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1、目录1 绪论11.1课题背景11.2锅炉的发展简况22 基本资料及辅助计算32.1 设计内容（已知条件）32.2燃料特性32.3 辅助计算42.3.1 锅炉的空气量平衡342.3.2燃料燃烧计算172.3.3锅炉热效率及燃料消耗量的估算3153 锅炉设计方案选择与总体布置193.1 锅炉总体布置5193.2 锅炉汽温的调节4223.3 锅炉范围内主要系统12223.3.1 制粉系统223.3.2 汽水系统9223.3.2 风烟系统233.3.3 燃油及点火系统243.3.4 除渣系统243.3.5 除灰系统243.3.6 减温器244 热力计算及校核264.1炉膛热力计算及校核264.1.1炉
2、膛出口烟气温度3264.1.3炉膛选型设计2264.2 屏式受热面的计算（后屏过热器）384.3 烟道对流受热面的计算414.3.1 末级过热器414.3.2蒸汽冷却管、低再垂直段以及转向室424.3.3 省煤器424.3.4 空气预热器435 锅炉的校核计算465.1热力计算数据的修正5465.2 锅炉热平衡计算误差校核465.2.1 热平衡计算误差校核466 总结507 致谢51参考文献521 绪论 锅炉也称蒸汽蒸发器，是利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。锅炉的一个主要用途是发电，是火电厂三大主机之一。我国的火力发电量约占总发电量的75%，即使到
3、2050年，预计火力发电量仍将占总发电量的60%以上。由此可见锅炉对我国电力工业的重要意义。虽然锅炉工业对于国计民生具有重要作用，但是，至今国内外有关锅炉的手册为数不多。至于全面涉及锅炉设计、制造、运行等方面的锅炉手册更是少见。本文针对125MW燃煤电厂进行了热力计算和初步设计。1.1课题背景 我国是一个能源消费大国，煤炭始终占有我国能源利用的主导地位，尤其随着近几年随着石油资源的紧缺，国际油价的大幅上涨，煤炭的利用又逐渐回到了人们的视线。据2007年统计，我国一次能源消费构成中煤炭占73.5%，从2004年开始， 我国每年的新建机组容量快速增加， 到2007年底， 全国电力装机容量达到7.1
4、8亿千瓦， 发电量32， 644亿千瓦时。从新增装机的电源结构分析， 火电机组发展最快，以致火电装机容量和发电量所占的比例都不断增加， 2007年火电装机容量占77.42%， 火电发电量占83.34% （主体是煤电）。目前中国煤炭消费以动力煤为主，占消费总量约85%，2001年作燃料消耗的煤大约在10亿t，其中发电用煤占煤炭生产量的45%，在未来30-50年,中国国内一次能源的生产和供应不会像目前欧、美一些国家那样以油、气为主，煤炭仍占有主要地位。预计到2020年约占60%以上，煤炭消费的绝对量将呈上升趋势，中国未来一次能源生产、消费仍将呈现以煤为主多元化结构。因此。煤炭在我国经济社会发展中占
5、有极重要的地位。 从全世界范围看，由于核电站、水电站和其他形式电站的发展，今后火力发电的比例将有所下降，但仍可占世界总发电量的50以上。电站锅炉一般容量巨大、蒸汽参数（压力、温度）高，要求性能好，是火力发电站的主要设备之一。我国在电站设计、制造、运行等方面都达到很高的水平。 除电力工业外，化工、纺织等工业规模也比较大，都常有既供电又供热（蒸汽或热水）的自备电厂，也称为电热联产电站。这种自备电站的规模也很大，可以和中型火力电站相比，所用锅炉的容量和参数与电站锅炉相差不大。 本次设计采用了煤粉炉，煤粉炉是大型电站的主要燃烧方式，煤粉炉的特点是：煤预先在磨煤机中磨成煤粉，用热风或乏气送粉；在较高的温
6、度，较大的接触燃烧面积的条件下，燃烧有所改善，燃料适应性广，为无烟煤、烟煤、贫煤等均可稳定及时燃烧，燃烧效率、机械化、自动化程度都较高。1.2锅炉的发展简况 我国的锅炉工业是20世纪50年代初才发展起来的，在第一个五年计划期间，我国建立了上海、哈尔滨等锅炉厂，并开始制造中、高参数锅炉的电站锅炉。此时主要技术来自苏联，基本特征是采用火室燃烧，双锅筒，分散下降管，光管水冷壁，轻型框架式炉墙。到20世纪60年代我们开始设计更大吨位的锅炉，并逐步采用了膜式水冷壁，使炉墙大大简化。到20世纪7080年代，我国的能力达到：再热温度达到750直流锅炉和配60万千瓦机组的亚临界参数锅炉，采用膜式水冷壁，集中下
7、降管，全部顶棚管，包墙管全支撑，全吊挂，回转式空气预热器，从而使锅炉结构紧凑、占地小、安全、经济、可靠、便于自动控制、自动调节，接近世界先进水平。我国的锅炉研究机构在理论分析和大量实验的基础上，参考我国所积累的大量运行经验，制定了我国自己的锅炉热力计算方法、锅炉水动力计算方法、锅炉受压元件的强度计算方法等。电子计算技术已经广泛应用在锅炉的设计、计算和运行中。在燃烧技术方面，也有许多创新，如煤粉炉燃烧的稳燃技术，以及降低SOx、NOx排放量的清洁燃烧技术等。现今电站锅炉都在向脱硫脱氮等方向发展。另外，锅炉控制的自动化，智能化也是一个发展趋势。现在我国普遍使用的燃煤汽轮机组是600MW或1000M
8、W（具有7-8级回热）的再热循环机组。循环硫化床和燃气蒸汽联合循环发电机组由于课减轻公害、提高经济性，也得到了较快的发展。 本章对能源的利用进行了说明，并列出近几十年我国能源的消费，而后又对锅炉的发展进行了简单的介绍，总之，随着国民经济的高度发展，锅炉工业必将在现代化建设中发挥越来越重要的作用。2 基本资料及辅助计算2.1 设计内容（已知条件）（1）额定额定蒸发量D=116.67kg/s； （2）额定蒸汽压力（表压）Pgr=13.8 MPa； （3）额定蒸汽温度tgr=540；给水温度 tgs=240；（4）再热蒸汽出口进口温度tzr1=335；再热蒸汽出口温度tzr2=540；（5）再热蒸汽
9、进口压力Pzr1=2.57Mpa；再热蒸汽出口压力Pzr2=2.37Mpa；（6）再热蒸汽量Dzr=91.6666Kg/s；（7）给水温度tgs=240；给水压力Pgs=17.29Mpa；（8）排烟温度tpy=195；（9）预热空气温度tyk=273；（10）冷空气温度tlk=20；（11）汽包压力=15.34Mpa；（12）排污率Pw=2%。2.2燃料特性 燃料数据应符合锅炉热力计算的规定和要求。对燃煤来说，要求提供以下原始数据：煤的应用基成分；用测热计测娶的煤的应用基低位发热量；煤的干燥无灰基挥发分含量；灰的熔融特性参数值；煤的可磨性系数。根据设计要求所选煤种为烟煤的一种，所选煤种有关数据
10、如下：（1）煤种：淮南烟煤（2）煤质特性表见表2-1 表2-1 煤质特性表3Car %Har%Oar%NarSar%Mar%60.824.017.651.110.676Aar%Vdaf%Qnet，ar%DTSTFT19.7438243001500150015002.3 辅助计算2.3.1 锅炉的空气量平衡3 在负压下工作的锅炉机组，炉外的冷空气不断地漏入炉膛和烟道内，致使炉膛和烟道各处的空气量、烟气量、温度和焓值都相应地发生变化。对于炉膛和烟道各处实际空气量的计算称为锅炉的空气量平衡。在锅炉热力计算中，常用过量空气系数来说明锅炉炉膛和烟道的实际空气量。1) 过量空气系数 燃料燃烧时，供给燃烧的
11、实际空气量Vk总是大于理论空气量V0。把实际空气量与理论空气量的比值定义为过量空气系数 。即有： = Vk/V0 （2-1） 是锅炉燃烧计算中重要的参数之一。在锅炉燃烧计算中，首先确定炉膛出口过量空气系数。它指进入炉膛的总风量与理论空气量的比值。与燃料种类、燃烧方式和燃烧设备有关，其经验值推荐于下表： 表2-2炉膛出口过量空气系数燃料燃烧式及设备无烟煤、贫煤、劣质烟煤烟煤、褐煤油页煤链条炉排炉1.3-1.5往复炉排炉1.3-1.5抛煤机械炉排炉1.3-1.4固态排渣煤粉炉1.2-1.251.15-1.21.2液态排渣煤粉炉1.2-1.251.15-1.22) 漏风系数漏风系数是指锅炉受热面所在
12、烟道漏入烟气的空气量与理论空气量之比，亦即该烟道出、进口处烟气中过量空气系数之差。电厂锅炉运行大部分采用平衡通风方式，炉膛及烟道中烟气压力低于大气压力，在运行过程中，外界空气将会从不严密处漏入炉膛及烟道中。漏入炉膛及烟道中得空气量V与理论空气量V的比值，称漏风系数或漏风率，用符号a表示。即： a=V/V0。 各系统漏风系数详见表2-3 表2-3漏风系数烟道名称漏风系数层燃炉机械化炉0.1流化床炉膛沸腾城/密相区0悬浮层/稀相区0.1对流烟道过热器0.05第一锅炉管束0.05第二锅炉管束0.1省煤器钢铁式0.1铸铁式0.15空气预热器0.1除尘器多管式0.1-0.15锅炉后的烟道钢制烟道0.01
13、砌砖烟道0.05 由上表依次选取各受热面的漏风系数，炉膛0.05，屏式过热器0，过热器及转向室0.02，省煤器0.2，空预器选管式0.03。具体烟道空气系数及受热面漏风系数见表2-3。 根据炉膛出口过量空气系数及各烟道部分的漏风系数可以确定任意烟道部位出口的过量空气系数，即： （2-2）3) 锅炉的空气平衡 锅炉空气预热器的漏风是指空气层向烟气侧漏风，而锅炉其余烟道部位在平衡通风条件下是由大气向烟道漏风。为区别起见，前者的过量空气系数用表示，后者用表示。这样，整个锅炉中空气的平衡关系如下：锅炉排烟处的过量空气系数： （2-3） 式中：从炉膛出口到末级空气预热器出口，各部分的漏风之和，可查表3-
14、2； 炉膛出口过量空气系数，参见表2-2。 （2-4）式中:进炉膛的过量空气系数； 空气预热器空气侧出口的过量空气系数， （2-5）式中：制粉系统的漏风系数； 炉膛的漏风系数； 空气预热器的漏风系数。表2-4制粉系统漏风系数制粉系统型式钢球磨煤机中速磨煤机风扇磨煤机中仓式直吹式正压负压无烟气下降管带烟气下降管0.3-0.40.2500.20.20.3 本次设计为中间储仓式钢球磨煤机，制粉系统的漏风系数选为0.4。锅炉各系统漏风系数列入表2-5中。表2-5烟道空气系数及受热面漏风系数过量空气系数漏风系数表2-5入口出口炉膛 1.15 0.05后屏过热器1.15 1.15 0.00高温过热器1.1
15、5 1.17 0.02高温再热器至转向室1.17 1.19 0.02低温过热器及再热器1.19 1.21 0.02省煤器1.21 1.23 0.02空预器1.23 1.32 0.091.32 制粉系统漏风系数daf 0.04 空气预热器出口过量空气系数betaa-dal-daf1.06 2.3.2燃料燃烧计算1 燃料燃烧计算以单位质量（或体积）的燃量为基础。燃料燃烧计算包括：燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算。 燃料计算需计算出：理论空气量、理论氮气量、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸气容积等。烟气特性计算需要计算出：各受热面的烟道平均过量空气系数、干烟气容积、水蒸气容积、烟气总容积、RO
16、2份额、水蒸气容积份额、三原子气体和水蒸气容积总份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。计算中需要注意的是，由于本炉屏和凝渣管的漏风系数为0，故炉膛、屏式过热器、屏式再热器、凝渣管的出口过量空气系数均相同，可直接取炉膛出口过量空气系数；炉膛、屏式过热器、屏式再热器、凝渣管平均过量空气系数也直接取炉膛出口过量空气系数；其他受热面的平均过量空气系数则取该受热面的近、出口过量空气系数的算术平均值。 烟气焓的计算需要分别计算出炉膛、屏式过热器高温过热器、高温再热器、转向室、低温过热器、低温再热器、省煤器、空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度温度下的焓，并制成表格，作成所谓的焓温表，以备后续计
17、算查用。1) 燃烧所需空气量的计算1Kg煤完全燃烧所需要的干空量称为理论空气量，这是烟气中没有不完全燃烧产物和过氧量存在。理论空气量可以用体积或质量表示，按公式（2-5）、（2-6）计算： （2-6） （2-7）本次设计算出理论空气体积V0=6.237 m3/kg实际空气量和理论空气量之比称为过量空气系数，用符号表示。因此，实际干空气量为： (2-8)如果空气的湿度等于10g/kg，湿空气体积为： (2-9)在=1的条件下，1kg或1燃料燃烧生成的烟气量理论燃烧烟气量 (2-10) 式中：燃烧烟气量； 随理论空气量和燃烧带入的氮气体积； 燃烧烟气中CO2，SO2的体积， (2-11) 烟气中水
18、蒸气的体积。固液体燃料燃烧中，理论燃烧烟气量计算式 =0.79+0.8*Nar/100，m3(标)/kg (2-12) (2-13) (2-14)因此，在=1时，烟气的体积为由上面已查得：Car=60.82、Har=4.01、Oar=7.65、Nar=1.11、Sar=0.67、Mar=6、Aar=19.74，则可知： = =6.237 m3(标)/kg =4.936 m3(标)/kg = =1.140 m3(标)/kg =0.111*4.01+0.012*6+0.016*6.237 =0.620 m3(标)/kg 理论空气与烟气量详细列入表2-6。表2-6理论空气量、烟气理论容积计算序号名
19、称单位计算公式结果1理论空气量VO/kg0.0889*(Car+0.375*Sar)+0.265*Har-0.0333*Oar6.2372理论容积/kg1.866*(Car+0.375*Sar)/1001.1403理论容积/kg0.111*Har+0.0124*Mar+0.0161*VO0.6204理论容积/kg0.79*V0+0.8*Nar/1004.9362) 燃烧产物体积的计算 实际烟气量 在过量空气系数1的条件下，1kg或1燃料燃烧产生的烟气量实际烟气量 (2-15）式中：表示实际水蒸气体积： (2-16） 三原子气体的体积份额 二氧化碳和二氧化硫、水蒸气的容积份额 （2-17） （2
20、-18）三原子气体体积份额 （2-19） 烟气的质量和密度 1kg固体燃料燃烧产生烟气的质量和烟气密度： Gy= 1-Aar/100+1.306aV0 （2-20）式中：燃料收到基灰分，%。 则烟气密度： （2-21）式中：实际烟气量。烟气中的飞灰浓度 =0.9Aar/(100Gy) （2-22）式中：烟气中带走灰飞的份额，即烟气中灰飞中的灰分质量和总灰量的比值。与燃料和炉型有关，如表2-7所示：表2-7 各种炉型下，烟气中带走灰分的份额炉型层燃炉沸腾炉干态除渣煤粉炉液态除渣煤粉炉旋风炉0.1-0.30.25-0.60.9-0.950.6-0.7 通过受热面炉膛、后屏过热器、高温过热器、低温过
21、热器、省煤器、空气预热器平均过量空气系数、实际水蒸气容积、实际烟气量Vg、水蒸气的容积、二氧化塔和二氧化硫、三原子气体体积份额、烟气质量Gy飞灰浓度绘制成表，见表2-8 ： 表2-8各受热面烟道中烟气特性计算计算数值名称公式炉膛后屏高温过热器高温再热器至转向室低温过热器省煤器空预器出口过量系数a1.1501.1701.1901.2101.2301.320平均过量空气系数0.5（a1+a2）1.1501.1601.1801.2001.2201.275过剩空气量（a-1)*V00.9360.9981.1231.2471.3721.715H2O的体积VH2O+0.0161*(a-1)V00.6350
22、.6360.6380.6400.6420.648烟气总体积VH2O+0.0161*(a-1)*V0+VN2+VRO2+(a-1)V07.6467.7097.8337.9588.0838.426RO2体积份额VRO2/Vy0.1490.1480.1450.1430.1410.135H2O体积份额VH2O/Vy0.0810.0800.0790.0780.0770.074三原子气体体积份额rRO2+rH2O0.2300.2280.2250.2210.2180.209烟气质量1-Aar/100+1.306aV010.17010.25210.41510.57710.74011.188烟灰浓度 kg/kg
23、0.9Aar/(100Gy)0.01750.01730.0170.01680.01650.01593) 焓温表 焓温表的计算和编制是锅炉热力计算中很重要的一项预备性计算。空气或烟气的焓都是指在等压条件下，将1燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0加热到t(空气)或(烟气)时所需的热量，单位为kJkg。 空气焓 在标准状态下理论空气量的焓为 ，； （2-23） 实际空气的焓为 ，； （2-24） 式中1湿空气在温度t时的焓 设计时烟气焓的计算 从热力学定律可知，燃烧产物的焓等于它的各组成成分焓的总和。即实际烟气焓等于理论烟气焓，过量空气焓，和飞灰焓三者之和： =+（）+， （2-25） 其中，理论
24、烟气焓（=1）为 （2-26） 其中，和为烟气中各成分在温度时的焓值，由于，且两者比热容接近，故以代替 烟气中飞灰焓为 = （2-27） 式中 1kg灰在时的焓， 1kg燃料中飞灰质量，在烟气中飞灰量达到 （2-28） 时才计算飞灰焓，本次设计这个数值不大于6 故不计算飞灰焓。 在计算焓温表时，各烟气焓所对应的过量空气系数一定要代入所计算受热面出口的过量空气系数，而不可以代受热面的平均的过量空气系数，这是因为烟气焓温计算的目的是要决定各受热面的烟气放热量。焓温计算时飞灰的焓在某些条件下可以忽略不计，但有时要计入。如果是手工进行焓温计算，应先考虑用得到的烟气范围，以减小不必要的计算量。烟气、空气
25、的焓温表列于表2-9中表2-9 空气、烟气的焓温表/VRO2=1.50（m3/kg）VN2=4.936（m3/kg）VH2O=0.620（m3/kg）Aar=19.740 afh=0.9（m3/kg）Iy（KJ/Kg）(c)CO2(c)CO2*VRO2(c)N2(c)N2*VN2(c)H2O(c)H2O*VH2O(c)fh(c)fh*Aar*afh/100(3+5+7)12345678910100169192.59130641.7115193.6098114.39927.91200357406.832601283.4304188.4616930.021878.7300559637.033921
26、935463287.0326446.902859.1400772879.765272601.4626388.0736063.963869.250099611356643277.7794492.2245981.554904.960012221392.68043968.7967599.4756099.495960.870014611664.99464669.71147711.06663117.797045.780017041941.910935395.31335827.60767136.278164.890019512223.312436135.71524944.77874155.279303.8
27、100022022509.413946881.117251069.4984174.821046011002457280015457626.5192611941096194.7211620120027173096.316958366.921311321.11206214.2612784130029763391.41850913223441453.11360241.6213977140032403692.320099916.925581585.81571279.115195150035043993.121641068127791722.81758312.3316398160037674292.82
28、3231146630011860.41830325.1217620170040354598.224821225132272000.52066367.0518850180043034903.726421304134582143.72184388.0120088190045715209.128051384636882286.32385423.7221341200048435519.29641463039262433.82512446.282258321005115582931271543541612579.52640469.0223844220053876138.93290162404399272
29、7.12760490.3425106表2-9空气、烟气的焓温表(续表)/V0=6.237（m3/kg）Iy(KJ/Kg)(c)kIk=(c)k*v01.151.151.171.191.211.231.32100132823.301051.41051.41067.91084.31100.81117.31191.42002661659.082127.62127.62160.82193.92227.12260.32409.63004032513.573236.13236.13286.43336.63386.93437.23663.44005423380.534376.34376.304443.945
30、11.54579.14646.749515006844266.25544.85544.835630.25715.55800.85886.16270.16008305176.836737.26737.296840.86944.47047.97151.47617.47009796106.167961.67961.598083.78205.88327.98450.18999.680011307047.979221.99221.9593639503.99644.89785.81042090012817989.78105021050210662108221098111142118611000143689
31、56.5311803118031198212162123401252013326110015959948.24131121311313312135101370913908148041200175410939.9144251442514644148621508115300162851300191311931.6157661576616005162441648216720177951400207612948.3171371713717396176551791418173193381500223913964.9184921849218772190511933119609208671600240314
32、987.8198681986820168204682076821067224161700256616004.5212512125121571218912221122531239721800272917021.2226422264222982233222366324003255361900289718069240512405124413247742513625497271242000306419110254502545025833262152659726979286992100323220158268672686727271276742807728480302952200339921200282
33、862828628710291342955829982318902.3.3锅炉热效率及燃料消耗量的估算31) 锅炉热效率及燃料消耗量计算步骤锅炉热效率及燃料消耗量可按一下步骤估算：计算锅炉输入热量；依照燃料及燃烧设备估计机械不完全热损失和化学不完全燃烧热损失；假定锅炉排烟温度并计算锅炉排烟热损失；确定锅炉散热损失和灰渣物理热损失；用反平衡法计算锅炉热效率；计算锅炉工质有效利用热量；计算锅炉燃料消耗量。由于计算涉及的排烟温度为假定值，所以计算出的燃料消耗量实为估算值。2) 锅炉输入热量Qr对应于1kg燃料输入锅炉的热量为 Qr=Qar，net+hr+Qwr+Qzq kJ/kg （2-29）式中Q
34、ar，net燃料的收到基低位发热量， kJ/kg； hr燃料物理显热， kJ/kg； Qwr外来热源加热空气时带入的热量， kJ/kg；Qzq雾化燃油所用蒸汽带入的热量， kJ/kg；对于燃煤锅炉，如果燃料和空气都没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分MarQar，net/630 %,则输入热量 Qr=Qar，net。这里有 Qr=Qar，net （2-30）3) 热平衡计算3 锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。热平衡是以1kg固体或液体燃料，或0、0.1MPa的1气体燃料为基础进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉
35、效率和燃料消耗量。 一般的热平衡方程式为=+，kJ/kg （2-31）锅炉的输入热量；锅炉有效利用的热量；排烟热损失；可燃气体不完全燃烧热损失；固体不完全燃烧热损失；锅炉散热损失；其他热损失。将上述方程式用方程右侧各项热量占输入热量的比值百分数来表示，则为 （2-32） 热平衡计算中，对于固态排渣煤粉炉，损失视煤的挥发分和灰分而定，可按“标准”表选取或参考同类型锅炉的数值来选取。本次设计采取参考同类型锅炉的数值来选取，取=0.5%，锅炉正常燃烧时值很小。在进行锅炉设计时，值可按燃料种类和燃烧方式选取： 煤粉炉 =0.5 锅炉的其他热损失主要是灰渣物理显热损失，另外，在大容量锅炉中，由于某些部件(如尾部受热面的支撑梁等)要用水或空气冷却，而水或空气所吸收的热量又不能送回锅炉系统中应用时，就造成冷却热损失，故 ： 十 （2-33）对固态排渣煤粉炉，只有当燃料中灰分满足时才需要计算本次设计煤种不需要计算，故这次设计中=0 散热损失是由于锅炉本体及其范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量可查下图
