卧式燃油燃气蒸汽锅炉设计

卧式燃油燃气蒸汽锅炉设计

设计指标： 1.型号WNS2-1-YCQT 2.设计热效率90%

3.炉型：卧式、波纹炉胆、三回程烟管（螺纹管）、湿背式顺流 4.烟管公称直径513、流速um/s （16~20）035.1.03~1.10 K1.293kg/Nm y1.34kg/Nm

03 yt.p0y273P(MPa)

273ty0.16.给水温度tgs20℃ 7.排污率5% 8.滞水率W=4% 9.空气温度tlk20℃

一、热工计算

1、空气平衡计算

按设计指标5选取炉膛出口过量空气系数l=1.08，按<工业锅炉设备>第60页表3-1选取各项受热面烟道的漏风系数，进行空气平衡计算，编制空气平衡表，见表1。

表1 空气平衡表 过量空气系数 锅炉受热面 进口 炉膛 1.02 ’’’漏风系数 出口 1.10 0.08 ’’

2、理论空气量和理论烟气量计算，见表2

查<工业锅炉设备>第43页表2-14 知0号轻柴油Car=85.55% Har=13.49% Oar=0.66 Nar=0.04% Sar=0.25% Aar=0.01% Mar=0%

表2 理论空气量和理论烟气量计算

序项目 符号 计算或数据来源 数值 单位

号 1 理论 空气量 二氧化物体积 理论 氮气量 理论 水蒸气量 理论 烟气量

3、各受热面烟道中烟气特性计算，见表3

表3 锅炉各受热面烟道中烟气特性计算

序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 平均过量空气系数 实际水蒸气量 实际烟气量 符号 计算公式 单位 炉膛及凝渣管 1.10 1.695 13.216 0.1209 0.1269 0.2478 17.035 0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.0333Oar V 0K=0.088985.550.3750.250.26513.49-0.03330.66 11.169 m3/kg 2 VRO2 0.01866Car0.375Sar0.0186685.550.3750.25 00VN2 0.008Na0.79VK0.0080.040.7911.169 0 0.111Har0.0124Mar0.0161VK1.598 m3/kg 3 8.824 m3/kg 4 V0H2O 0.11113.490.012400.016111.16900VRO2VN2VH2O1.5988.8241.667 1.677 m3/kg 5 Vy0 3m/kg 12.089 Pj VH2O ’’’2 00 VH2O0.0161Pj1VK00 VRO2VN2VH2OPj1VKm3/kg m3/kg Vy VRO2体积分数 H2O体积分数 三原子气体体 积分数 烟气质量 rRO2 rH2O rq VRO2Vy VH2OVy rRO2rH2O 1Aar0 1.306PjVK100Gy 0y kg/kg kg/m3 8 标准状态下烟气密度

Aar01.306PjVK1Vy 1001.2890 4、空气焓和烟气焓计算,见表4

其中cCO2、cN2、cH2O、cK查<工业锅炉设备>第81页表3-4获得

表4 烟气焓温表 单位kJ/kg

hRO2 h0N2 0VN2· h0H2O 0VH2O· 0hy hk0 0hyhy1hk0 /℃ VRO2· hRO2+h00N2 cKVK+hH2O 1671.4 3376.1 5128.8 6933.7 8783.9 10670.6 12605.7 14608.1 16641.6 18712.3 20791.0 22881.0 25023.0 27205.3 29365.5 31562.7 33773.4 35989.9 38243.9 40480.6 0cCO2 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

271.7 572.1 893.3 1233.7 1591.6 1954.4 2334.7 2723.0 3117.7 3518.8 3927.9 4341.8 4757.2 5179.1 5599.4 6021.3 6450.0 6877.8 7306.1 7740.7 cN2 1147.1 2294.2 3459.0 4650.2 5859.1 7094.5 8347.5 9644.6 10968.2 12300.7 13633.1 14965.5 16333.2 17736.2 19104.0 20507.0 21910.0 23313.0 24751.3 26154.3 cH2O 253.2 509.8 776.5 1049.8 1333.2 1621.7 1923.5 2240.5 2555.7 2892.8 3230.0 3573.7 3932.6 4290.0 4662.1 5034.4 5413.4 5799.1 6186.5 6585.6 1.1 1818.8 3673.2 5578.9 7539.1 9547.9 11597.6 13700.3 15870.2 18072.4 20316.2 22572.5 24840.0 27159.6 29525.1 31867.4 34246.6 36640.5 39039.0 41479.6 43903.9 1474.3 2971.0 4501.1 6053.6 7639.6 9270.3 10945.6 12621.0 14307.5 16038.7 17814.6 19590.4 21366.3 23198.0 25018.6 26839.1 28670.8 30491.4 32356.6 34233.0 5、锅炉热平衡及燃料消耗量计算，见表5

表5 锅炉热平衡及燃料消耗量计算

序号 1 序号 项目 燃料低位发热量 项目 符号 符号 计算或数据来源 计算 计算或数据来源 数值 41920 数值 单位 kJ/kg 单位 Qnet，V，ar

2 3 4 5 冷空气温度 理论 冷空气焓 排烟温度 排烟焓 tlk 0hlk 给定 0ctlk11.169132.40.2 VK20 295.76 200 2975.2 ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg Py hPy 先假定，后校核 根据Py及Pj=1.10，查表4烟气焓温表 0hPyPyhlKq14100Qnet，V，ar1006 排烟热损失 q2 气体未完全 燃烧热损失 散热损失 燃料 收到基灰分 锅炉 总热损失 锅炉热效率 饱和水焓 饱和蒸汽焓 汽化潜热 2975.21.30294.91100419206.18 % 7 8 9 q3 查<工业锅炉设备>第226页表5-4选取 查<工业锅炉设备>第91页表3-9选取 给定 0.5 3 0.01 % % % q5 Aar 10 11 12 13 14 q q2+q3+q5=6.18+0.5+3 100q=1009.68 按Pbs=1MPa，查饱和水蒸气表 按Pbs=1MPa，查饱和水蒸气表 按Pbs=1MPa，查饱和水蒸气表 按pgs1MPa,tgs20℃查未饱和水与过热蒸汽表 9.68 90.32 762.8 2777.7 2014.8 % % kJ/kg kJ/kg kJ/kg  hbs hbg r 15 给水焓 hgs DPW w 84.8 kJ/kg 16 17 锅炉排污量 蒸汽湿度 DPPW20.05 给定 0.1 4 t/h % 18 锅炉有效 利用热量 Qgl rw3DhbghgsDPWhbshgs10100 5292416 2014.8422777.784.80.1(762.8100kJ/h

84.8)10 319 燃料消耗量 计算燃料 消耗量 B Qgl3600Qnet,v,ar5292416100 360090.32419200.0388 kg/s 20 Bj qB14B 1000.0388 kg/s 21

保热系数  1q531 q590.3230.968 二、锅炉换热计算 6、锅炉炉胆传热计算

表6 锅炉炉胆传热计算 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 锅炉输入热量 计算燃料消耗量 保热系数 炉胆出口过量空气系数 符号 Qr Bj

单位 kJ/kg kg/h — — — ℃ kJ/kg ℃ kJ/kg kJ/kg kJ/kg Qr公式 设计给定QarQnet,v,ar 热平衡计算 热平衡计算 选取 选取 选定 查温焓表 设计 查温焓表 0lIlk 结果 41920 144.72 0.967 1.10 0.00 20 294.9 20 294.9 324.4  l 炉胆漏风系数 l 冷空气温度 冷空气焓 热空气温度 热空气焓 空气带入炉内热量 炉胆入炉热量 tlk 0Ilk trk 0Irk Qk 11 Ql 100q4q3q6QK100q442034.8

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 绝热燃烧温度 绝热燃烧绝对温度 炉胆出口温度 炉胆出口绝对温度 火焰绝对平均温度 炉胆壁温 炉胆绝对壁温 炉胆出口烟焓 辐射和对流换热系数 辐射和对流的有效面积 烟气放热量 烟气传热量 ll Tll ℃ K ℃ K K ℃ K kJ/kg kW/(m2k) 查温焓表 1922.9 2195.9 1000 1273 1494.5 283.355 556.355 20316.2 12.36 5.024 21001.9 20994.3 ll273 假定 l Tl Thy l273 1Tl(TllTl) 4tbh90 tb273 tb Tb Il 查温焓表 设计选取 计算 C Hf Qrp m2 kJ/kg kJ/kg cHfBj(QlIl) [(Thy100)4Qcr (Tb4)] 10024 计算误差  % QrpQcrQrp100 0.036

7、对流受热面计算

本锅炉为湿背式带回燃式的三回程锅壳式锅炉，对流受热面分第一烟管管束,第二烟管管束，其中第一管束烟管为螺纹管，第二管束烟管采用光管，省煤器为常规光管，具体的计算结果参看下表：

表7.1 第一管束结构计算 序号 1 2 3 名称 螺纹管节距 螺纹管槽深 螺纹管的内径 符号 t 单位 mm mm mm 公式 设计选取 设计选取 设计选取 结果 72.00 2.00 51.00  dr

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 螺纹管的根数 光管的内径 光管的根数 拉撑管的内径 拉撑管的根数 螺纹管烟气流通面积 光管烟气流通面积 拉撑管烟气流通面积 纵向冲刷管长度 螺纹管传热面积 光管传热面积 拉撑管传热面积 烟气总流通面积 总传热面积 Nr dg Ng dl Nl Fr Fg Fl L Hr Hg Hl Fd Hd — mm — mm — m2 m2 m2 m m2 m2 m2 m2 m2 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 0.785dr2Nr 0.785dg2Ng 101 51.00 0.00 51.00 0.00 0.19 0.00 0.00 2.00 32.35 0.00 0.00 0.19 32.35 0.785dl2Nl 设计选取 drLNr dgLNg dlLNl Fr+Fg+Fl Hr+Hg+Hl 名称 入口烟温 入口烟焓 出口烟温 出口烟焓 管束出口估量空气系数 管束漏风系数 冷空气温度 冷空气焓 保热系数 表7.2 第一管束热力计算 符号 单位 公式  ℃ 设计给定 结果 1000 20316.2 270 5007．9 1.10 0.000 20 294.9 0.967 I kg/h ℃ kg/h — — ℃ kJ/kg — 查温焓表 假定 查温焓表 选取 选取 选取 查温焓表 热平衡计算  I d2  tlk 0Ilk 

10 11 12 13 14 管束热平衡入量 平均烟气温度 大端温度 小端温度 对数温度 Qrp1 kJ/kg ℃ ℃ ℃ ℃ (II) () 214803.11 635 820 90 p td tx tbh tbh (tdtx)tlndtxt 330.4 15 平均烟气流量 烟气的普朗特数 烟气运动粘性系数 烟气导热系数 光管或拉撑管雷诺数 螺纹管雷诺数 比值 比值 光管对流换热系数 螺纹管对流换热系数 W m/s BjVy3600Fdp273273 9.3 0.618 0.00009 0.076 — 6208.576 1.412 0.039 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Pr — m/s kW/(mc) 2查烟气特性表 查烟气特性表 查烟气特性表 wdg  Reg Reg R1 R2 — — — — kW/(m2c)wdr tdr dr 0.023g dgReg0.8Pr0.4 0.1120.000 r kW/(m2c) 25 26 27 烟气的总对流换热系数 工质温度与管壁温差 管壁温度 t0.0144drRer0.9260.08dr 0.078 d dt tb kW/(m2c)gHgrHrHgHr 0.078 60.000 240 ℃ ℃ 60 tbh60

28 29 30 31 32 烟气压力 水蒸气体积份额 三原子气体体积份额 烟气容积 三原子气体辐射减弱系数 飞灰辐射减弱系数 气体介质吸收力 烟气黑度 温度比 烟气辐射放热系数 热有效系数 总传热系数 主受热面传热量 主受热面传热误差 p rH2O rq Vy MPa — — m/kg 1/(MPam)0.1 rH2O rRO2rH2O Vy01.061(d21)V0 (10.37(0.100 0.127 0.248 13.216 q p273100) 2.475.06rH2Orqps1)rq 15.046 33 34 35 36 37 38 39 40 41

h ps ay 1/(MPam) 0.000 (kqkh)ps(s0.9dg) 1/(MPam)0.069 0.067 0.588 — — 1ekps tb273 p273  113kW/(m2c)5.110ay(p273)f — kW/(m2c)0.005 (1)(1) 2 K Qcr 估取 0.680 0.056 (df) kJ/kg % KHdt BjQrp1QcrQrp1100 14888.6  0.58 表7.3 第二光管结构计算

序名称 符号 单位 公式 结果

号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 螺纹管节距 螺纹管槽深 螺纹管的内径 螺纹管的根数 光管的内径 光管的根数 拉撑管的内径 拉撑管的根数 螺纹管烟气流通面积 光管烟气流通面积 拉撑管烟气流通面积 总想冲刷管长度 螺纹管传热面积 光管传热面积 拉撑管传热面积 烟气总流通面积 总传热面积 t mm mm mm — mm — mm — m2 m2 m2 m m2 m2 m2 m2 m2

表7.4 第二光管热力计算

序号 1 2 3 4 名称 入口烟温 入口烟焓 出口烟温 出口烟焓 符号  单位 ℃ kg/h ℃ kg/h 公式 设计给定 查温焓表 热平衡计算 查温焓表 结果 270 5007.9 208 3825.7 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 设计选取 0.785dr2Nr 0.785dg2Ng 0.00 0.00 51.00 0.00 51.00 91.00 0.00 0.00 0.00 0.14 0.00 2.70 0.00 39.35 0.00 0.14 39.35  dr Nr dg Ng dl Nl Fr Fg Fl L Hr Hg Hl Fd Hd 0.785dl2Nl 设计选取 drLNr dgLNg dlLNl Fr+Fg+Fl Hr+Hg+Hl I  I

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 管束出口估d2 量空气系数 管束漏风系数 冷空气温度 冷空气焓 保热系数 管束热平衡入量 平均烟气温度 大端温度 小端温度 对数温度  tlk 0Ilk — — ℃ kJ/kg — kJ/kg ℃ ℃ ℃ ℃ 选取 选取 选取 查温焓表 热平衡计算 1.100 0.000 20 294.9 0.967 1143.2 239 90 28  Qrp2 (II) () 2p td tx tbh tbh (tdtx)tlndtx t 53.1 15 16 17 18 19 20 21 22 23 平均烟气流量 烟气的普朗特数 烟气运动粘性系数 烟气导热系数 光管火拉撑管雷诺数 螺纹管雷诺数 比值 比值 光管对流换热系数 W Pr m/s — m2/s BjVy3600Fdp273273 7.12 0.659 0.00004 0.045 11460.963 11460.963 0.000 0.000 0.030 查烟气特性表 查烟气特性表 查烟气特性表 wdg  Reg Reg R1 R2 kW/(mc) — — — — wdr tdr dr 0.023g kW/(m2c) dgReg0.8Pr0.4

24 螺纹管对流换热系数 烟气的总对流换热系数 工质温度与管壁温差 管壁温度 烟气压力 水蒸气体积份额 三原子气体体积份额 烟气容积 三原子气体辐射减弱系数 r kW/(m2c) 无螺纹烟管 0.000 25 26 27 28 29 30 31 32 d kW/(m2c)dt tb gHgrHrHgHr 0.030 60.000 240 0.100 0.127 0.248 13.216 ℃ ℃ MPa — — m/kg 1/(MPam)60 tbh60 p rH2O 0.1 rH2O rq Vy rRO2rH2O Vy01.061(d21)V0 q (10.37p273100) (rqps2.475.06rH2O6.78 1)rq 33 飞灰辐射减弱系数 气体介质吸收力 烟气黑度 温度比 h 1/(MPam) 0.000 (kqkh)ps(s0.9dg) 34 ps 1/(MPam)0.083 0.080 0.996 35 36 ay — — 1ekps tb273 p273 37 烟气辐射放热系数 f kW/(m2c)5.11011ay(p273)3 0.002 (1)(1) 238 39 热有效系数 总传热系数  K — kW/(m2c)估取 0.670 0.022 (df)

40 41

主受热面传热量 主受热面传热误差 Qcr kJ/kg % KHdt BjQrp2QcrQrp2100 1143.5  0.026 7.5 锅炉总热平衡校核汇总表

序号 1 2 3 名称 锅炉效率 锅炉输入热量 锅炉炉胆吸热量 第一管束吸热量 第二管束吸热量 烟管管束总吸热量 计算误差 符号 单位 kJ/kg kJ/kg kJ/kg 公式 热平衡计算 yQrQdw 结果 90.35 41920 21001.9  Qr Qrp 炉胆热力计算 4 Qrp1 kJ/kg 第一管束对流计算 14803.11 5 Qrp2 kJ/kg 第二管束对流计算 1143.2 6 QD kJ/kg Qrp1Qrp2 15946.31 7 Q kJ/kg QrQrpQrp1Qrp2 100q4926.51 8

相对计算误差  % Q100 Qr2.21