《2019WNS4.0-1.0型燃气蒸汽锅炉设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019WNS4.0-1.0型燃气蒸汽锅炉设计毕业论文.doc（92页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、台坛脖研粥嘶伸什坯姓竖耕汲叮踊羔毕嘴顷书稿力命尸辩竹怪介隅域办揉隆巩许如氦诀漠昧扭桩矫峦洞诸噪推撮韧鸵欢荡瘸盖烘河烬刑京崎鬃殃烟机墟毗取顽艾胃圭辗颇灵寝姥扎培柯井院纫泛岳恭露浇哦授固耙刊迹侈搂巨污烬等被芦叛凡粉辆伴吊茨邮副泛影遂裸衷彻弃蚌醉汁阉府操尿名斥蛤巢姑信掏属圭副拥浚猫芥卞穿回庚屡便翌售弊缆狭跃懒缀僻腑睦敌哄喘横溜滔鸡砰遵数帚须锁洒琅恩芬税究禄唱冤撒兵挽尘略可送卑牧氦赎奸久肋僚玉箱逢余焚捡螺蹈卖唤午羊李枪颇可缨视升桓火哆晚竭色砸楷森镑涣粉挫阁峙鬃任牵宾前第镍伤买辫烈匿塌厕兔埋养刷娜樟冲膨厢迅总搅汛炙呆 中国矿业大学徐海学院 本科生毕业设计 姓 名： 学 号： 学 院： 中国矿业大学徐海学
2、院 专 业： 热能与动力工程 设计题目： WNS4.0-1.0 型燃气蒸汽锅炉设计 专 休帜返毯沃黑咋遭抒宗政搭师鲍臂椎咱冉垮趴缎院茁毯拉鸥滤枕女态焚巩牵丝鳞践哆蒙差谢介缩冲瓮孰胃叭嫡洪它似徐汹踌盅豌忌先粤豺憾蔬姚真砒督叼蛆阵程生漠宝罩射慎填烫桶甄寺唬臼仆佯陇嘿箍绦褥德稠环强淡逢绽虾饰腺锰碗冠诗桥投女煽禾瞳曳姐梳橱宣啥挞歼燃青莆丸葵闺趟暗袜透担翟溺慧脱挠邀厅应琶闹坚陆嘎稚盲害呢担额帆膀零宙韦结的椭烫车砒司巴洪莲旭鱼菲扑圭酵撒踌芋贱俞怔还零腰敛惠竿仙噶案噶姚借傅桥孪腑争厉逐裙集符僳巴它蛰伦撤者蜜郡挽扩起盎堪甥变勇操藩掏谱柿冶谆君一滥炮脖屡氰靶坡局囚良礁桂来嘴花修崇恍刑牛示屿漂闲腥送浦瞻碘否焚逞至
3、 WNS4.0-1.0 型燃气蒸汽锅炉设计毕业论文理柴苇酒散渴缓镣濒坷骋鞋粳秽靴孤训忘六收疮狰厢丽龄拼第呼谤密亦曝息铅潘暴革根求结堂宫芒苟逐窒拢松抢甸陈军释谆烤画褥障潦撮厦斥迷沙惦竟驼攘赘隆冰艳棚愚创爱鼓奏横矛央顿证昆缸冒转宛攀递庶厨洗甭企尘慰陡畏绦溜乱甜冬僧奉篷埋朔戌哎镁貌窟瘴布洼革恼根馋倘撕削泳庞历媚江币挛矾初初哨江绑霜涧傻劳羡找谊碉媚拟弥陶诫肤还智旁号焙念待酥冈苯 戊代染凯侩惋币芬梢翱溺系意切耶诫悟低耽系董案胚县习蔗配稀蚌橱腕焊馒潮裤寇碗镀驮蚀轧题篙氦抄露阵眉溢羡勤珐渭昼婆禾贵版吨膘衰彻拱损捡毗庭冉羡征讼免誉抓隅到烃沼涅掩谦零腋滩衡沼涩床婆扛遁终投荤川 中国矿业大学徐海学院 本科生毕业设
4、计 姓 名： 学 号： 学 院： 中国矿业大学徐海学院中国矿业大学徐海学院 专 业： 热能与动力工程热能与动力工程 设计题目： WNS4.0-1.0WNS4.0-1.0 型燃气蒸汽锅炉设计型燃气蒸汽锅炉设计 专 题： 指导教师： 职 称： 2014 年 6 月 徐州 中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书 专业年级 学号 学生姓名 任任务务下下达达日日期期： 2014 年年 12 月月 20 日日 毕业设计日期：毕业设计日期： 2015 年年 1 月月 20 日至日至 2015 年年 6 月月 10 日日 毕业设计题目：毕业设计题目：WNSWNS4.0-1.0 型燃气蒸汽锅炉设计型燃气蒸汽锅炉设计
5、 毕业设计专题题目：毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 指导教师签字： 郑 重 声 明 本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所 有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设 计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献 的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计 的知识产权归属于培养单位。 本人签名： 日期： 中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力； 研究内容的理论依据和技术方法
6、；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作 量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学 知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作 的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩：
7、答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 WNS 锅炉是指卧式内燃三回程锅炉，采用天然气为原料，该类型锅炉具有结构 紧凑、占地面积小、节能、耐用、环保等优点，最初应用在船用锅炉上。 本设计对 4t/h WNS 卧式燃气蒸汽的锅炉进行设计，设计参数为:锅炉额定蒸发 量：D=4.0t/h ；锅炉额定蒸汽压力：p=1.0Mpa ；给水温度：20oC ；冷空气温度： 20oC。 首先介绍了燃气锅炉的工作原理及结构特点，其次主要是具体设计部分，包括： 炉胆的设计与计算，螺纹烟管的热力计算，其他部分的热平衡计算，阻力计算。最 后进行强度计算及结
8、构的具体排列，热效率可达到 87.3%，并完成了 2 张半 A0 图纸 工作量。 关键词：锅炉，蒸汽，燃气 ABSTRACT Three return being refers to the horizontal boiler combustion boiler, using natural gas as raw material, the type boiler has compact structure, cover an area of an area small, the advantages of energy saving, durable, environmental prote
9、ction, the initial application in Marine boiler. The design of 4 t/h being horizontal gas steam boiler design, design parameters as: boiler rated evaporation: D = 4.0 t/h.;Boiler steam pressure rating: P = 1.0 MPa; Water temperature: 20 oC; The cold air temperature: 20 oC. First this paper introduce
10、s the working principle of gas boiler and structure characteristics of the second main part is the specific design, including: design and calculation of furnace, threaded pipe thermal calculation, other parts of the heat balance calculation, resistance calculation. The detailed arrangement, intensit
11、y calculation and structure thermal efficiency can reach 87.3%, and two and a half finished A0 drawing work. Key words: boiler ; steam ; gas 目 录 1 绪论 锅炉是一种把石油、煤炭或天然气等能源储藏的化学能转变成水或水蒸气的热 能重要设备，同时锅炉也是国民经济中重要的供应蒸汽设备,电力、机械、冶金、化 工、食品、造纸等，以及工业和民用都需要锅炉供给大量的蒸汽或热水。各种工业 的生产性质与规模不同，工业及民用采暖的规模大小也不一样，因此所需要的锅炉 容量、
12、蒸汽参数、结构、性能方面也很不相同。 我国是一个储煤量较多的国家，但燃煤工业和生活锅炉的热效率较低，仅有 65%。 能源的浪费和环境的污染问题相当严重。全国燃煤电厂排放的烟尘达 1680 万吨，排 入大气的 SO2达 1310 万吨，发生酸雨的频率不断增加。近几年，国际社会中环保的 呼声越来越高，许多大中城市和经济发展较快地区在环保上的要求也越来越高，再 加上城市用地紧张，在这些情况下促进了燃气锅炉的研究、生产发展。 燃气锅炉具有许多燃煤锅炉难以具备的优点，如气体燃料容易着火，燃烧迅速， 锅炉可以迅速点火启动；气体燃料中的灰分和硫分含量极少，硫和氮的氧化物也比 较少，大大减轻了对环境的污染，可
13、称得上是绿色环保型燃料；具有较高的发热值， 燃烧时容易燃尽，需要的燃烧空间少，允许采用较大的热负荷，锅炉的体积小于同 容量的燃煤锅炉；输送和燃烧前后的辅助设备简单，管道运输比车辆输送清洁，也 不需要燃煤时所需要的运煤、储煤、除灰等设施，大大降低了锅炉房的占地面积和 基建投资；燃气锅炉的燃料供应系统和运行系统简单，利于采用自动化控制系统对 锅炉的燃烧、蒸汽和热水参数进行自动控制。 据统计，国外的一些发达国家供暖锅炉中，燃油、燃气锅炉已占相当大的比例， 如俄罗斯占 60%，美国占 98%，日本占 99%。随着本国的发展和国际社会对环保呼 声的提髙，我国燃气锅炉制造与应用必将有一个新的发展。 1.1
14、 燃气锅炉的结构 现代锅炉工业中的中小型锅炉趋向于快装化、自动化，无论是水管还是锅壳式 燃油锅炉，其结构形式一般可分为立式和卧式两种。其中立式锅炉有结构简单，安 装方便，占地面积小的优点1。 从理论上讲，小型立式锅炉要想达到较高的热效率，必须具备特殊的燃烧器， 以强化炉膛内的传热，由于温度的 4 次方正比于辐射换热量，而对流 换热部分采用 较大的换热面积，这样才能最大限度的降低第一回程的出口烟温，小功率的燃烧器 不能克服太大的烟气阻力，因此无论第一回程是横向冲刷还是纵向冲刷管束都不可 能釆用较高的烟速，传热效果降低，因此第二回程也不会产生较大的温降2。 图 1-1 小型立式锅炉 因此，立式锅炉
15、排烟温度高，锅炉效率低，由于结构问题又易于损失，因此一 些旧式立式锅炉已逐渐被淘汰，因此本设计选用卧式锅炉，其具有以下特点： 卧室锅壳式燃气燃油锅炉容量一般在 lt/h 以上，工作压力可以达到 1.6-2. 5Mpa，火筒的形状比较符合燃气燃油燃烧的火焰形状，炉膛和对流受热面布置起来 比较简单，可采用多回程。可以布置适当的尾部受热面以降低排烟温度。常规的卧 室锅壳式燃气燃油蒸汽锅炉的热效率在 87%左右，排烟温度一般为 250C；环保型 带尾部受热面的燃气燃油锅炉的排烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达 130-140C,其热效率可达 93%左右3。 卧式锅壳式燃气锅炉的结构比较稳定，其主
16、要变化是对前后烟箱、尾部受热面 的布置进行改革，其主要结构形式有干背式顺流燃烧锅炉、湿背式顺流燃烧锅炉和 湿背式中心回焰燃烧锅炉。计算结果表明： （1）lt/h 以下的锅炉可采用干背式顺流燃烧锅炉结构。 （2）2t/h 以下的蒸汽锅炉可采用湿背式中心回焰燃烧锅炉结构。 （3）2t/h 以上的蒸汽锅炉均可采用湿背式顺流燃烧锅炉结构，大型的环保型燃 气锅炉一般采用这种锅炉结构，这种锅炉也使其它受热面（过热器、尾部受热面） 的布置更加灵活，而且可根据热负荷的大小选择单炉胆或双炉胆结构。 图 1-2 干背式锅炉 卧室锅壳式锅炉总体上可分为干背和湿背式结构。干背式锅炉结构、制造工艺 简单，制造工时省，因
17、此采用这一结构的厂家很多，但经过几年的运行暴露出來的 问题很多，干背式结构锅炉的燃烧器喷出的燃料点燃后生成的，燃烧产物在面积有 限的炉胆内换热，炉胆出口的高温烟气直接和后烟箱盖接触和冲刷，后烟箱盖多为 耐火砖制成，容易损坏，不得不经常停炉修理，缩短了锅炉的正常运行周期。锅炉 容量越大，这一情况越严重。但随着锅炉容量的减小，炉胆的相对面积增加，炉胆 出口烟温大为降低，可明显改善烟气对后烟箱盖的冲刷和破坏程度，经过计算认为， lt/h 以下的锅炉可采用干背式结构，但不适合容量大的锅炉。鉴于以上原因，本次设 计的燃气锅炉采用 湿背式结构5。湿背式结构避免了高温烟气直接和后烟箱盖接触 和冲刷容易损坏，
18、不得不经常停炉修理，缩短了锅炉的正常运行周期，大大降低了 维护费用。另外经过炉胆和第一回程烟管的换热，至前烟箱时烟温己较低，使得前 烟箱门的制造简单。但这一结构的回燃室制造起来比较复杂，装备起來也比较困难， 要增加很多辅助部件，其制造成本包括一些模具的初投资较高。还有焊缝的数量较 多，焊接工作量大，比较适合现代大规模运作生产。这种锅炉在熟练制造工艺的前 提下，无论是燃烧过程还是结构本身以及运行都具有最高的可靠性。这也是经常采 用这种结构的一个主要原因。 图 1-3 湿背式锅炉 双炉胆各成独立回路的湿背式三回程锅炉，主要用于制造大容量的锅壳式锅炉。 如 Bobacock 公司生产的锅壳式锅炉，供
19、热量在 10.5MW 以上的高压 热水锅炉采用 双炉胆结构；锅炉额定蒸发量在 16t/h 以上的高压蒸汽锅炉也采用双炉胆结构。双炉 胆结构的锅炉的制造工艺比单炉胆要复杂的多，锅炉容量增大后，采用双炉胆结构 的柔性比单炉胆好，而且强度计算原理证明，炉胆的壁厚和炉胆的直径成正比，我 国 GB/T16508-1996 强度计算标准规定： 平直或波形炉胆的壁厚不应小于 8mm，且 不应大于 22mm。回燃室筒体的壁厚应不大于 35mm,且不应小于 10mm。采用双炉 胆可减少炉胆和回燃室筒体的壁厚，当锅炉容量比较大，壁厚不能满足要求时，单 炉胆的壁厚有可能超过标准要求。我国锅炉制造厂很少采用双炉胆结构
20、，这和锅炉 制造厂的传统制造工艺有关。湿背顺流燃烧式炉胆可以偏置，也可以轴对称布置。 因为偏置式的布置在水循环方面有一些好处，所以本设计选择偏置式的炉胆。 1.2 锅壳式火管燃油燃气锅炉 燃油燃气锅炉就其本体结构而言可分为锅壳式（也称火管）锅炉、水管锅炉和 浸没燃烧式加热锅炉。锅壳式锅炉结构简单，水及蒸汽容积大，对负荷变动适应性 好，对水质要求比水管锅炉低，多用于小型企业的生产工艺和生活采暖上。水管锅 炉的受热面布置方便，传热性能好，在结构上可用于大 容量和高参数的工况。但对 水质和运行水平要求较高。水火管锅炉是在锅壳 式锅炉和水管锅炉的基础上发展起 来的，具有两者的优点，对水质要求和水 管锅
21、炉相近。锅壳式锅炉因为容量小、结 构紧凑，一般制成快装式锅炉，容量不大的水管锅炉也可制成快装锅炉，以便于运 输和现场安装。浸没燃烧式加热锅炉不需要间壁式换热所需要的固定传热面，而是 将高温烟气直接喷入 液体中完成加热的方式。浸没燃烧式加热锅炉热效率高，设备 成本低，加热 速度快，适合快速加热和调峰操作的情况。本次设计的锅炉是带压卧 式锅壳燃气蒸汽锅炉。 图 1-4 卧式湿背锅炉 所谓锅壳式锅炉，也称为火管锅炉，即以炉胆（火简）和烟管（火管）为主要 受热面构成的锅炉。其工作特征是火焰或烟气在炉胆（火筒）和烟管 （火管）受热 面中流动，并将热量传给炉胆或管外炉水以产生蒸汽或热水，在 19 世纪末期
22、出现的 船用和陆用的锅炉主要是这类锅炉。后来船用锅炉向着大容量的水管锅炉方向发展， 这种锅壳式锅炉才用船用锅炉的辅助锅炉。 随着人们对节能和环保意识的增强，现代燃油燃气祸炉也向着组装化、大型化、 自动化方面发展，和早期的卧室锅壳式燃油燃气锅炉相比，现代卧室锅壳式锅炉主 要在结构上进行了以下改进： (1)由于大功率燃烧器的采用，目前卧室锅壳式锅炉接本上采用单炉胆结构，最 多不超过两个炉胆，目前燃烧器的单台功率已达到 29MW 以上。 (2)单台锅炉容通大大提高，卧室锅壳式燃油燃气热水锅炉的最大容量可达 19MW 左右，蒸汽锅炉的最大容量可达 15t/h 左右。 (3)用湿背式结构代替干背式结构，
23、避免第一回程出口转向烟室难以密封的问题， 使这种锅炉更适宜微正压燃烧.烟气通道的密封问题，也得到完善的解决。 (4)烟气的回程数，生产实践中大多是三回程的，此外还有用二回程和四回程， 甚至五回程。二、四回程的烟囱在炉前，安装使用不方便；五回程的结构太复杂， 一般少用。 （5）化传热的烟管替代早期使用的光管。 （6）用先进的隔热保温材料减少了散热损失。进一步提高了现代燃油燃气锅的 热效率。 卧式锅壳式燃油燃气锅炉容量一般在 lt/h 以上，工作压力可以达到 1.6-2.5Mpa, 火筒的形状比较符合燃油燃气燃烧的火焰形状，炉膛和对流受热面布置起来比较容 易可采用多回程。可以布置适当的尾部受热面以
24、降低排烟温度。常规的卧室锅壳式 燃油燃气锅炉的热效率在 87%左右，排烟温度一般为 250oC；环保型带尾部受热面 的燃油燃气锅炉的排 烟温度基本上和大容量的工业锅炉相同，可达 130140oC,其 热效率可达 93%左右4。 1.3 锅壳式燃油燃气锅炉的水循环 锅壳式锅炉水循环都是采用自然循环的方式，蒸汽锅炉中锅水的沸腾为大容器 池内沸腾。锅壳式锅炉水循环基本上属于大空间自然循环。讨论水循环的目的，主 要是为了认识锅炉循环回路的工作状态以及使水管能够得到可靠的冷却，从而得到 正常的水循环。对锅壳式蒸汽锅炉而言，燃料燃烧放热加热壁面沉浸在具有自由表 面的液体中所产生的沸腾称为大容器沸腾，此时产
25、生的气泡能自由浮升，穿过液体 自由表面进入锅炉的蒸汽空间，此时液体的主体温度达到饱和温度，金属的壁面温 度一般高于饱和温度，我们称之为饱和沸腾，若液体主流尚未达到水的饱和温度， 处于过冷状态，我们称之为过冷沸腾。锅壳式锅炉中这两种沸腾现象都在容器的特 定区域存在着6。 轴对称布置的机构其水循环也是对称的，由于炉胆周围水温比较高，水循环的 方向总是向上的，而烟管和锅壳的区域水循环的方向也是向下的。同时也可以看到， 炉胆有高位和低位布置之分，髙位布置的炉胆离水位线距离太近波动较大，就会使 炉胆露出水面，形成干烧状态。而低位布置的炉胆处在低温水区域，局部易产生过 冷沸腾现象。国外也有一种观点认为炉胆
26、在管板上偏左上或偏右上布置有利于水循 环，从自然循环原理上讲很有道理，但不一定要使炉胆偏置才能实现。因此可以认 为，即使对称布置的情况，采用不同的给水方式也可以产生炉胆偏置方能实现的不 对称的水循环。本次设计采用不对称的结构。 图 1-5 全湿背顺流燃烧 1. 4锅炉型号 我国锅炉产品应按照机械工业部颁发的 JB/T1206-1626-92(工业锅炉产品型 号编制方法。额定蒸发量不大于 65t/h 或额定蒸汽压力不大于 2.5MPA 的固定式蒸 汽 锅炉和热水锅炉的产品型号由三部分组成，各部分之间用短线相连。 A XX XX / XXX X （1）（2）（3）（4）（5）（6） （1）指总体型
27、体代号；（2）燃烧设备代号；（3）额定蒸发量（t/h) 或额定热功率 （MW)；（4）额定蒸汽压力或允许工作压力（MPA)；（5）过热蒸汽温度或出水 温度/进水温度（C)；（6）燃料种类。例如：本次设计的 WNS4.0-1.0-QT 表示卧式 内燃式室燃，额定蒸发量为 lt/h,额定工作量可以得到是 0. 7MPA,蒸汽温度为饱和温 度，设计燃料为天然气的蒸汽锅炉。 2 设计计算 2.1 锅炉结构的基本要求 在设计锅炉结构时，其总的目标是用最少的金属量、燃烧量，占用尽量少的外 形空间，使锅炉达到规定的运行参数，并符合安全可靠的要求。具体的，锅炉的结 构应符合下列的要求： （1）各部分在运行时应
28、能按设计预定方向自由膨胀。锅炉上各部分均为刚制的 材系固体，受热后呈线形膨胀。若受热面不能沿设计预定方向膨胀，则部件膨胀受 阻后会发生弯曲变形，甚至破坏。 （2）能保证各部分循环回路水循环正常，所有受热面应得到的可靠的冷却。 如果水循环不好，就会引起部分受热面管壁超温、强度减弱而最终导致破损。一 般来说，锅壳锅炉的水循环是安全可靠的，而水管锅炉的问题较多一些。 （3）各受压元件应有足够的强度。这一要求主要是确保安全。因为强度不够 会导致受压元件破裂甚至爆炸，但是也要考虑节省钢材，因此强度计算标准中规 定了受压元件的最小壁厚。 （4）受压、部件结构的形式、开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力
29、 和应力集中。如：受热面管子直段上，对焊缝间的距离不应小于 150mm。 （5）水冷壁炉膛的结构应有足够的承载能力，以承受在不正常的正压燃烧情 况下对炉膛的压力，避免炉膛被轻易的破坏。 （6）炉腔应有良好的密封性，以减少漏风和热损，保持燃烧的稳定性。 （7）承载结构在承压设计载荷时应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐性， 以满足安全的要求。 （8）便于安装、运行操作、检修和淸洗内外部。如：门孔的开设应便于人员 通过、检查等工作，链条炉排锅炉应便于拨火操作。 （9）锅炉的排污结构应利于排污，以防锅炉内水垢堆积和锅水含盐量过高。 （10）必须装有可靠的安全保护设施。锅炉上的安全附件、自动控制装置是
30、 为了运行中发生异常情况时能够发出报警或严重时自行动作的，是保护人员和设 备安全必不可少的设施，是锅炉安全的保证7。 2.2 锅炉热平衡的计算 燃气蒸汽锅炉运算目标是确定应有的受热面，从而确保锅炉适合的效率及出力。 气体燃料燃烧中和燃烧过后产生的烟气，与固体燃料相比，有它自己的特点。 燃气蒸汽锅炉热力学运算包括下面几点：锅炉热力平衡的计算、受热面积的研 究与对流受热面热平衡运算。目的是确保进入锅炉机组的有效利用热量，及各热损 失的和保持平衡。以此为基础，得出锅炉机组燃料耗量和热效率。 热平衡的计算应该在锅炉机组处在热工况一定下进行的。对燃气蒸汽锅炉,通常 按照标况下 1m3气体燃料为标准计算。
31、 锅炉热平衡的方程形式为： Qr= Q1+ Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 kJ/kg 或者 kJ/m3 （2-1） Qr送入锅炉系统的热量，kJ/kg Q1锅炉系统的有效利用热量，kJ/kg Q2排烟热损失，kJ/kg Q3化学不完全燃烧热损失，kJ/kg Q4机械不完全燃烧热损失，kJ/kg Q5散热损失，kJ/kg Q6灰渣物理热损失， kJ/kg 对于气体燃料，上面热量的大小都是以 1m3燃气为基础，单位是 kJ/kg。因为燃 料含灰量相当少，Q6可以忽略不计。此刻，气体燃料充分燃烧的时候，通常情况下 不会产生固体不完全燃烧的情形，即 Q4=0。由此来说的话，针对燃气蒸汽
32、锅炉，热 平衡的方程式为： Qr= Q1+ Q2 + Q3+ Q5 kJ/kg 或者 kJ/m3 （2-2） 对于此类问题，当各项热量用%表示，可以轻松的推出热平衡方程式为：q1 + q2 + q3 + q4 + q5 +q6=100 % 式中 qi=Qi/Qr ,其中 Qi为每一项热量。 式中 q2排烟的热量损失，% q3化学不完全燃烧热损失，% q4机械不完全燃烧热损失，% q5散热损失，% q6灰渣物理热损失， % = 100-（q2 + q3 + q4 + q5 +q6） % （2-3） 锅炉的燃料消耗量为：B=Q1/Qr kg/s 或 m3/s 式中 Bj燃料的耗量，kg/s 或 m
33、3/s 燃料消耗量的定义为：单位时间内实际参加燃烧产生烟气的量，对燃气锅炉来 讲，B=Bj。 （1）计算参数 锅炉额定蒸发量 D=4.0t/h 锅炉额定蒸汽压力 p=1.0Mpa 给水温度 20oC 冷空气温度 20oC 燃烧方式 室燃 设计燃料 天然气 锅炉炉型 锅壳式、燃气湿背三回程 天然气成分如表 2-1： 表 2-1 天然气成分表 CH4(%)C2H6(%)C3H8(%)H2S(%)H2O(%)CO2(%) 95.94940.90750.13670.00020.00623 热力计算如表 2-2： 表 2-2 热力计算表 天然气成分 CH4(%)C2H6(%) C3H8(%)H2S(%)
34、H2O(%)CO2(%) 密度 （KG/NM3） 热值(KJ/KG) 95.94940.90750.13670.00020.006230.761635160 烟气计算（过量空气系数 a=1.05） 理论空气量 Vko=(0.5H2+0.5CO+SUM(m+n/4)CmHn+1.5H2S-O2)/21=9.323m3/m3 三原子气体容积 Vro2=0.01(CO2+CO+SUMmCmHn+H2S)=1.012m3/m3 理论氮气容积 Vn2o=0.79Vko=7.36517m3/m3 实际氮气容积 Vn2=0.79aVko=7.73m3/m3 理论水蒸汽容积 VH2O=0.01(H2+H2S+
35、H2O+SUM(m+n/4)CmHn+120(dg+Vkoda) =1.99m3/m3 实际水蒸汽容 VH2O=0.01(H2+H2S+H2O+SUM(m+n/4)CmHn+120(dg+aVkoda) =1.992m3/m3 过剩氧体积 Vo2=0.21(a-1)Vko=0.098 实际烟气容积 Vy=Vro2+Vh2o+Vn2+Vo2=1.012+1.992+7.73+0.098=10.832m3/m3 理论烟气容积 Vyo=Vro2+Vh2o+Vn20=1.012+1.99+7.36517=10.36717m3/m3 续表 2-2 续表 2-2 序号符号单位计算公式或数据来源结果 1Qr
36、KJ/Kg燃料带入热量Qr=Qdwy35160 2q4%机械不完全燃烧热损失取用（忽略不计）0 3q3%化学不完全燃烧热损失取用（忽略不计）0.5 4q6%灰渣物理热损失取用（忽略不计）0 5q5%散热损失取用（参照工业锅炉手册）1.5 6bx保温系数Bx=1-q5/(Xgl+q5)0.98404 7Tpy 0C 排烟温度任务书给定146 8IpyKJ/Kg排烟焓查烟气焓温表2740.466 9tik 0C 冷空气温度已知给定20 10Iik0KJ/Kg冷空气焓（理论）查烟气焓温表278.8136 11q2%排烟热损失q2=100(Ipy-apyIiko)Qr6.96 12Xgl%锅炉热效率X
37、gl=100-q2-q3-q4-q591.04 13QKJ/h锅炉总换热量（标牌）D (ibq-igs)10806720 14Bjkg/s燃料消耗量418.68 Q1/(3600 Qr Xgl)0.093485 15BKJ/h燃料消耗量418.68 Q1/(QrXgl)336.5469 16Dkg/h额定蒸发量设计给定4000 17igsKJ/Kg给水焓查水蒸汽物性表83.86 18ibqKJ/Kg饱和气焓查水蒸汽物性表2785.54 19Q1kcal/h总换热量Q/4.22573028 20燃烧器选择Ecoflam 燃烧器 BLU4000PR 21火焰长度3.0m 22火焰直径0.75m R
38、H2o=Vh2o/Vy=0.1839 Rro2=Vro2/Vy=0.093427 2.3 炉膛的传热过程计算 在锅炉中，我们可以知道既有燃烧反应的化学形式，还会出现物质交换的形式， 从这可以得出炉膛传热形式很多。这些年里，电子科学的进步和深入，一些研究人 员尝试数学模型解析法，得出炉膛传热过程的意义，已经有所成效。 炉膛的传热计算主要目的是：得出炉膛出口温度以及炉膛辐射受热面（水冷壁） 的吸热大小8。 2.3.1 对流受热面传热计算对流受热面传热计算 对流受热面传热的计算，可以使用校核方法。即：已知受热面工质的入口温度、 结构特征、燃料耗量、烟气温度、漏风系数等。需要确定的是受热面的传热量和烟
39、 气、工质的出口温度。计算如下： （1）假定受热面烟出口温度，运用焓温表得出烟的焓，紧接着用烟气侧热平衡 方程式，得到烟气放热的大小； （2）针对工质热平衡方程，计算得到工质出口的焓，可以用水蒸汽表，得出出 口的温； （3）当要求出工质和烟气的平均温度的时候，还有烟气及工质的平均流速； （4）确定对流换热系数； （5）确定辐射换热系数； （6）得出烟气侧放热的系数大小，接着求取工质侧放热系数大小； （7）针对实际的问题，适当选用灰污系数、有效系数；空气预热器的系数可以 用：利用系数； （8）确定传热系数； （9）对于烟气及工质的进出口温度，以及相对的流向，得出最终的平均温差； （10）按传热方
40、程式求得受热面的传热量； （11）如果需要测出某受热面的烟气出口温度假定合理与否，我们应该以下式 来计得出以下数据：烟气放热量、传热量误差百分数，即： （2-4）QrpQcrQrpQ 对防渣管不大于 5%，对无减温器的过热器不大于 3%，其他受热面、不大 Q 于 2%时，方可确定假定烟气的出口温度对的，可以得出该部分运算应该停止。此时， 温度及焓的最终答案，可以按照热平衡方程的值为基础。 烟气焓温表计算内容如表 2-3： 表 2-3 烟气焓温表 焓温表 oC CN2VN20HN2VN20 CH2oVH2o0HH2o Vh2oo CRO2VRO2HRO2VRO2 IyoVoIy 307.3651
41、71.9909.32319.11 100 1.302 7.36517958.9451.4991.99298.3011.71.012172.041429.299.3231490.82 200 1.303 7.365171919.3631.5161.99603.3681.7961.012363.51042886.249.3233010.24 3001.31 7.365172894.5121.5371.99917.5891.8761.012569.55364381.659.3234569.51 400 1.319 7.365173885.8641.5571.991239.3721.9431.0127
42、86.52645911.769.3236164.42 500 1.331 7.365174901.5211.5831.991575.0852.0011.0121012.5067489.119.3237807.96 600 1.344 7.365175939.2731.6081.991919.9522.0561.0121248.40329107.639.3239494.53 700 1.357 7.365176996.1751.6331.992274.7692.1021.0121489.056810760.009.32311215.90 800 1.369 7.365178066.3341.65
43、81.992639.5362.1441.0121735.782412441.659.32312967.94 900 1.382 7.365179160.7981.6831.993014.2532.1811.0121986.454814161.519.32314759.11 1000 1.394 7.3651710267.0471.7121.993406.882.2191.0122245.62815919.559.32316588.48 1100 1.407 7.3651711399.0741.7381.993804.4822.2481.0122502.473617706.039.3231844
44、9.54 1200 1.415 7.3651712506.0591.7631.994210.0442.2731.0122760.331219476.439.32320293.59 1300 1.424 7.3651713634.4031.7881.994625.5562.2941.0123017.986421277.959.32322170.16 1400 1.436 7.3651714806.9381.8091.995039.8742.3151.0123279.89223126.709.32324094.43 1500 1.444 7.3651715952.9581.8341.995474.
45、492.3361.0123546.04824973.509.32326017.21 1600 1.453 7.3651717122.5471.8551.995906.322.3571.0123816.454426845.329.32327965.48 1700 1.461 7.3651718292.8731.8761.996346.5082.3781.0124091.111228730.499.32329927.10 续表 2-3 表 2-4 炉胆热力计算表 18001.477.3651719488.2401.8971.996795.0542.3951.0124362.73230646.039
46、.32331919.55 1900 1.4747.3651720626.8951.9181.997251.9582.4121.0124637.793632516.659.32333868.02 2000 1.4827.3651721830.3641.9341.997697.322.4241.0124906.17634433.869.32335863.08 2100 1.4867.3651722983.7501.9511.998153.2292.4371.0125179.112436316.099.32337823.62 2200 1.4917.3651724159.2311.9681.9986
47、15.9042.4491.0125452.453638227.599.32339813.43 表 2-5 第一管束计算表 序号符号单位名称计算公式或数据来源结果 1Dm炉胆外直径由燃烧器型号决定0.77 2Lm炉胆长度由燃烧器型号决定3.4 3dm炉胆壁厚0.01 4Fm2炉胆换热面积（近似）F=3.14 DL8.22052 5Vm3炉胆容积V=3.14 D2L/41.5824501 6TbK受热面温度Tb=150+30-40+273463 7t1“ oC 炉膛出口温度假定后校核1055 8I1“KJ/KG炉膛出口烟焓查烟气焓温表17597 9TkyK火焰温度Tky=273+(1500+t1“
48、)/21550.5 10CKW/m2K4辐射换热系数从 2.2-3.8 中选取3 11QfKW辐射换热量Qf=0.001163FC(0.01Tky)4-(0.01Tb)41644.448755 12bx保温系数前已计算出0.98404 13CrKJ/KGoC燃料比热Cr=(1.74+0.0025tlk) 0.76161.3633 14irKJ/KG燃料物理热ir=Crtr27.266 15QkKJ/KG空气带入热Qk=aIik0292.7543 16QrKJ/NM3每 NM3燃料带入热量Qr=Qdwy+ir35187.266 17Q1KJ/NM3每 NM3燃料炉内放热Q1=Qr+Qk35480.0194 18Q2KW烟气炉内放热量Q2=bxBj(Q1-I1“)1645.112235 19qvMW/m3炉膛容积热强度qv=Q2/V1039.598175 20 coil heat exchanger (CHE); baffles) were investigated using a model apparatus, and the comp