电站锅炉_第十二章.

锅炉原理课件第十二章电站锅炉本体的设计与布置锅炉主要设计参数的选择锅炉本体的典型布置特点锅炉热力计算方法锅炉热力计算方法1/1锅炉机组的热力计算从燃料的燃烧和热平衡计算开始，然后按烟气流向对锅炉机组的各个受热面（炉膛、屏式过热器、对流过热器及尾部受热面等）进行计算锅炉热力计算分为设计计算和校核计算设计计算给定锅炉容量、参数和燃料特性确定炉膛尺寸和各部件的受热面积；燃料消耗量；锅炉效率；各受热面交界处介质的参数；各受热面吸热量和介质速度等常用于新锅炉的设计。在额定负荷下进行1/1校核计算已知锅炉结构和尺寸、锅炉负荷和燃料特性确定各受热面交界处介质参数、锅炉热效率、燃料消耗量等用于考核锅炉在其它负荷或燃用非设计燃料时热力特性及经济指标；由于计算参数多与炉膛结构有关，故设计计算也常采用校核计算方法锅炉校核热力计算应在锅炉结构计算的基础上进行对锅炉机组作校核计算时，烟气的中间温度和内部介质温度包括排烟温度、热空气温度，甚至过热蒸汽温度均是未知数，故需先假定，然后用逐步逼近法去确定锅炉热力计算方法锅炉校核热力计算步骤1/1按计算任务书列出原始数据燃料的燃烧计算：选取各烟道的过量空气系数，计算三原子气体的容积和容积份额、烟气和空气的焓，绘制烟气焓温表等表格锅炉的热平衡计算：假设排烟温度和热风温度，用以确定热损失、锅炉效率和燃料消耗量炉膛传热计算：假定炉膛出口处的烟温，求出烟气的有效放热量、烟气的平均热容量、水冷壁的面积、受热面的热有效系数、系数M和炉膛黑度等，按公式（10-16）、（10-17）计算炉膛出口的烟温及炉膛辐射传热量如果计算得到的炉膛出口烟温与假设值之差未超过土100℃，则炉膛传热计算结束；如超过误差，则需重新假定炉膛出口处的烟温进行计算dfdcdfQQQ1/1按烟气流程进行炉膛与空气预热器之间各对流受热面的传热计算已知受热面每种介质任一端的温度，假定另一端的一个温度，根据两种介质的热平衡，由公式求出另一个温度及烟气的放热量根据介质的流动方式求出传热温压；根据受热面布置情况及燃料特性等，确定各放热系数及污染系数或热有效系数，并计算传热系数，按公式求出对流传热量如果≤2%，(凝渣管允许为5%)，则计算结束，否则，重新假定介质温度进行计算，直至满足条件为止锅炉校核热力计算步骤1/1锅炉热力计算数据的修正：如果计算得出的排烟温度与假设的排烟温度之差未超过土10℃，而热空气温度之差未超过士40℃，则可认为锅炉机组的换热计算结束。如超过误差，则需重新假定排烟温度及热空气温度从燃料的燃烧计算开始重新进行计算要求第一级省煤器出口水温和第二级省煤器进口水温之差应不超过10℃要求空气预热器的第一级出口与第二级进口空气的温差小于10℃锅炉校核热力计算步骤1/1锅炉机组热平衡计算的校核式中：为锅炉输入热，kJ／kg；为锅炉热效率，％；为机械不完全燃烧损失，％；分别为炉膛辐射受热面、凝渣管、对流过热器（屏式受热面）、再热器和省煤器等的吸热量，kJ／kg。均用热平衡方程式求得的值代入，计算误差应不超过的O.5％，即将整台锅炉的主要计算数据列出汇总表)112()1001)((4qQQQQQQQdsdzdgdnfgrdsdzdgdnfQ,Q,Q,Q,QrQg4q)212(%5.0rQQrQ锅炉校核热力计算步骤锅炉本体的典型布置特点Π型布置应用范围最广。由垂直柱体炉膛、水平烟道和下行对流烟道组成，如图12-1（a）Π型布置锅炉高度较低，安装起吊方便；燃料输送设备和锅炉排烟口都在锅炉底层，送风机、引风机、除尘器等笨重设备可布置在地面，减轻了厂房和锅炉构架的负载；在水平烟道布置的受热面可以采用简单的悬吊方式支吊；在尾部烟道中，受热面易于布置成逆流传热方式，强化对流传热，烟气向下流动有利于吹灰，尾部受热面检修方便；锅炉本身及与汽轮机之间的连接管道系统耗用金属量适中。1/1Π型布置锅炉占地较大；烟道转弯不仅造成烟气流速和飞灰浓度分布不均匀，影响传热性能，还易引起飞灰对受热面的局部磨损；炉顶穿墙管多，密封复杂，易造成炉顶漏烟；转弯气室部分难以利用；当锅炉容量增大时，锅炉高度低，要求尾部烟道和锅炉高度一致，使尾部受热面布置困难，特别是在燃用劣质燃料时，热空气温度要求高，省煤器和空预器需采用双级布置，尾部受热面布置更困难。1/1锅炉本体的典型布置特点Γ型布置锅炉是Π型布置的一种变形，如图12-2（b）。Γ型布置取消了水平烟道可缩小占地面积，保留了Π形布置的许多优点，同时又使锅炉结构更为紧凑，密封性好，包墙管系统简单。但尾部受热面的检修不方便，大容量锅炉如采用管式空气预热器时，因为不便支吊，而且尾部烟道高度不够，就不宜采用这种布置方式，如果采用回转式空气预热器时，可考虑采用这种布置型式。1/1锅炉本体的典型布置特点T型布置锅炉是将∏型布置的下行对流烟道(尾部竖井)对称地分成左右两个布置在炉膛两侧，以解决П型炉尾部受热面布置困难的问题，如图12-1（d）。这种布置方式可使炉膛出口烟窗高度和下行对流烟道深度减小；可改善水平烟道中的烟气沿高度的热力不均匀性，进而减少烟气高度的热偏差；下行对流烟道中的烟气流速可以降低，减少磨损。但占地面积比П型布置更大，汽水管道连接系统较复杂，金属消耗量也较大。前苏联应用较多，在燃用含灰量多的劣质煤时可考虑采用此炉型。1/1锅炉本体的典型布置特点塔型布置锅炉大容量超（超）临界锅炉采用较多的一种炉型。对流烟道布置在炉膛的上方，锅炉笔直向上发展，取消了不宜布置受热面的转弯室和尾部烟道，如图12-1（e）。塔型布置锅炉占地面积小；对流烟道有自身通风作用，烟道有自身通风作用，烟气阻力最小；烟气在对流受热面中不改变流动方向，烟气中的飞灰不会因离心力而集中造成受热面的磨损，对于多灰燃料非常有利；对流受热面全部水平布置，有利于疏水；磨煤机可绕炉膛四周布置，煤粉管道短，供粉均匀；1/1锅炉本体的典型布置特点过热器和再热器管束均在前后墙面上水平方向引入或引出，较П型及T型布置在炉顶顶棚引出的密封要简单，密封性较好。塔型锅炉高度很高，过热器、再热器和省煤器等都布置得很高，支撑较困难，连接的汽、水管道较长；空气预热器、送风机、引风机、除尘器和烟囱都布置在锅炉顶部，加重了锅炉构架和厂房的负载，使制造成本增加；安装和检修均较复杂。为了减轻转动机械和笨重设备施加给锅炉和厂房的载荷，有时把空气预热器、送风机、引风机、除尘器等布置在地面，同时避免汽﹑水管道过长，构成所谓半塔型布置，如图12-1（f）1/1锅炉本体的典型布置特点箱型布置锅炉广泛应用于容量较大的燃油、燃气锅炉，如图12-1（g）。其特点是除空气预热器外的各个受热面部件都布置在一个箱型炉体中，结构紧凑，占地小，密封性好；胀缩缝少，构架简单；燃烧器主要采用前、后墙对冲布置，上排燃烧器到炉膛出口距离较长，有利于燃料燃尽，水冷壁受热均匀，有利于锅炉快速启动和停炉，可作为调峰锅炉；与汽轮机连接的蒸汽管道较短，连接方便。其缺点是锅炉较高，卧式布置的对流受热面的支吊结构复杂，制造工艺要求高。1/1锅炉本体的典型布置特点影响锅炉本体布置的因素蒸汽参数蒸汽参数对炉型的选择有决定性的影响，另外，蒸汽参数的变化使得锅炉内加热、蒸发和过热（再热）吸热量的比例发生变化直接影响到参与这三部分吸热的省煤器、蒸发受热面和过热器（再热器）在锅炉内的布置。数据表明：随着蒸汽参数提高，蒸发吸热的比例下降，过热吸热的比例则大幅度增加，而加热水的比例增加不多。1/1锅炉容量图12-2是统计得出的锅炉蒸发量D和炉膛宽度B的比值D/B随锅炉蒸发量变化的曲线。锅炉容量增大时，由于炉膛面积的增幅较容量的增幅小，因此大容量锅炉的炉膛壁面面积相对较小，仅布置水冷壁将使炉膛出口烟气温度过高，必须再布置双面露光水冷壁或辐射式，半辐射式过热器才能使炉膛出口烟气温度降到允许值。1/1影响锅炉本体布置的因素同时，随着锅炉容量增大，锅炉的宽度相对减小，单位宽度上的蒸发量则迅速增大，为了保持烟速不至过高，必须增加尾部对流烟道的深度。而为了确保规定的过热蒸汽流速，过热器和再热器的管束布置也将相应改变。对于小容量锅炉，过热器采用单管圈的布置方式；中等容量的锅炉，过热器采用双管圈或三管圈蛇形管；大容量锅炉，过热器和再热器则采用双面进水及多重管圈结构以保证蒸汽流速不过高，管式空气预热器也要采用双面进风结构以免风速过大。1/1影响锅炉本体布置的因素燃料燃料种类和特性对锅炉本体的布置影响很大。对于固体燃料，以挥发分、水分、灰分、硫分的含量和灰分的性质的影响较为显著。燃料的各种性质，往往又是相互牵连的，有时还会出现几种不利因素结合在一起的情况。例如对于高灰分、高水分和低发热量的燃料，在锅炉设计和布置上需要考虑更多的问题。1/1影响锅炉本体布置的因素炉膛容积热强度qv1/4表明在炉膛单位容积内每小时燃料燃烧所释放的热量式中—炉膛容积，m3)912(m/kw,VBQq3net.arvvvq过大过小，Hf过小，锅炉达不到出力炉膛及炉膛出口烟气温度偏高，易结渣；偏高，q2增大；煤粉气流在炉膛停留的时间τ过小，（q3、q4）增大，均使减小pygvq、avvq的选取与锅炉容量、燃烧方式、燃料特性等有关炉膛容积热强度qv过小：过大，偏低，着火困难，燃烧不稳定；造价高vqva2/4炉膛容积热强度的大小应能保证燃料燃烧完全（燃料在炉膛内有足够的停留时间），并使烟气在炉膛内冷却到不使炉膛出口对流受热面结渣的程度（炉膛内布置足够的受热面）vq锅炉容量增大，炉膛壁面面积的增加落后于容量的增加。为保证锅炉安全运行，避免对流受热面结渣，应以烟气的冷却条件来选取，故大容量锅炉的要比中、小容量锅炉选得小一些vqvq推荐值见Pvq炉膛截面热强度qa的选取与燃料性质、燃烧方式和排渣方式等有关，推荐范围见Paq表示燃烧器区域炉膛单位截面上每小时燃料的释热强度式中A、n-燃烧器区域炉膛截面积及燃烧器层数或)1012(/,2.mkwABQqnetaraaq）（1112nqqaac3/4锅炉设计时，可根据选用的、确定炉膛容积和截面积，并由此决定炉膛宽度、深度及高度vqaq无烟煤值小，而值大，炉膛呈瘦高形，以保证煤粉气流及时着火，完全燃烧vqaq燃烧器区域壁面热强度qr4/4愈大，说明火焰愈集中，燃烧器区域的温度水平就愈高，对燃料的稳定着火有利，但易造成燃烧器区域的壁面结渣rq表示燃烧器区域单位炉壁面积上燃料每小时释放的热量，kw/m2（12-12），m2（12-13）式中—燃烧器区域的炉壁面积，a、b—炉膛宽度和深度，mn—燃烧器的层数Sr—各层燃烧器的间距，mrqrF推荐值见PrqrrSnbaF)1)((2rnetarrFBQq.炉膛出口烟气温度1/1炉膛出口烟气温度凝渣管或屏式过热器前的烟温锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比值（辐射受热面和对流受热面的金属耗量及总成本最小）对应的约为1250℃为保证炉膛出口处对流受热不结渣，不应超过灰分开始变形的温度DT。如灰分软化温度ST与变形温度DT之差小于100，则取(ST-100)℃当炉膛出口处布置着屏式受热面时，炉膛出口烟温一般取1100～1200℃对于易结渣的燃料，应保持在1000～1050℃范围排烟温度θpy1/1排烟温度燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时所对应的温度排烟温度低，排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料；但由于尾部受热面传热温压降低，金属耗量增多pypy含硫量较高的燃料，排烟温度应取较高值，以避免低温腐蚀和堵灰对锅炉工作可靠性的影响py大、中型锅炉排烟温度的推荐值见表12-2py热空气温度trk1/1热空气温度的选取主要取决于燃料的性质着火性能好和水分低的燃料，采用较低的；着火性能差或水分较多的燃料，采用较高的rktrktrkt热空气温度值的选择还与制粉系统的干燥剂种类、锅炉的排渣方式等有关大、中型锅炉热空气温度的推荐值见表12-3rktrkt工质质量流速ρω1/2受热面中水和