【論文】WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體的設(shè)計(jì)

我國鍋爐用的燃料主要有煤，石油制品，和天然氣，于是鍋爐根據(jù)燃料的不同被分成三大類，燃煤鍋爐，燃油鍋爐和燃?xì)忮仩t，鍋爐性能的優(yōu)劣在很大程度上決定于燃料的選擇。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)漸加強(qiáng)，燃油、燃?xì)忮仩t近年發(fā)展很快。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，燃油、燃?xì)忮仩t供熱(汽)已占較大比例，美國占98%,日本占99%。在界范圍來看石油的可利用前景也不是十分樂觀，所以不應(yīng)將燃料政策定位在以燃油為本次設(shè)計(jì)的WNS型燃?xì)忮仩t采用天然氣為燃料。這種鍋爐具有污染少，易于控制，調(diào)節(jié)靈活，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、自動(dòng)化程度高、安裝方便、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此是燃?xì)夤┡仩t以后發(fā)展的方向。本文介紹了WNS型燃?xì)夤┡仩t的工程背景、研究設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)形式等幾方面。然后對(duì)所選型燃?xì)忮仩tWNS10-1.25/130/70進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，包括：熱力計(jì)算、煙風(fēng)阻力計(jì)算和受壓元件強(qiáng)度計(jì)算。關(guān)鍵詞：WNS,燃?xì)忮仩t，設(shè)計(jì)計(jì)算 Theboilerfuelofourcountrymainlyhavecoal,petroleumproductsandnaturalgas,sothefuelboilerunderdifferentwasdividedintothreecategories,Coal-firedboiler,oil-firedboilerandgasboiler,andtheperformanceofboilerlargelydependsonthechoiceoffuel.Withthedevelopmentofeconomicsandthegradualstrengtheningawarenessofenvironment,fuelandgas-firedboilerswillsoonshowinrecentyears.Accordingthestatisticsfromabroadproportion.TheUnitedStateshasaccountedfor98%andJapanhasChina,coalisthemainsupplyofenergy.However,increasingdemandforenergy,thedrawbacksofcoalasthemainsourcebecomemoreandmore;wemustfindotherenersourcestoreplacecoal.Chinaisshortofcrudeoil.Theprospectofavailabilityofhisworldwideoilisnotveryoptimistic,sofuelshouldnotbepolicy-orientedpositionintheearly10yearsto20yearsof21stcentury,gas-firedboilerwillhavegreatdevelopmentintheChinesemarket.ThedesignofWNS-gas-firedboilerusingnaturalgasasfuel.Thisboilerislesspolluting,easiertocontrol,flexibleadjustmentofthemeritscompactstructure,smallsize,highdegreeofautomation,easyinstallation,safeandreliableoperationoftheadvantages,itisgasheatingboilerfuturedevelopmentdirection.Thefirstpartofpaperincludesbackground,researchingstatusandconfigurationsofthegas-firedboiler.Andthen,processdesignhasbeendoneforthemodelWNS10-1.25/130/70,includingquantityoffuel,someparametertofuelcombustion,calculationofheattransferprocess,calculationofflowresistanceofflueandair,andintensitycalculation.Keywords:WNS,Gas-firedheatingboiler,designcalculationWNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)第一章前言 11.1工程背景與意義 1 1 21.2研究和設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 4 4 7 7 7 9 9 1.3研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 1.4研究步驟、方法 第二章燃料消耗計(jì)算 2.1燃料的組成 2.2理論空氣量、實(shí)際空氣量和過量空氣系數(shù) 2.3燃燒產(chǎn)物及其計(jì)算 2.4燃燒溫度和煙氣焓的計(jì)算 2.5鍋爐熱平衡計(jì)算 第三章傳熱計(jì)算 3.1爐膛的傳熱過程計(jì)算 3.2對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算 WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)V3.3鍋爐總熱平衡校核 第四章鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算 4.1煙風(fēng)系統(tǒng)流動(dòng)阻力計(jì)算 4.2煙囪的阻力計(jì)算 第五章強(qiáng)度校核 5.1鍋筒厚度計(jì)算 5.2煙室前管板厚度計(jì)算 5.3煙室后管板計(jì)算 5.4直拉桿計(jì)算 5.5煙室筒體厚度計(jì)算 5.6爐膽厚度計(jì)算 6.1結(jié)論 6.2發(fā)展趨勢(shì) 參考文獻(xiàn) 致謝 11.1工程背景與意義鍋爐是生活和工業(yè)中重要的設(shè)備。它是把燃料中的潛在能量，經(jīng)過燃燒放出熱量，經(jīng)過傳熱作用傳遞給水，對(duì)于熱水鍋爐是將水加熱變成一定溫度的熱水輸出的一種設(shè)我國工業(yè)和生活燃煤鍋爐的平均運(yùn)行熱效率僅有65%左右，能源的浪費(fèi)和環(huán)境污染問題相當(dāng)嚴(yán)重。全國每年燃煤電廠排放的煙塵達(dá)1680萬噸，排入大氣的二氧化硫達(dá)1310萬噸[1,對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。因此必須從根本上改變我國能源利用消費(fèi)結(jié)構(gòu)。燃?xì)鉄崴仩t不僅熱能利用效率高，環(huán)境污染小。而且使用方便。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，燃用油、天然氣和城市煤氣的燃?xì)鉄崴仩t將得到廣泛應(yīng)用。從國外的統(tǒng)計(jì)情況來看，燃油、燃?xì)忮仩t供熱(汽)已占較大比例，美型鍋爐作為燃油、燃?xì)忮仩t的一種，則又以其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、自動(dòng)化程度高、安裝方便、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，為大多數(shù)中小型燃油、燃?xì)忮仩t房所采用，發(fā)展趨勢(shì)良好。從近幾年實(shí)際使用的情況看，小型燃油燃?xì)忮仩t的主要優(yōu)點(diǎn)是輕便、靈活，安裝調(diào)試方便，對(duì)建筑的要求較低，又可以減少繁瑣的報(bào)批手續(xù)，其煙塵排放對(duì)大氣的污染也比燃煤鍋爐輕很多。但是燃油燃?xì)忮仩t也具有明顯的不足，其一次性投資和經(jīng)常的運(yùn)行費(fèi)用均高于燃煤鍋爐。這是小型燃油燃?xì)忮仩t與大型集中供熱鍋爐的主要差別。另外，目前使用的小型燃油燃?xì)忮仩t多為常壓鍋爐，因此其使用范圍也理所當(dāng)然的受到了某些局限。就近幾年的使用情況看，小型燃油燃?xì)忮仩t大多用于城市里的別墅區(qū)、度假村，或者是城市集中供熱范圍以外的地區(qū)，以及一些暫時(shí)無法設(shè)置集中供熱的新燃油燃?xì)忮仩t的設(shè)備費(fèi)用從總體上講，要高于同容量的燃煤鍋爐。其價(jià)格差異隨鍋爐容量增大而減小。按東北地區(qū)最近的市場(chǎng)價(jià)格，對(duì)218MW以下的鍋爐成套設(shè)備，燃油鍋爐高于燃煤鍋爐約40%～80%,燃?xì)忮仩t高于燃煤鍋爐約60%～100%。而目前WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)2用于供暖的小型燃油燃?xì)忮仩t容量大多在218MW以下，考慮小型燃油燃?xì)忮仩t房建筑費(fèi)用較低的因素，燃油燃?xì)忮仩t房作為供暖熱源的一次性投資仍高出燃煤鍋爐房3。燃油燃?xì)忮仩t供暖的運(yùn)行費(fèi)用同燃煤鍋爐一樣，主要包括燃料費(fèi)、水費(fèi)、電費(fèi)、折舊費(fèi)、大修費(fèi)、工資及福利費(fèi)、材料費(fèi)和管理費(fèi)等。在上述各項(xiàng)費(fèi)用中，占比例最大的是燃料費(fèi)。對(duì)燃油燃?xì)忮仩t供暖，燃料費(fèi)約占總費(fèi)用的75%～85%,對(duì)小型燃煤鍋爐供暖，約占總費(fèi)用的40%～60%。WNS型燃油/氣鍋爐作為一個(gè)鍋爐爐型的發(fā)展方向之所以受到重視，是因?yàn)榕c水管鍋爐相比它具有以下特點(diǎn)：1、高、寬尺寸較小，適合組裝化的要求，鍋殼結(jié)構(gòu)也使鍋爐維護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、比組裝水管鍋爐有明顯優(yōu)點(diǎn)。2、采用微正壓燃燒，密封問題容易解決，而且爐膽的形狀有利于燃油、燃?xì)馊紵?、由于采用新的傳熱技術(shù)(如螺紋式煙管等),傳熱性能接近一般的水管鍋爐水平，克服了煙管傳熱性能差的缺點(diǎn)。4、對(duì)水處理要求低，水容積大；對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)4。1、燃油燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)意義：燃油/氣鍋爐就是以燃料油或可燃?xì)怏w作為燃料的鍋爐。既可以燃油又可以燃?xì)?，亦稱雙燃料鍋爐，燃油燃?xì)忮仩t是一種有別于一般設(shè)備的“特殊設(shè)備”,它是一種能承受壓力的、具有爆炸危險(xiǎn)、還可能引發(fā)火災(zāi)的特殊設(shè)備。所以，其設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理及改造都必須遵守有關(guān)的安全技術(shù)規(guī)程，并接受國家的安全技術(shù)監(jiān)察。由于其技術(shù)復(fù)雜程度比一般的燃煤鍋爐高得多，為保證安全，防止事故的發(fā)生，燃油燃?xì)忮仩t的管理者和操作者，··應(yīng)掌握一般鍋爐的安全知識(shí)外，還必須掌握燃油燃?xì)忮仩t方面的專業(yè)知識(shí)和技能5。燃油燃?xì)忮仩t是本世紀(jì)中期才出現(xiàn)的，到20世紀(jì)70年代未已取得很大發(fā)展。燃油最初在鍋爐上使用是在20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)它是作為一種輔助燃料用在鏈條爐排鍋爐上。由于燃燒技術(shù)和當(dāng)時(shí)的燃油質(zhì)量差，所以往往造成燃油在燃燒中突然熄滅的事故發(fā)生，因而沒有得到真正的使用。20世紀(jì)40年代前后，一些西方國家的軍方急需大動(dòng)力的艦艇，商船隊(duì)也要求增大運(yùn)載能力，并減輕自身的燃煤攜帶重量。在軍事和經(jīng)濟(jì) 3迫切需要的情況下，促成了船用燃油鍋爐的研制和成功運(yùn)用。20世紀(jì)50年代，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)從戰(zhàn)后恢復(fù)轉(zhuǎn)入了全面發(fā)展時(shí)期。企業(yè)家們?cè)诮?jīng)營上追求低的投資高的利潤。當(dāng)時(shí)燃油鍋爐在投資和運(yùn)行費(fèi)用方面比燃煤鍋爐有著明顯的優(yōu)勢(shì)，就給燃油鍋爐提供了需要和可能的發(fā)展條件5。20世紀(jì)70年代的兩次石油危機(jī)，天然氣又作為燃料用于鍋爐。到20世紀(jì)90年代初，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的燃油燃?xì)夤I(yè)鍋爐已占其工業(yè)鍋爐總數(shù)的95%以上。我國的燃油燃?xì)夤I(yè)鍋爐問世比西方晚15年左右。20世紀(jì)60年代到70年代，只有三家制造廠，產(chǎn)品的產(chǎn)量也極少。70年代后期以來，無論是制造廠還是實(shí)用燃油燃?xì)忮仩t的裝用數(shù)量增長(zhǎng)經(jīng)過20年的發(fā)展，我國的燃油燃?xì)忮仩t的產(chǎn)品品種增加很快，產(chǎn)品質(zhì)量也有很大提高，特別是鍋爐本體(受壓部分)的質(zhì)量水平已不亞于發(fā)達(dá)國家的制造質(zhì)量，但是燃燒器的工藝水平和燃料供應(yīng)系統(tǒng)中一些關(guān)鍵部件與發(fā)達(dá)國家相比，差距還較大。因此，目前燃油燃?xì)忮仩t的發(fā)展就出現(xiàn)明顯“中西結(jié)合”態(tài)勢(shì)，即國內(nèi)鍋爐本體配國外燃燒器。為了抑制大氣環(huán)境的惡化，北京等全國許多大中城市都提出了用燃油燃?xì)忮仩t代替燃煤鍋爐的實(shí)施方案，這又給燃油燃?xì)忮仩t的發(fā)展提供了一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)遇。WNS型燃油/氣鍋爐作為一個(gè)鍋爐爐型的發(fā)展方向之所以受到重視，是因?yàn)榕c水管鍋爐相比它具有以下特點(diǎn)：(1)高、寬尺寸較小，適合組裝化的要求.鍋殼結(jié)構(gòu)也使鍋爐維護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、比組裝水管鍋爐有明顯優(yōu)勢(shì)；(2)采用微正壓燃燒，密封問題容易解決，而且爐膽的形狀有利于燃油、燃?xì)馊紵?3)由于采用新的傳熱技術(shù)(如螺紋式煙管等),傳熱性能接近一般的水管鍋爐水平，克服了煙管傳熱性能差的缺點(diǎn)。(4)對(duì)水處理要求低，水容積大；對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)5。2、設(shè)計(jì)燃?xì)鉄崴仩t的意義：目前，我國燃油燃?xì)忮仩t房中，燃油鍋爐房較多，燃?xì)忮仩t較少，但隨著我國能源進(jìn)一步合理使用和環(huán)保更高的要求，隨著我國近幾年天然氣勘探取得了重大突破(據(jù)全國第二輪油氣資源評(píng)價(jià)，天然氣總資源量列世界第四位)及不斷開發(fā)和我國煤的氣WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)4化早已工業(yè)化，再加上氣體燃料具有基本無公害燃燒的綜合特性、燃燒易調(diào)節(jié)、發(fā)熱值易調(diào)整等一系列的特點(diǎn)，我國工業(yè)鍋爐大量使用清潔能源燃?xì)獾臅r(shí)代就要到來。而燃?xì)鉄崴仩t的優(yōu)越性：燃?xì)鉄崴仩t是由高效能的熱交換器和鼓風(fēng)式燃燒器構(gòu)成的一種供熱設(shè)備。它不僅具有排出的煙塵中有害氣體含量低，環(huán)保效益好的優(yōu)點(diǎn)，還具以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：(1)燃?xì)忮仩t的配套設(shè)備簡(jiǎn)單，僅需一臺(tái)燃?xì)庹{(diào)壓設(shè)備，一次性投資費(fèi)用低。爐體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、占地面積小，無需特殊的地基，對(duì)機(jī)房高度要求不大，無安裝場(chǎng)地限制，可直接布置在主體建筑的內(nèi)部。(2)燃料燃燒安全，且裝有高強(qiáng)化傳熱能力的擾流裝置的燃?xì)夤苁蚵菁y煙管管束，因而具有最佳的換熱效果，能獲得較高的熱效率，節(jié)約燃料。經(jīng)測(cè)試燃?xì)鉄崴仩t的熱效率可達(dá)到90%以上，而一般的燃煤鍋爐的熱效率只能達(dá)到70%左右。1.2研究和設(shè)計(jì)現(xiàn)狀WNS型燃?xì)?、燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)已基本定型：即從回燃室形式來看有濕背、干背、中的鍋爐均為雙爐膽鍋爐。爐膽結(jié)構(gòu)分為平直爐膽、波形爐膽，后者加大了爐膽的受熱面積，可強(qiáng)化傳熱。根據(jù)爐膽的布置又可分為對(duì)稱型和非對(duì)稱型兩種；所謂對(duì)稱型是指爐膽布置在鍋殼對(duì)稱中心線上，水循環(huán)是兩個(gè)對(duì)稱的回流，形成在爐膽下方有一相對(duì)“平靜”區(qū)，使水渣、水垢等容易集中沉淀，有利于通過排污口排出。另外，拉撐管和拉撐板也是左右對(duì)稱布置的，從受力情況和膨脹角度分析也是比較合理的。不對(duì)稱型是指爐膽偏心布置。這種結(jié)構(gòu)有利于水的循環(huán)，使冷爐啟動(dòng)時(shí)間縮短，鍋爐溫度均勻。就煙氣流程又可分為二回程、三回程、四回程鍋爐。對(duì)同容量鍋爐來說，回程數(shù)量多的鍋爐受熱面積也大，單位受熱面平均吸熱量小，鍋爐可獲得較高的效率和較平穩(wěn)的效率特性，低負(fù)荷時(shí)，效率下降較小。美國生產(chǎn)的CB鍋爐即為四回程鍋爐5]。WNS型燃?xì)?、燃油鍋爐的具體結(jié)構(gòu)形式干背式鍋爐如圖1-1所示，燃燒器噴出燃料WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)5點(diǎn)燃后生成的燃燒產(chǎn)物到達(dá)爐膽的另一端后，經(jīng)耐火磚隔成的煙室折轉(zhuǎn)進(jìn)入煙管，多為二、三回程結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造省工時(shí)；打開鍋爐后端蓋后，火管和爐膽都可以檢查和維護(hù)。但干背式鍋爐沒有回燃室，燃燒器噴出燃料點(diǎn)燃后生成的燃燒產(chǎn)物和面積有限的爐膽換熱，爐膽出口的高溫?zé)煔庵苯記_刷后管板，內(nèi)外溫差較大。爐膽后部的耐火材料每隔一段時(shí)間就需要更換，鍋爐容量越大，這一情況越嚴(yán)重。因圖1-1干背式鍋爐濕背式鍋爐如圖1-2所示，爐膽末端和二回程的起端與浸在爐水中的回燃室相連，回燃室也能夠傳熱，約占5%的傳熱面積，熱效率高，且不存在耐火材料的更換問題，散熱損失也小，鍋爐后管板也不受煙氣的直接沖刷，解決了干背式鍋爐后管板過熱的問題。同時(shí)由于濕背式結(jié)構(gòu)避免了折返空間的煙氣密封問題，更適合于微正壓燃燒。6煙氣第一回程和第二回程同在爐膛內(nèi)，構(gòu)成所謂的回焰燃燒。從傳熱學(xué)的角度看，本質(zhì)上是大直徑爐膽的二回程鍋爐0WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)7下面就燃油燃?xì)鉄崴仩t的爐膽部分和回燃室部分做更細(xì)致的介紹：爐膽是鍋殼式鍋爐特有的受壓部件。爐膽的內(nèi)部是燃燒室，外面是爐水，受外壓力。所以，它在鍋殼式鍋爐中是工作環(huán)境最惡劣的受壓部件，也是最容易損壞的元件之一。由于爐膽受高溫火焰的灼燒，其溫度高于鍋殼，它的熱膨脹問題特別突出。尤其是燃油鍋爐，因油燃燒溫度高，爐膛熱強(qiáng)度高，溫度變化劇烈，更要求爐膽要有良好的熱脹冷縮的性能。目前爐膽的型式有平直圓筒形，平直圓筒帶加強(qiáng)環(huán)形、波紋型、波型等多種。國外制造這類鍋爐的爐膽大多采用平直圓筒形或?yàn)榱思訌?qiáng)剛度而采用平直圓筒型帶加強(qiáng)環(huán)型。只有在出力和壓力較大時(shí)，才采用波紋型和波型，從受力和脹縮等安全性方面考慮應(yīng)采用強(qiáng)度高、彈性好波紋型和波型爐型8。爐膽末端和二回程的起端與浸在爐水中的回燃室相連，回燃室也能夠傳熱，約占5%的傳熱面積，熱效率高，且不存在耐火材料的更換問題，散熱損失也小，鍋爐后管板也不受煙氣的直接沖刷，解決了干背式鍋爐后管板過熱的問題[9。1.2.4WNS系列燃?xì)鉄崴?蒸汽)鍋爐的主要特點(diǎn)全自動(dòng)燃?xì)鉄崴?蒸汽)鍋爐為臥式內(nèi)燃三回程鍋爐。燃燒室由波形爐膽和濕煙室(煙氣轉(zhuǎn)彎煙室)構(gòu)成，高溫?zé)煔?1400℃以上)在爐膽和回燃室進(jìn)行對(duì)流和輻射換熱后進(jìn)入第二回程煙管，經(jīng)前煙箱折轉(zhuǎn)180°進(jìn)入第三回程煙管，在煙管內(nèi)進(jìn)行充分的對(duì)流換熱，最后經(jīng)后煙箱及煙囪排入大氣10]。1、可以從不同角度出發(fā)對(duì)鍋爐進(jìn)行分類：(1)燃料是鍋爐設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。鍋爐性能的優(yōu)劣在很大程度上決定于燃料的選擇。我國鍋爐用的燃料主要有煤，石油制品，和天然氣，于是鍋爐根據(jù)燃料的不同被分成三大類，燃煤鍋爐，燃油鍋爐和燃?xì)忮仩t。(2)結(jié)構(gòu)形式可分為鍋殼鍋爐(火管鍋爐)、水管鍋爐和水火管鍋爐。(3)按用途不同可分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐等。(4)按容量大小可分為大型鍋爐、中型鍋爐和小型鍋爐。WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)8(5)按蒸汽壓力大小可分為低壓鍋爐(p≤2.5MPa)、中壓鍋爐(2.5MP<p≤5.9MPa)、高壓鍋爐(p=9.8MPa)、超高壓鍋爐(p=13.7MPa)等。(6)按燃料在鍋爐中的燃燒方式可分為層燃爐、沸騰爐、室燃爐。(7)按工質(zhì)在蒸發(fā)系統(tǒng)的流動(dòng)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐等。燃油燃?xì)忮仩t根據(jù)爐型可分為臥式火管鍋爐，立式火管鍋爐，鑄鐵對(duì)片組裝形式使用預(yù)混燃燒器的鍋爐以及鑄鐵模塊組合形式使用擴(kuò)散型燃燒嘴的模塊鍋爐。其中臥式火管鍋爐，有二回程，三回程，四回程，五回程幾種分類，WNS型為臥式內(nèi)燃三回程濕背式火管鍋爐。2、燃?xì)鉄崴仩t的主要特點(diǎn)是：(1)鍋爐本體采用全對(duì)接焊縫濕背性結(jié)構(gòu)。高溫?zé)煔舛急诲佀鼑?，有效利用受熱面，確保鍋爐安全可靠運(yùn)行。(2)爐膽結(jié)構(gòu)及布置是鍋殼式燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵，爐膽的吸熱量一般占總吸熱量的55～70%,且處在高溫下會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹量而破壞結(jié)構(gòu)的完整性。而且燃燒器型號(hào)確定后，爐膽直徑應(yīng)稍大于最大火焰直徑尺寸，爐膽長(zhǎng)度應(yīng)大于最大火焰長(zhǎng)度尺寸，火焰充滿度要好。(3)第二、三回程的對(duì)流煙火管處于低溫區(qū)，換熱溫差小，傳熱系數(shù)低，煙氣流動(dòng)阻力大，其吸熱量一般占總吸熱量30～45%,因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)煙氣流速、煙氣阻力和排煙溫度進(jìn)行計(jì)算調(diào)整。我們可采用由螺紋煙管與光管組合構(gòu)成對(duì)流受熱面。當(dāng)煙氣從螺紋煙管內(nèi)流過時(shí)，由于螺紋突筋的存在，使靠近壁面的流體受到擾動(dòng)，沿邊界的層流狀態(tài)改變成為紊流狀態(tài)，使工質(zhì)與管壁間的對(duì)流傳熱得到強(qiáng)化，同時(shí)選用了較高的煙氣流速，使傳熱系數(shù)大為增加，提高了鍋爐熱效率。(4)采用低位燃燒室，保證較好的蒸汽品質(zhì)，同時(shí)使最高煙氣溫度遠(yuǎn)離水位表面，最大限度地防止缺水，加上雙重獨(dú)立的水位控制報(bào)警和連續(xù)給水系統(tǒng)及壓力控制系統(tǒng)，使鍋爐運(yùn)行安全可靠。(5)回水由鍋爐前下側(cè)進(jìn)入鍋筒，鍋內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板，在導(dǎo)向裝置作用下，鍋水呈N字形流動(dòng)，提高回燃室高溫管板區(qū)域的流動(dòng)水速，防止因過冷沸騰而導(dǎo)致管板出現(xiàn)裂紋，而后熱水經(jīng)集氣裝置送至熱用戶。(6)鍋爐本體及煙管束全部采用焊接結(jié)構(gòu)。WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)9(7)選用具有點(diǎn)火程序控制和熄火保護(hù)的功能的燃燒機(jī)，其燃燒技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定，可以在極低過量空氣系數(shù)下完全燃燒。(8)采用電腦控制器，對(duì)直接影響鍋爐安全運(yùn)行的有關(guān)因素除配備有完善的全自動(dòng)控制裝置外，更配有多種安全保護(hù)裝置。電腦控制器對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能對(duì)故障進(jìn)行智能識(shí)別與實(shí)時(shí)處理12|。燃?xì)忮仩t與燃煤鍋爐相比具有非常明顯的優(yōu)越性：1、環(huán)保。由于燃?xì)庵械幕曳帧⒑蛄亢秃烤让褐械暮康?，燃燒后產(chǎn)生的煙氣中粉塵量極少，因此燃?xì)忮仩t可以大大減輕對(duì)環(huán)境的污染，從而排放出的煙氣比較容易達(dá)到國家對(duì)燃燒設(shè)備所要求的標(biāo)準(zhǔn)。2、熱效率高。燃?xì)忮仩t的爐膛容積熱強(qiáng)度較高。由于煙氣污染小，對(duì)流管束不受腐蝕和結(jié)渣，傳熱效果好，燃?xì)馊紵a(chǎn)生大量三原子氣體(二氧化碳、水蒸氣等)的輻射能力較強(qiáng)，而且排煙溫度低，使其熱效率明顯提高。(1)燃?xì)忮仩t可選用較高的爐膛熱負(fù)荷，從而縮小爐膛體積。因不存在受熱面污染、結(jié)渣、磨損等問題，可選用較高的煙速，減小對(duì)流受熱面的尺寸。通過合理布置對(duì)流管束，使燃?xì)忮仩t較同容量燃煤鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小重量輕，設(shè)備投資明顯減(2)燃?xì)忮仩t不需要配置吹灰器、除塵器、出渣設(shè)備和燃料烘干器等附屬設(shè)備。(3)燃?xì)忮仩t使用管道輸送的燃?xì)鉃槿剂?，無需燃料儲(chǔ)存設(shè)備。在供給燃燒前也無需燃料加工制備設(shè)備，使系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。(4)由于無需燃料儲(chǔ)存，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用、場(chǎng)地及勞動(dòng)力。(1)燃?xì)忮仩t燃燒系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，因而需要維修保養(yǎng)的項(xiàng)目少。(2)由于不存在結(jié)渣及高低溫受熱面腐蝕，因而不需要由此而更換受熱面的管件及空氣預(yù)熱器的元件3。WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)燃油鍋爐的熱效率雖然也較高，污染也較低，但其排煙對(duì)大氣的污染也遠(yuǎn)大于燃?xì)忮仩t，而且燃油鍋爐同樣存在著油料運(yùn)輸和儲(chǔ)存的相關(guān)問題，使其失去了長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展1、燃燒系統(tǒng)的安全保護(hù)。燃燒系統(tǒng)的安全保護(hù)是控制系統(tǒng)的核心，主要指對(duì)燃?xì)庑孤?、燃?xì)飧邏毫?、燃?xì)獾蛪毫蛯?duì)燃燒機(jī)的燃燒故障及鼓風(fēng)機(jī)故障等均有安全的保護(hù)。2、循環(huán)水系統(tǒng)的安全保護(hù)。系統(tǒng)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)有多重安全保護(hù)功能：①循環(huán)泵連鎖控制。循環(huán)泵沒有運(yùn)轉(zhuǎn)，鍋爐系統(tǒng)就不能正常開機(jī)。②通過在鍋爐出水回路上安裝的耙式流量開關(guān)，避免因循環(huán)泵接觸器觸點(diǎn)粘住，使控制系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)而發(fā)生故障。③通過中文屏設(shè)定的回水壓力過低報(bào)警值，檢測(cè)實(shí)際回水壓力，當(dāng)?shù)陀诖嗽O(shè)定值時(shí)，壓差報(bào)警聯(lián)鎖裝置動(dòng)作，從壓力過低角度保護(hù)了循環(huán)水系統(tǒng)。3、鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)的安全保護(hù)。鍋爐運(yùn)行保護(hù)分出水溫度過高、壓力過高、排煙溫度保護(hù)等。其一，為確保出水溫度過高保護(hù)功能的安全可靠，可通過二種方式實(shí)現(xiàn)。①通過出水溫度傳感信號(hào)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)際出水溫度高于，中文屏出水溫度設(shè)定值時(shí)，超溫聯(lián)鎖裝置動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐安全運(yùn)行。②通過安裝在出水管路的溫度控制器，將溫度控制調(diào)整到所要求的出水溫度極限值，當(dāng)實(shí)際出水溫度值大于此值，控制器就會(huì)動(dòng)作，使控制系統(tǒng)脫離電腦控制防止鍋爐溫度過高，起安全保護(hù)作用。其二，鍋爐的壓力過高保護(hù)。鍋爐的出水壓力超過設(shè)計(jì)值，會(huì)對(duì)管網(wǎng)末端系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此鍋爐壓力高故障保護(hù)很重要，本系統(tǒng)通過中文屏設(shè)定出水壓力過高報(bào)警值，當(dāng)電腦檢測(cè)到實(shí)際出水壓力高于此設(shè)定值時(shí)，超壓報(bào)警聯(lián)鎖裝置動(dòng)作，而起動(dòng)保護(hù)作用。其三，排煙溫度保護(hù)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)排煙溫度不僅起顯示作用，還起保護(hù)作用，當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行正常后，用戶可在當(dāng)時(shí)的排煙溫度值基礎(chǔ)上增高15℃左右，設(shè)定排煙溫度最高報(bào)警值，這可有效防止煙道檔板突然關(guān)閉和煙道堵塞等排煙故障所有一體化安裝在燃燒器上的元器件，主要是風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置、點(diǎn)火變壓器、火焰監(jiān)測(cè)探WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)頭和穩(wěn)焰器等。第二部分是電控制部分。該部分的作用是控制第一部分的元器件能正?？煽康墓ぷ?。第三部分是安裝在鍋爐上的測(cè)量元器件，如壓力表、溫度計(jì)等。由這些測(cè)量元器件通過電控系統(tǒng)對(duì)燃燒器進(jìn)行“開—?！被颉鞍胴?fù)荷—全負(fù)荷”或“連續(xù)漸WNS燃油、燃?xì)忮仩t自動(dòng)控制。主要是點(diǎn)火程序控制、熄火保護(hù)控制。點(diǎn)火程序控制一般由燃料檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)時(shí)器(一種具有延時(shí)功能的繼電器)來進(jìn)行控制。按下啟其它異常變化，點(diǎn)火系統(tǒng)的閥門打開將點(diǎn)火所需燃料供給噴嘴；噴嘴燃燒控制閥打開，此時(shí)應(yīng)處于低流量燃燒狀態(tài)，火焰檢測(cè)器依據(jù)燃燒情況，發(fā)出檢測(cè)信號(hào)來加大燃料流量調(diào)節(jié)閥及風(fēng)機(jī)風(fēng)門的開度；燃燒狀態(tài)正常后，點(diǎn)火系統(tǒng)的閥門即關(guān)閉。熄火保護(hù)。熄火保護(hù)裝置由三個(gè)重要部件(即火焰檢測(cè)器、保護(hù)繼電器、燃料緊急切斷閥)組成。當(dāng)燃燒室內(nèi)壁的溫度低于燃點(diǎn)時(shí)，噴嘴火焰熄滅。若為燃?xì)忮仩t，當(dāng)爐膛內(nèi)燃?xì)怏w積濃度達(dá)到爆炸區(qū)間時(shí)，如果遇金屬撞擊或放電等產(chǎn)生的火花會(huì)發(fā)生爆炸。因此，應(yīng)由火焰檢測(cè)器來確認(rèn)主噴嘴部位的燃燒狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料流量的控制。燃燒控制一般分有級(jí)調(diào)節(jié)和無級(jí)調(diào)節(jié)兩種。國產(chǎn)及部分進(jìn)口的WNS燃油、燃?xì)忮伻缑绹腃B、富爾頓，其鍋爐燃燒器為本廠配套制造，大多為無級(jí)調(diào)節(jié)。這種類型燃燒器其燃料供給量隨熱負(fù)荷改變而改變，克服了有級(jí)調(diào)節(jié)對(duì)鍋爐熱沖擊力大的缺點(diǎn)，運(yùn)行本次進(jìn)行的是WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體的設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)參數(shù)為：MW℃排煙溫度：℃鍋爐回水溫度：工作壓力：容水量:6TWNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)鍋爐燃料:天然氣表1-1成分體積分?jǐn)?shù)(%)CH?C?H?C?HgC?HN?本文所進(jìn)行研究的是：本課題針對(duì)水平鍋殼式燃?xì)鉄崴仩t爐膽的合理布置形式及煙箱管板的耐高溫放裂紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)開發(fā)一款高效、長(zhǎng)壽命的WNS型燃?xì)鉄崴仩t。主要涉及成果包括WNS型燃?xì)忮仩t的現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告一份及高效、長(zhǎng)壽命WNS型燃?xì)鉄崴仩t的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)方案一套。重點(diǎn)解決適用于WNS型燃?xì)鉄崴仩t的爐膽布置形式問題和煙箱管板高溫易開裂問題。燃?xì)忮仩t有許多優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛地應(yīng)用在在中小型建筑供暖工程中。鍋爐設(shè)計(jì)是鍋爐制造工作中重要的環(huán)節(jié)之一。燃?xì)鉄崴仩t工藝設(shè)計(jì)的基本步驟如前文所述：1、問題必須明確，并且盡可能完整和清晰。這些數(shù)據(jù)包括熱工率、允許工作壓力、給水溫度、回水溫度、燃料。在設(shè)計(jì)過程中，大多數(shù)重要的設(shè)計(jì)就是靠這點(diǎn)做出的。而鍋爐的基本結(jié)構(gòu)，則根據(jù)個(gè)人設(shè)計(jì)、鍋爐安裝空間等確定。2、為鍋爐選擇一系列主要的暫行參數(shù)：鍋爐型號(hào)、尺寸、換熱管種類、根數(shù)及長(zhǎng)度、二回程和三回程的出口溫度等等。3、用計(jì)算所得管束熱平衡熱量和主受熱面?zhèn)鳠崃肯嗷ケ容^得出誤差。如果誤差在允許的范圍內(nèi)則計(jì)算結(jié)束。如果誤差較大則另取溫度進(jìn)行計(jì)算，直到誤差在允許范圍5、進(jìn)行前管板、后管板、煙室前管板、煙室后管板的厚度計(jì)算時(shí)，必須先畫圖；確定最大假想圓直徑及拉桿的最大支撐圓面積。6、進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。利用所畫圖得出的最大假想圓直徑及拉桿的最大支撐圓面積，帶入計(jì)算公式得出鍋筒、前管板、后管板、煙室前管板、煙室后管板、爐膽、拉桿的這次就開拓?zé)崃┡镜腻仩t出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究，此次鍋爐出現(xiàn)的主要的問題為鍋爐回燃室內(nèi)后管板，即煙氣流程中的第二回程進(jìn)口處出現(xiàn)裂紋。造成此次事故先對(duì)鍋爐做個(gè)大體的介紹，此鍋爐為WNS型三回程供暖鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)出水溫度95℃,回水溫度70℃,爐膽采用波紋爐膽，管板連接方式為先預(yù)脹，后焊接的方式，圖1-4鍋爐整體圖WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)此鍋爐出現(xiàn)問題之前，我到其公司，曾記錄過它的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)際出水溫度為60-70℃,回水溫度40-50℃,出水壓力0.33MPa,回水壓力0.33MPa,據(jù)公司相關(guān)人員介紹，此鍋爐長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行中水溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水溫。鍋爐出現(xiàn)的問題主要是后煙箱管板開裂問題，具體問題見圖1-5:圖1-5后煙箱管板破裂圖WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)圖1-6后煙箱管板破裂圖近照回燃室后管板，明顯出現(xiàn)裂紋，還帶著水垢。造成了爐膽內(nèi)部積水，如圖1-7: WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)圖1-7爐膽內(nèi)部主要問題分析，在運(yùn)行過程中，出水和回水的溫度太低，主要是鍋爐獲取的熱量太少，即燃燒器的火焰太小造成的，從而使煙氣側(cè)結(jié)垢創(chuàng)造了有利條件，結(jié)露的直接原因?yàn)楸跍匾蛩?，即受熱面壁溫低于煙氣露點(diǎn)溫度，如果使燃?xì)忮仩t受熱面的最低壁溫高于煙氣露點(diǎn)(大約60℃),則蒸汽不能凝結(jié)在受熱面壁面上。就不會(huì)發(fā)生腐蝕。由于水側(cè)放熱系數(shù)遠(yuǎn)大于煙氣側(cè)放熱系數(shù)，ψ為熱有效系數(shù)，由公式K=ya,可知，壁溫受水溫和煙溫的影響，且主要是水溫。而影響鍋爐水溫度的又是熱水鍋爐的進(jìn)水和出水溫度，所以要提高壁溫首先要提高鍋爐的進(jìn)出水溫度。對(duì)于低溫燃?xì)鉄崴仩t(如出水溫度95℃,回水溫度70℃的熱水鍋爐)因水溫較低，就必須設(shè)計(jì)較高的排煙溫度。如果鍋爐使用不正確，長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，爐水溫度和排煙溫度都很低，其壁溫甚至低于水露點(diǎn)，勢(shì)必要發(fā)生低溫腐蝕，而且腐蝕特別嚴(yán)重。鍋爐運(yùn)行時(shí)，盡量保證進(jìn)出口水溫度。所以我設(shè)計(jì)的這臺(tái)鍋爐，工作壓力比較高，WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)主要是最大量的避免煙氣側(cè)結(jié)露。第二章燃料消耗計(jì)算WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)氣體燃料的組成成分變化范圍很大：不同種類的天然氣體燃料或人工氣體燃料，由于其氣源(氣田氣、油田氣)的產(chǎn)地和生成的有機(jī)質(zhì)、地質(zhì)環(huán)境、理化條件等不同，或由于制氣時(shí)所使用的原料(石油、煤)不同，它們的成分和特性相差很大；即使是同一種類的燃?xì)?，由于天然氣體燃料資源分布遼闊，人工氣體燃料制氣的方式，采用的生產(chǎn)工藝不同.其成分和特性也并不完全相同。因此，在燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)。燃燒設(shè)備選擇和進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí)，應(yīng)盡可能收集有關(guān)氣源的詳細(xì)資料作為依據(jù)，認(rèn)真加以核對(duì)和分析。表2-1設(shè)計(jì)參數(shù)名稱C?H?C?H?C?H??2體積百分比98.0表2-2天然氣參數(shù)名稱P?SV?V9(濕/干`P天然氣2.2理論空氣量、實(shí)際空氣量和過量空氣系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3氣體燃料按燃燒反應(yīng)計(jì)量方程式完全燃燒所需要的空氣量(指于空氣)稱為氣體燃料的理論空氣量(m3/m3).氣體燃料中各單一可燃?xì)怏w的燃燒化學(xué)反CH?+2O?→CO?+2H?O反應(yīng)熱(kJ/m3)最高值：39749最低值：357092C?H?+9O?→6CO?+6H?O反應(yīng)熱(kJ/m3)最高值：92461;最低值：86407C?H?+5O?→3CO?+4H?O反應(yīng)熱(kJ/m3)最高值：99106;最低值：910292C?H+13O?→8CO?+10H?O反應(yīng)熱(kJ/m3)WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)由上面四式可以歸納出碳?xì)浠衔锏娜紵磻?yīng)通式。即：當(dāng)氣體燃料的組成已知時(shí)，可計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體燃料燃燒所需要的理論空氣實(shí)際送入鍋爐的空氣量稱為實(shí)際空氣量v,其值一般都大于理論空氣量。比理論空氣量多出的這一部分空氣稱為過量空氣.實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值稱為過量空氣系數(shù)，用α表示。過量空氣系數(shù)：燃?xì)忮仩t的最佳過量空氣系數(shù)a數(shù)值與燃燒室的結(jié)構(gòu)、燃料油的品種有關(guān)，通常為1.03-1.10,在此選擇α=1.05,所以V=αV?=1.05×9.58333=10.06252.3燃燒產(chǎn)物及其計(jì)算=0.79×1.05×9.584+0.01×0WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)V?,=0.21(a-1)V?實(shí)際煙氣總體積按下式計(jì)算：=1.013+2.149+7.95+0.1006322.4燃燒溫度和煙氣焓的計(jì)算燃料和空氣送入爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，它們帶入的熱量包括兩部分：2、是燃料的化學(xué)熱量(發(fā)熱值)。如果燃燒過程在絕熱條件下進(jìn)行，上述兩種熱量全部用于加熱煙氣本身，則煙氣所能達(dá)到的溫度稱為熱量計(jì)溫度。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，燃料燃燒前后的熱平衡方程式為：Qwar+Q?+Q?=I,mQ?=aV?(C?+1.20d,Cn,)t(2-12)溫度℃C?H?C?H?N?C。=(0.98×1.545+0.004×2.854+0.003×2.960+0.003×3.71+0.01×1.298)=1.5141+0.011416+0.00888+0.01113+0.01298=1.559(kJ/m3·k)Cno=1.482kJ/(m3·k);C=1.302kJ/(m3·k);Vg,Veo,Vw.,Vo?一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1干燃?xì)馔耆紵笏傻娜託怏w、V?=V?o+Vo,+V,+V?,=11.212632(2-15)C=Co=1.559(kJ/m3·k)Cv,=1.298(kJ/m3·k);C。=1.306(kJ/m3·k);1.013×1.559+2.149×1.482+7.95×1.298+0.100632×1.306=2430.26=15.21461×2430.26=2401.2WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)熱。這時(shí)在煙氣中有下列分解反應(yīng)：kJkJ/m3二氧化碳和水蒸氣熱分解吸收的熱量可按下式求得：101.325KPa的干燥空氣中，氮的分壓是79.193KPa,氧的分壓是21.198KPa。Q=43.7%×1.013×12635+1=5593.274435+3042.500475=8635.8(kJ/m3)=1862.7鍋爐熱平衡方程的普遍形式為：WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)Q,=Q?+Q?+Q?+Q?+Qs+Q(2-23)鍋爐輸入熱量：Q,=Qneva+i,+Q+Q(2-25)i,氣燃料的物理顯熱Q霧化所用蒸汽帶入的熱量;WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)鍋爐總熱損失為鍋爐的熱效率為排煙損失：=6.3%氣體不完全燃燒損失由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取：機(jī)械不完全燃燒損失：由于燃料完全燃燒所以9?=0WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)q?=1.7%=8.5%=1-8.5%=91.5%燃料燃燒放出的熱量為：WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)所以單位時(shí)間消耗的燃料為：表2-4燃燒器的選取標(biāo)況下天燃燒器輸出天然氣壓電源電動(dòng)機(jī)額凈重操作備注然氣耗量功率力定功率方式3500-4000380V三相漸進(jìn)式開啟時(shí)燃料漸進(jìn)輸送，配有封門自動(dòng)關(guān)閉裝置=143.3(kg/s)WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)第三章傳熱計(jì)算3.1爐膛的傳熱過程計(jì)算燃?xì)忮仩t的主要吸熱量是在爐膽中獲得的，一般占吸熱量的60%～70%,因此鍋爐爐膽的結(jié)構(gòu)和布置是鍋殼式燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要應(yīng)考慮以下問題：(1)鍋爐設(shè)計(jì)前，首先確定燃燒器型號(hào)。(2)爐膽的直徑應(yīng)稍大于最大火焰直徑，爐膽的長(zhǎng)度應(yīng)大于最大火焰長(zhǎng)度。(3)選擇了燃燒器后，根據(jù)火焰長(zhǎng)度、火焰直徑和燃料消耗量之間的關(guān)系曲線，確定火焰直徑和火焰長(zhǎng)度。(4)根據(jù)鍋爐的容量和尺寸確定是否需要膨脹環(huán)或波形爐膽。(5)一般燃?xì)忮仩t的爐膽是由平直爐膽和波形爐膽或膨脹環(huán)組成。(6)此三回程鍋殼式蒸汽鍋爐的爐膽出口溫度應(yīng)控制在1000℃?！璚NS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)圖3-1火焰長(zhǎng)度6.)圖3-2火焰直徑根據(jù)火焰長(zhǎng)度，火焰直徑和燃料的消耗量之間的關(guān)系曲線，火焰長(zhǎng)度取上限，直徑取中間。確定：火焰長(zhǎng)度：3.4m我們可以確定鍋爐爐膽長(zhǎng)度和爐膽直徑：按GB/T16508-1996規(guī)定，平直爐膽計(jì)算長(zhǎng)度不宜超過2m,兩端扳過時(shí)，可放至3m。故本設(shè)計(jì)采用波形爐膽。波形爐膽有利于換熱并可以提高整個(gè)爐膽的柔性，防止?fàn)t膽在較高溫度下產(chǎn)生較大膨脹量破壞結(jié)構(gòu)的完整性，增大了輻射傳熱面積。WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)表3-1爐膛傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位公式結(jié)果1鍋爐輸入熱量Q,=Qneva2計(jì)算燃料消耗量B;m3/h熱平衡計(jì)算3保熱系數(shù)φ熱平衡計(jì)算4爐膽出口過量空氣系數(shù)選取5爐膽漏風(fēng)系數(shù)選取06冷空氣溫度℃設(shè)計(jì)7冷空氣焓計(jì)算8空氣帶入爐內(nèi)熱量Q9爐膽入爐熱量Q絕熱燃燒溫度℃計(jì)算絕熱燃燒絕對(duì)溫度K爐膽出口溫度θ’℃假定爐膽出口絕對(duì)溫度K火焰絕對(duì)平均溫度T?K爐膽壁溫℃爐膽絕對(duì)壁溫K爐膽出口煙焓計(jì)算輻射換熱系數(shù)C設(shè)計(jì)選取輻射有效面積計(jì)算輻射放熱量Q輻射換熱熱量H計(jì)算誤差△%3.2對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位結(jié)果1螺紋管節(jié)距t2螺紋管槽深E33螺紋管的內(nèi)徑d4螺紋管的根數(shù)根5螺紋管煙氣流通面積m26縱向沖刷管長(zhǎng)度Lm7螺紋管傳熱面積m28煙氣總流通面積m29總傳熱面積H?m2表3-3二回程熱力計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位公式結(jié)果1入口煙溫v℃熱平衡計(jì)算2入口煙焓kJ/m3焓溫計(jì)算3出口煙溫℃假定4出口煙焓I”kJ/m3焓溫計(jì)算5607.2WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)56789管束出口過量空氣系數(shù)管束漏風(fēng)系數(shù)冷空氣溫度冷空氣焓保熱系數(shù)管束熱平衡熱量平均煙氣溫度大端溫差小端溫差對(duì)數(shù)溫差平均煙氣流速煙氣的普朗特?cái)?shù)煙氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)煙氣導(dǎo)熱系數(shù)螺紋管雷諾數(shù)比值比值螺紋管(煙氣)對(duì)流換熱系數(shù)工質(zhì)溫度與管壁溫差管壁溫度煙氣壓力水蒸氣體積份額三原子氣體體積份額煙氣容積Qa設(shè)計(jì)選取1.05△a設(shè)計(jì)選取0tk℃設(shè)計(jì)選取30I?kJ/m3焓溫計(jì)算424.1①熱平衡計(jì)算0.982Wm/s16.37P,查煙氣特性表0.617Vm2/s查煙氣特性表入W/m·k查煙氣特性表8.015×10-2R,W/8603.92213RdEd0.03570.0430.282R?PVH?OVpV?kW/m3℃MPaYH,o+YRO;燃燒計(jì)算m3/m3WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)三原子氣體輻射減弱系數(shù)氣體介質(zhì)吸收力煙氣黑度溫度比煙氣輻射放熱系數(shù)TkW/m3℃kgps(s=0.9d)5.1×10~11a,(v,+273)3×熱有效系數(shù)總傳熱系數(shù)主受熱面?zhèn)鳠崃喀譑kW/m3℃設(shè)計(jì)選取y(a?+a?)主受熱面?zhèn)鳠嵴`差△%表3-4三回程結(jié)構(gòu)計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位結(jié)果1光管的內(nèi)徑dmm2光管的根數(shù)根3光管煙氣流通面積4縱向沖刷管長(zhǎng)度Lm5光管傳熱面積6煙氣總流通面積7總傳熱面積H?表3-5第三回程熱力計(jì)算WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)序號(hào)名稱符號(hào)單位公式結(jié)果23456789入口煙溫入口煙焓出口煙溫出口煙焓管束出口過量空氣系數(shù)管束漏風(fēng)系數(shù)冷空氣溫度冷空氣焓保熱系數(shù)管束熱平衡熱量平均煙氣溫度平均煙氣流速煙氣的普朗特?cái)?shù)煙氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)煙氣導(dǎo)熱系數(shù)光管雷諾數(shù)光管(煙氣)對(duì)流換熱系數(shù)工質(zhì)溫度與管壁溫差管壁溫度VIφWVλR?℃kJ/m3℃kJ/m3℃kJ/m3℃m/sm2/sW/m·KkW/m3℃℃℃熱平衡計(jì)算焓溫計(jì)算假定焓溫計(jì)算設(shè)計(jì)選取設(shè)計(jì)選取設(shè)計(jì)選取焓溫計(jì)算熱平衡計(jì)算查煙氣特性表查煙氣特性表查煙氣特性表5607.22907.60424.10.9820.66228.296×10-?4.508×10-223112.80.04539煙氣壓力水蒸氣體積份額三原子氣體體積份額煙氣容積三原子氣體輻射減弱系數(shù)氣體介質(zhì)吸收力煙氣黑度溫度比煙氣輻射放熱系數(shù)熱有效系數(shù)總傳熱系數(shù)主受熱面?zhèn)鳠崃恐魇軣崦鎮(zhèn)鳠嵴`差PVH?OV?TψKQ△MPam3/m2kW/m3℃kW/m3℃kJ/m%YH,o+YRO:燃燒計(jì)算kqps(s=0.9d)5.1×1011a,(v,+273)3×設(shè)計(jì)選取y(a?+a?)0.2820.1080.0030.0440.0753.3鍋爐總熱平衡校核WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)表3-6鍋爐總熱平衡校核序號(hào)名稱符號(hào)單位公式結(jié)果1鍋爐效率η%熱平衡計(jì)算91.52鍋爐輸入熱量kg/m3Q,=Qnevar3鍋爐爐膽吸熱量Qkg/m3爐膽熱力計(jì)算4第一管束吸熱量Qkg/m3第一管束對(duì)流計(jì)算5第二管束吸熱量Q?kg/m3第二管束對(duì)流計(jì)算67管束總吸熱量計(jì)算誤差Q?kg/m3kg/m3Qn+Qm?8相對(duì)計(jì)算誤差△% 第四章鍋爐煙風(fēng)阻力計(jì)算對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的、容量較大的鍋爐，或設(shè)置尾部受熱面和除塵裝置的工業(yè)鍋滬，由于煙風(fēng)系統(tǒng)流動(dòng)阻力較大，必須采用機(jī)械通風(fēng)，借助于風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓頭克服其全部的阻力。4.1煙風(fēng)系統(tǒng)流動(dòng)阻力計(jì)算4.1.1沿程摩擦阻力λ—沿程摩擦阻力系數(shù)；1—管道長(zhǎng)度m;d—通道當(dāng)量直徑m;o—?dú)饬魉俣?，m/s,按氣流平均溫度計(jì)算；p—?dú)怏w密度，kg/m3。4.1.2由于通道截面和方向變化等原因而引起的局部阻力按下式計(jì)算：WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)動(dòng)壓頭(速度頭)Pa;1、動(dòng)壓頭的確定p?=0.23931、沿程摩擦阻力系數(shù)氣體沿?zé)燂L(fēng)通道流動(dòng)或縱向沖刷受熱面管子時(shí)的摩擦阻力按上述公式計(jì)算，其阻(1)入口、出口局部阻力系數(shù)WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)4.2煙囪的阻力計(jì)算煙囪的阻力由沿程摩擦阻力和出口局部阻力組成。摩擦阻力已考慮了煙囪的錐度，其值可按下式計(jì)算：b=0.81r=0.243C?=0.38d=a=bWNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)=641.47Pa煙囪的阻力由沿程摩擦阻力和出口局部阻力組成。煙囪的阻力由沿程摩擦阻力和出口局部阻力組成。摩擦阻力已考慮了煙囪的錐度，其值可按下式計(jì)算：i煙囪內(nèi)壁的平均斜度，取i=0.02W煙囪出口流速，計(jì)算煙囪流速時(shí)采用引風(fēng)機(jī)處的煙氣溫度，不考慮煙囪散熱冷卻。引風(fēng)機(jī)處的煙氣溫度當(dāng)空氣預(yù)熱器后的煙道漏風(fēng)系數(shù)1.0≤△α?xí)r，取用鍋爐的排煙溫度。引風(fēng)機(jī)處的煙氣流量為： 第五章強(qiáng)度校核鍋爐是一種受熱的特殊壓力容器，如果元件的壁厚不足會(huì)產(chǎn)生破壞；另一方面，不適當(dāng)?shù)卦龃笫軌涸谋诤瘢謺?huì)浪費(fèi)鋼材。因此國家統(tǒng)一對(duì)鍋爐受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行管理，制訂了鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范鍋爐的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，以保證鍋爐的安全。強(qiáng)度計(jì)算的目的是確定受壓元件的壁厚。材料均取G20。5.1鍋筒厚度計(jì)算假設(shè)厚度為l=13mm;鍋筒內(nèi)直徑D=1780mm;計(jì)算壓力P=1.25MPa;基本許用應(yīng)力125MPa;基本許用應(yīng)力修正系數(shù)n=1;焊縫減弱系數(shù)φ,=1;理論計(jì)算厚度：附加厚度C=1.3mm;WNS10-1.25燃?xì)鉄崴仩t本體設(shè)計(jì)5.2煙室前管板厚度計(jì)算假設(shè)厚度為l=16mm;計(jì)算壓力P=1.25MPa;基本許用應(yīng)力修正系數(shù)n=0.85;最小需要厚度：=13.82