锅炉原理课程设计(3)

在选取qa时，主要考虑燃料的着火、燃尽性能、炉膛和燃烧器的结焦、水冷壁高温腐蚀等要求，例如当煤的挥发分低、灰分高时，应重点考虑煤的着火问题，qa不宜选取太低，以便提高燃烧器区域的炉温，促进煤的着火和燃尽；当燃用灰熔点偏低、易结焦的煤时，应注意考虑炉膛和燃烧器可能产生结焦问题，qa不宜选取太高，以便降低燃烧器区域的炉温，防止炉膛结焦。电站锅炉qa值的范围大致在3.2～5.4 MW/m之间。

选取合宜的炉膛宽深比c，可以确定炉膛的截面形状，从而在炉膛截面积AL已定的条件下，计算出炉膛截面的宽度和深度。对于采用四角布置直流燃烧器的锅炉，一般希望炉膛的宽深比不大于1.2，以保证良好的炉内空气动力工况。在确定炉膛宽度时还要兼顾尾部烟道的尺寸，能很好布置尾部受热面。以上只是大略地决定炉膛的宽度和深度，然后再根据水冷壁的具体结构加以修正。 5.1炉膛结构设计

表4-6 炉膛结构特征和水冷壁有效系数的计算 序号 1 2 名 称 前墙面积 后墙面积 符 号 Ffr Fb Fs 2Fs 单 位 m2 m2 m2 m2 m2 计算公式或数据来源 (35.538+7.332+9.458/2)×18.816 (6.751+30.367+7.332+9.458/2)×18.816 (13.356+17.696)/2×5.171+30.367×17.696+(17.696+9.458)/2×6.006 2Fs 结 果 895.62 925.35 2

3 4 侧墙面积 两侧墙 四角的四个699.20 1398.41 5 切角削去炉墙的面积 Fd 4×1.33×24.0×2 255.36 6 四角补加面积 应扣去布置Fadd m2 4×1.88×24.0 180.48 7 燃烧器损失的面积 FB m2 Fd-Fadd 74.88 8 9 10 11 12 13 出口烟窗面积 包围炉膛的总面积 方形炉膛容积 四个切角损失容积 炉膛实际容积 炉膛辐射层有效厚度 Fout ∑F Vf Vl Vef S m2 m2 m3 m3 m3 m 13.356×18.816 Ffr+Fb+2Fs+Fout-Fl Fs·W 1.332/2×4×24 Vf-Vl 3.6Vef/∑F 251.31 3395.81 13156.20 84.91 13071.29 13.857 二、水冷壁热有效系数的计算 14

水冷壁热有ψ — 查表3-6 11

0.45

效系数 15 燃烧器所占炉墙面积 炉膛出口烟16 窗平面热有效系数 炉膛水冷壁17 平均热有效系数 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 19 燃烧器布置相对高度 M值 燃烧器区域20 炉膛有效截面积 21 炉膛截面积的当量半径 R m sqrt(A/π) 10.240 A m2 17.696×18.816-1.332/2×4 329.43 xB M — — hB/hf 0.59-0.5xB 0.360 0.41 ψav — [(∑F-Fout-FB)×ψ+FB×0+Fout×ψout]/∑F 0.44 ψout — βψ=0.8×0.45 0.36 FB m2 估算 50.00

5.2炉膛热力计算

表4-7 炉膛热力计算 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名 称 热空气温度 理论热空气焓 炉膛和制粉系统总漏风系数 空预器出口过量空气系数 空气带入炉内热量 1kg燃料带入炉内的有效热 理论燃烧温度 理论燃烧温度 炉膛出口烟温 炉膛出口烟温 炉膛出口烟焓 烟气平均热容 波尔兹曼数 水蒸汽容积份额 三原子气体的容积份额 符 号 tha Ihao 单 位 o计算公式或数据来源 假设后校核 调用函数 查表3-4 α\-(△αf+△αpcs) βah\ha0+(△αf+△αpcs)Icao Qf(100-q3-q4-q6)/(100-q4)+Qa 调用函数 tth+273 假设后校核 θ\f+273 调用函数 结 果 325 2512.1 0.06 1.14 2872.7 24664.7 1968.7 2241.7 1380 1653 16605.0 13.691 1.00 0.0907 0.2350 C kJ/kg — — kJ/kg kJ/kg o△αf+△αpcs βah\Qa Qeff tth Tth ?\f T\f I\f (VC)av Bo rH2O rg C K oC K kJ/kg kJ/(kg·K) (Qeff-I\f)/(Tth-T\f) — — — 12

θBcal(VC)av/(ψavFζ0T3th) 烟气特性，查表4-3 烟气特性，查表4-3

m-1 μm kg/kg m-1 m m m m g/Nm3 μm m-1 m-1 — — — — m — K oo三原子气体辐射减弱系数 灰粒平均直径 14 烟气中飞灰浓度 灰粒辐射减弱系数 最上排燃烧器布置高度 最下排燃烧器布置高度 15 高度差 炉膛计算高度 焦炭颗粒浓度 焦炭颗粒的平均粒径 16 焦碳粒子辐射减弱系数 火焰吸收减弱系数 17 炉内辐射层光学密度 炉内火焰黑度 18 火焰综合黑度 炉膛黑度 19 炉膛火焰最高温的相对高度 炉膛出口无量纲烟温 炉膛出口温度 20 炉膛出口温度 计算误差 炉膛出口无量纲烟温 炉膛出口温度 21 炉膛出口温度 计算误差 22 炉内传热量 第一悬吊管之前的炉内容积 23 燃烧器区域炉膛容积热强度 kgrg dash μash kashμash ht hun Δh hf μcok,v dcok kcokμcok ka η ε1 εsyn εsynf xm θ\f(1) T\f,cal(1) ?\f,cal(1) 式(3-19)，调用函数 中速磨煤机 烟气特性，查表4-3 式(3-20)，调用函数 结构计算，图4-1 结构计算，图4-1 ht-hun 结构计算，图4-1 式(3-24)，调用函数 取用 式(3-21)，调用函数 kgrg+kashμash+kcokμcok kaS 1-e-η 式(3-29)，调用函数 式(3-28) ≈xB 热有效系数法，式(3-26) θ\f(1)(tth+273) T\f,cal(1)-273 允许误差±100℃ 前苏73计算修正法，式(3-30) θ\f(2)(tth+273) T\f,cal(2)-273 允许误差±100℃ 式(3-31) 估算，Vf+Vp1+Vp2+Vrh2 BcalQnet,ar/Vf'，一般在75～100之间 BcalQnet,ar/A，上限在4～4.6之间 2(W+D)(△h+3) 取0.7 xBcalQnet,ar/AB，上限约1.3～2.0 0.0377 12 0.0145 0.0578 18.721 11.153 7.568 41.544 3.9975 38 0.0252 0.1206 1.671 0.812 0.615 0.785 0.360 0.736 1649.7 1376.7 -3.3 0.738 1654.5 1381.5 1.5 8042.3 18317.35 82.50 4.59 771.72 0.7 1.37 C C △?\f(1) θ\f(2) T\f,cal(2) ?\f,cal(2) — K ooC C △?\f(2) QR Vf' qV qA AB x qB kJ/kg m3 kW/m3 MW/m2 m2 — MW/m2 24 25 26 27 燃烧器区域炉膛断面热强度 燃烧器区域炉墙面积 富燃缺氧条件下主燃烧区燃尽份额 主燃烧区壁面热强度

第六章 前屏过热器设计和热力计算

13

6.1减温水假设和前屏结构设计

表4-8 减温水假设

序号 1 2 名 称 一级减温水量 二级减温水量 符 号 Ddsh1 Ddsh2 单 位 t/h t/h 计算公式或数据来源 假设后校核 假设后校核 结 果 59.0 29.0 表4-9 前屏结构计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

名 称 管子直径 屏片数 每片屏小屏数 每片小屏管子数 管子总数 工质流通截面 横向截距 纵向截距 系数 主受热面的角系数 屏片最外圈管子的外轮廓线所围成的平面面积 计算受热面积 顶棚受热面积 前墙受热面积 侧墙受热面积 总受热面积 计算受热面积所占份额 炉顶受热面积所占份额 前墙受热面积所占份额 侧墙受热面积所占份额 受热面区总容积 受热面区总包围面积 烟气辐射层有效厚度 系数 系数 前屏穿透角系数 烟气流通截面 符 号 d×δ n1 n2 n3 单 位 mm — — — — m2 m m — — m2 m2 m2 m2 m2 m2 — — — — m3 m2 m — — — m2 14 计算公式或数据来源 结构设计 结构设计 结构设计 结构设计 n1×n2×n3 π/4×di2×∑n 结构设计 结构设计 结构设计 查图3-5 (16+0.02065)×(3.607+0.0413)×2×6×2 Fpxp (0.591+3.607×2+0.85+0.794)×18.816 16×18.816 (0.591+3.607×2+0.85+0.794)×16×2 Hp+Fce+Ffr+Fs Hp/∑H Fce/∑H Ffr/∑H Fs/∑H 16×9.449×18.816 结 果 Φ41.3×6.0 6 6 12 432 0.921 2.688 0.051 1.23 0.87 1402.76 1220.40 177.79 301.06 302.37 2001.61 0.6097 0.0888 1.1054 0.1511 2844.68 2480.46 4.129 5.95 3.00 0.12 297.09 ∑n f s1 s2 s2/d xp Fp Hp Fce Ffr Fs ∑H rp rce rfr rs Vp1 ∑F S L/s1 D/s1 θvp1 Fg ∑H+Ffr+Fce 3.6Vp1/∑F 16/2.688 8.064/2.688 查附图A-2 (18.816-0.0413×6)×16

从炉膛进入前屏区的烟气流份额 28 g1 — 9.449/13.356 0.7075 6.2前屏热力计算

表4-10 前屏热力计算

序号 一、烟气参数 1 2 3 4 5 6 7 进口烟温 进口烟焓 出口烟温 出口烟焓 烟气平均温度 烟气平均温度 烟气放热量 ?p1' Ip1' ?p1'' Ip1'' ?av T1 Qp1,g ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg ℃ K kJ/kg 炉膛出口温度，查表4-7 炉膛出口烟焓，查表4-7 假设后校核 调用函数 0.5（?p1'+?p1''） ?av+273 g1θ（Ip1'-Ip1''） 1380 16605.0 1161 13685.8 1270.5 1543.5 2060.9 名 称 符 号 单 位 计算公式或数据来源 结 果 二、炉内直接辐射热 8 9 10 11 12 13 炉膛出口烟窗热有效系数 进入屏区炉膛出口热流 炉膛出口截面积 炉膛直接辐射热 前屏区炉膛出口截面积 落到前屏区炉膛直接辐射热 落到后屏区炉膛直接辐射热 前屏区直接辐射中透过前屏区落到后屏的辐射热 前屏区获得的炉膛直接辐射热 其中，主受热面所得 顶棚受热面所得 16 前墙受热面所得 两侧墙受热面所得 三、屏区空间（烟气）穿透辐射 17 烟气辐射层有效厚度 水蒸汽容积份额 18 三原子气体总容积份额 三原子气体减弱系数 灰粒平均直径 19 烟气中飞灰浓度 灰粒辐射减弱系数

S rH2O rg kgrg dash μash kashμash m — — m-1 μm kg/kg m-1 15

结构计算，查表4-9 烟气特性，查表4-3 烟气特性，查表4-3 式(3-19)，调用函数 中速磨煤机 烟气特性，查表4-3 式(3-20)，调用函数 4.129 0.0907 0.2350 0.0846 12 0.0145 0.0982 ψout qf\Fabc Qp,f\Fab Qp1,f\Qp2,f\Qp1\Qp1 Qp1r Qcer Qfrr Qsr — kW/m2 m2 kJ/kg m2 kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg 炉膛结构计算，查表4-6 ψoutεfsynζ0Tf\4 炉膛设计，13.356×18.816 qf\abc/Bcal 结构设计，9.449×18.816 FabQp,f\abc Qp,f\p1,f\Qp1.f\vp,1 Qp1,f\p1\rpQp1 rceQp1 rfrQp1 rsQp1 0.36 119.63 251.31 433.8 177.79 306.9 126.9 36.8 270.1 164.7 24.0 40.6 40.8 14 15

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