电站热力系统设计(锅炉部分).ppt

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1、,电站热力系统设计（锅炉）,目 录一、锅炉分类二、锅炉的典型布置三、影响锅炉布置的因素四、主要设计参数的选择五、锅炉热力计算的程序和方法六、锅炉热力计算的专题分析,第一节 锅炉的分类,目的：生产、运行、管理的标准化、规范化 方法：按工质参数、燃烧方式、设备布置、用途等进行分类。,一、按容量和参数分类 1、按容量（最大连续蒸发量D）分类D1000t/h：大型（对应300MW发电机组）锅炉的出力（蒸发量）分有：1）BMCR(boiler maximum continuous rating)-锅炉最大连续出力；2）BRL(boiler rated load)-锅炉额定负荷（出力）；3）ECR(eco

2、nomical continuous rating)-经济连续出力。,2、按参数（额定工况过热蒸汽压力）低压锅炉（2.45 MPa)中压锅炉（2.94 4.92 MPa)高压锅炉（7.8 10.8 MPa)超高压锅炉（11.8 14.7 MPa)亚临界压力锅炉（15.7 19.6 MPa)超临界压力锅炉（22.12 MPa)超超临界压力锅炉（26 MPa),3、锅炉型号 一般由5个部分组成。举例说明：SG1910/25.4M951 SG上海锅炉厂制造 1910最大连续蒸发量BMCR（t/h）25.4BMCR过热蒸汽压力（表压，MPa）M燃煤（燃油Y，燃气Q，其它T）951设计序号,HG1952

3、/25.4YM1 HG哈尔滨锅炉厂制造 1952最大连续蒸发量BMCR（t/h）25.4BMCR过热蒸汽压力（表压，MPa）YM设计燃料为烟煤 1设计序号,DG670/13.7540/5405DG东方锅炉厂制造；670最大连续蒸发量BMCR（t/h）；13.7BMCR过热蒸汽压力（表压，Pa）；540过热蒸汽温度（）；540再热蒸汽温度（）；5设计序号。,二、按燃烧方式分类 1、室燃炉 2、层燃炉 3、流化床炉 4、旋风炉,三、按水循环方式分类,（1）自然循环锅炉：K1，循环动力完 全依靠 汽水密度差；（2）控制循环锅炉：K1，循环动力主要依靠 炉水循环泵；（3）直流锅炉：K=1：工质一次通过

4、蒸发区，没有循环；（4）复合循环锅炉：低负荷时多次循环，高负荷 时纯直流。上述（1）（2）：只能适用于临界压力以下；（3）（4）：适用于任何压力。,四、其它分类法（1）燃料种类 燃煤、燃油、燃气、生物质、垃圾、余热（2）用途 电站、工业、船用、机车（3）排渣方式 固态、液态（4）炉膛压力 微负压、微正压、正压（增压）,第二节 锅炉的典型布置,不同布置结构特点比较：1、受热面热偏差、逆流传热；2、受热面磨损、积灰；3、安装、维修方便程度；4、钢架承重；5、占地面积、受热面布置空间；6、管道长度、通风阻力。,第三节 影响锅炉布置的因素 影响因素可分为：工质侧：蒸汽参数、容量；烟气侧：燃料性质。一、

5、蒸汽参数（压力、温度）,由以上2图可知：1.对于中低参数锅炉：蒸发吸热量占的比例大 除了整个炉膛受热面全部用于蒸发吸热外，可能还要采用沸腾式省煤器。2.对于高参数锅炉：过热、再热吸热量占的比例大 在炉膛上部布置辐射式过热器、再热器。,第三节 影响锅炉布置的因素 二、容量（蒸发量）锅炉型号上标示的蒸发量：过热器出口蒸汽流量。以锅炉容量增加为例：1、在炉膛的截面热强度、壁面热强度不变的情况下：a 炉膛容积热强度qv降低；b 水冷壁工质质量流速w增加。原因：（炉膛尺寸（宽、深、高）用符号L表示）面积热强度与L2（面积）成反比；容积热强度与L3（体积）成反比；w与L（周长）成反比。,2、为了不使炉膛容

6、积增加太多 炉膛截面热强度、壁面热强度增加 炉膛出口烟温增加 布置屏式受热面，降低出口烟温。3、对流受热面采用多管圈结构，以防止工质流速太高。,第三节 影响锅炉布置的因素 三、燃料性质 1、挥发分 挥发分低，需要：（1）提高截面热强度、燃烧器区域壁面热强度；（2）降低容积热强度；（3）提高热风温度（可能需要尾部受热面双级布置）。2、水分 水分高，需要：（1）类同挥发分低时的要求；（2）更多的炉膛蒸发受热面（保证蒸发吸热量）；（3）提高排烟温度（烟气热容大、酸露点高）。,第三节 影响锅炉布置的因素 三、燃料性质 3、灰分 灰分高，需要：（1）类同挥发分低时的要求；（2）降低烟速，并采取防磨措施。

7、4、灰熔点 灰熔点低，需要：（1）降低炉膛各热强度；（2）降低炉膛出口烟温；（甚至采用液态排渣）5、含硫量 含硫量高，需要：（1）合适的受热面烟气、工质温度（高温腐蚀）；（2）提高排烟温度、空预器进口风温（低温腐蚀）。,第三节 影响锅炉布置的因素 四、热风温度 燃料不容易着火、燃烧，需要采用较高的热风温度时 可能需要尾部受热面（省煤器、空气预热器）两级布置。,第四节 主要设计参数的选择 锅炉各受热面布置和设计参数的总体原则：在保证安全性的前提下，提高到经济性。安全性：受热面超温、磨损、腐蚀。经济性：传热效果（温差、流速、传热系数）；流动阻力；热损失；投资费用。,第四节 主要设计参数的选择 一、

8、炉膛热强度1、容积热强度 kW/m3 qv对锅炉运行的影响：（1）燃料在炉内停留时间；（燃尽程度）（2）炉膛出口烟温；（炉膛出口结渣、过热汽温）（3）壁面热负荷。（锅炉容量大，qv取小）,2、断面（截面）热强度 kW/m2 qA对锅炉运行的影响：影响燃烧区域温度水平，从而影响：（1）结渣；（2）NOx生成量；（3）燃料着火、燃尽。,3、燃烧器区域壁面热强度 kW/m2 qB对锅炉运行的影响：影响燃烧器区域温度水平，从而影响：（1）结渣；（2）NOx生成量；（3）燃料着火、燃尽。,4、燃尽区容积热强度 kW/m3 qbo 对锅炉运行的影响：类似于qv，但更侧重于燃尽过程。,5、炉膛壁面热强度 k

9、W/m2 对锅炉运行的影响：（1）结渣；（2）NOx生成量；（3）燃料着火、燃尽；（4）炉膛出口烟温；（5）传热恶化。,6、各热强度之间的相关性 例如：qV一定时，qA取大：（瘦高型炉膛）a.换热面积大，出口烟温低；b.热强度高、烟气行程长，适用于 灰熔点高、难燃煤种。各热强度的大小，确定了炉膛的形状和大小。,二、炉膛主要尺寸（宽、深、高）a 主要取决于各项热强度和燃烧器类型。b 切圆燃烧方式的炉膛：宽深比应该接近1。三、炉膛出口烟温 高限：炉膛出口不结渣；对流受热面不超温。（一般要求t1）低限：锅炉受热面换热强度不要太低；出口蒸汽温度要达到设计要求。,四、排烟温度exg选择exg时，主要考虑

10、的因素：降低exg，则1）排烟热损失降低（经济性提高）2）制粉系统磨煤、通风电耗减少。（经济性提高）3）传热面积增加（经济性降低）金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。4）低温腐蚀增加（经济性降低）漏风量增加、检修费用增加。,五、热风温度tha选择tha时，主要考虑的因素：提高tha，则 1）改善燃料的着火、燃烧条件（经济性提高）2）传热面积增加（经济性降低）金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。,六、工质质量流速w 选择w 时，主要考虑的因素：提高w，则 1）传热加强：防止金属超温，减少金属耗量；2）流动阻力增加：工质的做功能力降低；给水泵电耗增加。七、烟速wg 选择 wg 时，主要考虑的因

11、素：提高 wg，则 1）传热加强，且积灰减少；2）流动阻力增加，且受热面磨损加剧。,第五节 锅炉热力计算的程序和方法 一、设计计算和校核计算1、设计计算的任务 根据对锅炉工质参数、容量等设计要求，计算确定受热面的布置和尺寸。2、校核计算的任务 根据已知的锅炉受热面布置和尺寸，计算各受热面的烟气和工质参数、传热量等。,二、尾部受热面单级布置时的校核计算程序和方法1、预备计算（1）燃料与燃烧计算 1）空气量、烟气量计算；2）三元子气体、灰浓度计算；3）空气、烟气焓温计算【焓温表I=f(、)】。（2）锅炉总体热平衡计算 根据工质所需吸热量、燃料发热量、各项热损失、效率等，求得燃料量等。（排烟热损失用

12、的排烟温度，先假设，最后校核）,2、各级受热面热力计算 按烟气流程，从炉膛开始对各级受热面进行计算。（炉膛热力计算用的热风温度，先假设，最后校核）（1）已知条件 a 受热面结构布置；b 烟气进口温度、焓、流量；（烟气侧输入热）c 漏风系数；d 工质进口（或出口）的温度、焓、流量。（2）被求量 a 传热量；b 烟气出口温度、焓；c 工质出口（或进口）的温度、焓。,（3）计算流程（假设 计算 校核 下一级）1）假设出口烟温，由烟气放热方程 求：烟气放热量；2）由 和工质吸热方程 求：工质出（进）口温度；3）由传热方程求：传热量；4）校核误差：a 炉膛：出口温度；b 主受热面 c 附加受热面,3、锅

13、炉整体计算误差检验（1）假设值与计算值的误差限：排烟温度 热风温度（2）整体能量平衡的误差限：式中：kJ/kg（工质总的吸热量 各级受热面工质吸热量之和）,（3）误差超限时的处理 a 若排烟温度的误差超限，则：重新假设排烟温度，回到锅炉热平衡计算；b 若热风温度的误差超限，则：重新假设热风温度，回到炉膛热力计算；c 若排烟温度、热风温度的误差都不超限：若 成立：计算结束；若 不成立：检查数学运算错误。4、计算结果整理 建立整个热力计算中各项和最终结果的汇总表。,三、尾部受热面双级布置时的校核计算程序和方法 特殊问题：按烟气流程，计算高温省煤器、空气预热器时，工质的进、出口温度都未知。解决办法：

14、（1）高温省煤器 根据锅炉总体能量平衡：式（12-2）得到高温省煤器工质出口焓假设值：式（12-3）,解决办法：（2）高温级空气预热器 以炉膛热力计算时假设的热风温度，作为高温空气预热器的空气出口温度假设值。（3）附加的校核 除常规的受热面计算结果校核外，还要校核：1）高温省煤器进口水温 低温省煤器出口水温？2）高温空预器进口风温 低温空预器出口风温？误差超限时：需重新假设、计算。,四、尾部竖井分隔为前后烟道布置时的校核计算 程序和方法,1000MW超超临界压力锅炉,四、尾部竖井分隔为前后烟道布置时的校核计算 程序和方法1、烟气份额g 设经过该烟道的烟气份额为g，那么在计算烟气流速、烟气总放热

15、量时：对应的燃料量是gBcal。2、分隔烟道后的受热面进口烟气焓 按烟气份额g加权平均,第六节 锅炉热力计算的专题分析 1、燃料与燃烧计算所用的过量空气系数（1）H2O体积、烟气体积计算（2）三元子气体RO2、H2O浓度（3）烟气质量、飞灰质量浓度（4）焓温表,2、1kg收到基燃料带入的热量（1）锅炉热平衡 1kg收到基燃料的输入热量 Qar,net：燃料的化学能（发热量）；Qph：燃料的物理显热；Qex：本锅炉烟气侧以外的热源加热空气带入的热量；Qat：燃油雾化所用蒸汽带入的热量。（2）炉膛热力计算 1kg收到基计算燃料在炉膛放出的热量Qef：,3、炉膛热力计算与单相受热面热力计算（1）炉膛

16、热力计算 基本方程：1）传热方程；2）烟气热平衡方程（式9-55）（式9-55b）（式9-66，67）允许误差：（炉膛出口温度：引入烟气对壁面辐射力修正）,3、炉膛热力计算与单相受热面热力计算（2）对流受热面热力计算 基本方程：1）传热方程 传热量（式10-1）2）烟气热平衡方程 放热量（式10-2）3）工质热平衡方程 吸热量（式10-5）允许误差：（3）半辐射受热面热力计算（考虑烟气对屏后受热面的辐射）烟气热平衡方程,4、误差超限时的重新假设（1）炉膛：出口烟温误差（2）单相受热面 热量误差（3）尾部受热面两级布置 1）高温省煤器进口水温低温省煤器出口水温 2）高温空预器进口风温低温空预器出

17、口风温（4）排烟温度误差（5）热风温度误差,4、误差超限时的重新假设（6）减温水量误差 II级减温器 II级减温水量 过热蒸汽总吸热 总减温水量（7）工质总吸热量误差,5、各级受热面计算误差 与锅炉总体热平衡计算误差6、排烟温度、热风温度、锅炉总体热平衡的误差限 排烟温度 热风温度 锅炉总体热平衡：,7、汽包锅炉蒸发区产汽量（1）减温水量（2）省煤器 8、直流锅炉（1）蒸发区产汽量（2）水冷壁出口焓值,9、三分仓回转式空气预热器热力计算（1）二分仓回转式空气预热器 蓄热板在烟气侧吸热：蓄热板在空气侧放热：（x1、x2：受热面分配系数）得：结合，：（灰层热阻、冲刷不均，不稳定换热）（式10-29

18、）（系数与转速n成正比）,9、三分仓回转式空气预热器热力计算（2）三分仓回转式空气预热器 方法1：（教科书 第十章 第七节）1）烟气放热方程 式（10-77）2）空气吸热方程（一次风、二次风吸热量之和）式（10-79）式（10-80）3）传热方程 式（10-1）,9、三分仓回转式空气预热器热力计算（2）三分仓回转式空气预热器 方法1：（教科书 第十章 第七节）4）计算步骤：a）假设出口烟温温度，求得对应的出口烟气焓；b）根据，由式（10-77、79）求：一、二次风平均出口焓、平均出口温度；c）传热方程计算 d）误差检验 e）根据出口风温平均值，计算一、二次风各自出口温度。,（2）三分仓回转式空

19、气预热器 方法2（能量平衡与传热量联立求解）1）流体（1）2）受热面（2）,（2）三分仓回转式空气预热器 方法2（能量平衡与传热量联立求解）式（1，2）符号说明：保温系数，与锅炉热力计算的定义一致，只在烟气侧使用，在计算一、二次风时取=1；cf和cm：流体和受热面的比热；wf和f：流体的流速和密度；a：单位角度的流体流通面积；：非稳定换热影响系数；f：流体与换热面之间的换热系数；h和mm：单位角度、单位高度 l 的换热面积和受热面质量；n：转子的角度转动速率；tm和tf：受热面和流体的温度。,3）对式（1、2）在三个分仓内分别进行离散化（3）（4）式中：下标：j：分仓的编号（1，2，3）；i、o：进出口 4）转动的各分仓（1，2，3）受热面温度接口：（5）5）联立求解：式（345）39个方程 三个分仓流体出口温度 以及受热面温度,结 束!,