工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)中的熱力計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u21456第1章引言 2161552.1鍋爐特性 2223242.2方案論證 422189（1）布置鍋爐的本體 416361（2）爐膛的設(shè)計(jì)過程 420590（3）過熱器的設(shè)計(jì)過程 428831（4）鍋爐管束的設(shè)計(jì)過程 414205（5）省煤器的設(shè)計(jì)過程 422143（6）空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)過程 48409（7）安全閥的設(shè)計(jì) 41307（8）鍋爐平臺以及扶梯 58722（9）爐墻的種類、構(gòu)成和尺寸 5294162.3本章小結(jié) 514949第三章熱力計(jì)算 6251813.1鍋爐規(guī)范、輔助計(jì)算及熱平衡計(jì)算 6107133.1.1鍋爐參數(shù) 695153.1.2輔助計(jì)算 6199873.2爐膛設(shè)計(jì) 1146583.2.1爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 1169083.2.2爐膛傳熱計(jì)算 1531013.3過熱器計(jì)算 17136813.3.1過熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算 1796673.3.2過熱器熱力計(jì)算 18103853.4鍋爐管束計(jì)算 2168573.4.1鍋爐管束結(jié)構(gòu)計(jì)算 21129063.4.2鍋爐管束熱力計(jì)算 23179433.5省煤器計(jì)算 25192173.5.1省煤器結(jié)構(gòu)計(jì)算 25197333.5.2省煤器熱力計(jì)算 26249303.6空氣預(yù)熱器計(jì)算 27117373.6.1空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算 27253553.6.2空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算 2740033.7熱力計(jì)算匯總 29第1章引言鍋爐是內(nèi)部有各種各樣的設(shè)備，通俗來講可以分為鍋爐本體及輔助設(shè)備?？紤]到鍋爐的大部分結(jié)構(gòu)部件在工作時(shí)會長期承受高溫高壓，所以必須有足夠的材料強(qiáng)度來保證鍋爐的正常運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)所采用的材料需要經(jīng)得住惡劣條件的考驗(yàn)。同時(shí)，為了適應(yīng)不同種類的煤種的燃燒過程，鍋爐的結(jié)構(gòu)比如煤斗、煤閘門、鏈條爐排、風(fēng)室及爐拱必須要有可靠的傳熱性能。同時(shí)還要確保不一樣的燃料能夠被燃盡，將燃燒過程釋放出的熱量盡可能的減少損失以供鍋爐使用。關(guān)于鍋爐的爐墻，為了起到穩(wěn)定的作用，并且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)且絕熱性能好，選擇金屬框架以及磚來構(gòu)成爐墻，這在一定程度上也能保證密封和保溫的性能足夠。第2章任務(wù)書2.1鍋爐特性通過參照著任務(wù)書，得出如下結(jié)論：1、根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，采用51的碳素?zé)o縫鋼管作為水管，管束彎頭半徑是200mm。2、在本次設(shè)計(jì)中，考慮到鏈條爐供有前拱和后拱兩部分，而前后拱相互配合決定了能否有效的改善燃煤的著火條件，并關(guān)系著燃料是否有著較好的著火速度以及燃盡速度，故分別設(shè)計(jì)，其中前拱傾角設(shè)計(jì)為45°，前拱遮蓋率設(shè)計(jì)為0.1。后拱傾角設(shè)計(jì)為18°，后拱遮蓋率設(shè)計(jì)為0.3。3、在本次設(shè)計(jì)中，將冷空氣的溫度設(shè)定為30℃，熱空氣溫度設(shè)定為80℃。4、考慮到燃燒狀況，為了更好的調(diào)節(jié)以及性能的改善，本次設(shè)計(jì)采用了雙側(cè)進(jìn)風(fēng)，其中分段送風(fēng)作為次設(shè)計(jì)。同時(shí)，布置二次風(fēng)以得到更好的效率，將其設(shè)置在后拱尖端處。鍋爐規(guī)范見表2-1。燃料特性見表2-2。表2-2燃料特性管子特性見表2-3。表2-3管子特性鍋爐主要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2-4。表2-4主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)鍋爐的基本尺寸見表2-5。表2-5鍋爐基本尺寸2.2方案論證本小節(jié)闡述了在鍋爐的設(shè)計(jì)過程中，鍋爐內(nèi)部各部分設(shè)計(jì)思路以及使用的材料等。（1）布置鍋爐的本體在鍋爐本體的布置中，要考慮爐膛和爐膛內(nèi)部的對流煙道、輻射受熱面，還要考慮各對流受熱面相互之間的關(guān)系及位置。并根據(jù)燃料的特性、鍋爐參數(shù)等來確定鍋爐本體的布置。在這次任務(wù)設(shè)計(jì)中，我的任務(wù)是設(shè)計(jì)SZL10-1.25-AⅡ型號的鍋爐，這是一個(gè)低壓的小型的工業(yè)鍋爐，在總體的布置上我采取∏形布置，分別在上升煙道、水平煙道布置水冷壁以及過熱器，將鑄鐵式省煤器和管式空氣預(yù)熱器布置在下行煙道。在這種布置的前提下可以將送引風(fēng)機(jī)布置在地上，這樣也更便于實(shí)際操作。（2）爐膛的設(shè)計(jì)過程在爐膛的設(shè)計(jì)過程中，我先確定了合適的爐排面積熱負(fù)荷以及爐膛容積熱負(fù)荷，并根據(jù)已知參數(shù)計(jì)算得出爐排面積，然后根據(jù)上述內(nèi)容確定爐排的參數(shù)包括長度及寬度，求出爐膛的截面積。在所有計(jì)算過程完成后我根據(jù)燃料及鍋爐基本參數(shù)特性以及爐膛容積熱負(fù)荷確定出了爐膛的容積。過熱器的設(shè)計(jì)過程在把汽包汽水分離，將飽和水蒸汽加熱最后變成熱蒸汽的過程中，壓力在整個(gè)過程里是始終不變的，所以為了降低煙氣的溫度在爐膛的出口處布置了過熱器。（4）鍋爐管束的設(shè)計(jì)過程在本次設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的鍋爐是雙鍋筒的蒸汽鍋爐，所以管束應(yīng)該在兩個(gè)鍋筒中間并且與上下兩個(gè)鍋筒分別相連接。鍋爐管束的布置形式是按照順列進(jìn)行布置，將整個(gè)尺寸減小，并有良好的傳熱效果，減小管子磨損有效的提高了效率。（5）省煤器的設(shè)計(jì)過程省煤器的作用至關(guān)重要，它是很重要的受熱面，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了主要有兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的鑄鐵式省煤器，這兩種結(jié)構(gòu)分別是主貼鏈接彎頭以及鑄鐵外助管。因?yàn)楸敬紊婕暗墓ぷ鲏毫Ρ容^低因此和這種生每期比較吻合?？紤]到鑄鐵省煤器在結(jié)構(gòu)上因?yàn)橛休^多連接彎頭容易造成泄露問題，所以在安全性上存在短缺。但選擇這種省煤器也有很多優(yōu)點(diǎn)，例如它的結(jié)構(gòu)簡單、抗腐蝕性好。（6）空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)過程在本次設(shè)計(jì)過程中采用了被廣泛應(yīng)用在鍋爐內(nèi)的鋼管式空氣預(yù)熱器，鋼管式空氣預(yù)熱器主要有兩種結(jié)構(gòu)組成：鋼管、鋼管板。管子外徑確定為40,mm，并應(yīng)用了錯列的排列形式。（7）安全閥的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)過程中考慮到鍋爐的蒸發(fā)量為10t/h，它的額定工作壓力是1.25Mpa，因此根據(jù)要求，安裝了兩個(gè)鍋爐安全閥。在此基礎(chǔ)上安裝了高低水位報(bào)警、低水位連鎖的保護(hù)設(shè)備。鍋爐平臺以及扶梯考慮到工作人員需要一個(gè)安全保障裝置來確保人員在檢修的時(shí)候能夠到達(dá)指定地點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)了扶梯以及平臺，并在扶梯平臺的周圍設(shè)計(jì)了防護(hù)欄來保證維修人員的人身安全。（9）爐墻的種類、構(gòu)成和尺寸根據(jù)本次設(shè)計(jì)的鍋爐蒸發(fā)量選定了重型爐墻，這種爐墻主要有兩部分組成：紅磚、耐火磚?？紤]到耐火磚的耐高溫的特性因此將其布置在內(nèi)層，考慮到紅磚的良好絕熱特性因此將其應(yīng)用在外墻。因?yàn)闋t墻在施工的時(shí)候要被直接建在鍋爐地基上，又考慮到爐墻的重量，因此爐墻不能設(shè)計(jì)過高以此來保證安全性。2.3本章小結(jié)本章集中展示了我所設(shè)計(jì)鍋爐的參數(shù)以及鍋爐特性，陳列了鍋爐各部分結(jié)構(gòu)的選取及選取原則，鍋爐各部分結(jié)構(gòu)的選取皆是參考文獻(xiàn)在文獻(xiàn)給定的范圍內(nèi)選取，以此確保鍋爐可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行。第三章熱力計(jì)算鍋爐各部分結(jié)構(gòu)的熱力計(jì)算是為了保證鍋爐各部分受熱面能夠協(xié)調(diào)燃燒產(chǎn)物和公質(zhì)參數(shù)。通過參考文獻(xiàn)可以得知在部分受熱面中由輻射和對流傳熱起主導(dǎo)作用。在計(jì)算過程中，要根據(jù)受熱面不同的特點(diǎn)來進(jìn)行各自的計(jì)算。3.1鍋爐規(guī)范、輔助計(jì)算及熱平衡計(jì)算3.1.1鍋爐參數(shù)蒸汽壓力：P=1.25MPa蒸汽溫度：ts.s=194℃給水溫度：tf.w=80℃冷空氣溫度：tl.a=30℃鍋爐排污率：ρb.w=5%蒸汽濕度：ω=3%3.1.2輔助計(jì)算3.1.2.1空氣平衡煙道中各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)見表3-1。表3-1煙道中各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)3.1.2.2燃燒產(chǎn)物的容積及焓值計(jì)算（1）理論空氣量、煙氣理論容積計(jì)算見表3-2。表3-2理論空氣量、煙氣理論容積計(jì)算（2）各受熱面煙道中煙氣特性計(jì)算見表3-3。表3-3各受熱面煙道中煙氣特性計(jì)算續(xù)表3-3（3）不同過量空氣系數(shù)下燃燒產(chǎn)物的焓溫表見表3-4。表3-4煙氣焓溫表續(xù)表3-4鍋爐熱平衡及燃料消耗量計(jì)算見表3-5。表3-5鍋爐熱平衡及燃料消耗量計(jì)算序號名稱符號單位計(jì)算公式或來源數(shù)值1燃料低位發(fā)熱量Qnet,arkJ/kg給定196902冷空氣溫度tl.a℃給定303理論冷空氣焓I0l.akJ/kg194.64排煙溫度θex℃給定1805排煙焓IexkJ/kg根據(jù)θex及а=1.9查焓溫表2417.576固體不完全燃燒損失q4%查參考文獻(xiàn)[16]表B4107氣體不完全燃燒損失q3%查參考文獻(xiàn)[16]表B40.58排煙損失q2%9.499散熱損失q5%查參考文獻(xiàn)[16]表4-11.5續(xù)表3-53.2爐膛設(shè)計(jì)圖3-1爐膛結(jié)構(gòu)圖3.2.1爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算爐膛與爐排參數(shù)見表3-6。表3-6爐膛與爐排參數(shù)續(xù)表3-6爐膛結(jié)構(gòu)標(biāo)高計(jì)算見表3-7。表3-7爐膛結(jié)構(gòu)標(biāo)高計(jì)算爐膛周界面積計(jì)算見表3-8。表3-8爐膛周界面積計(jì)算續(xù)表3-8（4）輻射受熱面積計(jì)算見表3-9。表3-9輻射受熱面積計(jì)算續(xù)表3-9續(xù)表3-93.2.2爐膛傳熱計(jì)算爐膛傳熱計(jì)算見表3-10。表3-10爐膛傳熱計(jì)算續(xù)表3-10續(xù)表3-103.3過熱器計(jì)算3.3.1過熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算過熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算見表3-11。表3-11過熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算續(xù)表3-113.3.2過熱器熱力計(jì)算過熱器熱力計(jì)算見表3-12。表3-12過熱器熱力計(jì)算續(xù)表3-12續(xù)表3-12序號名稱符號單位計(jì)算公式或來源數(shù)值序號31橫向沖刷順利管束修正系數(shù)Ca—查參考文獻(xiàn)[16]查圖C131對流放熱系數(shù)αt88.37煙氣側(cè)對流放熱系數(shù)α1101.4732熱有效系數(shù)Ψ—取用0.6833橫向沖刷傳熱系數(shù)Kt53.8934縱向沖刷順利管束煙氣流速ωm/s8.56條件對流放熱系數(shù)α0查參考文獻(xiàn)[16]查圖C1522.31修正系數(shù)Cl—查參考文獻(xiàn)[16]查圖C152.02修正系數(shù)Ct—查參考文獻(xiàn)[16]查圖C150.83對流放熱系數(shù)αt37.4煙氣側(cè)對流放熱系數(shù)α150.50435縱向沖刷傳熱系數(shù)Kl26.336平均傳熱系數(shù)Kav—40.8237最大溫壓Δtmax℃523.5738最小溫壓Δtmin℃502.239平均溫壓Δtav”℃512.8940無因次計(jì)算參數(shù)P—0.29R—0.6841溫差修正系數(shù)Ψt—查參考文獻(xiàn)[16]查圖C220.998續(xù)表3-123.4鍋爐管束計(jì)算3.4.1鍋爐管束結(jié)構(gòu)計(jì)算AD管段長度計(jì)算見表3-13。表3-13AD管段長度計(jì)算（2）對流管束結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見表3-14。表3-14對流管束結(jié)構(gòu)特性計(jì)算續(xù)表3-14管子長度見表3-15表3-15管子的長度3.4.2鍋爐管束熱力計(jì)算鍋爐管束熱力計(jì)算見表3-16。表3-16鍋爐管束熱力計(jì)算續(xù)表3-163.5省煤器計(jì)算3.5.1省煤器結(jié)構(gòu)計(jì)算省煤器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表3-17。表3-17省煤器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)續(xù)表3-173.5.2省煤器熱力計(jì)算省煤器熱力計(jì)算見表3-18。表3-18省煤器熱力計(jì)算符號名稱符號單位計(jì)算公式或來源數(shù)值1進(jìn)口煙溫θ′℃等于對流管束出口煙溫663.02進(jìn)口煙焓I′kJ/kg查對流管束熱力計(jì)算表6783.23出口煙溫θ"℃先假設(shè)，后校核3574出口煙焓I"kJ/kgаec″=1.8，查焓溫表3483.6775煙氣放熱量Qh.bkJ/kg824.3526進(jìn)口水溫t′℃給水熱力除氧807進(jìn)口水焓i′kJ/kg查參考文獻(xiàn)[16]表B14按p=1.8MPa,t′=80℃335.438出口水焓i"kJ/kg464.539出口水溫t"℃查參考文獻(xiàn)[16]表B14按p=1.8MPa107.5312工質(zhì)流速ωm/s1.32213平均煙溫θav℃51014煙氣流速ωgm/s15.2715條件傳熱系數(shù)K0查參考文獻(xiàn)[16]圖C1928.516修正系數(shù)C0查參考文獻(xiàn)[16]圖C190.98317傳熱系數(shù)K28.0118最大溫差△tmax℃555.4719最小溫差△tmin℃27720平均溫壓△t℃113.0421傳熱量Qh.tkJ/kg813.5322計(jì)算誤差△Q%1.31校核：誤差為1.31%<2%，設(shè)計(jì)合格，無需重算。3.6空氣預(yù)熱器計(jì)算3.6.1空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算見表3-19。表3-19空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算序號項(xiàng)目符號計(jì)算或數(shù)據(jù)來源數(shù)值單位1管外徑d按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0.05m2管內(nèi)徑dn按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0.047m3管長l按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.7m4橫向節(jié)距S1按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0.065m5縱向節(jié)距S2按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0.056m6橫向排數(shù)Z1按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14排7縱向排數(shù)Z2按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46排8管根數(shù)n644根9受熱面面積H264.801m210煙氣流通截面積fg1.116m211空氣流通截面積fa1.282m212橫向相對節(jié)距σ11.3—13縱向相對節(jié)距σ21.2—3.6.2空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算見表3-20。表3-20空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算序號名稱符號單位計(jì)算公式或來源數(shù)值1進(jìn)口煙溫θ′a.h℃等于省煤器出口煙溫3572進(jìn)口煙焓I′a.hkJ/kg查省煤器熱力計(jì)算表3683.573出口煙溫θ"a.h℃先假設(shè)，后校核2674出口煙焓I"a.hkJ/kgα=1.9，查焓溫表2623.52續(xù)表3-205空氣預(yù)熱器平均空氣量與理論空氣量之比β—1.326熱空氣出口焓I"a.hkJ/kg1352.647熱空氣出口溫度t"a.h℃查焓溫表97.2358煙氣放熱量Qh.bkJ/kg1242.329平均煙溫℃31210煙氣流速ωgm/s17.25311水蒸氣容積份額rH20—查煙氣特性表0.06512三原子氣體容積份額rtri—查煙氣特性表0.17213煙氣縱向沖刷放熱系數(shù)α0W/(m2·℃)查參考文獻(xiàn)[16]圖C156514修正系數(shù)Cl—查參考文獻(xiàn)[16]圖C151Ct—查參考文獻(xiàn)[16]圖C151.0215煙氣側(cè)對流放熱系數(shù)α1W/(m2·℃)62.316平均空氣溫度tav℃64.2517空氣流速ωam/s6.30218空氣橫向沖刷錯列管束放熱系數(shù)αoW/(m2·℃)查參考文獻(xiàn)[16]圖C1458.019修正系數(shù)Cz—查參考文獻(xiàn)[16]圖C141Cs—查參考文獻(xiàn)[16]圖C141.02Ct—查參考文獻(xiàn)[16]圖C141.320空氣