说明书哈锅300MW燃煤电站锅炉热力设计及计算.docx
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1、哈锅300MW燃煤电站锅炉热力设计及计算摘 要 300MW;自然循环;结构设计;对流受热面;热力计算;1025t/h Boiler design and thermal caculation of 300MW coal-fired power plant in Haerbin Abstract Keywords: 第一章 概述现代电站锅炉就是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热给水,以获得规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽设备。本说明书设计的锅炉属亚临界锅炉。影响锅炉总体设计的因素有蒸汽参数、容量、燃料以及一些其他因素。对超高压及超高压以上的大容量锅炉,由于容量增大,参数较高,过热气温提高,中
2、间再热器的利用,使得过热部分的吸热份额增加,为保持合适的炉膛出口温度,在炉膛上部设置了屏式过热器。对本锅炉,采用两级再热器。省煤器由于压力升高,给水加热比率增加,不会沸腾。对亚临界锅炉,自然循环、控制循环、直流锅炉3种形式都适用,本锅炉采用最广泛的自然循环。燃烧煤粉的炉膛尺寸较大,这是由于要在炉膛内使煤燃尽,又要防止产生有害的积灰和结渣。炉膛水冷壁的吸热率要低到使管子金属温度不会对炉膛尺寸发生大的影响。从最高一排煤燃烧器中心到炉顶之间要有足够的高度。炉膛的型式有多种,本锅炉采用 “”型。锅炉总体设计中遵行的原则:1、选取合理的设计指标,以获得较高的利用率;2、从锅炉岛整体出发选用合理的系统最佳
3、参数匹配及成熟结构,以达到高的运行可靠性、灵活性和经济性;3、考虑环境保护问题;4、考虑锅炉的整体结构密封性;5、考虑增加受热面的可能性;6、安全保护和自动控制。在设计锅炉时,要对锅炉进行热力计算。锅炉热力计算的目的是确定锅炉受热面与燃烧产物和工质参数间的关系,通常可分为设计计算和校核计算。这二种计算方法基本相同,其区别在于计算所要求的最终结果的项目不同。设计计算是指在给定的给水温度和燃烧特性的条件下,确定在锅炉额定蒸发量、给定的蒸汽参数(压力、温度)和预定的技术经济指标的条件是下,所需要的炉室尺寸和锅炉机组各部件的结构、受热面数量。进行设计计算之前还要预先选定锅炉的整体布置型式、 排烟温度和
4、热空气温度。设计计算的目的是在额定负荷下确定锅炉各受热面的结构特性及传热面积。除了确定锅炉的各部件的受热面尺寸外,设计计算中应考虑如何保证锅炉机组的运行可靠性、安全性问题。校核计算则是根据锅炉机组所采用的炉膛结构尺寸和各部件的受热面结构布置和数量,对已知的锅炉负荷和燃料种类,计算决定各级受热面的换热量、各级受热面交界处的水温、汽温和烟气温度,计算得出锅炉效率、燃料消耗量、空气量、烟气量以及工质和烟气在各级受热面内的流速。进行校核计算是为了估计锅炉机组运行的经济性,同时也是为了取得数据进行水循环的计算、受热面管壁温金属温度计算,进一步估计锅炉运行的安全性,确定配套设备的合理性和适应性,寻找进行锅
5、炉结构改进所需的措施。设计计算和校核计算都依据相同的传热原理、公式和资料。在设计计算时,为了计算程序上的方便,对于各个受热面也往往采用校核计算的程序,即预先根据经验布置好受热面的结构尺寸和传热面积,通过校核计算的结果校验受热面的布置是否合理和正确,如果不妥则修正受热面的布置,再进行校核。因此,对于锅炉各个受热面的热力计算在方法上可以看作是校核计算。 第二章 锅炉基本结构和辅助计算2.1锅炉容量、参数锅炉容量、参数见表2-1。表2-1 锅炉参数序号名 称单 位数 值MCRECR36%MCR1汽包工作压力MPa19.6618.472主蒸汽流量t/h1025905.33703主蒸汽出口压力MPa18
6、.2917.268.494主蒸汽出口温度540.6540.65355再热蒸汽流量t/h835.8745.1319.66再热蒸汽进口压力MPa3.833.411.387再热蒸汽出口压力MPa3.613.221.308再热蒸汽进口温度322.7317.3303.99再热蒸汽出口温度540.6540.6536.710给水温度280.8273.1223.311给水压力MPa2018.678.9312冷空气温度23.923.923.913热一次风温319.4315.6266.114热二次风温330.6324.4269.415炉膛出口烟温1048102283216排烟温度135.6132.297.817锅
7、炉热效率%92.0892.2218燃料消耗量t/h143128.958.619炉膛容积热负荷10-2KJ/m3h408.16368.0820炉膛断面热负荷10-6KJ/m2h18.8516.922.2燃料 选用的煤种为烟煤,其应用基各值在表格2-2中.表2-2 烟煤煤特性表 序号名 称单 位数 值设计煤种1应用基碳Cy%52.442应用基氢Hy%3.13应用基氧Oy%8.64应用基氮Ny%0.545应用基硫Sy%0.906应用基灰份Ay%24.837应用基水份Wy%9.598可燃基挥发份VR%33.419低位发热量QdwyKJ/Kg1986010哈氏可磨性系数672.3受热面布置锅炉采用传统的
8、双烟道布置,即“”型布置,见图2.1。在烟气向上流动的炉膛与烟气向下流动的尾部竖井之间为水平烟道。炉膛以屏式过热器底面为上下炉膛分界面。上炉膛内布置有屏式过热器(分隔屏过热器与后屏),可增加其辐射特性并分隔烟气气流,减弱炉膛出口前的烟气旋转强度,减少烟气偏差。凝渣管在屏式过热器的出口方向上,其作用是可以减少结渣的形成。屏式过热器沿炉深共有4片,其后为凝渣管。在水平烟道的前部布置高温过热器,在后部布置高温再热器与低温过热器。高温过热器采用先逆流后顺流,高温再热器采用先逆流流动方式,其余过热器与再热器也采用逆流方式。这样的布置使蒸汽温度最高的出口段处于烟温较低的区域,提高其可靠性。在尾部竖井中依次
9、布置低温再热器和省煤器,均为逆流布置,可提高烟气与蒸汽间的温差。所有过热器、再热器与省煤器的管子均采用行列布置,这对炉顶密封、管束的吊挂与提高吹灰效果均有利,对减轻管子的飞灰磨损,效果明显。烟道尾部有两台空气预热器。高温级是三分仓受热面回转式式空气预热器,它对称布置于尾部竖井下方;另外一台为管式空气预热器。 图2.1 锅炉结构简图2.4燃烧产物计算空气和燃烧产物的容积和焓都是按1kg固体燃料和标准状态下1干气体燃料计算的。对所有气体在标准状态下的1mol气体的容积等于22.41(标准)。1kg燃料完全燃烧时所需要的理论干空气量(空气过剩系数=1)可由燃料中各可燃成分(C、H、S)在燃烧时所需空
10、气量相加而成。烟气量的计算为燃料在理论空气量(=1)下完全燃烧后所生成燃料产物的理论(最小)容积。理论空气量和理论烟气量见表2-3。表2-3 理论空气量和烟气量序号名称及符号单位公式及计算结果1理论空气积5.2272三原子气体容积0.98483理论氮气容积4.13344理论水蒸气容积0.54725理论烟气容积5.11856飞灰中纯灰份额-固态排渣煤粉炉,查表8-510.807烟气中飞灰质量浓度Kg/kg0.19868煤的折算灰分g/MJ12.50根据该锅炉的燃料性质(属于烟煤),列出空气平衡表。见表2-4。 表2-4 空气平衡表 烟道名称入口过量空气系数出口过量空气系数漏风系数炉膛,辐射过热器
11、及凝渣管(l,f,nz)1.250.1 高温过热器(gzr)1.251.2750.025高温再热器(ggr)1.2751.3050.03 低温过热器(dgr)1.3051.330.025 低温再热器(dzr)1.331.360.03省煤器(sm)1.361.380.02高温空气预热器(回转式)1.381.580.2低温空气预热器(管式)1.581.610.03 根据上述计算出的数据,计算表2-5烟气特性表列出的各项。表2-5 烟气特性表名称及公式符号单位炉膛及凝渣管第二级过热器高温再热器第一级过热器低温再热器省煤器高温空气预热器低温空气预热器入口过量空气系数1.251.251.271.301.
12、331.361.381.58出口处过量空气系数1.251.271.301.331.361.381.581.61平均过量空气系数0.5(+)1.251.261.291.311.341.371.481.59水容积+0.0161(-1)V0m3/kg0.530.530.530.530.540.540.550.56烟气总容积V+ V+(-1)V0m3/kg7.467.537.697.848.008.158.789.43RO2容积份额V/0.140.140.130.130.130.130.120.11H2O容积份额V/ 0.070.070.060.060.060.060.060.05三原子气体总容积份额
13、0.210.210.200.200.200.190.180.17烟气质量1-+1.306kg/kg9.9410.0310.2310.4410.6410.8211.6312.48飞灰浓度kg/kg0.020.020.020.020.020.020.020.021.31.331.331.331.321.321.321.32 在1.0时,实际烟气的焓为: (kJ/kg) (2-2)当燃用多灰分煤种时,烟气中飞灰含量较大时(即),烟气的焓应计入飞灰的焓。上述结果为了便于查阅,将各受热面的烟气温度范围内的值列成表格形式,即所谓的烟气温焓表.2.4热平衡及燃料消耗量计算锅炉机组的热平衡是指送入机组的热量与
14、有效利用热量加上各项热损失的总相平衡。一般的热平衡方程式如下:(kJ/kg) (2-3)式中 送入锅炉的热量(kJ/kg) 有效利用热量(kJ/kg)排烟热损失(kJ/kg)气体不完全燃烧损失(kJ/kg)固体不完全燃烧损失(kJ/kg)锅炉散热损失(kJ/kg)灰渣物理热损失(kJ/kg)。热平衡表见表2-7表2-7 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1燃料带入量kJ/kg198602排烟温度假定132.23排烟焓kJ/kg查焓温表2-6(=1.61)1067.60014冷空气温度给定23.95排烟热损失%46气体不完全燃烧损失%查文献2表8-5107固体未燃烧
15、损失%查文献2表8-511.58散热损失%查文献2图3-30.59灰渣物理热损失%故不需计算0.0710理论冷空气焓kJ/kg查表2-6164.911锅炉总热损失%6.0712锅炉热效率%100-93.9313过热蒸汽出口焓kJ/kg查蒸汽特性表,t=541p=18.49MPa3397.514饱和水焓kJ/kg查蒸汽特性表 ,p=18.49MPa1808.115给水焓kJ/kg查蒸汽特性表,t=271p=19.05MPa1761.716过热蒸汽流量t/h任务书给定905.317再热蒸汽出口焓kJ/kg查蒸汽特性表,t=541p=3.98MPa3543.5618再热蒸汽进口焓kJ/kg查蒸汽特性
16、表,t=315p=3.32MPa3015.3819再热蒸汽流量t/h任务书给定745.120锅炉有效利用热kw+678840.821实际燃料消耗量Bkg/s35.8122计算燃料消耗量kg/s 35.2723排烟处过量空气系数-查文献2表4-50.124保热系数-0.9947第三章 炉膛设计和热力计算3.1 炉膛概述炉膛是锅炉中的一个重要部件。其复杂性在于同时存在着燃烧和传热过程,而燃烧本身就对传热有很大影响。如火焰中心的位置,火焰中三原子气体和炭黑成分对辐射传热都有直接影响。另外,燃烧产生的灰分对受热面的污染程度不同也会使吸热量发生变化。反过来,传热过程的强弱又会影响燃料的着火和燃尽。炉膛的
17、传热过程是一个动态过程,燃料着火后燃烧非常强烈,其放热大于四周水冷壁的吸热,火焰温度迅速上升,形成最大值所在的火焰中心。随后可燃物逐渐燃尽,其发热量小于水冷壁吸热量,火焰温度下降,形成炉内温度场沿炉膛高度不均匀的分布曲线。不论锅炉负荷、过量空气系数及燃烧工况如何变化,对一定结构的炉膛,沿其高度的温度场变化是很有规律的。通常控制炉膛出口温度为1000左右,火焰中心可达1400甚至更高,故而炉膛中的传热主要是以辐射的形式进行的。至于对流传热,在炉膛热力计算中可以忽略;但在分析研究火焰偏斜冲刷炉壁而造成灰污结渣的问题时,则要计及对流传热造成的影响。炉膛设计完成后,进行炉膛的热力计算。炉膛的热力计算是
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