电站锅炉炉膛设计毕业设计(编辑修改稿)

电站锅炉炉膛设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

温差减小，传热面积增大，金属消耗量和设备的初投资增多。 另外排烟温度低还会引起末级烟道中硫酸蒸 汽街路，使低温受热面腐蚀及堵灰，这样缩短了设备的使用寿命，增加了烟气的流动阻力和引风机的电功率消耗。 堵灰严重时，引风机的压头不能保证炉膛和各个烟道正常的负压状态，还会危及到锅炉的出力和 机组的正常运行。 所以，排烟温度的选择是一个涉及到很多因素的复杂问题。 仅仅根据锅炉设备的投资、运行费用和设备德尔补偿年限等条件所确定的排烟温度较经济排烟温度，随着锅炉参数的提高，给水温度的不断增加，经济排烟温度也不断提高，给水温度不断增加，经济排烟温度也不断提高，对于中小型锅炉虽然给水温度低，但由于排烟过量空气系数较大，经济排烟 温度也较大。 对于大中型锅炉，由于燃料消耗量的绝对值增大，为了节省燃料，需提高锅炉的热效率。 各受热面的传热温差设计较小，因此经济排烟温度也较低。 在进行校核热力计算时， 如果计算经验不足，计算 q2 时，也可暂时按 表 27[3]选择排烟温度（我国电厂锅炉排烟温度推荐值）。 其中 arzsM = %4187. ararQM 对于本设计经计算得 arzsM =%3%；故排烟温度选取为 125 oC。 锅炉热平衡及燃烧消耗计算 （ 1）锅炉输入热量 Qr Qr Qar,=14580 kJ/kg 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 43 页 （ 2） 排烟温度  py 要先估后校取 125℃ （ 3）排烟焓 hpy 查焓温表用插值法求 得为 kJ/kg （ 4） 冷空气温度 tlk tlk=20℃ （ 5） 化学未完全燃烧损失 q3= （ 6） 机械未完全燃烧损失 q4= （ 7） 排烟处过量 空气系数  py查表 11[3]即低温空预器出口过量空气过量系数 可得  py= （ 8） 排烟损失 q2 q2=(100q4)(hpy pyholk)/Qr= （ 9） 散热损失 q5 q5= （ 10） 灰渣损失 q6 q6=0 （ 11） 锅炉总损失 ∑q ∑q= q2 +q3+ q4+ q5+ q6= （ 12） 锅炉热效率  =100∑q= （ 13）保热系数  =551 qq = （ 14）锅炉有效利用热 Q Q=Dgr( ggh hgs) = 108 kJ/h 式中 Dgr=D=220103kg/h； ggh ——过热蒸汽焓依据高温过热蒸汽参数在附录表中查得，其值将在表格中列出， 查表 得 ； hgs——给水焓依据低温省煤器入口参数在附录表中查得，其值将在表格中列出， 查表得。 （ 15）实际燃料消耗量 B B=100 )( r  =42100 kg/h 式中 Q——锅炉有效利用 热效率； ——锅炉热效率； Qr——锅炉输入热量， 近似等于。 （ 16）计算燃料消耗量 Bj Bj=B(1 100q4 )=41500 kg/h 本 科 毕 业 设 计 第 16 页 共 43 页 烟气特性如下表所示 表 烟气特性表 序号 项目名称 符号 单位 炉膛，屏，凝渣管 高温过热器 低温过热器 高温省煤器 高温空预器 低温省煤器 低温空预器 1 受热面出口过量 空气系数 α 2 烟道平均过量空 气系数 αpj 3 干烟气容积 Vgy m3/㎏ 4 水蒸气容积 OHV2 m3/㎏ 5 烟气总容积 Vy m3/㎏ 6 RO2 容积份额 OR2r 7 水蒸气容积份额 OH2r 8 三原子气体和水蒸气容积总份额 r 9 容积飞灰浓度 μ v g/m3 10 烟气质量 my ㎏ /㎏ 11 质量飞灰浓度 μ y ㎏ /㎏ 锅炉内的燃烧计算 （ 1） 理论空气量 Vo Vo=(Car+)+= m3/kg （ 2） 理论氮容积 VoN2 VoN2= += m3/kg （ 3） RO2容积 VRO2 VRO2= + = m3/kg （ 4）理论干烟气容积 Vgyo Vgyo= VoN2+VRO2= m3/kg （ 5） 理论水蒸气容积 VoH2O VoH2O= 100arH + 100arM +(dk=)= m3/kg （ 6） 飞灰份额 α fh 查表 24[3]可得 烟气焓温表（用于低温空预器的计算） 本 科 毕 业 设 计 第 17 页 共 43 页 表 烟气焓温表（用于低温空预器的计算） 烟气或空气温度  (℃ ) 理论烟气焓hoy(kJ/kg) 理论空气焓hok(kJ/kg) 理论烟气焓增 (每100℃ )Δ hoy 低温空预器  = hy Δ hy 100 — — 200 300 400 500 600 — — 3 锅炉炉膛 受热面的布置 及 其热力计算 3． 1 锅炉的外形布置 校核热力计算：校核热力计算的任务是在锅炉容量和参数、燃料性质、锅炉各部结构、和尺寸已知的情况下，确定各受热面边界处的水、风、烟温度以及风、烟流经各受热面时的速度和锅炉效率、燃料消耗量等。 校核热力计算可以帮助人们正确制定出提高锅炉安全经济运行的和改造锅炉的合理措施，同时也为锅炉的其他计算，如锅炉的通风计算、强度计算及水动力计算提供依据 [10]。 校核热力计算的主要内容包括： （ 1）锅炉辅助设计计算：这部分计算的目的是为后面受热面的热力计算提供必要的基本 计算数据或图表。 （ 2）受热面热力计算：其中包含为热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算。 （ 3）计算数据分析：这部分内容往往是鉴定设计质量、考核学生专业知识水平的主要依据。 整体校核热力计算过程如下： （ 1）列出热力计算的主要原始数据，包括锅炉主要参数和燃料特性参数； （ 2）根据燃料、燃烧方式及锅炉结构布置特点，进行锅炉通道空气量平衡计算； （ 3）理论工况下（ a=1）的燃烧计算； （ 4）计算锅炉通道内烟气的特性参数； （ 5）绘制烟气温焓表； （ 6）锅炉热平衡计算和燃料消耗量的估算； 本 科 毕 业 设 计 第 18 页 共 43 页 （ 7）锅炉炉膛热力计 算； （ 8）按烟气流向对各受热面依次进行热力计算；、 （ 9）锅炉整体计算误差的校验； （ 10）编制主要计算误差的校验； （ 11）设计分析及结论 [11]。 锅炉的热力系统确定之后需要选择一定得锅炉外型以满足热力系统对各个受热面布置得要求。 锅炉外型的布置与锅炉参数、燃烧设备的型式以及制造工艺条件等因素有关，还与锅炉房的建筑模式及其他设备的配合等方面的要求有关。 图 3 大中型电站锅炉的整体布置方案 对于中等参数和中等容量以上的电站锅炉大多采用室然方式。 室燃炉由于热力循环效率的要求，给水温度和蒸汽温度都比较高 ，过热器、省煤器、空气预热器等受热面成为锅炉热力系统不可缺少的部件，而很少在布置锅炉管束。 锅炉本体的外型取决于炉膛和尾部受热面的相对位置，下图给出了几种常见的 本体布置方案。 图中 (a)通常称为“  ”型布置，他是国内外大中型锅炉应用的最为广泛的一种布置型式。 因此本设计也采用这种布置型式。 这种布置对于受热面的布置比较简便，各受热面易于和烟气成逆流形式。 锅炉排烟出口在底层，送、引风机等动力设备以及除尘设备都可以安置在地面基础上。 锅炉德尔构架和厂房建筑高度比较低。 本设计 国产 220t/h 锅炉采用这种方案可以节省钢材约 250t，占结构用钢的 15%[4]。 然而，由于尾部烟道和炉膛后墙靠的太近，使尾部受热面检修空间减小，不利于维修。 本 科 毕 业 设 计 第 19 页 共 43 页 3． 2 锅炉炉膛及辐射受热面的布置 锅炉炉膛兼有完成燃料燃烧和传热的任务，在布置和设计炉膛时首先要满足燃料燃烧的要求，在此前提下考虑炉膛中合理布置辐射受热面，使炉膛中辐射受热面的吸热量达到锅炉热力系统所分配的吸热量的规定。 炉膛燃烧器的布置方式 对于室燃炉的炉膛根据燃烧器的类型和布置方式可分为下图几种方案。 图 4 室燃炉炉膛型式 对于直流燃烧器多采采用四角切圆布置方式，如图 32（ b） 所示。 这种角置式直流燃烧器的炉膛在锅炉容量小于 670t/h 时一般为单炉膛型式，为了保证良好的炉内空气动力场结构，炉膛横截面的形状应尽可能的设计成正方形或接近正方形的矩形。 炉膛中辐射受热面的布置 炉膛中的辐射受热面主要是指炉膛的水冷壁。 水冷壁管有光管或鳍片管两种形式， 在中小锅炉中，水冷壁多由光管组成。 锅炉容量增大后，炉膛面积相对减少，为了 本 科 毕 业 设 计 第 20 页 共 43 页 充分利用炉膛面积，水冷壁 管的节距比较小，布置紧密。 当然这对保护炉墙的结构影响很大。 大容量锅炉将光管或鳍片管焊接在一起，构成膜式水冷壁，如下图所示，膜式水冷壁节距越大，水冷壁的管束越少，膜式壁的金属耗材降低，但是由于鳍片宽度增加，在同样的向火面热负荷时鳍端的金属温度升高，容易烧损。 另外，如果相邻鳍片热负荷不均匀，鳍片越宽，两端的温差越大，由此产生的附加热应力也越大，可能造成鳍片焊口的断裂，是水冷壁失效，在目前焊接工艺条件下不允许相邻管子的金属温差超过 50oC。 由于采用膜式水冷壁，炉墙不直接与高温火焰接触，可省去笨重的耐火材料，只要轻便的保温材料即可。 这样可以大大简化炉膛的结构，减轻炉膛重量，有效的改善炉膛的密封性。 在现代大中型锅炉中，为了改善炉内的空气动力工况，减少烟气死滞区，增加火焰的充满度，都将后墙水冷壁上的靠近出口烟窗处弯制成折烟角，如图 34 所示。 折烟角可以增加水平烟道的长度，可以在不改变锅炉深度的条件下布置更多的对流过热器受热面。 折烟角迫使烟气流转向，防止烟气短路流入水平烟道，改善烟道冲刷屏式过热器的空气动力特性，增加横向冲刷作用，是烟气流速沿水平烟道高度分布趋于均匀，折烟角入炉膛的深度约占炉膛深度的 1/3~1/2，一 般取 α =25o~45o， β =45o~75o。 图 6 炉膛 折焰 角示意图 水冷壁通常要分成几段： （ 1）炉膛下部（亦称下辐射区）的水冷壁管内工质一般为过冷水或干读很小的汽水混合物状态，在该区内工质存在从单相流体变成两相流体的相变过程，为了获得稳定的两相流体流动的稳定性，水冷壁管采用不同的管径。 （ 2）炉膛中部（亦称中辐射区）的受热面是蒸发受热面，管内工质为汽水两相状态。 为了使下辐射区出来的汽水混合物能均匀的分配至中辐射区的并行管子，两端之间设置有汽水分离器。 中辐射区的管径较大。 该区 段是工质完成蒸发的主要区段，一般情况下 本 科 毕 业 设 计 第 21 页 共 43 页 辐射区的干度约为 ～ 左右。 （ 3）炉膛上部（亦称上辐射区）的水冷壁管是全部完成工质的汽化过程并逐步使之过热的辐射受热面。 由于上辐射区存在工质的蒸干点，为了使水冷壁金属耗材有足够的冷却条件，设计时管内工质的质量流速选取较高。 工质到达出口集箱时，蒸汽有 5oC~8oC。 炉膛水冷壁的设计，除了要考虑其受热特性外，还要考虑水循环的可靠性、热膨胀位移的自由度及支撑吊挂的结构型式等。 锅炉凝渣管的布置 现代锅炉一种常见的对流蒸发受热面时布置在 炉膛现户口烟窗后的凝 渣管束。 它的作用是确保烟气下游行程中的对流受热面不发生结渣现象。 虽然炉膛出口的烟气温度再设计炉膛时已考虑到使其低于煤的灰熔点，但由于炉内温度场的不均匀，仍有可能在烟窗的局部区域烟气温度超过炉膛出口烟气温度，烟气中的灰粒可能处于熔化状态。 如果这些溶化的灰粒凝结在较密集的对流换热面上，则容易粘结成片，堵塞烟气通道，增加烟气流动阻力，影响锅炉的正常运行。 布置凝结管束后可以使流过的烟气温度降低 50 oC ~80oC，飞灰会因此而全部凝固，不会 在粘附在下游的受热面上。 为了使粘附在凝 管上的灰渣不至于 连成片，凝渣管的横纵向节距都应设计的较大。 现代锅炉的凝渣管多是由后墙水冷管（或后拱管）拉宽而成。 后墙水冷壁管到达烟窗后有规则的移除后墙水冷壁的平面，形成 3~5 排的错列布置的管束形式。 虽然流过凝渣管束的工质实际上是后墙水冷壁内的工质，管外烟气的流速也较低，但是他已不属于 炉膛的辐射受热面，他的传热计算方式也完全不同于水冷壁。 在锅炉热。