0Ilk 273?t0273??z010 回料器进口过量空气系数 (ws?wsh)]/0.013 ?z' — (3600BjV) 11 12 给料系统进口过量空气系数 炉膛进口过量系数 锅炉有效热量 炉膛出口烟气温度 炉膛出口烟气焓 循环灰量 计算燃料当量消耗量 当量烟气体积 炉膛截面积 ' ?g— — 设定 ''?\l-?z-?g 0.087 1.1 ?l' 13 l KJ/kg QyxD×（100-q3-q4-q6）（/100-q4）Qar+?Irk+（?+?）I 假定 查表3-6 'l'z'g0lk14283.17 14 15 16 17 18 19 ?l\ Il\ Bs ℃ KJ/kg Kg/s kg/s 850 6536.73 104.34 4.230 4.8942 15.79 Aar anBDj见表3-7 见表3-5 2.81×5.62 BDj VyD m3/kg F m2 - 22 -

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20 炉膛截面烟气流速 床对流放热系数 水冷壁管外壁温度 工质温度 管内外壁平均温度 材料导热系数 管外径 管内径 吸收率 wy m/s KJ/(m2.s?℃\VyDBDj（273+?l）/（273F） 5.393 21 ?k tgb tgz tgb ℃ ℃ ℃ KJ/(m2.s查《循环流流化床锅炉设计与计算》0.0881944 图7-2 假定 取pbh?4.202 MPa时饱和温度 （tgb+tgz）/2 管材：20g,由tgb查表 给定 给定 由tgb,?l??l查《循环流化床锅炉设计与计算》图7-2 \22 23 24 263 253.07 258.035 25 26 27 28 ? d1 d2 ?℃0.04774 0.06 0.05 0.40576 m m KJ/(m2.s?℃a ?h ? K管 t 'gb29 床辐射放热系数 KJ/(m2.s?℃2?0a(Tl2?Tgb)(Tl?Tgb) 0.060137 30 床总放热系数 床密相区对管传热系数 KJ/(m2.s?℃?k+?h ?（?l-tgb）/(?l-tgz) K管d1[ln(d1/d2)/(2?)](?l-0.146837 31 0.144394 ℃ ℃ 32 管外壁计算温度 33 34 35 36 37 38 误差 鳍高 鳍厚 鳍端温度 鳍片平均温度 吸收率 tgz)+tgz │tgb-tgb│=0.05<0.5℃ 给定 给定 假定 （tqd+tgb）/2 由tqd,?l??l查《循环流化床锅炉设计与计算》图7-2 \262.9456 合格 0.01 0.006 278 270.475 0.40965 ? h 'm m ℃ ℃ — KJ/(m2.s?℃? tqd tq a ?h 39 床辐射放热系数 ?0a(Tl2?Tq2)(Tl?Tq) 0.061304 - 23 -

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KJ/(m2.s40 床总放热系数 ? ?℃ 41 材料导热系数 KJ/(m2.s?℃?k+?h 0.148004 ? m 材料：20g,由tq查表 0.047241 42 43 44 45 46 47 鳍片m值 鳍基温度差 鳍端温度差 鳍端计算温度 误差 床密相区对鳍片传热系数 炉膛膜式水冷壁平均传热系数 炉膛计算受热面积 炉膛膜式水冷壁传热温差 保温系数 膜式壁吸热量 1kg燃料燃烧向炉53 膛受热面内工质传热量 54 误差 m?1 ℃ ℃ ℃ ℃ KJ/(m2.s?℃'?（/?? ?l-tgb ?l-tqd或?1/cosh(mh) ?l-?2 │tq-tqd│=0.05<0.5℃ 22.85082 587.05 572.0498 277.95 合格 0.143689 ?1 ?2 ' tq? K鳍 Km KJ/(m2.s?℃?（?l-tq）/(?l-tgz) (K管s+K鳍B鳍)/(S+B鳍) S=88.24mm，B鳍=20mm 见表3-8 48 0.144264 59 50 51 52 Hj ?t m2 ℃ — 382.72 596.93 0.994 7791.60 ?l-tgz 见表3-7 ? Qlm kJ/kg QlR kJ/kg KmHj?t/BDj l\-Il） ?（Qyx7779.48 e % (QlR?Qlm)/QlR×100%=0.15%<2% 合格 3.5高温过热器设计及传热计算

3.5.1高温过热器结构计算

高温过热器结构计算见表3-10。

表3-10 高温过热器结构计算

序号 1 2 3 名称 管子规格 横向节距 纵向节距 符号 单位 mm 计算公式来源 给定 给定 设定 设定 - 24 - 数值 42 3.5 105 60 d ? s1 mm mm mm xxxx学院本科毕业设计说明书

s2 4 5 7 8 9 10 11 横向相对节距 纵向相对节距 横向管排数 纵向管排数 平均管长 受热面积 蒸汽流通面 烟气流通面积 mm mm — — — — 设定 平均值（60+160）/2 160 110 2.5 2.619 40 16 2.4 202.67 0.07693 7.044 ?1 ?2 Z1 Z2 l H f Fy s1/d s2/d 设定 设定 设定 m m2 m2 m2 ?dZ1Z2l ?dn2n/4 4.26×2.6-dZ1l 3.5.2高温过热器传热计算

高温过热器传热计算见表3-11。

表3-11 高温过热器传热计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 名称 入口烟温 入口烟焓 蒸汽出口温度 蒸汽出口焓 蒸汽入口温度 蒸汽入口焓 蒸汽吸热量 顶棚管吸热量 烟气放热量 烟气出口焓 烟气出口温度 平均烟温 烟气容积 水蒸气容积份额 三原子气体容积份额 烟气密度 飞灰浓度 飞灰颗粒平均直径 烟气流速 符号 单位 计算公式或来源 见表 3-9 见表 3-9 给定 见表3-7 假设 查水蒸气性质表P=4.01MPa 数值 850 6535.73 450 3332.79 352.5 3100.46 991.70 120 1111.70 5417.32 716.79 783.40 4.8942 0.0892 0.2343 1.3283 0.05244 13 11.37 ℃ ?? I? kJ/kg ℃ t?? i?? t? kJ/kg ℃ kJ/kg kJ/kg i? Qq Q1 D?103(i??-i?)/BDj 假定 kJ/kg kJ/kg kJ/kg ℃ ℃ m3/kg — — kg/m3 kg/m3 Qy I?? Qq+Q1 0 I?-Qy/?+??Ilk??? ? VyD 查表 3-6 （??+???）/2 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 经验值 DBDVjy(?+273)/(273Fy) \\\\rH2O \rq ?y ?fh dfh ?m m/s - 25 -

wy

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20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 烟气对流放热系数 蒸汽平均温度 蒸汽比容 蒸汽流速 蒸汽侧放热系数 热有效性系数 传热系数 较大顺流温压 较小顺流温压 顺流平均温压 传热量 误差 ?d t v wq w/(m2 ?℃查《锅炉原理及计算》第三版 图12-6 (t?+t??)/2 查水蒸气性质表P=3.915MPa 77.42 401.25 0.07575 17.78 854.40 0.79 56.08 497.50 266.79 370.24 994.81 0.31 15.17 596.93 56.08 120.05 0.04 1114.86 0.28 0.80 ±2 2799.07 0.60 2828.15 258.59 ℃ m3/kg m/s w/(m2 ?℃Dv/f 查《锅炉原理及计算》第三版 图12-16 查《锅炉原理及计算》第三版 表12-7 ?2 ? K ?td ?tx — w/(m2 ?℃??d?2/ (?d+?2) ??-t? ℃ ℃ ℃ kJ/kg ???-t?? (?td-?tx)/ln(?td/?tx) ?t Q K?tH/(1000BDj) │(Qq-Q)/Qq│×100% e H1? % m2 ℃ w/(m2 ?℃?dndpldp ??-tBh 取主受热面K 32 顶棚管受热面传热量 ?t K Q1? kJ/kg % kJ/kg % % — kJ/kg kg/s kJ/kg ℃ K?tH1?/(1000BDj) ?)/Q1│×100% │(Q1-Q133 34 35 36 37 38 39 40 41 误差 总传热量 误差 主过热器热量误差 允许误差 汽包出口蒸汽焓 喷水减温装置水流量 顶棚管出口蒸汽焓 顶棚管出口蒸汽温度 e Q? Q+Q1? │(Qy-Q?)/Qy│×100% e ?e % Qy-Q?Q1'Qy-Q1'— ?100% iBh 查表3-7 假定 ?D id iBh+Q1?BDj/(D-?D) 查水蒸气性质表P=4.202MPa td - 26 -

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3.6低温过热器设计及传热计算

3.6.1低温过热器结构计算

低温过热器结构计算见表3-12。

表3-12 低温过热器结构计算

序号 1 2 3 4 5 7 8 10 11 名称 管子规格 横向节距 纵向节距 横向相对节距 纵向相对节距 横向管排数 纵向管排数 平均管长 受热面积 蒸汽流通面 烟气流通面积 符号 单位 mm 计算公式来源 给定 给定 设定 设定 设定 平均值（55+150）/2 数值 38 3.5 95 55 150 102.5 2.5 2.697 44 30 2.4 365.59 0.06642 7.0632 d ? s1 s2 mm mm mm mm mm — — — — m ?1 ?2 Z1 Z2 l H f Fy s1/d s2/d 设定 设定 设定 m2 m2 m2 ?dZ1(Z2-1)l ?dn2n/4 4.26×2.6-dZ1l 3.6.2低温过热器传热计算

低温过热器传热计算见表3-13。

表3-13 低温过热器传热计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 入口烟温 入口烟焓 蒸汽入口温度 蒸汽入口焓 减温水量 减温水焓 高温过热器入口蒸汽焓 低温过热器蒸汽出口焓 低温过热器蒸汽出口温度 蒸汽吸热量 符号 单位 计算公式或来源 见表 3-11 见表 3-11 见表 3-11 见表 3-11 见表 3-11 见表3-7 见表 3-11 (iⅡD-?Dibh)/(D-?D) 查水蒸气性质表P=4.01MPa 数值 716.79 5417.30 258.59 2828.18 0.60 1100.95 3100.46 3169.19 380.72 1407.34 ℃ ?? I? kJ/kg t? ℃ i? kJ/kg kg/s kJ/kg kJ/kg kJ/kg ℃ kJ/kg ?D ibh iⅡ i?? t?? Qq D?103(i??-i?)/BDj - 27 -

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11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 烟气出口焓 烟气出口温度 平均烟温 烟气容积 水蒸气容积份额 三原子气体容积份额 烟气密度 飞灰浓度 飞灰颗粒平均直径 烟气流速 烟气对流放热系数 蒸汽平均温度 蒸汽比容 蒸汽流速 蒸汽侧放热系数 热有效性系数 传热系数 较大顺流温压 较小顺流温压 顺流平均温压 传热量 误差 允许误差 I?? kJ/kg ℃ ℃ m3/kg — — kg/m3 kg/m3 0 I?-Qy/?+??Ilk5417.32 541.41 629.10 4.8942 0.0892 0.2343 1.3283 0.05244 13 9.69 71.78 319.655 0.06047 16.44 1237.50 0.78 52.92 336.07 282.82 308.68 1411.83 0.32 ±2 ??? ? VyD 查表 3-6 （??+???）/2 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 见表3-5 (?=1.2) 经验值 DBDjVy(?+273)/(273Fy) \\\rH2O rq \?y ?fh dfh \?m m/s w/(m2 ?℃wy ?d t v wq 查《锅炉原理及计算》第三版图12-6 (t?+t??)/2 查水蒸气性质表P=4.106MPa ℃ m3/kg m/s w/(m2 ?℃Dv/f 查《锅炉原理及计算》第三版图12-16 查《锅炉原理及计算》第三版表12-7 ?2 ? K ?td ?tx — w/(m2 ?℃??d?2/ (?d+?2) ??-t? ℃ ℃ ℃ kJ/kg % — ???-t?? (?td-?tx)/ln(?td/?tx) ?t Q K?tH/(1000BDj) │(Qq-Q)/Qq│×100% — e % 3.7省煤器设计及传热计

3.7.1省煤器结构计算

省煤器结构计算见表3-14。

表3-14 省煤器结构计算

序号 1 名称 管子规格 符号 单位 mm - 28 -

计算公式来源 给定 数值 32 d xxxx学院本科毕业设计说明书

? 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 横向节距 纵向节距 横向相对节距 纵向相对节距 横向管排数 平均横向管排数 纵向管排数 并联管数 管子弯曲半径 烟道宽度 每排管长 烟道深度 受热面布置管长 防最上面排管长 15 磨靠墙各排管长 板进出口穿墙区 弯头 处 有效受热面管长 受热面积 水流通面积 烟气流通面积 s1 s2 ?1 mm mm mm — — — — — — — 给定 设定 设定 3 90 60 2.8125 1.875 24 23 23.5 52 47 60 4.26 4.02 2.19 5133.92 188.94 402.00 14.10 221.48 4734.76 475.99 0.02495 6.216 ?2 Z双 Z单 Z1 Z2 s1/d s2/d 设定 设定 (Z单+Z双)/2 设定 n R a Z单+Z双 16 17 18 19 lg b lb l1 l2 l3 l4 l H Fs mm m m m m m m m m m m2 m2 m2 s2 设定 a-2×0.12 (Z单s1+2×60)/1000 Z1Z2lg+n?R(Z2-2)/2 nlg 2(Z2-2) lg 2n×0.15 n?R(Z2/2-1) lb-(l1+l2+l4)/2+l3/2 ?dl ?dn2n/4 ab-Z1d(lg+2R) Fy 3.7.2省煤器传热计算

省煤器传热计算见表3-15。

表3-15 省煤器传热计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 入口烟温 入口烟焓 省煤器吸热量 给水温度 给水焓 汽包出口蒸汽汽化潜热 减温水放热量 水实际入口焓 符号 单位 ℃ kJ/kg kJ/s ℃ kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg - 29 -

计算公式或来源 见表 3-13 见表 3-13 数值 541.41 4001.47 8914.03 105 443.72 1698.17 55.87 499.59 ?? I? BDjQsmQgl?BDj(Ql?Qgr1?Qgr2) 给定 见表 3-7 查水蒸气性质表P=4.202MPa tgs igs r Qw i? ?Dr/（D+Dpw） igs+Qw xxxx学院本科毕业设计说明书

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 水入口温度 水出口焓 水出口温度 水沸腾度 水吸热量 烟气出口焓 烟气出口温度 平均烟温 烟气容积 水蒸气容积份额 三原子气体容积份额 烟气密度 飞灰浓度 飞灰颗粒平均直径 烟气流速 烟气对流放热系数 平均水温 水比容 水流速 传热系数 较大顺流温压 较小顺流温压 顺流平均温压 传热量 误差 允许误差 t? i?? t?? ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg kJ/kg ℃ ℃ m3/kg — — kg/m3 kg/m3 查水蒸气性质表P=4.8323MPa 118.24 948.92 220.60 0 1937.12 2052.46 283.78 412.595 4.9321 0.0885 0.2325 1.3282 0.05204 13 8.43 i?+BDjQsm/（D+Dpw） 查水蒸气性质表P=4.202MPa x Qs ibh-i??=1100.95-948.92=152.03 （D+Dpw）(i??-i?)/Bj 0 I?-Qs/?+??IlkDI?? ??? ? VyD 查表 3-6 （??+???）/2 见表3-5 (?=1.22) 见表3-5 (?=1.22) 见表3-5 (?=1.22) 见表3-5 (?=1.22) 见表3-5 (?=1.22) 经验值 DBDjVy(?+273)/(273Fy) \\rH2O rq \?y ?fh dfh \\?m m/s w/(m2 ?℃wy ?d t v ws 查《锅炉原理及计算》第三版图12-7 82.5944 (t?+t??)/2 查水蒸气性质表P=4.5201MPa （D+Dpw）v/Fs 169.42 0.001111 0.812 73.22 320.81 165.54 234.68 1933.58 0.18 ±2 ℃ m3/kg m/s w/(m2 ?℃K ?td ?tx ?d/ (1+?d?) ℃ ℃ ℃ kJ/kg % — ??-t?? ???-t? (?td-?tx)/ln(?td/?tx) ?t Q K?tH/(1000BDj) │(Qs-Q)/Qs│×100% — e % 3.8空气预热器设计计算

3.8.1空气预热器结构计算

空气预热器结构计算见表3-16。

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表3-16 空气预热器结构计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 名称 管子规格 横向节距 纵向节距 横向相对节距 纵向相对节距 横向管排数 纵向管排数 管子根数 烟道宽度 烟道深度 管箱距离 管箱高度 受热面积 空气流通面 烟气流通面积 符号 d 单位 mm 计算公式来源 给定 给定 设定 设定 数值 40 1.5 60 40 1.5 1 63 56 3528 4.26 2.28 75 3 2560.30 4.77 3.793 ? s1 s2 ?1 mm mm mm — — — — — ?2 Z1 Z2 n a b e l H Fk s1/d s2/d 设定 设定 m m mm m Z1Z2 设定 [(Z2-1) s2+2×40]/1000 设定 设定 Fy m2 m2 m2 ?dpjnl×2 (a-Z1d-2e)l ?dn2n/4 3.8.2空气预热器传热计算

空气预热器传热计算见表3-17。

表3-17 空气预热器传热计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 入口烟温 入口烟焓 空气入口温度 空气入口焓 空气出口温度 空气出口焓 空气平均温度 空气平均焓 出口过量空气系数 符号 单位 计算公式或来源 见表 3-15 见表 3-15 给定 查表3-6 给定 查表3-6 (t?+t??)/2 (i?+i??)/2 数值 283.78 2052.46 20 100.38 200 1010.21 110 555.295 1.1 1014.46 1048.54 144.42 214.1 5.027 ℃ ?? I? kJ/kg t? i? t?? i?? t ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg — kJ/kg kJ/kg ℃ ℃ m3/kg - 31 -

i ?? ?kyQk ?l?????l???jl ??+??/2) (i??-i?) (?kyI?-Qk/?+??i 查表 3-6 （??+???）/2 见表3-5 (?=1.25) \10 空气吸热量 11 12 13 14 烟气出口焓 烟气出口温度 平均烟温 烟气容积 I?? ??? ? VyD xxxx学院本科毕业设计说明书

15 16 17 18 19 20 烟气密度 飞灰浓度 烟气流速 相对管长 水蒸气容积份额 烟气侧对流放热系数 空气流速 ?y kg/m3 kg/m3 见表3-5 (?=1.25) 见表3-5 (?=1.25) DBDjVy(?+273)/(273Fy) \\1.3278 0.05106 10.56 64.865 0.0869 34.08 ?fh wy l/dn m/s — — w/(m2 ?℃l/dn 见表3-5 (?=1.25) 查《锅炉原理及计算》第三版图12-8 \rH2O ?y wk 21 m/s w/(m2 ?℃??+??/2) ×(?kyBVDjDy(t+273)/(273Fk) 5.26 63.08 0.79 17.26 83.78 124.42 102.764 180 139.36 0.5283 1.2916 0.94 96.60 1009.18 0.53 ±2 22 空气侧放热系数 ?k 查《锅炉原理及计算》第三版图12-7 查《锅炉原理及计算》第三版图12-9 23 利用系数 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 31 32 33 传热系数 入口温压 出口温压 逆流温压 大温降 小温降 参数 参数 温压修正系数 温压 传热量 误差 允许误差 ? K ?tx ?td ?tnl — w/(m2 ?℃??y?k/ (?y+?k) ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ — — — ℃ kJ/kg % — ??-t?? ???-t? (?td-?tx)/ln(?td/?tx) ?d t??-t? ?x P R ???-?? ?x/（??-t?） ?d/?x 查《锅炉原理及计算》第三版图12-4 ? ?t Q ??tnl K?tH/(1000BDj) │(Qk-Q)/Qk│×100% — e % 3.9热力计算结果汇总表

热力计算汇总见表3-18。

表3-18 热力计算汇总

序号 1 2 3 名称 烟气入口温度 烟出口温度 介质进口温度 符号 单位 炉膛 高温过热器 850 716.79 352.5 低温过热器 716.79 541.41 258.59 省煤器 541.41 283.78 118.24 空气预热器 283.78 144.42 20 ?? ℃ ℃ ℃ — 850 253.07 - 32 - ??? t? xxxx学院本科毕业设计说明书

4 5 6 7 8 9 10 11 介质出口温度 介质平均流速 烟气平均速 平均温压 传热系数 受热面积 附加受热面积 总传热量 t?? w ℃ 253.07 450 17.78 11.37 370.24 56.08 202.67 15.17 380.72 16.44 9.69 308.68 52.92 365.59 220.60 0.812 8.43 234.68 73.22 200 5.26 10.56 96.6 17.26 m/s ℃ w/(m2?℃— — — — — — wy m/s ?t K H H1 Q m2 m2 475.99 2560.30 — — — kJ/kg 7791.60 1114.86 1411.83 1933.58 1009.18 arQD??(Ql?Qgr1?Qgr2?Qsm)(1?12 锅炉热平衡 ?Q Q!arD=0.35%<0.5%，合格。 q4)100?100% 3.10本章小结

本章主要对整个锅炉的热力进行了计算。在辅助计算中对有脱硫工况是作了脱硫效率计算，空气平衡、燃烧产物特性及焓温计算，以及锅炉热平衡及燃料何石灰石消耗量计算。然后根据烟气走向对锅炉各个部分作了具体的结构设计和传热计算，包括炉膛结构特性及传热计算，高温过热器结构及传热计算，低温过热器结构及传热计算，省煤器和空气预热器的结构设计及传热计算。最后进行热力计算汇总和校核。

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第4章 强度计算

4.1锅筒强度校核计算

锅筒展开图和下降管接头图见图4-1和图4-2。

ⅠⅡⅢⅣⅠ

图4-1 锅筒展开图

图4-2 集中下降管接头图

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4.1.1筒体最大未加强孔直径计算

筒体最大未加强孔直径计算见表4-1。 表4-1 筒体最大未加强孔直径计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 名称 锅筒计算压力 锅筒绝对压力 饱和温度 锅筒计算壁温 基本许用应力 修正系数 许用应力 锅筒筒体壁厚 腐蚀减薄量 工艺减薄量 附加壁厚 锅筒筒体有效壁厚 锅筒内径 系数 符号 单位 MPa MPa ℃ ℃ MPa — MPa mm mm mm mm mm mm — — mm 计算公式及来源 给定 数值 4.202 4.302 253.07 253.07 124.39 1.0 124.39 42 0.5 3 3.5 38.5 1400 0.625 53900 200 P P? tbh P+0.1 查水蒸气性质表 tbj tbj=tbh 锅筒材料为20g，查《锅炉原理及计算》表19-2 查《锅炉原理及计算》表19-1 ???j ? ??? S C1 C2 ????j 设定 取用 查《锅炉原理及计算》表19-7 C C1+C2 Sy Dn S-C 给定 k — PDn/(2?σ??P)Sy 1400×38.5 查《锅炉原理及计算》图19-15 DnSy 最大未加强孔直径 ?d? 4.1.2孔加强的计算

孔的加强计算见表4-2。

表4-2 孔的加强计算

序号 1 2 名称 管接头焊脚高度 焊缝面积 符号 单位 mm 计算公式及来源 设定 数值 25 1250 e F1 mm2 2e2 - 35 -

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3 4 5 管接头壁厚 管接头内径 S1 dn — mm mm — 给定 给定 30/222 由于S1/dn<0.19,故取30 222 0.135 S1/dn 有效加强高度 6 h h1 mm h=2.5S1和2.5S中较小值 给定 关节透车削而成，不考虑附加壁厚 75 7 8 9 10 11 12 13 管接头插入筒体深度 管接头附加壁厚 管接头有效壁厚 管接头许用应力 工作压力 管接头理论壁厚 管接头承受内压外的多余面积 锅筒筒体不考虑孔排减弱的理论壁厚 锅筒筒体承受内压外的多余壁厚 筒体在理论壁厚开孔去掉的面积 起加强作用的面积 在孔四分之一孔径范围内的加强面积 mm mm mm MPa MPa mm 30 0 30 124.39 4.202 3.81 5728.5 C1 Sy1 S1-C1 与汽包筒体材料及计算壁温相同 给定 ???1 P S01 Pdn/(2?σ?1?P) F2 S0 F3 mm2 mm 2h（Sy1-S01）+2h1Sy1 PDn/(2?σ??P) 14 24.05 15 mm2 dn（Sy-S0） dnS0 3207.9 16 17 18 F F mm2 mm2 mm2 5339.1 10186.4 8582.45 F1+F2+F3 F1+F2+F3/2 F1 校核： （1）F1+F2+F3>F，10186.4>5339.1。 （2）F1+F2+F3/2>2F/3，8582.45>3559.4。 集中下降管孔强度合格。

4.1.3相邻两孔互不影响最小节距计算

相邻两孔互不影响最小节距计算见表4-3。

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表4-3 相邻两孔互不影响最小节距计算

序号 1 2 3 4 名称 孔直径 锅筒筒体内径 锅筒筒体壁厚 相邻两孔互不影响最小节距 符号 单位 mm mm mm mm 计算公式及来源 给定 给定 给定 数值 102 1400 42 594.20 dn Dn S t0 dn+2（S?D）S

4.1.4孔桥减弱系数计算

孔桥减弱系数计算见表4-4。

表4-4 孔桥减弱系数计算

序号 名称 符号 单位 计算公式及来源 数值 Ⅱ-Ⅲ象限孔桥减弱系数 1 2 3 4 5 系数 系数 斜向节距 斜向孔桥减弱系数 斜向孔桥当量减弱系数 n K t?? — — mm — — b/a 0.7732 1.3728 490.44 0.792 1.087 1/1?0.75/(1?n2) a2?b2 (t??-d)/ t?? ??? ?d K??? Ⅳ-Ⅰ象限孔桥减弱系数 1 纵向孔桥减弱系数 ? — (450-102)/450 0.773 4.1.5锅筒筒体允许最小减弱系数计算

锅筒筒体允许最小减弱系数计算见表4-5。

表4-5 锅筒筒体允许最小减弱系数计算

序号 1 名称 锅筒筒体允许最小减弱系数 符号 单位 — 计算公式及来源 数值 0.631 ??? P(Dn?Sy)/(2???Sy) 校核： （1）Ⅰ-Ⅱ象限、Ⅲ-Ⅳ象限孔间距均大于t0，故不考虑孔排减弱。 （2）Ⅱ-Ⅲ象限、Ⅳ-Ⅰ象限孔桥减弱系数均大于???。 锅筒筒体孔桥强度合格。

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4.1.6锅筒凸形封头强度校核计算

锅筒凸形封头强度校核计算见表4-6。 表4-6 锅筒凸形封头强度校核计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 计算压力 内径 介质温度 计算壁温 基本许用应力 修正系数 许用应力 人孔最大尺寸 封头减弱系数 封头内高度 符号 单位 计算公式及来源 给定 给定 按锅筒介质温度 数值 4.202 1400 253.07 253.07 124.39 1.0 124.39 425 0.6964 350 P Dn tbh MPa mm ℃ ℃ MPa — MPa mm — mm tbj tbj=tbh 锅筒材料为20g，查《锅炉原理及计算》表19-2 查《锅炉原理及计算》表19-1 ???j ? ??? d ????j 给定 1-d/Dn 给定 ? hn 11 12 13 14 形状系数 封头壁厚 封头附加壁厚 封头有效壁厚 封头最高允许工作压力 封头理论壁厚 Y S C — mm mm mm ?Dn2?2?()?/6 ?2hn??给定 1.0 42 4.14 37.86 hn/Dn=0.25<0.35,q取C=0.09S Sy S-C 2Sy????YDn?Sy 15 ?P? SL MPa 4.56 16 mm PDnY 2?????P34.80 校核： （1）凸形封头的计算压力小于最高工作压力，即P

（2）几何参数校核：hn?350?0.25?0.2；SL?34.80?0.0248?0.1 ；

Dn1400Dn1400- 38 -

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d425??0.304?0.6。 Dn1400

4.2安全阀排放能力校核计算

安全阀排放能力校核计算见表4-7。

表4-7 安全阀排放能力校核计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 额定蒸发量 计算压力 安全阀始启压力 安全阀数量 安全阀喉径 安全阀排气面积 安全阀提升高度 排放系数 蒸汽比容修正系数 排气能力 符号 单位 kg/h MPa MPa — mm 计算公式及来源 给定 按锅筒压力值 1.04P 设计选取 设计选取 2（?d2/4） 设计选取 数值 65000 4.202 4.37 2 60 10053.08 30 0.235 1 103619.13 D P ps n d A h C mm2 mm — — kg/h h?d/4时， 按饱和蒸汽 K E CA(10.2P+1) K 校核： 安全阀排气能力大于锅炉额定蒸发量，即E >D，合格。

4.3本章小结

表4-8 强度计算汇总

序号 1 2 3 4 名称 锅体最大未加强直径 孔四分之一孔径范围内加强面积 相邻两孔互不影响最小节距 封头厚度 符号 单位 数值 200 8582.45 594.20 42 ?d? F1 t0 S mm mm2 mm mm - 39 -

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结 论

在这篇论文中，基于任务书所给定的参数以及一些经验数值，做了如下工作：首先对锅炉的整体布置进行了论证，选定了适合的结构方案；然后对各个部分进行了热力计算，以确定各个部位的具体结构尺寸：根据尺寸绘制了精确的锅炉总图、水管图、炉墙图、锅筒展开图，在绘图过程中不断的发现尺寸设计中的不合理之处并进行恰当的修正；对锅炉的受压部件进行强度校核，以确保其运行的安全性和可靠性。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yzvo.html