论文总字数：26396字

摘 要

能源是我们人类社会生存与发展的物质基础。随着全球人口的爆炸式增长和全球经济的高速发展，能源消费也持续增加。世界面临着巨大的能源挑战，工业领域的节能减排显得尤为重要。焦炭是很多工业的主要原料。在炼焦过程中，大量的热量是通过烟道废气直接排往大气，不仅浪费了能源，还污染了环境。

本设计介绍了用余热锅炉技术从焦炉烟气中回收余热生产蒸汽的可行性与设计的过程。焦炉烟道气余热利用技术是将焦炉产生的250℃~280℃的烟道气，通过余热锅炉将烟道气的热量回收，最终变成160℃左右的废气排走。

本课题的设计主要参照《废热锅炉设计》、压力容器设计手册和换热器设计手册。在烟气的流动压力降以及水动力循环等各项指标满足设计的前提下，综合考虑各种因素，结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求，设计出了本余热锅炉的施工总图、汽包和换热器主体图以及主要的零部件图。同时对汽包、传热管等材料进行强度校核，验证其是否满足工作环境强度要求。本次设计结果满足任务书的设计要求，在安全性和经济性及环保要求方面均合格。

关键词： 焦炉烟道气，余热回收，热管省煤器，余热锅炉

The design of 130000 Nm³/h flue gas waste heat boiler of the coke oven vertical flue

Abstract

Energy is the material foundation of our survival and development of human society. With the explosive growth of the world's population and the rapid development of global economy, energy consumption is also increasing. Coke is the main raw material in many industries. In the coking process, a large amount of heat through the flue gas is directly discharged to the atmosphere. It not only waste energy, but also pollutes the environment.

The feasibility and design process of recovering waste heat from gas out of heat recovery coke oven with waste heat boiler technology for steam production is described. The waste-heat utilization technology of Coke oven flue gas is to recover the heat of 250 ℃ to 280 ℃ coke oven flue gas through heat recovery steam generator, and the final 160℃ waste gas is discharged out.

In this thesis, "waste heat boiler design", pressure vessel design manual and heat exchanger design manual was referenced. Under the premise of the indicators in the flue gas flow pressure drop and hydrodynamic circulation which was satisfied for the design, considered various factors, chosen the applicable and reasonable form of economic structure for structural design, and the same time meeting the manufacture, repair, assembly, transportation and maintenance requirements, a general view of the waste heat boiler construction, the drum and the heat exchanger and the main body parts diagram in Fig has been designed. While the intensity of the drum, heat transfer tube and other materials has been checked, and whether it could satisfy the working environment strength requirements. The design results meet the requirements of the mission statement, and its safety, environmental protection and environmental requirements were qualified.

Key words： flue gas of Coke oven, Waste heat recovery, Natural Cycle, Heat recovery steam generator

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 焦炉烟道气的余热分析 1

1.1.1我国焦化工业现状 1

1.1.2焦炉烟道气的特性 2

1.2 焦炉烟道气余热回收利用技术 3

1.2.1 煤调湿技术 3

1.2.2 负压蒸氨技术 4

1.2.3 余热锅炉技术 5

1.3 余热锅炉的整体结构 5

1.3.1 余热锅炉的分类 6

1.3.2 余热锅炉的结构布置原则 7

1.3.3 余热锅炉的结构选用 7

1.4 烟道式余热锅炉 8

1.4.1 蒸汽发生器 9

1.4.2 省煤器 10

1.5 小结 11

第二章 13万Nm³/h焦炉竖烟道烟气余热锅炉设计 12

2.1 设计要求 12

2.2 余热锅炉设计中要考虑的问题 12

第三章 热力计算及结构设计 14

3.1 原始参数 14

3.1.1 基本参数 14

3.1.2 烟气侧定性温度及参数 15

3.2 蒸发器设计 17

3.2.1 翅片管参数 18

3.2.2 确定迎风面积及迎风面管排数B 18

3.2.3 求总传热系数 19

3.2.4 所需翅片管数及排列 21

3.2.5 通过蒸发器的压力降 21

3.3 离散型算法计算第一排翅片管热量 22

3.4 省煤器设计 22

3.4.1 热管参数 25

3.4.2 确定迎风面积及迎风面管排数B 25

3.4.3 求总传热系数 26

3.4.4 所需翅片管数及排列 28

3.4.5 通过蒸发器的压力降 29

3.5 余热锅炉的结构设计 30

3.5.1传热器本体结构设计 30

3.5.2壳体结构设计 30

3.5.3 余热锅炉水循环系统的汽包设计 30

3.5.4 设备法兰的确定 31

3.5.5 设备支座的选取 31

3.5.6 施工图设计 31

第四章 设备的强度校核与水动力循环校核 32

4.1 汽包的强度校核 32

4.1.1 汽包筒体的强度校核 32

4.1.2 汽包封头的强度校核 33

4.2 传热管的强度校核 33

4.2.1 翅片管的强度校核 33

4.2.3 热管的内管强度校核 34

4.2.3 热管的外管强度校核 35

4.3 流体输送管的强度校核 35

4.3.1 蒸发器中上升管的强度校核 35

4.3.2 蒸发器中下降管的强度校核 36

4.3.3 省煤器中上升管的强度校核 36

4.3.4 省煤器中进水管的强度校核 37

4.4 联合管的强度校核 37

4.4.1 蒸发器中上联箱的强度校核 37

4.4.2 蒸发器中下联箱的强度校核 38

4.4.3 省煤器中上联箱的强度校核 38

4.4.4 蒸发器中下联箱的强度校核 39

4.5 自然循环回路的设计 39

4.5.1、 下降管中的沿程阻力及局部阻力计算 39

4.5.2、 上升管中汽液两相流体的流动阻力及局部阻力计算 41

4.5.3、第二排翅片管的沿程阻力及局部阻力计算： 43

4.5.4 第一排翅片管的沿程阻力及局部阻力计算： 44

4.5.5 自然循环回路的流动压头 46

第五章 总结 47

参考文献 48

附 录 50

热轧普通槽钢规格尺寸表 50

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