锅炉设计相关业务描述

锅炉机组的设计一、设计概述锅炉机组的热力计算，一般都从燃料的燃烧和热平衡计算开始，然后按烟气的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。锅炉热力计算分为设计计算和校核计算。两者的计算方法基本相同，其区别在于计算任务和所需求的数据不同。1、设计计算设计计算的任务是根据给定的锅炉容量、参数和燃料特性去确定锅炉机组的炉子尺寸和各个部件各受热面面积，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。2、校核计算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。进行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。对锅炉机组作校核计算时，不仅烟气的中间温度和内部介质温度是未知数，而且排烟温度和热空气温度（空预器出口的空气温度），有时连过热蒸汽的温度也是未知数。因此，在进行计算时，上述温度须先假定，然后用渐近法（渐次逼近法）去确定。对锅炉机组的各个部件也分为设计计算和校核计算两种方法，但经常采用后一种方法，即先布置好各个部件的受热面，然后用校核——渐近计算法去确定它们的吸热量。二、锅炉的设计计算1、设计计算的步骤设计热力计算一般按以下步骤进行：1)按计算任务书列出原始数据。2)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。3)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表，根据各受热面出口过量空气系数，计算烟气、空气焓温表。4)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η，燃料消耗量B和保热系数φ等。5)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。6)根据选取的空气预热温度进行炉膛传热计算（例题为下炉膛计算）。7)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。8)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。9)确定锅炉机组热平衡计算误差。10)编制整台锅炉热力计算数据汇总表。2、辅助计算和热平衡计算在进行锅炉设计，决定炉膛尺寸、各受热面的面积和结构之前，必须预先决定燃料消耗量、烟气在各受热面处的成分等主要数据，设计步骤中的第2、3、4项即完成这些任务，这些计算属于辅助计算。辅助计算前要先选定锅炉的总布置，一般常见的是“П”型布置。2.1空气平衡计算空气平衡计算，即根据布置方案选取炉膛出口过量空气系数，各段烟道中及制粉系统的漏风系数，可参照原苏联热力计算标准（1998），（以下简称标准）表ⅩⅫ进行，或者根据国内锅炉制造厂的经验数据确定。然后确定各受热面入口过量空气系数和出口过量空气系数。计算烟气容积、制定烟气特性表时，要明确各公式、各步骤的意义。烟气各特性对应的过量空气系数一定要代入所计算受热面平均的过量空气系数（即进口与出口的算术平均值），这是因为烟气特性计算的主要目的，是要决定各受热面烟气流量和烟气流速的平均值。按照标准的规定，炉膛的平均过量空气系数例外，应代入炉膛出口过量空气系数。2.2燃料燃烧计算1）燃烧计算：需计算出理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸汽容积等。计算结果见表2-1燃烧计算表序号项目名称符号数值单位（标准状况下）计算公式及数据结果1理论空气量V06.0346m3/kg0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar2理论氮容积V0N24.7746m3/kg0.8*Nar/100+0.79V03R02容积VRO21.0895m3/kg1.866*Car/100+0.7*Sar/1004理论干烟气容积V0gy5.8641m3/kgV0N2+VRO25理论水蒸气容积V0H2O0.5955m3/kg11.1*Har/100+1.24*Mar/100+1.61dkV06飞灰份额αfh查表2-42）烟气特性计算：需要计算出各受热面的烟道平均过量空气系数。干烟气容积、水蒸汽容积，烟气总容积、RO2容积份额、三原子气体和水蒸汽容积总份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。2-2烟气特性表序号项目名称符号单位（标准状况下）炉膛，屏凝渣管高过低过高温省煤器高温空预器低温省煤器低温空预器1受热面出口过量空气系数（查表1-5）α_2烟道平均过量空气系数αpj_3干烟气容积V0gy+(αpj-1)v0Vgym3/kg4水蒸气容积V0H2O+0.0161(αpj-1)V0VH2Om3/kg5烟气总容积Vgy+VH2OVym3/kg6RO2容积份额VRO2/VYrRO2_7水蒸气容积份额VH2O/VyrH2O_8三原子气体和水蒸汽溶剂总份额rRO2+rH20r_9容积飞灰浓度10Aarαfh/Vyμνg/m310烟气质mykg/k量1-Aar/100+1.306αpjV0g11质量飞灰浓度αfhAar/(100my)μykg/kg3）烟气焓、空气焓、蒸汽焓的计算：炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列成表格作为温焓表。具体见表1-3、1-4、1-5、1-6计算焓温表时，各烟气焓所对应的过量空气系数一定要代入所计算受热面出口的过量空气系数，而不可以代受热面的平均的过量空气系数，这是因为烟气焓温计算的目的是要决定各受热面的烟气放热量。焓温计算时飞灰的焓在某些条件下可以忽略不计，但有时要计入。如果是手工进行焓温计算，应先考虑用得到的烟气范围，以减小不必要的计算量。一般可参考以下给出的区间：炉膛：1600℃~2200℃和800℃~1400℃；以上第一个温度区间用于理论燃烧温度计算，第二个温度区间用于炉膛出口烟温计算；屏式过热器：700℃~1200℃；对流式过热器（转向室前）：900℃~1100℃；对流式过热器（转向室后）：500℃~900℃；省煤器：300℃~500℃；空气预热器：100℃~200℃。对在锅炉受热面的各个部位的蒸汽或者空气的焓值进行计算，列成表格，作为温焓表。具体见下表2-3烟气焓温表—用于炉膛、屏、高过的计算烟气或理论烟气理论空气理论烟气炉膛、屏，凝渣管高温过热器2-4烟气焓温表—用于低温过热器、高温省煤器的计算烟气或空气温理论烟气焓IY0理论空气焓IK0理论烟气焓增IY0低温过热器高温省煤器a=1.25a=1.27空气温度（℃）焓IY0（kj/kg）焓IY0（kj/kg）焓增IY0(kj/kg)a=1.20a=1.225IYhy△hyIY4005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200度（℃）（kj/kg）(kgkj/)(kj/kg)IYIYIYIY3004005006007008002-5烟气焓温表—用于高温空预器、低温省煤器的计算烟气或空气温度（℃）理论烟气焓IY0（kj/kg）理论空气焓IK0(kgkj/)理论烟气焓增IY0(kj/kg)高温空预器低温省煤器a=1.32a=1.34IYIYIYIY1002003004005006002-6烟气焓温表—用于低温空预器的计算烟气或空气温度（℃）理论烟气焓IY0（kj/kg）理论空气焓IK0(kgkj/)理论烟气焓增IY0(kj/kg)低温空预器a=1.39IYIY100200300400500600(3）锅炉热平衡及燃料消耗量见下表2-7热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式结果1锅炉输入热量QrkJ/kg式（2-8）Qr≌Qra.net2排烟温度Θpy℃先估后算3排烟焓hpykJ/kg查焓温表用插值法求4冷空气温度tlk℃取用5理论冷空气焓h0lkkJ/kgh0lk=(ct)kV06化学未完全燃烧损失q3%取用7机械未完全燃烧损失q4%取用8排烟处过量空气系数αpy查表2-9即低温空预器出口过量空气过量系数9排烟损失q2%（100-q4)(hpy-αpyh0lk)/Qr10散热损失q5%取用11灰渣损失q6%式（2-13）12锅炉总损失∑q%q2+q3+q4+q5+q613锅炉热效率η%100-∑q14保热系数φ1-q5/(η+q5)15过热蒸汽焓hggkJ/kg查附录B-6、B-7，高温过热器出口参数p=9.9Mpa(查表1-6），t=540℃16给水温度tgs℃给定17给水焓hgskJ/kg查附录B-6、B-7，低温省煤器入口参数p=10.78Mpa(查表1-6），t=215℃18锅炉有效利用热QkJ/hDgr(hgg-hgs)19实际燃料消耗量Bkg/h100*Q/(ηQr)20计算燃料消耗量Bjkg/hB(1-q4/100)3、炉膛校核热力计算3.1校核热力计算步骤1、计算炉膛结构尺寸及烟气有效辐射层。2、选取热风温度、并依据有关条件计算随每kg燃料进入炉膛的有效热量。3、根据燃料种类、燃烧设备的形式和布置方式，计算火焰中心位置的系数M。4、估计炉膛出口烟温，计算炉膛烟气平均热容量。5、计算炉膛受热面辐射换热特性参数。6、根据燃料和燃烧方式计算火焰黑度和炉膛黑度。7、计算炉膛出口烟温。8、核对炉膛出口烟温误差。9、计算炉膛热力参数。10、炉膛内其他辐射受热面的换热计算。3-1炉膛的结构数据表序号名称符号单位结果1前墙总面积Aqm²2侧墙总面积2Acm²3后墙总面积Ahm²4喷燃气及门孔面积Aycm²5炉顶面积Aldm²6炉膛与屏交界面积A2m²7炉墙总面积A1m²8炉膛截面面积AAm²9水冷壁管外径dmm10水冷壁管节距Smm11管子至墙中心距emm12水冷壁角系数Xsl13炉顶角系数Xld14出口烟囱角系数Xyc15炉膛容积V1m³16冷灰二等分平面到出口烟囱中心线的距离H1m17冷灰二等分平面到炉的距离H0m18冷灰二等分平面到燃烧器中心线距离Hrm19炉膛总有效辐射受热面Alzm²20炉膛水冷程度X21炉膛有效辐射层厚度SM3-2炉膛热力校核计算表序号名称符号单位公式结果1炉膛出口过量空气系数α1查表1-5漏风系数和过量空气系数2炉膛漏风系数Δα1查表1-5漏风系数和过量空气系数3制粉系统漏风系数Δαzf查表1-5漏风系数和过量空气系数4热风温度trk℃先估后算5理论热风焓h0rkkJ/kg查温焓表6理论冷风焓h0lkkJ/kg查表2-14锅炉热平衡及燃料消耗量计算7空气带入炉膛热量QkkJ/kg(α1-Δα1-Δαzf)h0rh+(Δα1+Δαzf)*h0lk8对应于每千克燃料送入炉膛的热量QlkJ/kgQr*(1-((q3+q6)/(100-q4)))+Qk9理论燃烧温度φ0℃查温焓表10理论燃烧绝对温度T0Kφ0+27311火焰中心相对高度系数Xhr/Hl+Δx(其中hr=4962,hl=22176-4092+1762,Δx=0)12系数MMA-BX注：A，B取值查表3-5，表3-613炉膛出口烟气温度φ1℃先估后算注：T1=φ1+273炉膛出口烟气绝对温度T1kJ/kg14炉膛出口烟气焓hglkJ/(kg℃)查温焓表15烟气平均热容量VckJ/(kg℃)（Q1-hgl)/(φ0-φ1)16水冷壁污染系数ξsl查表3-4水冷壁灰污系数17水冷壁角系数Xsl查表3-1炉膛结构数据18水冷壁热有效系数ψslξsl*Xsl19屏、炉交界面的污染系数ξycβξsl（β取0.98）20屏、