20th燃煤鍋爐空氣預(yù)熱器課程設(shè)計說明書.doc

20t/h燃煤鍋爐空氣預(yù)熱器課程設(shè)計說明書江蘇大學(xué)京江學(xué)院動力熱能1002班3101105036張冠中摘要 空氣預(yù)熱器是電廠中的一個基本的設(shè)備，其作用主要是降低排煙溫度，提高鍋爐效率，改善燃燒的著火條件和燃燒過程；降低不完全燃燒損失等等?？梢娖涫且环N一箭雙雕的設(shè)備：一方面可以吸收煙氣余熱，降低排煙溫度，提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性；另一方面使冷風(fēng)變成熱風(fēng)送入爐內(nèi)，改善燃燒，提高鍋爐燃燒效率，并且強(qiáng)化傳熱。 管式空氣預(yù)熱器是一個立方體的官箱，中間有隔板，由于許多薄壁鋼管組成，管子一般采用錯列布置兩端與鋼板焊接。管子垂直布置，煙氣在管內(nèi)從上到下流動，空氣從管間的縫隙通過，進(jìn)行熱量交換。管式空氣預(yù)熱器是通過它的下管板支撐在鍋爐空氣預(yù)熱器框架上的。管式空氣預(yù)熱器可分為單流程和多流程，當(dāng)空氣預(yù)熱器受熱面積不變時，增加流程會使每一通道的溫度降低，因此空氣流動速度就會增大，管式空氣預(yù)熱器根據(jù)進(jìn)口方式不同，可分為單面進(jìn)風(fēng)和多面進(jìn)風(fēng)。其他條件不變的時候，進(jìn)風(fēng)面越多，空氣的流動速度越低。與回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器相比，管式空氣預(yù)熱器構(gòu)造簡單，制造、安裝和維護(hù)方便，價格便宜，密封性能好，工作也可靠，但是管式傳熱性能差，使得空氣預(yù)熱器的體積龐大，鋼耗嚴(yán)重。 本次課程實際經(jīng)過鍋爐選材，耗煤量計算，確定基本計算數(shù)據(jù)，通過物料平衡，熱平衡來確定焓值等數(shù)據(jù)來進(jìn)行傳熱計算，設(shè)計出空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)尺寸，從而形式具體結(jié)構(gòu)就的出。再進(jìn)行阻力計算，得到數(shù)據(jù)。 本課程設(shè)計由于時間限制，設(shè)計條件極為理想，只可作為理想設(shè)計，不考慮漏風(fēng)等因素，并不十分完善。目錄第一章 已知參數(shù) 1.1 鍋爐已知參數(shù) 1.2 燃料特性第二章 空氣預(yù)熱器設(shè)計 2.1 鍋爐的選型 2.2 燃煤量計算 2.3 物料平衡與熱平衡 2.4 傳熱計算 2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.6 阻力計算第三章 數(shù)據(jù)總結(jié)參考文獻(xiàn)第一章 已知參數(shù)1.1 鍋爐的已知參數(shù) 表 11 鍋爐已知參數(shù)鍋爐蒸發(fā)量額定蒸汽壓力給水溫度額定蒸汽溫度空氣預(yù)熱器入口溫度排煙溫度環(huán)境溫度排污率 20t/h2.5MPa105 4002501602051.2 燃料特性 1.2.1 燃料選擇： 貧煤 貧煤：它是煙煤的一種，對煤化程度最高的煙煤的稱謂，這種煤著火溫度高，燃燒時火焰短，但發(fā)熱量高，燃燒持續(xù)時間長。一般揮發(fā)份10%20%，含碳量高達(dá)90%，含氫量一般在4%4.5%。貧煤一般用作煉焦配煤。 1.2.2 煤的成分 表12 煤的成分成分CarOarSarHarNarMarAarVdaf百分比（）39.94.60.22.70.6745251.2.3 煤的低位發(fā)熱量單位質(zhì)量的燃料在完全燃燒時所發(fā)出的熱量稱為燃料的發(fā)熱量，高位發(fā)熱量是指1Kg燃料完全燃燒時放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽已凝結(jié)成水所放出的汽化潛熱。從燃料的高位發(fā)熱量中扣除煙氣中水蒸汽的汽化潛熱時，稱燃料的低位發(fā)熱量。低位發(fā)熱量因為最接近工業(yè)鍋爐燃燒時的實際發(fā)熱量，常用于設(shè)計計算。低位發(fā)熱量（Qnet）單位質(zhì)量的試樣在恒容條件下，在過量氧氣中燃燒，其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫，氣態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量。恒容低位發(fā)熱量即由高位發(fā)熱量減去水（煤中原有的水和煤中氫燃燒生成的水）的氣化熱后得到的發(fā)熱量。 Qnet = 15890 KJ/ kg第二章 空氣預(yù)熱器設(shè)計2.1 鍋爐選型根據(jù)已知參數(shù)，在我國一般35t/h 以下的鍋爐多采用鏈條爐排，陰齒設(shè)計選擇燃燒方式為鏈條爐排。鏈條爐排鍋爐，是一種臥式三回程水火管混合式鍋爐，在鍋筒內(nèi)布置一束螺紋煙管。爐膛左右二側(cè)裝有光管水冷墻。采用輕型鏈條爐排實現(xiàn)機(jī)械加煤，配有鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，并裝有刮板式出渣機(jī)實現(xiàn)自動出渣。該爐前后拱采用新型的節(jié)能技術(shù)爐拱。燃料自煤斗落到爐排上，進(jìn)入爐膛燃燒后，火焰經(jīng)過后拱折射向上通過本體兩側(cè)燃燼室折向轉(zhuǎn)到前煙箱，再由前煙箱折回鍋內(nèi)管束，通過后煙箱進(jìn)入省煤器，然后由引風(fēng)機(jī)抽引通過煙道至煙囪排向大氣。根據(jù)鍋爐蒸發(fā)量20t/h，燃料的特性，查鍋爐的最低效率表1 , 可得鍋爐的最低效率為76%，由于課程設(shè)計的限制，簡化設(shè)計，不考慮漏風(fēng)等實際因素，因此取鍋爐的效率為87.1%。2.2 計算燃煤量 根據(jù)鍋爐蒸發(fā)量：20t/h ； 額定蒸汽量：400 額定蒸汽壓力：2.5MPa查過熱蒸汽表1 ,得到h=3240.7kj/kg又根據(jù)鍋爐蒸發(fā)量：20t/h,得鍋爐總吸熱量： 得： = 18004KJ/ s根據(jù)鍋爐的效率，得消耗燃料的輸入熱量： （21） =20670.5KJ/s燃煤量為： （22） 1.3 kg/s2.3 物料平衡與熱平衡 物料平衡即產(chǎn)品或物料實際產(chǎn)量或?qū)嶋H用量及收集到的損耗之和與理論產(chǎn)量或理論用量之間的比較，并考慮可允許的偏差范圍。 熱平衡定律是熱力學(xué)中的一個基本實驗定律，其重要意義在于它是科學(xué)定義溫度概念的基礎(chǔ)，是用溫度計測量溫度的依據(jù)。在熱力學(xué)中，溫度、內(nèi)能、熵是三個基本的狀態(tài)函數(shù)，內(nèi)能是由熱力學(xué)第一定律確定的；熵是由熱力學(xué)第二定律確定的；而溫度是由熱平衡定律確定的。所以熱平衡定律如第一、第二定律一樣也是熱力學(xué)中的基本實驗定律，其重要性不亞于熱力學(xué)第一、第二定律，但由于人們是在充分認(rèn)識了熱力學(xué)第一、第二定律之后才看出此定律的重要性，故英國著名物理學(xué)家R.H.否勒稱它為熱力學(xué)第零定律。 根據(jù)燃燒方式，燃料種類，查爐膛出口空氣系數(shù)表2,得到爐膛的出口過量空氣系數(shù)的范圍：1.20 1.25。取過量空氣系數(shù)為1.20，不考慮漏風(fēng)情況。2.3.1 理論空氣量的計算 理論燃燒空氣指1kg液體或固體燃料(對氣體燃料則為1Nm3)中所含可燃物質(zhì)與氧進(jìn)行燃燒化學(xué)反應(yīng)，按理論計算求得的空氣需要量(常以標(biāo)準(zhǔn)立方米計)。燃料完全燃燒時空氣中所含氧均與燃料中的可燃物質(zhì)相化合，在燃燒產(chǎn)物中不再存在任何可燃物質(zhì)和多余的氧。理淪空氣量是確定燃料實際燃燒所需空氣量的一個重要依據(jù)。 根據(jù)： (23) 得： 4.144 Nm3/h2.3.2 理論燃燒后的燃燒產(chǎn)物計算 燃燒產(chǎn)物是指由燃燒或熱解作用產(chǎn)生的全部物質(zhì)。燃燒產(chǎn)物包括：燃燒生成的氣體、能量、可見煙等。 （24） 0.745934 Nm3/h (25)3.27856 Nm3/h (26)0.3738584Nm3/h2.3.3理論煙氣量的計算 理論煙氣量:指單位燃料與理論空氣進(jìn)行完全燃燒生成的煙氣量。 查1m3空氣，煙氣和1kg灰的焓表1 經(jīng)過差值計算170+0.6（358-170） 282.8KJ/ m3 130+0.6(260-130) 208 KJ/ m3 151+0.6（305-151） 243.4 KJ/ m3 根據(jù) （27） 983.49181KJ/ kg2.3.4 根據(jù)空氣預(yù)熱器的過量空氣系數(shù)1.20的計算 過量空氣系數(shù)是指通過的可燃混合氣成分指標(biāo)，常用符號表示。 在我國及前蘇聯(lián)等國，通過的可燃混合氣成分指標(biāo)是過量空氣系數(shù)，常用符號表示。=燃燒1kg燃料實際所供給的空氣質(zhì)量/完全燃燒1kg燃料所需的理論空氣質(zhì)量由上面的定義表達(dá)式可知：無論使用任何燃料，凡過量空氣系數(shù)=1的可燃混合氣即為理論混合氣，此時燃料與空氣中的氧氣完全燃燒；1時則為稀混合氣 過量空氣量 ： （28） 0.8288 Nm3/h 水蒸氣容積： （29） 0.3872 Nm3/h 煙氣總?cè)莘e: (210) 5.3235 RO2容積份額： （211） 0.142 H2O容積份額： （212） 0.074 三原子氣體份額： （213） 0.216 煙氣質(zhì)量： （214） 7.04kg2.3.5 焓的計算 在熱力學(xué)中，分子、原子、離子做熱運(yùn)動時遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。既然組成物體的分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動，那么，像一切運(yùn)動著的物體一樣，做熱運(yùn)動的分子也具有動能。分子動能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的平均動能就越大，反之越小。所以從分子動理論的角度看，溫度是物體分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志（即微觀含義，宏觀：表示物體的冷熱程度）。分子間存在相互作用力，即化學(xué)上所說的分子間作用力（范德華力）。分子間作用力是分子引力與分子斥力的合力，存在一距離r0使引力等于斥力，在這個位置上分子間作用力為零。分子勢能與彈簧彈性勢能的變化相似。物體的體積發(fā)生變化時，分子間距也發(fā)生變化，所以分子勢能同物體的體積有關(guān)系。當(dāng) 時的空氣以及煙氣的焓根據(jù)空氣預(yù)熱器入口溫度250，排煙溫度160，空氣入口溫度20，因此溫度計算范圍為0-300表31 焓值表順序123456789t,()CCO2* CCO2*100170.0126.8130426.21150.756.34609.132549200357.6266.826085230411412332661104300538.9416.93921285463172.9518754031669表32 焓溫表kj/kgkj/kg公式1.20100613.20548.67613.2+*548.67722.934738.6162001241.041102.731241+*1102.731461.55758.923001886.721668.751887+*16692220.472.4 傳熱計算 2.4.1 空氣出口溫度的計算 根據(jù)空氣預(yù)熱器的煙氣入口溫度：250 排煙溫度：160 空氣入口溫度： 20查不同燃料和燃燒方式對預(yù)熱空氣溫度表1 根據(jù)煙氣入口溫度：250 得： 1563.88kj/kg 根據(jù)煙氣出口溫度：160 得： 989.904kj/kg 因此 （41） 4036.89Kj/kg (42) 5247.957Kj/s 根據(jù)空氣預(yù)熱器已知參數(shù)：64 mm 60 mm 在空氣預(yù)熱器中煙氣流速一般為的范圍內(nèi)選取，煙氣流速過高則磨損大，煙氣流速過低則會堵灰，設(shè)計中一般取空氣流速比煙氣流速低，為煙氣的。 即， （43） 取 煙氣流速 根據(jù)煙氣流速得： 煙氣總?cè)莘e ： （44） 6.8055 流通截面積： （45） 2.44 根據(jù)能量守恒 （46） 查空氣熱物理性質(zhì)表3,利用試算法，先估后算，再根據(jù)焓溫表32，得出溫度。根據(jù)試算法的出：125 核對誤差：5108.73Kj/s （47） 誤差符合要求2.4.2 鍋爐對流受熱面的傳熱系數(shù)K的計算 傳熱系數(shù)，是換熱操作中熱量通量 q（見傳熱過程）與傳熱推動力（溫度差t）的比例系數(shù)，即： Kq/t它在數(shù)值上等于在單位溫度差推動下于單位時間內(nèi)經(jīng)單位傳熱面所傳遞的熱量，它與傳熱面積乘積的倒數(shù)為傳熱過程的總熱阻。 根據(jù) （48） ：煙氣側(cè)熱阻 ：受熱面煙氣側(cè)灰污層熱阻 ：受熱面管壁金屬熱阻 ：空氣側(cè)熱阻 由于本課程設(shè)計數(shù)據(jù)精度不高，因此不考慮輻射換熱，只對對流換熱研究，由于管壁的厚度很小，因此管壁熱阻可以忽略不計，在進(jìn)行維護(hù)中，水垢沉積層的厚度很薄，因此可以忽略不計，即傳熱系數(shù)公式可以簡化為： （48） 查管式空氣預(yù)熱器利用系數(shù)表1 查得： 根據(jù)縱流沖刷受熱面的溫度改正系數(shù)圖1 查得：1.05 38 由 （49） 得：40.32 根據(jù)空氣在管外沖刷管子，利用 （410） 根據(jù)決定橫向沖刷錯簇的對流放熱系數(shù)的線算圖1 得：1.05 1 與有關(guān) 根據(jù)： （411） （412） 得 ： 1.7 因此 （413） 0.94 求得： 61.6875 20.73 根據(jù)空氣預(yù)熱器的煙氣入口溫度：250 排煙溫度：160 空氣入口溫度： 20 空氣出口溫度：125 小溫降等于： （414） 90 大溫降等于： （415） 105 （416） 0.39 （417） 1.15 查交差溫壓改正系數(shù)圖1 選擇二流程，查的 由 （418） （419） （420） 得 140 125 132.4 （421） 132.4 2.4.3 傳熱面積的計算 根據(jù) （422） 求得： 1.91 2.4.4 管束的計算 根據(jù)煙道的截面積2.44 設(shè)計煙道長度為1.63m 煙道高度為1.5 m 根據(jù)單根管子的換熱面積 （423） 由 （424） 根 根據(jù)設(shè)計為二流程，因此需要三段管箱，而每個管箱中有504根管子。 表42 計算參數(shù)表 序號名稱符號單位公式結(jié)果1進(jìn)口空氣溫度給定202進(jìn)口空氣焓kj/kg查焓溫表32109.73出口空氣溫度先估后校1254出口理論空氣焓kj/kg查焓溫表32687.1855進(jìn)口煙氣溫度給定250序號名稱符號單位公式結(jié)果6進(jìn)口理論煙氣焓kj/kg查焓溫表321563.887出口煙氣溫度給定1608出口理論煙氣焓kj/kg查焓溫表32989.9049煙氣平均溫度20510煙氣流速m/s1211流通截面積2.44序號名稱符號單位公式結(jié)果12煙氣傳熱熱阻40.3213空氣側(cè)熱阻61.687514傳熱系數(shù)K20.7315大溫降10516小溫降9017對數(shù)平均溫度132.418溫差132.419單根管換熱面積序號名稱符號單位公式結(jié)果20傳熱面積F1.9121管數(shù)n根10082.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)已知參數(shù)，設(shè)計第一級空氣預(yù)熱器有16與15 根管子交錯排列，空氣預(yù)熱器長度為1.63m，寬度為1.5m，高度為1.5m，管子共有24排，共504根管子。 設(shè)計第二級空氣預(yù)熱器有16與15 根管子交錯排列，空氣預(yù)熱器長度為1.63m，寬度為1.5m，高度為1.5m，管子共有24排，共504根管子。 2.6 阻力計算2.6.1煙氣側(cè)阻力 由于立式管式空氣預(yù)熱器煙氣從管內(nèi)流過，空氣預(yù)熱器的阻力由：入口局部阻力，管內(nèi)流動的沿程摩擦阻力和出口局部阻力組成。 根據(jù) （61） ：氣動壓 ：沿程阻力 ：進(jìn)口局部阻力系數(shù) ：出口