2熱水鍋爐熱力計1

畢業(yè)設(shè)計2熱水鍋爐熱力計算熱水鍋爐的規(guī)格系列1－1額定出口/進(jìn)口水溫溫度℃額定熱功率180/11095/700.7115/70130/70150/90允許工作壓力MPa（表壓）MW0.41.00.71.01.01.251.251.62.50.10.2ΔΔΔΔΔΔ0.350.7ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ1.42.8ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔ4.2ΔΔΔΔΔ7.010.514.029.046.058.0116.0ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ常壓熱水鍋?zhàn)o(hù)的參數(shù)系列(參見JB/T7985--1995)常壓熱水鍋爐是以水為介質(zhì)，表壓力為零的固定式鍋爐。這種鍋爐本體開孔與大氣相通，在任何工況下鍋爐水位線處表壓力為零。常壓熱水鍋爐的系列參數(shù)應(yīng)符合下表1－2的規(guī)定。常壓熱水鍋爐的參教1－20.05,0.07,0.1,0.2,0.35,0.5,0.6,0.7,1.05,1.4,2.1，2.8，（3.5）（4.2）額定熱功率MW允許工作壓力側(cè)MPa(表壓)0領(lǐng)定出口水溫度℃9570級定進(jìn)口水沮度℃鍋殼鍋爐總體型式代號1－3鍋殼鍋爐總體型式代號立式水管LS(立水)立式火管臥式外燃LH(立火)MW(臥外)臥式內(nèi)燃WN(臥內(nèi))工業(yè)鍋爐如為氣水(熱水、開水)兩用或三用鍋爐，以鍋爐的主要功能來編制產(chǎn)品型號。常壓熱水鍋?zhàn)o(hù)產(chǎn)品型號的編制方法今見《JB/T7985一1995)本次鍋爐設(shè)計最終選定鍋爐型式為臥式內(nèi)燃三回程濕背式常壓燃?xì)鉄崴仩t。其型號為CWNS4.2—95/70—QT.。具體結(jié)構(gòu)尺寸參見鍋爐本體圖。2.1燃料燃燒計算2.1.1鍋爐參數(shù)鍋爐熱效率85～90%出水溫度95攝氏度回水溫度70攝氏度出口煙溫150～200攝氏度煙氣理論燃燒溫度1700攝氏度系數(shù)：燃?xì)馔ǔＴ?.05～1.2，本次設(shè)計取1.052.1.2燃料燃燒特性過量空氣查天津科學(xué)出版社出版的《工業(yè)鍋爐手冊》知所用天然氣特性如下表2-1燃料燃燒特性表所示：表2-1燃料燃燒特性表成分H2COCH4C3H60.4C3H80.3C4H100.3N21O20CO20H2S0所占%0098并且查得燃料低位發(fā)熱量Q=36533KJ/Nm32.1.3燃燒器資料通過對市場上各種燃燒器的品牌的比較和相關(guān)參數(shù)的查閱，決定使用RIELLO（利雅路）燃燒器，各系列型號具體數(shù)據(jù)參數(shù)參見下文資料。2.1.4理論空氣量和理論煙氣容積計算(1)理論空氣量V0kV0=1/21(2CH+5CH+6.5C4H10+4.5C3H6)k438=1/21×(2×98+5×0.3+6.5×0.3+4.5×0.4)=9.58333m3干空氣/m干燃?xì)?(2)三原子氣V體容積2ROVRO=VCO+VSO222=0.01(CO2+CO+3C3H6+3C3H8+4C4H10+H2S)=0.01×(98+0+3×0.4+3×0.3+4×0.3+0)=1.013m3/Kg(3)理論水蒸氣容積VH2OV=0.01(H+HS+3CH+4CH+5CH)223638410H2O=0.01×(0+0+3×0.4+4×0.3+5×0.3)=2.1532m3/Kg(4)理論氮?dú)馊莘eVN2VN=0.79V0+0.01N2k2=0.79×9.85333+0.01×1=7.5808m3/Kg2.1.5煙氣特性過量空氣系數(shù)a=1.05(1)實(shí)際水蒸氣容積V=0.01(H+HS+3CH+4CH+5CH+120d+120×1.05V0×22368410gH2Ok3d)a=2.1532m3/Kg(2)氮?dú)怏w體積VN2VN=0.79V0+0.01N22k=0.79×1.05×9.8533+0.01×1=7.95938m3/m3

(3)過剩氧氣體積VO2V=0.21(α-1)V0Ok2=0.21×(1.05-1)×9.58333=0.10062m3/m3(4)實(shí)際煙氣總體積VyVy=V+V+V+VHONORO2222=1.03+2.0424+7.95938+0.10062=11.22612m3/m3根據(jù)計算整理燃料燃燒計算匯總表2-2表2-2燃料燃燒計算匯總表名稱符號單位公式及來源計算結(jié)果過量空氣系數(shù)——燃油燃?xì)忮仩t技術(shù)管理手冊1.051/21(2CH+5CH+6.5438V9.5833理論空氣量m3/m30kCH+4.5CH)41036H%%%%%%%%%%————————————————————002COCH980.40.30.314CH368CH3燃料成分CH410N2O02CO02HS200.01(CO+CO+3CH+3三原子氣體容236Vm3/m3m3/m3m3/m31.0137.58082.1532積RO2CH+4CH+HS)384102理論氮?dú)馊莘eVN20.79V0+0.01Nk020.01(H+HS+3CH+4理論水蒸氣容積2236V0H2OCH+5CH)38410標(biāo)態(tài)下干燃?xì)鈊含濕量Kg/m3Kg/m3————0.00495ga標(biāo)態(tài)下干空氣d含濕量0.0029320.01(H+HS+3CH+42236實(shí)際水蒸氣容VCH+5CH+120m3/kg2.1532積38410H2Od+120*1.05Vd)0gka標(biāo)態(tài)下氮?dú)怏wV0.79V0+0.01Nk7.95930.1006211.226120m3/kgm3/kgm3/kg積N22實(shí)際煙氣過剩V0.21(-1)V0氧體積O2k實(shí)際煙氣量VV+V+V+VRO2H2ON2O2Y2.1.6煙氣的比焓在鍋爐熱力計算或熱工實(shí)驗(yàn)時，須根據(jù)煙氣的溫度求得煙氣比焓或反之。煙氣比焓是以1Kg油燃料或標(biāo)態(tài)1m氣體燃料為基礎(chǔ)且以0℃為起點(diǎn)。因此通過計3算整理煙氣焓溫表表2-3：煙氣焓溫表（每千克燃料所產(chǎn)生煙氣的總焓值）溫度理論理論（煙氣差空氣差ro2N2H2O順飛灰空飛爐膛序℃的焓的焓)的焓氣灰1.1510974.887.814.3170129150132800961710722584.03.58.52.43.81220197710021785.897.29.9357259304266160.691.7296774486678143.46.92.46.369.3300910312699.2913.1263.73046.75583924624023.447.756956325401.81.01.72.69932.03363376407110613631.4063.87715266265413628.88.52.16.7604.400.9533252195904804516210914586.954.4581.29946637946845850.8.5005.492.0925416582569205.35.8.85.1554737451628211195562.976.122557116.9.60314846099.28049688294.66.216.7240353652546.12.88.7406157696742911476558.996.117.146114668413.947978080358531.88.83.68539.52.327007.886.6708265728268422860111717569.1010136.170109133112769737.808.789.902.96302454.89.17.23267222068620482683.64.4979211908596.1027154.1951241521288711081909.109.320.05294242.21.56.02.33..61078785429908267328110012099635.103812446.79588110000174.220139172143981.44.3376592.9859246323.51.72.97.347211112221226106921056194.1008.0301.5831.14256.48336320824515419215913831108.33.75.14.8.8514969419811213461240117551062213.2008.4736.4435.06176.9192823827116921317515231126.57.12.23.4.7328066684614721256128331078.07024241.6.72972.71852343.64.21911316650128464560.00481133005.03.561.1325415981263139188.21.1771085278.3232002552071518076.03952114400.7128538310909.08.7429.26.271288.844817261274150092.68.468277311.350216223179.019514.118841155002.5856.740869343.1658.95811166.961854.283128416108.90751099.321324.37623230024020963184.41.72.8.30094598.8306004882928683

1171.591984.634129417211.44731102.539366.40324832225620224236.34.09.37.3700843018142466.31642643452732388593561188.372113.770129618314.38941102.942387.430213.68.31.8.52868000822324.78402941192.742244.376130419433.75631119.366234.04.20.38.8.81028605617359008588646245728036928925357422.686223751308111826833.6893622020551445.484296392306250.92.175.0262208000.782437764.255.65.61225071319216791127511312416323283220.81.892.3281.5455.37.53.23.7.7135221100468.2607240433676935922638131522804112553832844034029807222200489.276.64.831.5945.2666.49.21.91.6.3351348606764828482.2鍋爐熱平衡燃料消耗計算燃油燃?xì)忮仩t熱力計算的主要目的是確定足夠的受熱面，以保證鍋爐合理的出力和熱效率。油氣燃料燃燒過程和燃燒產(chǎn)生的煙氣與固體燃料相比，有許多不同之處，因而燃油燃?xì)忮仩t的性能結(jié)構(gòu)熱力計算與燃煤鍋爐相比，有許多不同之處，也有其特點(diǎn)。燃油燃?xì)忮仩t的熱力計算主要包括：(1)鍋爐的熱平衡計算(2)爐膛（膽）的受熱面計算(3)對流受熱面的計算因此本節(jié)通過計算將熱平衡計算整理成表格2-4如下所示：表2-4熱平衡計算序號名稱符號單位計算公式及數(shù)據(jù)來源結(jié)果燃料低位發(fā)熱量36533123KJ/Nm3查得Qdw機(jī)械不完全燃燒熱損失00%忽略不計%忽略不計q4化學(xué)不完全燃燒q6氣體不完全燃燒損失0.54456%%估取估取給定q3散熱損失q520冷空氣溫度t℃lk254.34175789冷空氣焓KJ/Nm3℃查焓溫表Ilk排煙溫度排煙焓要求200以下選取2731.413978IKJ/Nm3查焓溫表py6.745564224188.7544357763600000q100(II)1011排煙熱損失q%%22pylkQB100-q-q-q-q-q6鍋爐效率234512鍋爐總換熱量Kcal/h任務(wù)書給定0.1285447770.127902416.8Q/3600Q131415燃料消耗量m3/sm3/s——dw計算燃料消耗量BB=B（100-q）/1003jj0.9568753778/(+q)5保溫系數(shù)2.3爐膽的傳熱過程和計算爐膛傳熱過程是爐內(nèi)燃燒過程的煙氣流動過程同時進(jìn)行的。爐內(nèi)既有燃燒反應(yīng)的化學(xué)過程，又有物質(zhì)交換的物理過程，因此爐膛傳熱過程十分復(fù)雜。目前，我國采用的爐膛熱力計算方法是運(yùn)用“相識理論”分析，并通過大量的實(shí)驗(yàn)而綜合得出的半經(jīng)驗(yàn)公式。近年來，隨著電子計算技術(shù)的發(fā)展，很多研究人員試圖借助數(shù)學(xué)模型用解析法來研究和計算爐膛換熱過程，已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。計算的任務(wù)是確定輻射受熱面（火管）的吸熱量和爐膛出口煙氣溫度。爐膛傳熱過程主要是高溫火焰和水冷壁之間的輻射換熱流速小，爐膛換熱。爐內(nèi)煙氣因而對℃流傳熱較弱，所占爐膛份額較少，計算時可以忽略。根據(jù)鍋爐出力3600000kcal/h，燃燒器選用利雅路燃燒器，其型號GAS10P/M-541T3。各項技術(shù)數(shù)據(jù)如下：型號類型541TGAS10P/M-出力大火2100～4200Mcal/h運(yùn)行方式開關(guān)方式（每24小時至少停一次）環(huán)境溫度爐膛背壓0~40℃0～18mbar燃料溫度最大60℃供電三相—220V—380V（帶電線）50HZ根據(jù)出力，得爐膽長度4m，直徑1m。其爐膛傳熱計算主要是指爐膽，爐膽計算公式和方法主要參照《燃油燃?xì)忮仩t》（西安交通大學(xué)出版社趙欽新惠世恩主編）和《工業(yè)鍋爐設(shè)計手冊》（天津科學(xué)出版社）理論分析和實(shí)驗(yàn)研得究出的結(jié)論，通過計算整理表格2-5爐膽熱力計算如下所示：表2-5爐膽熱力計算序名稱符號單位計算公式或來源結(jié)果36533號鍋爐輸入熱QQ=Q123KJ/m3量rrdw計算燃料消耗量Bm3/h熱平衡計算460.44720.95687537784j保溫系數(shù)——熱平衡計算4爐膽長度5爐膽內(nèi)直徑lmm由燃燒器決定由燃燒器決定dF1dl6爐膽面積12.56637m37受熱面溫度TK℃273+95+95463822b爐膽出口溫t89假定"度l爐膽出口絕Kt"+273l1095T"l對溫度爐膽出口煙1011KJ/m3查焓溫表13882.4264421534I"l焓火焰平均溫TT"+1/4(T-T")度byllll12冷空氣溫度t℃KJ/m3KJ/m3KJ/m3KJ/m2k給定20lk1314151617181920冷空氣焓查焓溫表254.34Ilk空氣帶入爐內(nèi)的熱量I267.05736617.39212Qklk爐膽入爐熱Q0.995Q+Qr量lk輻射換熱系C取定4數(shù)輻射和對流H計算12.5663721754.52875817984.297130.1733m2有效面積j煙氣爐內(nèi)放熱量（Q-I"）lQKJ/m3KJ/m3%rpl煙氣輻射換熱量HT4byT4QCjb100B100crjQQcr100%Q計算誤差rpQrp2.4對流受熱面的傳熱計算鍋爐的對流受熱面是指鍋爐管束,過熱器，省煤器，空氣預(yù)熱器等。此處計算是指鍋爐管束計算。在煙管管束中，高溫?zé)煔庵饕詫α鞣绞竭M(jìn)行放熱，所以稱之為對流受熱面。由于煙氣中含有三原子氣體以及灰飛，它們具有一定的輻射能力，因此除對流放熱外，還要考慮煙氣的輻射放熱。對流受熱面的計算，在本次燃?xì)忮仩t設(shè)計中是以燃燒1m燃料時，煙氣的放3熱量或工質(zhì)的吸熱量為計算基礎(chǔ)。由此可得出對流換熱面的傳熱方程和熱平衡方程。傳熱方程式：QKHtkj/kg,kj/m3Bcrj熱平衡方程式：煙氣側(cè)：I0QIIkj/kg,kj/m3'"rpk工質(zhì)側(cè)：iQD'i"'QBkj/kg,kj/m3crfj式中Qrp——在某一對流受熱面中，每m3計算燃料產(chǎn)生的煙氣放給受熱面的熱量。K——在某一對流受熱面中，由管外煙氣至管內(nèi)工質(zhì)的傳熱系數(shù)。H——某一對流受熱面的計算傳熱面積。t——平均溫差。Bj——每秒計算燃料消耗量。——計算散熱損失的保熱系數(shù)。I'和I——煙氣進(jìn)入和離開此受熱面時的焓。"和i——工質(zhì)在受熱面進(jìn)口和出口處的焓。i'"D'——每秒工質(zhì)的流量。Qf——工質(zhì)所吸收來自爐膛的輻射傳熱。上面三式是對流換熱面計算的基本方程式，在已知對流受熱面的傳熱面積情況下，需要確定煙氣經(jīng)放熱后的焓及相應(yīng)的溫度，這時計算的關(guān)鍵在于確定傳熱系數(shù)K。對流受熱面的計算，在本次燃?xì)忮仩t設(shè)計中是以燃燒1m3燃料時，煙氣的放熱量或工質(zhì)的吸熱量為計算基礎(chǔ)。2.4.1第一管束的傳熱計算先選定管子規(guī)格，表2-6第一管束傳熱計算序號名稱符號單位公式結(jié)果'1進(jìn)口煙溫℃爐膽出口煙溫82213882.426442進(jìn)口煙焓出口煙溫KJ/m3查煙溫表I'"34℃假定310出口煙焓管束出口過量空氣系數(shù)KJ/m3查煙溫表4907.1504I"5選取1.05管束平衡熱量6QKJ/m3m/sI'-I"8975.276rp178煙氣流速假定后校核選取13煙管根數(shù)n200螺紋管外徑9Ddmmmmmmmmmm選取選取選取選取選取0.0510.0450.03螺紋管內(nèi)徑10111213141516螺紋管節(jié)距T螺紋管槽深0.0021.6螺紋管長度l螺紋管傳熱面積煙氣流動面積HSdln45.23890.3179566mm220.785dn2平均煙氣溫度（+"）/2tpj℃'管外工質(zhì)t171819℃℃℃給定'-t"-t62.5759.5247.5溫度最大溫壓td最小溫壓tx(tt)/lntt2021對數(shù)溫差t℃456.633ddxxBVt273平均煙氣流速pjm/s13.88080.6234jy3600S273查煙氣特性表查煙氣特性表查煙氣特性表d/煙氣普朗特數(shù)22232425Pr-煙氣運(yùn)動粘性系數(shù)煙氣導(dǎo)熱系數(shù)8.74276E-05m2/sKW/m℃-0.0700887144.608螺紋管雷諾數(shù)Re螺紋管流換熱系數(shù)對0.080.112t0.01442627KW/m℃KW/m℃Re0.9260.0566200.056620rddd煙氣總對流換熱系數(shù)此處等于dr水蒸氣體2829rH2O--rH2O=V/VH2O0.19180.282積份額三原子份額yrqrH2O+V/VR2Oyt27310.37pj1000三原子減弱系數(shù)30kq1/(mMpa)21.352H2Or2.475.06rrpsqq有效輻射煙氣壓力31323334厚度Sm0.9d0.04050.1《鍋爐原理》pMPa飛灰輻射減弱系數(shù)Kh1/(Mpa)1/(Mpa)-0氣體介質(zhì)吸收力0.086475915308Kps(kq+kh)ps煙氣黑度353637——————1ekps0.08280.42960.85yt273bt273溫度比pj熱有效系數(shù)燃?xì)忮仩t取0.855.11011t2733煙氣輻射放熱系數(shù)ypj38Kw/m℃0.004225312f1總傳熱系（+）3940KKW/0.0517m3℃數(shù)df主受熱面tKH/BKJ/Nm38350.116Qcr傳熱量jQQcr100%Qrp141誤差%0.06965rp12.4.2第二管束的傳熱計算通過計算整理表2-7第二管束傳熱計算。表2-7第二管束傳熱計算序號名稱符號單位公式結(jié)果3101234進(jìn)口煙溫'℃第二管束出口煙溫進(jìn)口煙焓IKJ/m3℃查煙溫表4907.1504163'出口煙溫"假定出口煙焓I"管束出口KJ/m3查煙溫表2542.2095過量空氣系數(shù)5選取1.05管束平衡6QKJ/m3m/sI'-I"2364.941熱量rp178煙氣流速假定后校核選取14煙管根數(shù)n120螺紋管外9Dmm選取0.051徑螺紋管內(nèi)徑1011dmmmm選取選取0.0450.03螺紋管節(jié)T距螺紋管槽深1213141516171819mmmm選取選取dln0.0021.6螺紋管長l度螺紋管傳H27.140.1907236.562.5mm22熱面積煙氣流動面積S0.785d2n平均煙氣溫度tpj℃℃℃℃（'+"）/2給定管外工質(zhì)溫度tt'-t最大溫壓247.5100.5d最小溫壓t"-tx(tt)/lnt2021對數(shù)溫壓℃163.106314.051tdtdxxBVt273平均煙氣流速pjm/sjy3600S273查煙氣特性表查煙