670th锅炉燃烧系统设计

670t/h锅炉燃烧系统设计1引言电厂制粉系统和燃烧系统设计是火电厂系统初步设计的一个重要内容。制粉系统主要由磨煤机、风机、排粉机、煤仓、粉仓、送风机、送粉机等组成,就是将煤磨制成一定粒度的煤粉并输送至锅炉进行燃烧的所有设备组成的系统。煤粉炉的燃烧设备包括炉膛（燃烧室），燃烧器和点燃装置[1]。制粉系统制粉系统的好坏可直接影响锅炉的运行，对锅炉的经济影响较大。同时也影响了投资者的利益。制粉系统是电厂锅炉燃烧系统的一个子系统,是煤粉锅炉的重要组成部分，同的电厂因燃用的煤不同，因此选用的磨煤机型号也就不同。锅炉燃烧调整的主要任务是根据不同的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。近几年来，电力工业对煤粉燃烧提出了越来越高的要求，概括起来主要有：燃烧的高效率、燃烧的稳定性、低污染以及良好的煤种适应性和快速负荷变化适应性。目前新型燃烧器已在我国火电厂中得到不同规模的应用，有的新型燃烧器已达到正常运行水平，并在稳定燃烧，适应煤质变化和负荷变动、节约点火和助燃用油、降低NOx的排放等方面取得了不同程度的效果，对火电厂的节能和安全运行创造了良好的条件，产生了较大的经济和社会效益。当前,煤粉燃烧技术面临燃料品质、燃烧经济性和环境保护等3个方面的新挑战，应从煤份气流在炉内稳燃过程入手力求设计更好的稳燃能力强的燃烧器，以获得更好的利益。本设计为根据假想烟煤和670t/h锅炉的一些具体参数进行磨煤机的优化选型，以及燃烧器的选型。通过论证、分析和选型计算确定锅炉所配合的磨煤机型号的制粉系统形式——钢球磨煤机中间储仓式制粉系统；通过煤粉水分和热平衡确定干燥剂温度和热空气温度比较进一步确定干燥剂的组成成分；并校核热力计算结果是否满足锅炉燃烧对一次风的要求，干燥剂中容积份额能满足防爆要求，确定干燥剂中的含湿量和露点是否满足防止结露的要求；通过确定制粉系统设备、管道及其元件的阻力系数来确定系统阻力，校核所选风机的压头能否满足要求；最后经校核，确定制粉系统附属设备和部件（原煤仓、给煤机、粗/细粉分离器、各种风机等等）。最后通过制粉系统的确定从而选择相应的燃烧器型号。在现代煤粉锅炉中，锅炉制粉设备系统已经成为与锅炉燃烧设备共同组成的不可分割的燃烧系统整体的重要部分.其炉型和制粉系统的选择与煤质的特性是息息相关的，所选制粉系统的好坏，直接影响到锅炉的安全稳定运行，对整个锅炉系统（电站）的经济性影响较大.由于制粉系统设备上的问题或选型不当和系统参数设计不合理而影响锅炉正常运行或新机组不能顺利投产的事例不胜枚举。2.原始资料2.1设计煤种成分分析贫煤的成分为：%0.6arM%7.19arA%6.67arC%7.2arH%8.1arO%9.0arN%3.1arS24720,,pnetarQ%0.1adM%0.15dafV3燃烧产物和锅炉热平衡计算3.1辅助计算辅助计算主要包括燃料燃烧计算和锅炉热效率及燃料消耗率计算[2]。3.2燃料燃烧计算燃料燃烧计算以单位质量（或体积）的燃料为基础。燃料燃烧计算包括：燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算。1.1.1燃烧计算设计煤种：西山贫煤，燃煤成分及特性如表1.1所示。表1.1煤粉成分特性表燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸气容积等。1）理论空气量ararararOHSCV0333.0265.0)375.0(889.00m3/kg式（1.1）=0.889(67.6+0.375×1.3)+0.265×2.7－0.0333×1.8=6.7085m3/kg式中arC——设计煤种的收到基碳含量，％；arS——设计煤种的收到基硫含量，％；arH——设计煤种的收到基氢含量，％；arO——设计煤种的收到基氧含量，％。名称符号单位设计煤种收到基低位发热值arnetQ,kJ/kg24720收到基全水份arM%6.0空气干燥基水份adM%1.0干燥无灰基挥发份adfV%15.0收到基灰份arA%19.7收到基碳arC%67.6收到基氢arH%2.7收到基氧arO%1.8收到基氮arN%0.9收到基硫arS%1.3可磨性系数HGI—75.37煤粉经济细度90R%12.252）理论氮容积0079.01008.02VNVarNm3/kg式(1.2）=0.8×0.9/100+0.79×6.7085=5.3069m3/kg式中arN——设计煤种的收到基氮含量，％；0V——理论空气量，m3/kg。3）2RO容积1007.0100866.12ararROSCVm3/kg式（1.3）=1.866×67.6/100+0.7×1.3/100=1.2705m3/kg式中arC——设计煤种的收到基碳含量，％；arS——设计煤种的收到基硫含量，％。4）理论干烟气容积2200RONgyVVVm3/kg式(1.4）=5.3069+1.2705=6.5774m3/kg式中02NV——理论氮容积，m3/kg；2ROV——2RO容积，m3/kg。5）理论水蒸气容积0061.110024.11001.112VdMHVkararOHm3/kg式（1.5）=11.1×2.7/100+1.24×6/100+1.61×0.01×6.7085=0.4821m3/kg式中kd——每千克干空气中含有的水蒸气质量，取0.01kg/kg；arH——设计煤种的收到基氢含量，％；arM——设计煤种的收到基全水分，%。6）飞灰份额fh取0.9燃烧计算结果如表1.2所示表1.2燃烧计算表序号项目名称符号单位结果1理论空气量0Vm3/kg6.70852理论氮容积02NVm3/kg5.30693RO2容积2ROVm3/kg1.27054理论干烟气容积0gyVm3/kg6.57745理论水蒸气容积02OHVm3/kg0.48216飞灰份额fh—0.91.1.2烟气特性计算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、RO2容积份额、水蒸汽容积份额、三原子气体和水蒸汽容积总份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。1）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，低温空预器的出口过量空气系数分别取1.22，1.25，1.31，1.33，1.38，1.4，1.45。2）烟道平均过量空气系数pj为受热面进出口过量空气系数的算术平均值。3）干烟气容积（以炉膛、屏、凝渣管为例，下同）。00)1(VVVpjgygym3/kg式（1.6）=6.5774+(1.22-1)6.7085=7.9191m3/kg式中pj——各受热面平均过量空气系数；0gyV——理论干烟气容积，m3/kg；0V——理论空气量，m3/kg。4）水蒸气容积00)1(0161.022VVVpjOHOHm3/kg式（1.7）=0.4821+0.0161(1.22-1)6.7085=0.5037m3/kg式中pj——各受热面平均过量空气系数；02OHV——理论水蒸气容积，m3/kg；0V——理论空气量，m3/kg。5）烟气总容积OHgyyVVV2m3/kg式（1.8）=7.9191+0.5037=8.4228m3/kg式中gyV——干烟气容积，m3/kg；OHV2——水蒸气容积，m3/kg。6）2RO容积份额yROROVVr/22式（1.9）=1.2705/8.4228=0.15084式中2ROV——2RO容积，m3/kg；gyV——干烟气容积，m3/kg。7）水蒸气容积份额yOHOHVVr/22式（1.10）=0.5037/8.4228=0.0598式中OHV2——水蒸气容积，m3/kg；gyV——干烟气容积，m3/kg。8）三原子气体和水蒸汽容积总份额OHROrrr22式（1.11）=0.15084+0.0598=0.2106式中2ROr——2RO容积份额；OHr2——水蒸气容积份额。9）容积飞灰浓度yfharvVA/10g/m3式（1.12）=10×19.7×0.9/8.4228=21.0498g/m3式中arA——设计煤种的收到基灰分，%；fh——飞灰浓度；yV——烟气总容积，m3/kg。10）烟气质量0306.11001VAmpjarykg/kg式（1.13）=1-19.7/100+1.306×1.22×6.7085=11.3116kg/kg式中arA——设计煤种的收到基灰分，%；pj——各受热面平均过量空气系数；0V——理论空气量，m3/kg。11）质量飞灰浓度)100/(yarfhymAkg/kg式（1.14）=0.9×19.7/(100×11.3116)=0.01566kg/kg式中fh——飞灰浓度；arA——设计煤种的收到基灰分，%；ym——烟气质量，kg/kg。烟气特征计算结果如表1.3，1.4，1.5所示表1.3烟气特征表序号项目名称符号单位炉膛，屏凝渣管高温过热器1受热面出口过量空气系数—1.221.2252烟道平均过量空气系数pj—1.221.21253干烟气容积gyVm3/kg7.91918.00304水蒸气容积OHV2m3/kg0.50370.50505烟气总容积yVm3/kg8.42288.50806RO2容积份额2ROr—0.15080.14937水蒸气容积份额OHr2—0.05980.05938三原子气体和水蒸气容积总份额r—0.21060.20869容积飞灰浓度vg/m321.049820.839010烟气质量ymkg/kg11.316611.426111质量飞灰浓度ykg/kg0.015660.01551表1.4烟气特征表序号项目名称符号单位低温过热器高温省煤器1受热面出口过量空气系数—1.251.272烟道平均过量空气系数pj—1.23751.263干烟气容积gyVm3/kg8.17078.32164水蒸气容积OHV2m3/kg0.50770.51015烟气总容积yVm3/kg8.67848.83186RO2容积份额2ROr—0.14630.14387水蒸气容积份额OHr2—0.05850.05778三原子气体和水蒸气容积总份额r—0.20490.20169容积飞灰浓度vg/m320.429820.075010烟气质量ymkg/kg11.645111.842311质量飞灰浓度ykg/kg0.01520.01497表1.5烟气特征表序号项目名称符号单位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—1.321.341.392烟道平均过量空气系数pj—1.2951.331.3653干烟气容积gyVm3/kg8.5568.7919.0264水蒸气容积OHV2m3/kg0.5140.5180.5215烟气总容积yVm3/kg9.0709.3099.5476RO2容积份额2ROr—0.1400.1360.1337水蒸气容积份额OHr2—0.05660.05660.05468三原子气体和水蒸气容积总份额r—0.1960.1920.1879容积飞灰浓度vg/m319.54619.04618.57010烟气质量ymkg/kg12.14812.45512.76211质量飞灰浓度ykg/kg0.01450.01420.013891.1.3烟气焓计算烟气焓计算需要分别计算出炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列出表格，作成所谓的焓温表，以备后需计算查用。计算中用到的受热面出口过量空气系数见表1.6。1）理论空气焓kkctVh)(00kJ/kg式（1.15）式中kct)(——13m标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度t℃时的焓，由表1.6查得。0V——理论空气量，m3/kg。2）理论烟气焓理论烟气是多种成分的混合气体。由工程热力学可知，其焓等于各组成成分焓的总和，所以理论烟气焓的计算式为OHOHNNROROycVcVcVh2