掺烧高炉煤气锅炉的热力计算研究

工业锅炉热力计算提纲1、锅炉热力计算简介2、热力计算模型介绍3、软件的功能及特点4、软件的使用锅炉热力计算简介热力计算在锅炉设计、改造及经济性预测方面有着极为重要的作用，是锅炉设计中最重要、也是最复杂的技术环节。

热力计算一般需要完成每个受热面部分的迭代循环和锅炉整体的迭代循环。

受热面循环是为了达到应有的精度而进行的迭代计算，锅炉整体循环是当假设的排烟温度与实际计算温度相差较大时，在假设排烟温度调整后重新进行计算。

传统手工运算方式对设计人员经验要求很高，如果计算时对一些参数假设不合理，为达到计算要求就必须进行多次反复运算，造成运算量过大。

目前，锅炉热力计算通常都通过编制锅炉热力计算软件进行。

2锅炉热力计算简介锅炉热力计算具有通用性差，计算模型复杂，计算过程复杂等特点，现阶段各研究机构和锅炉厂家自行开发的热力计算软件都有一定的局限性：缺乏高度抽象和统一的热力计算模型；开发技术比较落后，扩展性不强；软件操作界面不够人性化；工业锅炉具有炉型更加多样化，受热面布置形式更加灵活等特点，开发一款具有一定通用性的工业锅炉热力计算软件就具有十分显著的社会效益和经济效益。

3锅炉热力计算简介热力计算简介热力计算分为设计计算和校核计算设计计算设计计算是设计新锅炉时常用的计算方法计算任务：在给定的给水温度和燃料特性的前提下确定保证达4锅炉热力计算简介热力计算简介校核计算校核计算是估计已有锅炉在非设计工况条件下的运行指标或者改造后锅炉热力性能计算计算任务：根据已有的锅炉各受热面结构参数及传热面积和热力系统形式在锅炉参数，燃料种类或局部受热面面积发生变化时，通过传热性能计算确定各个受热面交界处的水温、汽温、烟温及空气温度的值，确定锅炉的热效率和燃料消耗量等。

5锅炉热力计算简介设计计算和校核计算设计计算和校核计算依据相同的传热原理，区别仅在于计算任务和所求数据不同。

遵循的传热原理为：热平衡方程0Qh,bIIIl,a传热方程Qh,tKHt/Bcal6锅炉热力计算简介单个部件设计计算步骤：吸热量假定烟气温度指定受热工质温度温压传热系数传热面积7锅炉热力计算简介单个部件校核计算步骤工质的终温假定烟气的终温温压传热系数+否判断二者之差绝对值是否在合理范围受热面面积吸热量Qh,b是计算结束温度和吸热量以热平衡方程为准吸热量Qh,t8锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定炉膛几何结构参数，然后迭代求出炉膛的出口烟气温度；主要计算方程Qr0afurHrBcalT4av4Twal100q3q4q6QfurQinQaQfo100q49锅炉热力计算简介层燃炉炉膛热力计算TavTadiTfurn1n抛煤机炉取n=0.6,其它层燃炉取n=0.7TfurfurTadi1furkB0mafurp10锅炉热力计算简介燃尽室热力计算方法：采用校核计算的方法，先确定燃尽室几何结构参数，然后求出燃尽室出口烟气温度；主要计算方程0ab,cHr44QrBcalTavTwal0Qb,cIb,cl,aIb,cIb,cTavTb,cTcb,11锅炉热力计算简介燃油燃气锅炉炉胆热力计算方法：采用校核计算方法；主要计算方程CHrQrBcalTav4Twal4100100Tav0.9TadiTl12锅炉热力计算简介对流受热面热力计算锅炉中的对流受热面主要有锅炉管束、对流过热器、省煤器、空预器等，在这些受热面中，高温烟气主要以对流的方式进行放热。

炉膛热力计算炉内换热的计算方法是用来计算单炉膛和半开式炉膛的换热。

其本质是以能量方程和辐射能传递方程导出的准则为基础，用相似理论方法整理实验数据，建立出炉膛出口烟温的直接计算式。

1.1 计算流程控制1.2 相关的公式炉膛计算的重点就是炉膛出口烟温的准则方程：6.003.06.00~B B M B T T u a T T+=''=''θ 300)(aCT CP CP P T F VC B B ψσϕ=根据准则方程得到的炉膛出口烟温计算式是：0.630.30273 1()aTCP CT a up CP T F T MBB Vc ϑσψϕ''=-⎡⎤+⎢⎥⎢⎥⎣⎦℃ 炉膛计算的进行都是基于这个计算式进行。

其中110 5.6710σ-=⨯ 1.2.1 Ta --是绝热燃烧温度，℃根据1kg 燃料送入炉内的热量T Q 来决定，计算出T Q 后由烟气性质计算（即手工计算的温焓表）计算出响应的烟气温度。

3464100100T q q q Q QrQ q B ---=+-，如果有再循环烟气，要考虑再循环烟气带入炉膛的热量。

r Q 是固体（液体）燃料工作基低位发热量，/kJ kg ,气体燃料的干燥基低位发热量，3/kJ m 。

3q -- 化学未完全燃烧热损失，来自热平衡计算； 4q -- 机械未完全燃烧热损失，来自热平衡计算； 6q -- 排渣和冷却水热损失，来自热平衡计算Q B -- 空气带入炉内的热量，/kJ kg ，''((1))()T T zhf rec T ky T zhf l Q r I I ααααααB =-∆-∆--+∆+∆其中，T α-- 炉膛出口过量空气系数； T α∆-- 炉膛漏风系数；zhf α∆-- 制粉系统漏风系数；rec α -- 再循环烟气抽取点处过量空气系数；T r -- 再循环系数。

一般情况下没有烟气再循环的时候不考虑最后一项。

浅析燃高炉煤气锅炉热值与燃气量的关系秦小东朱宇翔（上海威钢能源公司，上海200431）摘要：在全燃高炉煤气高温高压锅炉中，燃料的发热量变化较大时，锅炉的许多运行参数将发生很大变化，而其中确定燃气量与热值的关系是至关重要的。

本文从锅炉热力计算书及最基本的热平衡方程出发，建立较为简单可行的数学模型，可供有关人员借鉴。

关键词：传热系数；煤气量；烟气量Analysis of Relations between Heat Value and Amount of Gas in Firing BFG Boiler ABSTRACT：When high temperature and pressure boiler of pure firing BFG, the operation data correspond to the heat value of gas. It is very important relations between heat value and amount of gas. According to hot balance equation and heating power calculation book of boiler,build a simple mathematic model.Key word: heating transfer factor; amount of gas; amount of flue gas1.前言高炉煤气作为冶金行业副产品被再次利用作为蒸汽锅炉的动力燃料极具意义,既可减少污染又可以节约能源,减少锅炉对动力用煤的需求[1]。

随着冶金行业的高炉大型化，高炉煤气的产量成倍增加。

纯燃高炉煤气的锅炉已由原来的中低压锅炉向高压锅炉迈进，并有向大型化发展的趋势。

而同时由于高炉运行水平的改善，致使高炉煤气热值有下降的趋势。

以上海威钢能源有限公司全燃高炉煤气锅炉为例，锅炉实际运行时，高炉煤气的热值只有2900 kJ/ N m3，偏离设计值3268kJ/ N m3有11%多。

摘要荒煤气是煤在高温干馏时产生的混合气，成分复杂，其自身经处理后可以得到多种化工产品。

此外，荒煤气中还蕴含着大量显热，在能源情况不容乐观的当下，对荒煤气显热回收利用的研究对于我国的节能减排措施具有重要意义。

而采用废热锅炉回收热量是一种较为成熟的方法。

管壳式换热器具有结构简单，使用经验丰富，可靠性强等优点，在目前的应用中最为广泛，同时可作为废热锅炉使用。

由于荒煤气组分复杂，本文首先利用Aspen Plus 软件对其中的煤焦油组分采用虚拟组分法进行分析。

文中采用管壳式换热器来对荒煤气显热进行回收。

先通过经典计算来得出传热系数，再与Aspen Plus 得出的传热系数进行对比，得出二者误差在合理范围内。

在后续换热器设计中，继续使用Aspen Plus 软件对换热器进行工艺设计，结合初步设计结果再对设计参数进行校正。

以工艺设计参数为基础，对换热器进行了机械结构设计，主要进行了材料的选择以及相关强度的校核工作。

在完成机械设计后利用AutoCAD 软件绘制出换热器装配图。

本文在设计计算及图纸绘制过程中参考了相关设计手册及国家标准。

关键词：荒煤气；传热计算；结构设计Heat Transfer Calculation and Mechanical Design for WasteHeat Boiler of Coke Oven GasAbstractCoke oven gas is a gas mixture which is produced in the process of high temperature dry distillation of the coal. With its complex composition, we can get a variety of chemical products from it after some appropriate processes. In addition, coke oven gas also contains a large amount of sensible heat. As the present situation of the resource is not affirmative, the research on the heat recovery of coke oven gas is of great significance in our country’s Energy saving and emission reduction measures. The use of waste heat boiler for heat recovery is a mature method. Shell and tube heat exchanger has a number of advantages such as a simple structure, rich experience, strong reliability and so on, which makes its current application most extensive. Besides, it also can be used as a waste heat boiler.Due to the complexity of the gas’s component, firstly this article use Aspen Plus to analyze the coal tar in it by pseudo-component method. In this article, shell and tube heat exchanger is used to recover sensible heat. The heat transfer coefficient is obtained by the classical calculation, and then compared with the heat transfer coefficient obtained by Aspen Plus, the error is within reasonable range. In the subsequent heat exchanger design, we continue using Aspen Plus on the heat exchanger process design. Combined with the preliminary design result, the design parameters are then adjusted.On the basis of the parameters provided by process design, the mechanical design of the heat exchanger is done. Mainly for the selection of materials and strength check work .And the assembly diagram of the exchanger is drawn at the same time via AutoCAD. During the design calculation and drawing process, some relevant design manuals and national standards are referenced.Key Words：Coke Oven Gas; Heat Transfer Calculation; Mechanical Design目录摘要 (I)Abstract (II)1文献综述 (1)1.1荒煤气简介 (1)1.1.1荒煤气来源与组成 (1)1.1.2荒煤气基本特点 (1)1.1.3荒煤气应用价值 (1)1.2荒煤气热量回收方法 (2)1.2.1上升管汽化冷却技术 (2)1.2.2导热油夹套技术 (3)1.2.3热管式换热技术 (3)1.2.4废热锅炉换热技术 (4)1.3换热器流程模拟简介 (5)1.4本文研究内容 (6)2废热锅炉工艺设计 (7)2.1荒煤气成分分析 (7)2.1.1干煤气组成分析 (7)2.1.2其他杂质组成分析 (7)2.1.3煤焦油组成分析 (8)2.2废热锅炉初步设计与优化 (10)2.2.1流股基本数据 (10)2.2.2传热系数的确定 (10)2.2.3模拟物性选择依据 (13)2.2.4废热锅炉设计计算 (13)2.2.5废热锅炉优化及校核 (15)2.3废热锅炉结构设计 (17)2.3.1换热管束设计 (17)2.3.2壳体内径设计 (18)2.3.3折流板设计 (19)2.3.4接管设计 (19)2.3.5设计参数结果 (20)3废热锅炉机械设计 (21)3.1管壳式换热器基本类型 (21)3.1.1固定管板式换热器 (21)3.1.2浮头式换热器 (22)3.1.3U 型管式换热器 (22)3.1.4填料函式换热器 (23)3.1.5换热器类型选择 (24)3.2废热锅炉机械结构设计 (24)3.2.1筒体内径确定 (24)3.2.2部件连接 (25)3.2.3管箱结构设计 (26)3.2.4管板设计 (27)3.2.5折流板与拉杆布置 (27)3.2.6其他结构设计 (28)3.3废热锅炉强度计算 (30)3.3.1筒体壁厚计算 (30)3.3.2管箱壁厚计算 (30)3.3.3封头设计计算 (31)3.3.4换热管壁厚校核 (32)3.3.5膨胀节计算 (32)3.3.6管板计算 (32)3.3.7开孔补强计算 (33)3.3.8支座计算 (34)3.3.9设计结果汇总 (35)设计总结 (36)参考文献 (37)附录A 设计中所用算图 (39)附录B 膨胀节详细计算 (43)附录C 管板详细计算 (45)致谢 (48)1文献综述1.1荒煤气简介1.1.1荒煤气来源与组成荒煤气又称粗煤气，是煤在焦炉中高温干馏时（约900~1050℃）产生的混合气。

高炉炉顶煤气实际能量利用率及其技术应用展望潘宏中冶南方工程技术有限公司（430223 武汉市东湖新技术开发区大学园路33号）The utilization ratio of the actual energy and its technical advance for the Blast Furnace Top GasAbstract Analyzing the energy quality of the Blast Furnace Top Gas by using Exergy, its temperature Exergy and presser Exergy are only occupied 1~3.2% of the total Exergy, and the chemical Exergy is 97~99%, so that, developing the BFG Firing Gas Turbine (FGT) is the technical transformed direction of all kinds of BF top Gas energy in our country, Discuss the condition of the technical founds setting up TRT (Top gas pressure energy Recovery Turbine), including dry and wet types, and the queues in the traditional calculated results by using the heat insulation exponent.Keywords Blast furnace top gas analysis of energy qualities FGT and TRT technical bounds of TRT and its dry or wet types.摘要对高炉炉顶煤气作能质、火用质（exergy）分析：其温度火用及压力火用仅占其总火用质的1～3.2％，而其化学火用占97～99％；提出开发高炉煤气燃气透平(FGT)是我国大中小高炉煤气技术改造的方向；设置TRT技术界限的条件和干湿型TRT的条件；对传统绝热指数计算结论中存在的问题提出质疑。

×××大学课程设计说明书题目：学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：×××大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

××××年××月××日×××大学课程设计评审意见表一、校核煤的元素分析数据和判别煤种1.煤的元素各成分之和为100%的校核Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=33.57％+2.22％+10.17％+0.57％+0.33％+29.65％+23.49％=100%2.以空气干燥基为基准的元素成分的计算（已知Mad=14.47）换算系数:K=（100-Mad）/（100-Mar）=(100-14.47)/（100-29.65）=1.216 空气干燥基元素成分：C ad=K×Car=1.216×33.57=40.82 H ad=K×Har=1.216×2.22=2.70O ad=K×Oar=1.216×10.17=12.37 N ad=K×Nar=1.216×0.57=0.69S ad=K×Sar=1.216×0.33 =0.40 Aad=K×Aar=1.216×23.49=28.56 3. 空气干燥基低位发热量的计算Q ad,net,p = [Q ar,net,p+25.1(9H ar+M ar)]⨯100100adarMM---25.1(9H ad+M ad)=[19507+25.1⨯(9⨯2.22+29.65)]⨯(100-14.47)/(100-29.65)-25.1⨯(9⨯2.7+14.47)=24257.57（kJ/kg）4.煤种判别（1）V daf=48.37% , Q ar,net,p = 19.507 MJ/kg > 11.5 MJ/kg 高挥发分烟煤（2） Ad = Aar⨯100/(100-Mar)=23.49⨯100/(100-29.65)=33.3924% ＜ Ad ≤ 34% 中灰分煤（3） Mar=29.65% ， 22% ＜ Mar ≤40% 高水分高挥发分煤（4） Sd= Sar⨯100/(100-Mar)=0.33⨯100/(100-29.65)=0.47Sd=0.47% ≤1% 低硫煤（5） ST=1300℃≤1350℃，Q ar,net,p = 19.507 MJ/kg > 12.5 MJ/kg易结渣煤综上，该煤为高水分，高挥发分，中灰分，低硫且易结渣的烟煤。

循环流化床锅炉掺烧高炉煤气的应用王海峰1郑学军2张为强2(1．济南锅炉集团有限公司，山东济南250023；2．山东三融集团有限公司，山东济南250014)摘要：本文介绍了高炉煤气的主要燃烧特性，分析了高炉煤气在循环流化床锅炉中掺烧时对炉膛换热、过热蒸汽温度、锅炉负荷、热效率、分离装置以及环保的影响，并提出了消除不良影响的相应措施。

关键词：循环流化床锅炉；掺烧；高炉煤气；受热面；传热系数1 前言由于能源紧缺日益严重，一些低发热量的气体燃料的综合利用就显得越来越重要。

高炉煤气是高炉炼铁过程中的副产品，就是这种可以利用的气体燃料，钢铁厂一般把除尘后的高压高炉煤气先进入余压发电系统，再作为锅炉的辅助燃料燃烧。

循环流化床锅炉掺烧高炉煤气是一种很好的能源综合利用方式。

2 高炉煤气主要燃烧特性高炉煤气主要化学成分是：CO、CO2、N2和其它含量很少的CH4和H2。

以高炉煤气是一种超低发热量的气体燃料，若高炉煤气采用湿式除尘，由于水蒸汽含量增大，其发热量会更低一些。

（2）高炉煤气着火温度主要取决于CO含量及着火环境，约530～650℃，但大量的惰性气体（N2）会使火焰传播速度变慢（层流火焰传播速度约为0.3～1.2m/s），燃烧时容易发生脱火等不稳定状态。

（3）由于高炉煤气发热量低，锅炉燃烧所需的燃料气体流量大，因而其燃烧产物的体积流量大。

对于同样容量的锅炉，燃用高炉煤气的烟气体积流量要比燃用烟煤时增大40～60%，但所需的入炉空气体积流量却大大减少，仅是燃煤锅炉的55～65%。

（4）含尘量也低，合理掺烧高炉煤气的循环流化床锅炉炉内结渣、受热面飞灰磨损、堵灰和低温腐蚀等各种危害将大大减轻。

3 掺烧高炉煤气对锅炉的影响循环流化床锅炉掺烧高炉煤气会对炉膛换热、过热蒸汽温度、锅炉负荷、热效率、分离装置以及环保产生一定的影响。

3.1 对炉膛换热的影响掺烧高炉煤气后对传热各因素的影响是十分重要的，定性探讨并找出传热系数计算公式以便确定炉膛结构。