论文总字数：18947字

摘 要

焦炭是很多行业的主要原料。在炼焦过程中，大量的热量是通过烟道废气直接排往大气，这样不仅造成了资源的浪费同时也带来了环境的污染，对我们的生存环境极为不利。目前，对于这些大量的余热余能，其回收利用率相当低，因而存在着巨大的回收潜力。正是基于这样的现实背景，设计一台余热锅炉以回收焦炉排放烟气的余热，达到节能减排和提高能源利用率的目的。

焦炉烟道废气余热回收利用需解决以下问题，焦炉烟道废气成分复杂，含硫量较高，由于省煤器在烟气出口处管壁温度常常低于露点，容易产生低温气体露点腐蚀。另外，烟气中灰分较多，容易在管壁上形成积灰，从而影响传热效果。汽包相对于锅炉的位置选取要合理，以免出现循环停滞和循环倒流的问题。

本课题的设计，主要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。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： 余热锅炉 热管省煤器 自然循环 焦炉烟气

The design of 120000 N/h flue gas waste heat boiler of the coke oven vertical flue

Abstract

Coke is the main raw material in many industries. In the coking process, a lot of the heat is discharged directly into the atmosphere through the flue gas, which not only resulted in a waste of resources but also brought pollution to the environment, to our living environment is extremely unfavorable. Currently, a large number of these waste heat and energy, its recycling rate is quite low, so there is a huge potential for recovery. It is based on a realistic background to design a waste heat boiler to recover waste heat from the coke oven flue gas emissions, to achieve energy saving and improve energy efficiency goal.

Coke oven flue gas heat recovery following issues need to be addressed, coke oven flue gas are complicated, high sulfur content, because the economizer in the flue gas at the outlet of the pipe wall temperatures are often below the dew point, easy to produce low-temperature gas dew point corrosion . In addition, the flue ash are more prone to fouling formed on the wall, thus affecting heat transfer. Boiler drum with respect to the selection should be reasonable, in order to avoid stagnation and to design a general view of the waste heat boiler construction, the drum and the heat exchanger as well as major parts of the body diagram in Fig. This design results meet the design requirements of the mission statement, are qualified in safety and economy and environmental protection requirements.

Key words: Heat Pipe Economizer, Natural Cycle, Waste Heat Boiler, Coke Oven Flue Gas

目 录

摘 要 I

第一章 前言 1

1.1我国工业余热资源及其利用现状 1

1.2 余热锅炉 2

1.2.1 余热锅炉的分类 2

1.2.2余热锅炉的研究 2

1.2.3余热锅炉的发展 3

1.2.4数值计算 3

1.2烟气余热 3

1.3 热管 4

1.4锅炉热力计算 4

1.5课题的必要性和意义 4

第二章 12万N/h焦炉竖烟道烟气余热锅炉设计 5

2.1 设计要求 5

2.2 余热锅炉设计中要考虑的问题 5

第三章 热力计算及结构设计 6

3.1 原始参数 6

3.2 烟气侧定性温度及参数 7

3.3 蒸发器 9

3.3.1 翅片管参数 9

3.3.2确定迎风面积A_ex及迎风面管排数B 10

3.3.3 求总传热系数 10

3.3.4 所需翅片管数及排列 12

3.3.5 通过蒸发器的压力降 13

3.4 离散型算法计算第一排翅片管 14

3.5 省煤器 14

3.5.1 热管参数 16

3.5.2 确定迎风面积及迎风面管排数B 16

3.5.3 求总传热系数 17

3.5.4 所需翅片管数及排列 19

3.5.5 通过蒸发器的压力降 20

3.6 余热锅炉的结构设计 21

3.6.1 传热器本体结构设计 21

3.6.2 壳体结构设计 21

3.6.3 余热锅炉水循环系统的汽包设计 21

3.6.4 设备法兰的确定 22

3.6.5 设备支座的选取 22

3.6.6 施工图设计 22

第四章 设备的强度校核与水动力循环校核 23

4.1 汽包的强度校核 23

4.1.1 汽包筒体的强度校核 23

4.1.2 汽包封头的强度校核 23

4.2 传热管的强度校核 24

4.2.1 翅片管的强度校核 24

4.2.2 热管的内管强度校核 25

4.2.3 热管的外管强度校核 25

4.3 流体输送管的强度校核 26

4.3.1 蒸发器中上升管的强度校核 26

4.3.2 蒸发器中下降管的强度校核 26

4.3.3 省煤器中上升管的强度校核 27

4.3.4 省煤器中进水管的强度校核 27

4.4 联合管的强度校核 28

4.4.1 蒸发器中上联箱的强度校核 28

4.4.2 蒸发器中下联箱的强度校核 28

4.4.3 省煤器中上联箱的强度校核 29

4.4.4 省煤器中下联箱的强度校核 29

4.5 自然循环回路的设计 30

4.5.1 下降管中的沿程阻力及局部阻力计算 30

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 31

4.5.3 第二排翅片管的沿程阻力及局部阻力计算： 33

4.5.4 第一排翅片管的沿程阻力及局部阻力计算： 34

4.5.5 自然循环回路的总流动阻力 36

4.5.6 自然循环回路的流动压头 36

第五章 总结 38

参考文献 39

致谢 41

第一章 前言

能源资源是能源发展的基础。新中国成立以来，不断加大能源资源勘查力度，组织开展了多次资源评价。在当代，能源资源及其开发利用不仅直接影响人类文明和社会经济的发展，而且对国际政治也产生着越来越大的影响[1]。能源是人类生存和发展的重要物质基础 , 也是当今国际政治 、经济 、军事 、外交关注的焦点[2]。能源问题是当今世界的重要课题。而资源是可持续发展的物质基础源是资源的重要组成部分能并与环境、经济等要素密切相关[3]。中国能源资源有以下特点：能源资源总量比较丰富。中国拥有较为丰富的化石能源资源。其中，煤炭占主导地位。2006年，煤炭保有资源量10345亿吨，剩余探明可采储量约占世界的13%，列世界第三位。已探明的石油、天然气资源储量相对不足，油页岩、煤层气等非常规化石能源储量潜力较大。

1.1我国工业余热资源及其利用现状

能源问题是我国经济社会健康发展的基本问题之一，随着我国经济的快速发展，能源的需求量随之急剧增加，能源匿乏问题日渐明显，能源供需之间的矛盾日益突出，供需缺口逐年增加。中国拥有较为丰富的化石能源资源。其中，煤炭占主导地位。2006年，煤炭保有资源量10345亿吨，剩余探明可采储量约占世界的13%，列世界第三位。已探明的石油、天然气资源储量相对不足，油页岩、煤层气等非常规化石能源储量潜力较大。中国拥有较为丰富的可再生能源资源。水力资源理论蕴藏量折合年发电量为6.19万亿千瓦时，经济可开发年发电量约1.76万亿千瓦时，相当于世界水力资源量的12%，列世界首位。 
　　人均能源资源拥有量较低。中国人口众多，人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的1/15左右。耕地资源不足世界人均水平的30%，制约了生物质能源的开发。 
　　能源资源赋存分布不均衡。中国能源资源分布广泛但不均衡。煤炭资源主要赋存在华北、西北地区，水力资源主要分布在西南地区，石油、天然气资源主要赋存在东、中、西部地区和海域。中国主要的能源消费地区集中在东南沿海经济发达地区，资源赋存与能源消费地域存在明显差别。大规模、长距离的北煤南运、北油南运、西气东输、西电东送，是中国能源流向的显着特征和能源运输的基本格局。 
　　能源资源开发难度较大。与世界相比，中国煤炭资源地质开采条件较差，大部分储量需要井工开采，极少量可供露天开采。石油天然气资源地质条件复杂，埋藏深，勘探开发技术要求较高。未开发的水力资源多集中在西南部的高山深谷，远离负荷中心，开发难度和成本较大。非常规能源资源勘探程度低，经济性较差，缺乏竞争力

1.2 余热锅炉

1.2.1 余热锅炉的分类

按照余热锅炉的结构特点，其总体结构可分为烟管型〔锅壳式)余热锅炉和水管型余热锅炉两大类。烟管型余热锅炉一般包括锅壳(也可带有辅助汽水分离的锅筒)、管板、烟管、进口烟箱、出口烟箱等部件；而水管型余热锅炉是一种布置成烟道形式的水管型受热面装置，它具有单独的炉墙和构架。也称为烟道式余热锅炉，是一种较大型的余热锅炉结构。

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