锅炉总体设计详解.doc

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1、第1章 锅炉总体设计1 锅炉设备及其工作过程1.1 锅炉设备将煤、石油、天然气等燃料燃烧或其它热能释放出来的热量，通过金属受热面传递给净化的水，将其加热成一定压力和温度的水或蒸汽的换热设备，称为锅炉。锅是指在火上加热的盛汽水的压力容器，炉是燃料燃烧的装置。通常把燃料的燃烧、放热、排渣称为炉内过程；把工质水的流动、传热、热化学等称为锅内过程。锅炉由一系列设备组成，这些设备可分为锅炉本体和辅助设备两大类。现代大型自然循环高压锅炉所具有的主要部件及其作用如下：（1）炉膛 保证燃料燃尽并使出口烟气冷却到对流受热面能安全工作的程度。（2）燃烧设备 将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定，燃烧良好。

2、（3）锅筒 是自然循环锅炉各受热面的集散容器，将锅炉各受热面联结在一起，并和水冷壁、下降管等组成水循环回路。锅筒内储存汽水，可适应负荷变化，内部设有汽水分离装置等以保证汽水品质。直流锅炉无锅筒。（4）水冷壁 是锅炉炉膛内的主要辐射受热面，吸收炉膛辐射热加热工质,并用以保护炉墙。而将后水冷壁管拉宽节距的部分称为凝渣管，用以防止过热器结渣。（5）过热器 将饱和蒸汽加热到额定的过热蒸汽温度。生产饱和蒸汽的蒸汽锅炉和热水锅炉无过热器。（6）再热器 将汽轮机高压缸排汽加热到较高温度，然后再送到汽轮机中压缸膨胀作功。用于大型电站锅炉以提高电站热效率。（7）省煤器 利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以降低排烟

3、温度，节约燃料。（8）空气预热器 加热燃烧用的空气，以加强着火和燃烧；吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉效率；为煤粉锅炉制粉系统提供干燥剂。（9）炉墙 是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用。小型锅炉中的重型炉墙也可起支承锅炉部件的作用。（10）构架 支承和固定锅炉各部件，并保持其相对位置。 锅炉的辅助设备及其作用如下：（1）燃料供应设备 贮存和运输燃料。（2）磨煤及制粉设备 将煤磨制成煤粉并输入燃用煤粉的锅炉燃烧装置中燃烧。（3）送风设备 由送风机将空气送入空气预热器加热后输往炉膛及磨煤装置应用。（4）引风设备 由引风机和烟囱将锅炉排出的烟气送往大气。（5）给水设备 由给水泵将经过水处理设备处

4、理后的给水送入锅炉。 （6）除灰除渣设备 将锅炉排出的灰渣收集并运至储存地点。（7）除尘设备 除去锅炉烟气中的飞灰。（8）自动控制设备 自动检测、程序控制、自动保护和自动调节。1.2 锅炉设备的工作过程图3.1-1是一台燃烧煤粉的自然循环锅炉及其辅助设备的工作流程图，原煤经输煤带送入煤斗，再由给煤机供给磨煤机制备成煤粉，由空气携带通过燃烧器送入炉膛组织燃烧。煤粉在炉膛中燃烧并放出大量热量。燃烧后的热烟气在炉内一边向水冷壁放热一边上升，经过过热器、省煤器、空气预热器使其温度降到140170左右，由除尘器除去烟气中的飞灰，最后被引风机抽出送入烟囱排往大气。锅炉的汽水流程如下：在热力系统中，来自除氧

5、器的给水经低压加热器、高压加热器加热到一定温度，再由给水管道将给水送至省煤器，在其中被加热到某一温度后，给水进入锅筒，然后沿下降管下行至水冷壁进口集箱分配给各水冷壁管。水在水冷壁管内吸收炉膛的辐射热量而部分地蒸发成蒸汽，形成汽水混合物上升回到锅筒中，经过汽水分离器，蒸汽由锅筒上部的主蒸汽管道流往过热器，在过热器内饱和蒸汽继续吸热达到额定的蒸汽温度，然后送往汽轮发电机组。为了提高做功效率，将汽轮机高压缸排汽通过管道送入锅炉再热器中继续加热到额定的再热温度，然后再送到汽轮机中压缸膨胀做功。 冷空气自送风机吸入后，由送风机送往空气预热器。空气在空气预热器中吸收烟气热量后形成热空气，并分为一次空气和二

6、次空气分别送往磨煤机和燃烧器。 锅炉的灰渣经灰渣斗落入排灰槽道后用水力或气力装置排除并送往灰场。图3.1-1 煤粉锅炉及辅助设备工作流程图1燃烧器 2水冷壁 3过热器 4下降管 5锅筒 6再热器 7省煤器 8空气预热器 9引风机10除尘器 11送风机 12再循环泵 13排渣装置 14一次风机 15磨煤机 16给煤机2 锅炉的类别、参数及型号2.1 锅炉的分类锅炉用途广泛，型式众多，一般可按下列方法分类。2.1.1用途分类 电站锅炉、工业锅炉、船用锅炉、余热锅炉、机车锅炉等。2.1.2按循环方式分类 有自然循环锅炉、控制循环锅炉、复合循环锅炉和直流锅炉，其示意图见图3.1-2。(1)自然循环锅炉

7、工质依靠下降管中的水与上升管中汽水混合物之间的密度差进行循环。锅筒成为蒸发受热面的固定分界点，锅筒有较大的蓄热能力，有一定的负荷调节能力。自然循环锅炉在锅炉压力超过19.5MPa以后,蒸汽和水的密度差比较小,这时上升管和下降管内的循环压头就不能保证锅炉安全运行,因此过去对自然循环锅炉的最大压力限制在19.5MPa以下。近年，国内外对亚临界自然循环锅炉，采取在炉膛高热负荷区使用内螺纹管强化传热、增加上升管与下降管的流通截面等措施，使亚临界自然循环锅炉的安全性得到提高。(2)控制循环锅炉是在蒸发受热面的下降管与上升管之间装有循环泵，用来提高循环回路的流动压头，循环倍率约在35。(3)直流锅炉的工质

8、的循环是依靠给水泵的压头来完成的，给水经给水泵一次通过加热、蒸发、过热各个受热面，所有受热面中工质均为强制循环。图3.1-2 自然循环、强制循环锅炉及直流锅炉a) 自然循环锅炉 b) 强制循环锅炉 c) 直流锅炉2.1.3按出工质压力分类有 低压锅炉 低压锅炉的压力一般小于1.275MPa，用于工业锅炉。中压锅炉 中压锅炉的压力一般为3.825 MPa，用于电站、热电站或工业锅炉。高压锅炉 高压锅炉的压力一般为9.8MPa，用于电站、热电站锅炉。超高压锅炉 超高压锅炉的压力一般为13.73MPa，用于电站锅炉。亚临界压力锅炉 亚临界压力锅炉的压力一般为16.67MPa，用于电站锅炉。超临界压力

9、锅炉 超临界压力锅炉的压力2325MPa，用于电站锅炉，只能采用直流或复合循环形式。超超临界压力锅炉 超超临界压力锅炉的压力一般大于28 MPa。2.1.4 按燃烧方式分类有 火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、流化床燃烧锅炉和旋风燃烧锅炉。2.1.5 按所用燃料或能源分类有 固体燃料锅炉、液体燃料锅炉、气体燃料锅炉、余热锅炉、原子能锅炉和废料锅炉。2.1.6 按排渣方式分类有 固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。2.1.7 按炉膛烟气压力分类有 平衡通风锅炉、微正压锅炉和增压锅炉。2.1.8 按整体外形分类有 倒U型（或称型）、塔型、箱型、T型、U型、N型、L型、D型、A型等。D型、A型用于工业锅炉，其他炉

10、型一般用于电站锅炉。2.2 锅炉容量、参数和型号表述锅炉的基本特性通常用锅炉的蒸发量（t/h）、蒸汽压力(MPa)、蒸汽温度()和给水温度()或者热功率(MW)、出口热水压力(MPa)、出口热水温度()和给水温度或回水温度（）等主要参数来描述。锅炉蒸发量可分为连续额定蒸发量(ECR)和最大蒸发量(BMCR)等。额定蒸发量（ECR）是指锅炉在额定压力、额定蒸汽温度、额定给水温度下，使用设计燃料和保证设计效率的条件下连续运行所应达到的每小时蒸发量。新锅炉出厂时，铭牌上所标示的蒸发量就是这台锅炉的额定蒸发量。锅炉最大蒸发量（BMCR）是指在规定的工作压力下或低于工作压力下，连续运行，不考虑其经济效果

11、，每小时能产生的最大蒸发量。锅炉蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和过热蒸汽温度。锅炉给水温度是指进省煤器的给水温度，对无省煤器的锅炉指进锅炉锅筒的水的温度。严格地讲，容量和压力及温度是相互独立的量。但为了组织社会化生产，各国都制订了锅炉的参数系列。表3.1-1是我国电站锅炉参数系列，对于超临界、超超临界机组锅炉我国大多是从国外引进的，所以还没有确定的系列参数。国外各国所用参数并不完全一样，如美国大多用24.1MPa/538/538（个别用541543），二次再热时用552/566，并不断完善。这种蒸汽参数保持了20余年，现主要开发35MPa/760/760/760的超超临界火

12、电机组。前苏联超临界机组参数为24.5MPa/540/540。目前，俄罗斯新一代大型超超临界机组采用参数为2830MPa/580600。日本超临界机组的参数一般为24.1MPa/538/566（个别为566/566）。超超临界计划第一步将蒸汽参数提高到31MPa/566/566/566，第二步再提高到34MPa/593/593/593。 德国是研究、制造超临界机组最早的国家之一，1956年就投运了一台88MW、34MPa/610/570/570的超临界机组。目前，德国已投运和在建的超临界机组近20台。压力大部分为2328MPa，温度是530555/560580.根据欧盟的高参数燃煤电站发展计划

13、，2005年已投运了热效率为50%以上的33.5MPa/610/630机组，到2015年将投运热效率达52%55%的40.0MPa/700/720机组。我国电站锅炉参数系列见表表3.1-1。表3.1-1我国电站锅炉参数系列为了规范锅炉的表示方法，我国制订了锅炉产品的型号表示法。如图3.1-3、3.1-4 图3.1-3工业蒸汽锅炉型号形式 图3.1-4电站锅炉型号形式2.3 锅炉的可靠性和技术经济指标2.3.1锅炉的可靠性 锅炉的可靠性是指锅炉在规定条件下，在规定的工作期限内达到规定的性能的能力，电站锅炉的可靠性直接影响火电机组运行的安全性和经济性，电站锅炉可靠性指标有锅炉可用率、锅炉强迫停机率

14、、锅炉平均无故障率和锅炉平均修复时间。(1) 锅炉可用率（可用系数）BAF(2) 锅炉强迫停机率（BFOR） (3) 锅炉平均无故障时间（BMTBF）(4) 锅炉平均修复时间（BMTTR）2.3.2锅炉的经济性锅炉的经济性主要指锅炉的热效率、成本、煤耗和厂用电量等。锅炉热效率是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数, 即锅炉有效利用热与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比。 （3.1-1）实际中只用锅炉效率来说明锅炉运行的经济性是不够的，因为锅炉效率只反映了燃烧和传热过程的完善程度，因此常用锅炉净效率来反映锅炉运行的经济性。锅炉净效率是指扣除了锅炉机组运行时的自用能耗(热耗和电耗)以后的锅

15、炉效率。 锅炉净效率可用下式计算： （3.1-2）式中： 锅炉燃料消耗量，kgh；锅炉自用热耗，kJkg；锅炉辅助设备实际消耗功率，kw； 电厂发电标准煤耗量，kg。锅炉成本一般用成本中的重要经济指标钢材消耗率来表示。钢材消耗率的定义为锅炉单位蒸发量所用的钢材重量。一般来说，机组容量由300MW提高到600MW，每kW投资可降低10%15%；由亚临界压力增加到超临界压力，每kW投资增加1%5%。所以超临界与大容量相结合，机组的综合经济益可大为提高。机组容量增大后，运行人员和检修费用，金属耗量，基建劳动消耗都可以减少。通常工业锅炉的钢材消耗率在56 tt/h左右；电站锅炉的钢材消耗率一般在2.5

16、5 tt/h范围内。 在电厂运行中还用煤耗和厂用电量作为经济考核指标。每发出(或供应)l kWh的电所消耗的煤量，称为发电(或供电)煤耗。辅机设备用电量占机组发电量的比称为厂用电率。根据2005年的统计，我国大机组平均供电煤耗在372g/kw.h，高于发达国家的水平。3 总体设计3.1 锅炉总体设计的基本程序锅炉设计是建立在设计的基本条件、锅炉的主要规范、锅炉的性能保证和锅炉可靠性、经济性的基础上进行的。因此锅炉设计的基本程序是：3.1.1 锅炉设计条件的确定1. 燃料燃料是锅炉的食粮，它的性能直接影响着锅炉的结构布置。对燃煤锅炉需确定煤的低位发热量、煤的元素成分和工业成分分析数据、灰的分析成

17、分及基本特性数据。除这些常规的煤质资料数据外，应尽量提供燃料的动态和静态燃烧特性数据，如煤的着火特性指数、燃尽特性指数和结渣特性指数。实现按照煤特性选择炉型设计，确定炉型和燃烧、排渣方式。2. 点火和助燃用油油的粘度、灰分、硫含量、闪点、燃点、低位发热量等。根据油质确定点火油系统。3. 气象条件对全年平均气温、平均相对湿度、多年平均最热最冷月的气温、多年极端最高最冷气温、多年平均降水量及最大降水量、多年平均大气压力、多年最大积雪深度等。根据气象条件确定锅炉为露天式、半露天式或室内布置。4. 厂区工程地质和地震烈度用于对钢结构厂房、主设备地基、钢性梁进行设计。3.1.2 锅炉主要规范 锅炉主要规

18、范是锅炉设计的主要技术参数，但这些技术参数又要和热力系统以及相应的设备匹配。主蒸汽和再热蒸汽的压力、温度、流量等要求和汽轮机的参数相匹配。同时要确定过热蒸汽的最大连续蒸发量、额定蒸发量、额定蒸汽压力、超压蒸汽压力、额定蒸汽温度。确定再热蒸汽流量、进出口蒸汽压力、进出口蒸汽温度和给水温度。3.1.3锅炉性能保证(1) 锅炉基本负荷，不投油稳燃的最低负荷和最大连续运行负荷以及蒸汽参数。(2) 锅炉运行方式。如定压运行、滑压运行，或定滑定的运行方式。 (3) 在额定工况下，锅炉热效率的保证值与设计值的差值一般不大于1.5%。(4) 循环可靠性。自然循环锅炉在50%100%、直流锅炉在30%100%、

19、控制循环锅炉和低倍率循环锅炉在各种负荷下，水循环安全可靠。(5) 过热器压降一般为主蒸汽出口压力的10%，再热蒸汽系统压降由本体与系统设计协商确定。(6) 回转式空气预热器的漏风系数0.1,一级管式空气预热器的漏风率不大于3%，二级管式空气预热器的漏风率不大于6%。(7) 锅炉的启动时间分为自然循环锅炉冷态启动为56h；温态启动为23h；热态启动为1.52h。控制循环锅炉冷态启动为4.5h；温态启动为1.5h；热态启动为1.5h。直流锅炉和低倍率循环锅炉冷态启动为2.53.5h；温态启动为1.52h；热态启动为11.5h。3.1.4 可靠性指标锅炉主要承压部件使用寿命一般为30年；锅炉大修间隔

20、周期应达到45年；对受含灰气流磨损的低温对流受热面的使用寿命按100000小时设计；回转式空器预热器低温段传热元件的使用寿命不低于3年；对受含灰气流磨损的尾部承压受热面的磨损率按0.2mm/年厚度设计。3.1.5环保性能指标锅炉在设计和考核中除了安全性、经济性指标外，还要考核环保性能指标，我国已制定工业锅炉、窑炉、电站锅炉二氧化硫、氮氧化物的排放标准。电站锅炉污染物排放标准如表3.1-2、表3.1-3。表3.1-2 火力发电锅炉二氧化流最高允许排放浓度 /mg/m3表3.1-3火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度 /mg/m3 对于硫氧化物可以通过燃烧前、燃烧中或燃烧后烟气的脱硫方

21、法来控制。对氮氧化物可以通过改进燃烧方法，采用燃料、空气分级燃烧，烟气再循环，低氧燃烧以及不选择性催化（SNCR）或选择性催化（SCR）脱氮法和联合烟气脱硝技术的方法来控制。3.1.6锅炉热平衡的计算1.燃烧计算；2.锅炉吸热量计算；3.锅炉效率计算；4.确定燃料量、空气量、烟气量；5.锅炉炉膛及受热面设计布置。(1）炉膛设计布置炉膛的作用是为锅炉提供燃烧空间和进行辐射传热，也是锅炉中尺寸最大、最重要的部件。炉膛设计布置应满足燃烧、传热和运行安全的要求。炉膛设计应根据锅炉的主要技术参数、锅炉设计的条件进行。在现代锅炉设计中，除采用常规的煤质分析资料进行设计计算外，逐步用煤性炉型耦合的设计方法。

22、通常有燃烧试验数据库法，即根据试验煤与实用煤的着火、燃烧、结渣特性指标对比异同，进行煤性与炉型的耦合设计；模型预测法，即根据锅炉运行实绩的主要特征参数和锅炉设备特征、煤的特征进行模型预测和煤性、炉型的耦合设计；还有型谱法，即根据煤的着火稳定性、燃尽、结渣特性指数结合炉膛内着火稳定性、燃尽、结渣特性常数进行炉膛结构设计。因此除应对燃料进行常规的工业分析和元素分析外，还要组织燃料的动态和热重燃烧特性实验，用实验数据进一步计算煤的着火特性指数、燃尽特性指数和结渣特性指数。用煤的元素分析数据和煤的着火特性指数、结渣特性指数确定炉膛面积热负荷、燃烧器区域壁面热负荷、燃烧的基本方式、燃烧器的基本结构参数和

23、空气动力参数。用燃尽特性指数和结渣特性指数确定炉膛容积热负荷、炉膛高度和炉膛出口温度。凡此种种，称之为煤性与炉型的耦合设计(2) 炉膛出口温度的选取烟气经炉膛出口窗进入后置受热面后，传热方式和流动方式都发生明显的变化；传热方式基本上从辐射变为对流，所以炉膛出口温度实际上是决定辐射受热面和对流受热面吸热比例的指数；烟气流动方式从炉膛大空间进入密集的管束，若发生结渣会造成锅炉无法运行。由此可见，炉膛出口温度的选取应考虑锅炉运行的经济性和安全性。燃用固体燃料时，以受热面不结渣为限，一般炉膛出口烟温应小于DT（变形温度）值。如果是短渣煤种，即灰的软化温度ST与DT相差小于100，则炉膛出口烟温应不超过

24、(ST-100)。当炉膛出口布置有半辐射屏式受热面时，则应使屏后的烟气温度不超过(DT-50)或(ST-150)，而屏前的烟温，燃用不结渣煤时应低于1250，燃用一般性结渣煤时应低于1200，燃用强结渣煤和页岩时应低于1100液体和气体燃料虽无结渣问题，但还要受经济性的限制。但是炉膛出口烟温也不宜过低，否则炉内平均温度水平降低，影响着火的稳定和燃尽。(3) 受热面布置1）锅炉参数对受热面布置的影响作为锅炉的工质水从进入锅炉到出锅炉成为过热蒸汽，其在锅炉中的吸热量由三部分组成，即预热吸热量、蒸发吸热量和过热吸热量。这三部分热量的传递分别由省煤器、蒸发受热面和过热器完成。图3.1-3是水蒸汽的焓值

25、和压力、温度的关系。当锅炉选用不同的参数时，用于加热、蒸发、过热的热量比例就不同。这就说明，锅炉参数在相当程度上决定三种受热面的大小和布置位置。表3.1- 4中列出了不同锅炉参数下工质吸热的分配比例。图3.1-3 水蒸汽焓值与压力、温度的关系表3.1-4不同锅炉参数下工质吸热的分配比例。蒸汽参数及给水温度吸热量比例/%蒸汽表压/MPa蒸汽温度/给水温度/加热 蒸发 过热 1.2735010514.472.313.33.8245015017.962.419.79.8154021520.449.530.113.72540/54024021.233.829.8/15.216.69540/540270

26、23.523.736.4/16.425.4860026033067上面的图表说明，在低参数、小容量锅炉中，吸热量主要用于加热和蒸发，蒸发吸热占7092%，仅靠炉膛布置的辐射蒸发受热面（水冷壁）不能满足蒸发吸热的要求，还必需布置大量的对流管束，形成双锅筒等结构形式。 对中压参数锅炉，蒸发吸热量占5060%，水冷壁的吸热与工质所需的蒸发吸热比例相接近，可不必布置对流蒸发受热面，其蒸发不足部分可用沸腾式省煤器来完成。由于取消了对流管束，可采用单锅筒结构。 高压锅炉中，蒸发吸热量减少，加热和过热吸热比例增大，炉膛中除了布置蒸发受热面水冷壁外，为适应高参数过热蒸汽吸热的需要和获得较高的烟气和蒸汽温差，就

27、需将部分过热器受热面布置到炉膛中去，采用顶棚管过热器和屏式过热器。 超高压及亚临界压力锅炉，蒸发吸热量进一步减少，过热吸热量继续增大。同时为了提高电站效率，还采用蒸汽中间再热。这样，过热和再热的吸热量就占了总吸热量的45%以上，相应地在炉膛中就要布置更多的过热器受热面。因此除了顶棚管过热器和屏式过热器外，常需采用墙式过热器。再热器一般布置在对流烟道。 超临界压力锅炉的工质已成为单相，不存在蒸发过程，整台锅炉的受热面只有两种，即加热受热面和过热受热面。由于是单相流体，不存在密度差，所以炉膛水冷壁不能采用自然水循环，目前都用直流锅炉或复合循环锅炉。2）容量对锅炉受热面布置和热力特性参数选取的影响如

28、果将锅炉炉膛的形状视为接近某种棱柱形，就可以粗略地认为炉膛体积与其线尺寸的三次方成正比，而炉膛的壁面积或截面积则与其线尺寸的平方成正比。因此，随着锅炉容量的增大，炉膛体积的增大要比炉膛壁面积增大快。这样，大容量锅炉单位容量所对应的炉膛壁面积比小容量锅炉的炉膛壁面积相对减少。另一方面，从燃烧燃料产生热量的功率来看，则锅炉的容量大致与炉膛体积成比例；而从炉膛水冷壁吸热以保持炉膛出口烟温度不致过高的能力来看，锅炉的容量则应与炉膛的壁面积成比例。由此可见，大容量锅炉炉膛的燃烧能力超过其传热能力，而中、小容量锅炉则相反。为此，在大容量锅炉中，仅布置水冷壁将难以使炉膛出口烟温降低到能够防止在对流受热面区域

29、结渣的程度，可以在炉膛上部布置屏式受热面甚至采用双面露光水冷壁和双面受热的屏式过热器。为了满足传热，防止炉内结渣，常采用放大锅炉炉膛尺寸，降低炉膛容积热负荷的设计方法来满足炉膛传热和截面热负荷的要求。即便如此，大锅炉的炉膛截面热负荷仍然较小锅炉高（见图3.1-4），结渣的威胁仍然存在，而着火的条件得到改善。相反，在小型锅炉中，炉膛尺寸主要取决于燃烧设备的布置，炉膛壁面积相对较大，为此就应当增大水冷壁管的布置节距，甚至在某些墙面上不布置水冷壁，此时需考虑炉墙的保护问题，往往需要采用重型炉墙。即使如此，小型锅炉的炉膛出口温度一般仍有些偏低。 MW 图3.1-4 炉膛容积热负荷、截面热负荷随机组容量

30、的变化 3）燃料对锅炉受热面布置的影响燃料对锅炉受热面布置有如下影响：燃料中水分增多，理论燃烧温度下降，而炉膛出口温度则基本上由保证对流受热面不结渣的条件来决定，因而炉膛吸热量减少，对流吸热量相应增多，对流受热面也就增加。此时，为了保证燃尽，增加火焰长度，炉膛应设计成瘦高形的。 挥发分低，会造成着火困难，燃尽推迟，炉膛高度也应增加。 水分高和挥发分低的燃料都要求较高的热空气温度，以保证顺利着火，从而使空气预热器增大。 灰分多的燃料易使对流受热面受到剧烈的磨损，因而必须降低烟气流速而使受热面积增多。灰分的变形温度和软化温度低会导致受热面结渣，为了防止炉内结渣而选择较低炉膛出口温度，这就影响到炉膛

31、辐射受热面吸热量和对流受热面吸热量的比例，影响整台锅炉受热面的尺寸和结构。 燃料含硫量高会造成低温区受热面的低温腐蚀和堵灰以及在高温区受热面的高温腐蚀。为此，对低温区需要选取较高的排烟温度，并采取防腐及防堵的结构措施。在高温区则应采取措施以保证管子壁温不超过600。 燃料发热量与所产生的烟气量基本上成比例，发热量降低会使燃料消耗量增加，所以总烟气量变化不大，这样对受热面布置的影响不大。总之，燃料的影响较为复杂，各成分之间有相互作用，并非单一影响所能描述。4）对流受热面的设计布置对流受热面有过热器、再热器、省煤器和空气预热器。中、低压锅炉，过热汽温不高，低压锅炉甚至常用饱和温度，中压锅炉过热汽温

32、也不超过450。所以，过热器通常布置在对流管束中间烟温较低区域，一般烟温800左右，工作是可靠的。高压及超高压锅炉，过热吸热量增加，过热器结构复杂，一般采用半辐射对流式过热器或辐射半辐射对流过热器。对流过热蒸汽分级布置时，每级中的蒸汽焓增不宜超过250420kJ/kg以免热偏差过大；两级过热器中间通常设有减温装置，以调节过热器出口汽温。为了保证汽温调节的灵敏性，末级过热器中工质的焓增不宜过大，对中压锅炉不宜超过295kJ/kg；对高压锅炉不宜超过168kJ/kg。对超高压以上的锅炉，普遍采用中间再热系统，将高压缸的排汽再回到锅炉中加热到高温，然后再送到汽轮机中压缸或低压缸膨胀做功。再热器蒸汽压

33、力低、温度高、比体积大、蒸汽传热系数小，又受到蒸汽流的限制。一般采用对流布置，烟温在800900左右，高温段布置在水平烟道，低温段布置在垂直烟道。对亚临界压力锅炉较多采用辐射对流式再热器。对于超临界压力锅炉，没有蒸发吸热，锅炉仅有省煤器和过热器（包括再热器）。采用省煤器是为了加热给水，降低排烟温度，提高锅炉效率。低压锅炉省煤器一般采用非沸腾式省煤器。对于中、高压锅炉的省煤器，由于参数提高，给水加热比率增加，如果是自然循环锅炉，可以设计成沸腾式省煤器，也可以是非沸腾式的。对直流锅炉，需设计成非沸腾式省煤器。中压、高压和超高压锅炉，都用汽轮机抽汽来预热给水并除氧，使给水温度提高。由于省煤器进水温度

34、的提高，它就无法将烟气冷却到合乎经济的温度，因此，需采用空气预热器。空气预热器除能降低烟气温度外，还可以给制粉系统提供干燥用热空气和燃烧需要的热空气，能有效地改善燃料的着火和燃烧过程。一般中小容量锅炉多采用管式空气预热器，大容量锅炉对管式空气预热器和回转式空气预热器都有使用。省煤器和空气预热器的布置方式有单级和双级布置两种。双级布置时，省煤器和空气预热器各分成两组，并作相互交叉布置。其实质是以减小第一级省煤器的传热温压来获得第二级空气预热器传热温压的增大，目的是用增加少量省煤器受热面来减少较多的空气预热器受热面。3.1.7工程计算1. 热力计算锅炉的热力计算可分为设计计算和校核计算两类。设计计

35、算是设计新锅炉时常用的计算方法，其目的是在给定的锅炉参数和燃料特性的前提下确定锅炉各个受热面的面积和主要结构尺寸，并为选择辅助设备和进行锅炉的其它计算提供原始资料。校核计算是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的型式，在锅炉参数，燃料种类或局部受热面积发生变化时，通过热力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以及各种介质的流量和流速，确定锅炉的热效率和燃料消耗量等。2. 水动力计算不同循环方式的锅炉其水动力计算的目的和要求也不同。自然循环锅炉水循环计算的目的是确定合理的最佳回路结构，保证锅炉水循环的可靠性，水循环计算的主要内容为确定循环流量或流速，循环倍率，循环

36、回路的各种压差，以及水循环可靠性。强制循环锅炉和直流锅炉水动力计算的目的是确定蒸发受热面的最佳结构和工况参数；校核锅炉受热面的工作可靠性和计算锅炉整个汽水系统的压力损失并确定给水泵的出力和压头。3. 烟风阻力计算； 在锅炉热力计算后，计算烟风侧的流动阻力，校核锅炉结构设计的合理性；选择保证锅炉经济稳定运行所需送、引风机。4. 受热面金属壁温计算； 确定各受热面金属壁温，选取受热面金属材料及规格，进行受压部件强度计算。5. 受压部件强度计算； 为确保锅炉运行安全，计算锅炉受压元件在工作条件下所允许的最小壁厚及最大承受压力时的应力，确定受压元件的材料、壁厚、孔结构和焊接工艺。6. 其它计算，如CF

37、D计算、动态特性计算等。3.1.8系统设计 系统设计包括汽水系统、烟风系统、燃油系统、制粉及燃烧系统、除渣出灰吹灰系统、测量和控制系统等。这些系统都是保证锅炉正常运行的基本条件。3.2 锅炉成套设计的基本原则对大型电站锅炉设备设计，必须十分重视总体设计的系统性、成套性和设计的完整性。这样便能使主体设备处于系统最佳配合，和最佳工况下运行，获得最佳性能和经济性。所以在锅炉设计中必须考虑相互关联系统的设计。3.2.1燃烧与制粉系统对于燃煤锅炉在计算出燃料消耗量后，就应考虑磨煤机的选取和制粉系统的设计。磨煤机的选取和很多因素有关。如煤的含水率、可磨性和煤粉细度等。目前常用的磨煤机大概有以下三种。1.

38、低速磨煤机目前用的主要是钢球磨煤机（包括双进双出磨煤机）。最大的特点是煤种适应性广，运行可靠。对无烟煤、贫煤和烟煤都可适用。多用于热风送粉系统。缺点是运行和系统投资费用较高。2. 中速磨煤机如辊式磨煤机。一般适用于,（相当于哈氏可磨系数62）磨损指数小于3.5的烟煤、贫煤。投资及运行费用中等。3.高速磨煤机 如风扇磨煤机、锤击式磨煤机。风扇磨适用于褐煤和高水分的烟煤；锤击式磨煤机适用于燃烧褐煤和烟煤的小型锅炉。高速磨煤机投资和运行费用低，但维修费用大。制粉系统主要根据燃料特性和磨煤机型式来选取，有仓储式和直吹式。对于低挥发分无烟煤、贫煤或劣质烟煤，要求煤粉细度较细，多采用钢球磨仓储式制粉系统；

39、若采用双进双出钢球磨煤机，可采用直吹式制粉系统；对贫煤和高挥发分烟煤，则多采用中速磨煤机直吹系统；对褐煤可采用风扇磨煤机直吹系统。磨煤机和燃烧系统的匹配设计,对切园燃烧或角置式燃烧,通常一台磨煤机供应同一标高的四只或八只燃烧器,以方便燃烧的调整.但此举存在四角一次风输粉管道阻力差别,会出现风粉分配不均匀现象,应在设计中重视和考虑。对前后墙燃烧器对冲布置的燃烧方式，从磨煤机到燃烧器的管道布置可自由些，但通常也是一台磨煤机供应同一标高的燃烧器。3.2.2烟风系统 烟风系统是组成锅炉系统的重要部分，在设计时要分别考虑烟气通道、热二次风道、热一次风道、冷一次风道、调温风道及风机出口风道。除应考虑烟风道

40、的强度、刚性、密封性和膨胀性外，还应考虑各管道的阻力特性和调节特性以及保温性。3.2.3控制系统1. 炉膛安全保护监视系统(FSSS)炉膛安全保护监视系统可实现炉膛吹扫、锅炉自动点火、暖炉、油枪的投切控制、制粉系统的投切控制、炉膛火焰监测和单只油枪火焰检测、事故情况下的燃料跳闸保护等功能。对锅炉的安全运行有重要的作用。2.机组控制系统机组控制系统是指能预防电厂各控制变量偏离额定值和导致安全系统动作的控制系统。它是锅炉安全、经济运行的保证。工程控制系统有两种形式：一种是以反馈控制原理为基础的锅炉跟踪控制系统。对锅筒锅炉机组，由于贮能大，所以只要蒸发量变化小，或变化速度慢，锅炉控制系统可以非常有效

41、地发挥作用。另一种是协调控制系统（CCS），它是以汽轮机蒸汽流量作为前馈信号的锅炉跟踪与汽机功率调节相结合。实用于贮能小的直流锅炉和超临界锅炉。它能实现负荷控制（包括锅炉基本负荷、汽机基本负荷、汽机功率控制）、燃料控制、磨煤机出口温度和风量控制、一次风机控制、风量控制、燃料量和风量的最大偏差控制、二次风控制、炉膛压力控制、给水控制、一、二次汽温控制、空气预热器冷端温度控制。3.2.4 吹灰系统吹灰器可以消除锅炉受热面的积灰和结渣，使受热面保持清洁，有效传热。吹灰介质一般有三种，即水、蒸汽和压缩空气。可根据受热面特点和经济性做出选择。在使用压缩空气时，必须装备大的压缩机，且需在锅炉的周围装设完整

42、的管道系统；若采用蒸汽，则需从锅炉通过一个减压站提供汽源，以便使蒸汽降压后在吹灰器喷嘴处得到干的过热蒸汽。吹灰器运行方式，取决于锅炉的大小和容量以及所设置的吹灰器数目。对电站锅炉可采用自动控制程序。3.2.5除灰渣系统将灰分从收集点输送至现场处理或堆放的主要方法有三种，即水力、气力和机械输送。在水力系统中利用水流在封闭的管道或冲洗槽中输送灰渣，通常由喷管或离心泵提供动力。气力系统利用上游压力或下游真空所产生的空气流或烟气流输送灰渣。机械方法则用铲运机或刮板式输灰机。在燃煤锅炉中除灰渣形式有两种，一是收集、贮存及定期运走，通常称为间断除灰系统。另一种是收集及连续输送出去称为连续除灰系统。3.2.

43、6旁路系统和启动系统旁路系统是为协调再热机组启停和事故工况下机炉运行而设置的。启动系统主要是为解决直流锅炉启动和低负荷运行而设置的。1. 旁路系统该系统功能是使锅炉产生的蒸汽不通过汽轮机气缸的通流部分，经过与气缸并联的减压减温装置，排至低一级的蒸汽管道或直接进入凝气器。设置旁路系统是为了保护锅炉受热面安全和当汽轮机非正常工况下，仍可维持锅炉运行。2. 启动系统在直流锅炉中，锅炉的循环是靠水泵建立的。启动系统是为了实现点火前循环清洗，改善水质，启动以及低负荷运行时保证蒸发受热面冷却和水动力稳定，提供滑参数起动的可能性，回收热量和减少凝结水损失。起动流量一般为30%额定蒸发量。起动压力：亚临界压力以下锅炉为（4070）%额定压力；超临界机组为额定压力。参考文献1 中国动力工程学会主编，火力发电设备技术手册：第1卷，锅炉.北京：机械工业出版社，20002 哈尔滨普华燃烧技术开发中心编,大型煤粉锅炉燃烧设备性能设计方法:哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,20023 林宗虎.徐通模主编.实用锅炉手册:北京:化学工业出版社,19994 冯俊凯.沈幼庭.杨瑞昌主编,锅炉原理及设计,北京:科学出版社,20035 车得福.庄正宁.李军.王栋编,锅炉,西安:西安交通大学出版社,2004