DG-102517.8-553566电站煤粉锅炉热力计算

1、毕业设计（论文）题目名称：燃用烟煤的DG-1025/17.8-553/566电站煤粉锅炉热力计算 院系名称：能源与动力学院 班 级：热能与动力工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月燃用烟煤的DG-1025/17.8-553/566电站煤粉锅炉热力计算Boiler design and thermal caculation of DG-1025/17.8-553/566 coal-fired power plant学院名称：能源与动力学院班 级：学 号：学生姓名： 指导教师： 年 月目录摘 要随着国民经济和电力负荷的迅速增长，电网容量也随之增长，电力需求越来越大，发展电力产业已刻不容缓。

2、本文以燃用烟煤的DG-1025/17.8-553/566电站煤粉锅炉热力系统设计计算为例，简述了大型电站煤粉锅炉设计的步骤和方法，并对计算结果进行分析，指出设计过程中的问题和不足，以及对发展计算机技术在锅炉设计中应用的期望。本文叙述了燃用烟煤的DG-1025/17.8-553/566电站煤粉锅炉热力系统的设计过程。首先确定了锅炉的整体布置，包括前屏过热器，后屏过热器，对流过热器，高温再热器，低温再热器，省煤器和回转式空气预热器的布置；然后确定锅炉的汽水系统和烟风系统的流程，并绘制锅炉热力系统图；最后详细阐述了锅炉各个受热面的结构设计以及热力计算过程，并进行热力计算数据的修正以及计算结果校核。本

3、文还对锅炉排烟温度，热空气温度和燃烧器主要参数的选取进行了分析,并阐述了锅炉汽温的调节方法。关键词：电站锅炉 热力系统 设计ABSTRACTWith the rapid growth of the national economy and power load, power capacity and the demand for electricity also increase, the development of power industry has become essential. In this paper, the calculation design for thermodyn

4、amic system of DG-1025/17.8-553/566 boiler, for example, describes the design steps and methods of the large-scale coal power plant boiler, and results analysis, and the problems and deficiencies of the design process, as well as the expectations of the development of computer the application of tec

5、hnology in boiler design. The paper describes the design process of thermodynamic system of DG-1025/17.8-553/566 boiler. Firstly, we determined the overall layout of the boiler, including the former screen superheater, rear screen superheater, convection superheater, high-temperature reheater, low t

6、emperature reheater, economizer and rotary arrangement air preheater; and then we determined the the water flow system and smoke flow system, and drew the diagram of boiler thermodynamic system; At last, we detailed elaborated the structure design and thermodynamic calculation of each heating surfac

7、e of boiler, and the data amendment of thermodynamic calculations and check of the result. Paper also analyzed the temperature of exhausted gas and hot air, and the selectet of the main parameters of burner, and elaborated the regulation method of steam temperature. Key words: plant bolier thermal s

8、ystem design目 录1. 绪 论11.设计目的12.设计要求13.设计及计算方法14.现状与趋势15.设计任务书25.1设计题目25.2原始资料26. 煤的元素分析数据校核和煤种判别36.1煤的元素各成分之和为100%的校核36.2元素分析数据校核36.3 煤种判别32. 锅炉整体布置的确定52.1 炉整体的外型选型布置52.2受热面的布置52.3汽水系统63. 燃烧计算和锅炉热平衡计算73.1燃烧计算73.2热平衡及燃料消耗量计算134. 炉膛热力计算164.1 炉膛结构尺寸计算164.1.1 炉膛的几何特征参数及确定原则164.1.2炉膛容积的确定164.1.3 锅炉炉墙和水冷壁

9、194.1.4 炉膛结构数据194.2 炉膛热力计算224.2.1 炉膛出口烟温的选择224.2.2 热空气温度的选择224.2.3 炉膛热力计算过程225. 受热面的设计及计算285.1 高温对流过热器285.1.1 高温对流过热器的结构设计285.1.2 高温对流过热器的结构尺寸计算295.1.3 高温对流过热器的热力计算305.2高温再热器355.2.1 高温再热器结构设计355.2.2 高温再热器结构尺寸365.2.3 高温再热器的热力计算375.3 低温再热器405.3.1 低温再热器结构设计405.3.2 低温再热器的结构尺寸405.3.3 低温再热器热力计算415.4 低温过热器

10、445.4.1 低温过热器设计445.4.2 低温过热器结构尺寸455.4.3 低温过热器热力计算455.5 高温省煤器485.5.1 高温省煤器结构设计485.5.2 高温省煤器结构尺寸505.5.3 高温省煤器热力计算505.6 高温空气预热器545.6.1 高温空气预热器设计545.6.2 高温空气预热器结构尺寸555.6.3 高温空气预热器热力计算565.7 低温省煤器595.7.1 低温省煤器设计595.7.2 低温省煤器结构尺寸595.7.3 低温省煤器热力计算605.8 低温空气预热器625.8.1 低温空气预热器设计625.8.2 低温空气预热器结构尺寸635.8.3 低温空气

11、预热器热力计算635.9 锅炉校核计算665.9.1 尾部受热面热力计算误差检查665.9.2 锅炉整体热力计算误差检查676. 锅炉设计说明书696.1 基本资料696.2 煤质资料(设计煤种）：淮南烟煤696.3 锅炉概况696.4 水冷系统706.5 燃烧设备706.6 过热器及过热蒸汽系统716.7 再热蒸汽系统及再热器716.8 省煤器716.9 空气预热器726.10 锅炉构架及平台布置726.11 炉墙密封726.12 除渣系统726.13 运行工况于气温调节73参考文献74致 谢751. 绪论1. 绪 论1.设计目的本设计为燃用烟煤的DG-1025/17.8-553/566电站

12、煤粉锅炉热力系统设计。目的在于确定炉膛及烟道结构参数，屏式过热器、对流过热器、再热器、省煤器、空气预热器等相关受热面的布置，传热计算以及结构设计。2.设计要求锅炉为自然循环锅炉，型布置，固态排渣，使用燃料为淮南烟煤，过热蒸汽参数为553，17.8MPa，再热蒸汽参数566，给水温度220，排烟温度142.9。膜式水冷壁，旋流燃烧器，二级过热器，二级再热器，二级省煤器，二级空气预热器，二级喷水减温。3.设计及计算方法一般来说，对已有的锅炉进行改造估算时常用校核热力计算，设计制造新锅炉时用设计热力计算。但是随着人们对锅炉认识的不断加深，已经积累了相当多的成熟经验。因此在设计制造新锅炉时，也多是先将

13、锅炉结构等初步布置好，然后以校核热力计算的方法进行修正，并不直接采用设计热力计算了。因此，本次设计采用以设计热力计算为辅，校核热力计算为主，两者相结合的方法，以求达到更好的设计效果。4.现状与趋势锅炉机组的热力计算是锅炉设计或校核必须完成的十分重要的任务，也是一件十分麻烦的事情。随着锅炉向高参数、大容量发展，锅炉热力计算过程中有成千上百个数据需要多次迭代与计算，使问题变得更为复杂。目前国内外燃煤发电机组的锅炉设计主要采用传统的相似理论求解方法。随着计算机的出现，将数值模拟用于锅炉辅助设计，已经开始在工程设计中开始应用。对于提高锅炉效率、降低投资成本与开发、改善机组运行稳定性，具有重要意义。5.

14、设计任务书5.1设计题目 燃用烟煤的DG-1025/17.8-553/566电站煤粉锅炉热力计算5.2原始资料(1)锅炉额定蒸发量： D1 =1025t/h(2)锅炉额定蒸发量： D2 =820t/h（流经再热器的额定蒸汽量约为高压蒸汽的80%）(3)过热蒸汽压力： P1=17.8MPa(4)过热蒸汽温度： t1 =553(5)再热蒸汽压力： P1=3.36Mpa（再热蒸汽压力约为新汽压力的20%-25%）(6)再热蒸汽温度： t1 =566(7)给水温度： tgs =220(8)给水压力： pgs =18.5MPa(9)冷空气温度： tlk =20(10)过热器调温方式： 喷水调温调节(11

15、)再热器调温方式： 烟气挡板调节和事故喷水调温调节(12)燃料特性燃料名称：淮南烟煤煤质资料：名 称 符 号 单 位 设计煤种数据水分（收到基）Mar%6灰份Aar%19.7干燥无灰基挥发份Vdaf%38低位发热量 Qnet.ar kJ/kg 24300收到基碳Car% 60.8收到基氢Har%4收到基硫Sar%0.7收到基氮Nar%1.1收到基氧Oar%7.7灰变形温度DT1500灰软化温度ST1500灰流动温度 FT 1500(13)制粉系统: 直吹式制粉系统，筒式钢球磨煤机(14)排烟温度假定值：=142.9(15)热空气温度假定值：=3206. 煤的元素分析数据校核和煤种判别6.1煤的

16、元素各成分之和为100%的校核Car+Oar+Sar+Har +Nar +Mar +Aar =60.8+7.7+0.7+4+1.1+6+19.7=1006.2元素分析数据校核（1）干燥无灰基元素成分的计算干燥无灰基元素成分与收到基元素成分之间的转换因子为Kdaf =100/（100MarAar）=100/（100-6-19.7）=1.3459 则干燥无灰基元素成分应为Cdaf=Kdaf×Car =81.83 Hdaf =Kdaf×Har =5.3836 Odaf=Kdaf×Oar =10.3634 Ndaf=Kdaf×Nar =1.4805 Sdaf=K

17、daf×Sar =0.9421 （2）干燥基灰分的计算 Ad=100Aar/（100-Mar）=20.9574（3）干燥无灰基低位发热量的计算Qdaf,net=( Qar,net +25×Mar)×Kdaf =（24300+25×6）×100/（100-6-19.7） =32907.255 （kJ/kg）6.3 煤种判别（1） 煤种判别 由燃料特性得知干燥无灰基挥发分为38%20%，Qar,net = 24300kJ/kg18840kJ/kg，所以属于优质烟煤。（2） 折算成分的计算Aar,ZS= 4182*Aar/Qar,net =4187&

18、#215;19.7÷24300 = 3.394Mar，zs= 4182*Mar/Qar,net =4187×6÷24300 = 1.038Sar，zs= 4182*Sar/Qar,net =4187×0.7÷24300 = 0.120.2由以上结果可知，此种煤是灰含量不高，且低水分、低硫分的优质煤。62. 锅炉整体布置的确定2. 锅炉整体布置的确定2.1 炉整体的外型选型布置选择形布置的理由如下：(1)锅炉排烟口在下方送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低，烟囱也建在地面上；(2)对流竖井中，烟气下行流动便于清灰，具有自身除

19、尘的能力；(3)各受热面易于布置成逆流的方式，以加强对流换热；(4)机炉之间的连接管道不长。2.2受热面的布置在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。本次设计为亚临界压力大容量锅炉，汽化吸热相对较小，加热吸热和过热吸热相应较大。为使炉膛出口烟温降低到要求的数值，保持水平烟道内的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器外，还在炉内布置了全辐射式的屏式过热器。为使前屏、后屏过热器中的传热温差不致过大，在炉顶及水平烟道的两侧墙，竖井烟道的两侧墙和后墙均布置了包覆过热器。前屏过热器的出口集箱设为第一级喷水减温器，在这里布置喷水减温是为了保护下一级屏

20、式过热器即后屏，后屏布置在炉膛出口，烟气温度较高，热负荷较大，过热器的壁温较高，所以在蒸汽侧进行调节，以防止吸热不均引起的热偏差现象。高温过热器分为两段，蒸汽从冷段进入热段时进行第二次喷水减温，防止过热器因温度过高而烧坏。对流过热器采用逆流布置的形式，这样可以增大传热温差，节省钢材，但是必须满足所用材料的高温强度为前提。由于过热器工质侧的水力不均匀性及烟气侧沿烟道宽度方向的热力不均匀性的影响，是过热器各并行管内的工质的焓增不等， 焓增较大的工质温度高，管材金属壁温也高，这将危及过热器的安全正常运行。为了减少这种热偏差，通常将过热器分成几级，每一级之间用集箱将工质进行充分的混合，避免热偏差的叠加

21、传递。为了减小热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器布置在高温对流过热器之后的烟温较高区域，为了充分利用烟焓，低温再热器布置在高温再热器之后。高温再热器采用双逆流立式布置，低温再热器采用逆流立式布置。省煤器与管式空气预热器都采用双级布置布置在尾部对流烟道中，省煤器的蛇形管圈呈水平放置，管内总流动方向自下而上，以便于排除工质中析出的气体，避免局部停滞气体引起水下腐蚀，而烟气自上而下流动，既有助于吹灰，又能保持烟气相对于水的逆向流动，增加传热温差。由于尾部烟道截面积相对较小，烟气量较大，管子数目较多，所以采用双面进风。2.3汽水系统按亚临界大容量锅炉热力系统的设计要求，该锅炉的汽水

22、系统的流程设计如下：（1）过热蒸汽系统的流程 汽包顶棚过热器进口集箱炉顶及尾部包覆过热器管束尾部包覆过热器后集箱尾部左右侧包覆过热器下后集箱尾部左右侧包覆过热器管束（上升）尾部左右侧包覆过热器上集箱尾部左右侧包覆过热器管束（下降）尾部左右侧包覆过热器下前集箱低温对流过热器水平烟道左右侧包覆过热器管束（上升）水平烟道左右侧包覆过热器上集箱前屏过热器一级喷水减温后屏过热器高温对流过热器冷段二级喷水减温高温对流过热器热段汽轮机高压缸。（2）再热蒸汽系统的流程 汽轮机低温再热器进口集箱低温再热器管束低温再热器出口集箱高温再热器进口集箱高温再热器管束高温再热器出口集箱再热器集汽集箱汽轮机。（3）水系统的

23、流程给水低温省煤器进口联箱低温省煤器管束低温省煤器出口集箱高温省煤器进口集箱高温省煤器管束高温省煤器出口集箱汽包下降管水冷壁下联箱水冷壁上联箱汽包。3. 燃烧计算和锅炉热平衡计算3. 燃烧计算和锅炉热平衡计算3.1燃烧计算理论烟气量及理论烟气容积:表3-1 燃烧计算表序号项目名称符号单位（标准状况下）计算公式及数据结果1理论空气量6.2322理论氮容积4.9323容积1.1404理论干烟气容积6.0725理论水蒸气容积0.6196飞灰份额查表0.90(2)空气平衡表及烟气特性表根据该锅炉的燃料属优质燃料，可选取炉膛出口过量空气系数为1.2，选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表3

24、-2。表 3-2 炉膛及各受热面漏风系数漏风系数名称后屏过热器高、低温对流过热器高、低温对流再热器第一、二级省煤器第一、二级管式空气预热器00.030.030.020.3 根据上述计算出的数据，又选取炉渣份额后计算得飞灰份额为0.90，计算表4.4列出各项。表3-3 1空气、各种气体及1灰的焓温度（）二氧化碳氮气氧气水蒸气干空气湿空气一氧化碳飞灰、灰渣、100170.03129.58131.76150.52130.04132.43130.1780.8200357.46259.92267.04304.46261.42266.36261.42169.1300558.81392.01406.8346

25、2.72395.16402.69395.01263.7400771.88526.52551626.16531.56541.76531.56360500994.35663.8694.5794.85671.35684.15671.35458.56001224.66804.12850.08968.88813.9829.74814.44559.87001461.88947.521004.081148.84959.56978.32960.4663.28001704.881093.61159.921334.41107.361129.121108.96767.29001952.281241.551318.0

26、51526.041257.841282.321259.64873.910002203.51391.71477.51722.91409.71437.31412.698411002458.391543.741638.231925.111563.541594.891567.28109612002716.561697.1618002132.281719.241753.441723.32120613002976.741852.761963.782343.641876.161914.251880.45136014003239.042008.722128.282559.22033.922076.22038.

27、4157115003503.121662294.12779.0521932238.92198.7175816003768.82324.482460.483001.762353.282402.882359.36183017004036.312484.042628.543229.322513.962567.342520.25206618004304.72643.662797.383458.342676.062731.862682.18218419004574.062804.212967.233690.372838.412898.832844.68235820004844.229653138.439

28、25.630023065.63007.8251221005115.393127.533309.394163.253165.333233.793171.42264022005386.483289.223482.64401.983329.73401.643335.2276023005658.463452.33656.314643.473494.623570.753499.4524005930.43615.363831.364887.63660.723739.923664.5625006202.753778.54006.7551323825.753909.53830表3-4 烟 气 特 性 表序号1

29、234567891011项目名称受热面出口过量空气系数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容积份额水蒸气容积份额三原子气体和水蒸气容积总份额容积飞灰浓度烟气质量质量飞灰浓度符号单位 炉膛1.21.27.31840.639067047.957467040.143261667850.0777885722790.2210502401322.28095939410.56979040.016774220991高温过热器1.231.2157.411880.6405720688.0524520680076870994670.2184427780722.01813

30、789210.691875280.016582685016高温再热器1.261.2457.598840.6435821248.2424221240.138308859080.0750992840080.2134081430821.51066729310.936045040.016212442373低温再热器1.291.2757.78580.646592188.432392180.135192953040.0734074016940.2086003547321.02606190711.18021480.015858371523低温过热器1.321.3057.972760.6496022368.6

31、223622360.132214347850.0717900713350.2040044191920.56281041611.424384560.015519435561高温省煤器1.341.338.128560.6521106168.7806706160.129830630240.070495754490.2003263847320.19207959811.627859360.015247862441高温空预器1.371.3558.284360.6546189968.9389789960.12753134340.0692472820750.1967786254819.83447998711.

32、831334160.014985630327低温省煤器1.391.388.440160.6571273769.0972873760.125312079620.0680422607770.193354340419.48932606712.034808960.01473226543低温空预器1.421.4058.595960.6596357569.2555957560.123168732740.0668784610220.1900471937619238283760.014487325468表3-5 烟 气 焓 温 表表3-5-1 用于炉膛、高温过热器烟气或空气温度理论烟

33、气焓理论空气焓理论烟气焓增炉膛实际烟气焓焓增高温过热器焓增7007050.84386096.890248270.2218488453.12855528008163.1927036.675841112.34829570.5271681300.305329781.62744321328.4988889009293.542567991.418241130.3505610891.8262081321.2990411131.5687551349.941312100010442.32958957.25361148.7869412233.780221341.95401212502.4978281370.92

34、90728110011607.933379939.354481165.6038713595.8042661362.02404613893.98491391.4870724120012787.1528410927.438081179.2194714972.6404561376.8361915300.4635981406.478698130013982.0090811929.6061194.8562416367.930281395.28982416725.818461425.3548616140015183.6574412938.87841201.6483617771.433121403.5028

35、418159.5994721433.781012150016396.4779513952.82481212.8205119187.042911415.6097919605.6276541446.028182160017618.856814974.748161222.3788520613.8064321426.76352221063.0488771457.4212228170018851.6277615999.662881232.7709622051.5603361437.75390422531.5502221468.5013456180019778.8015817024.95152927.17

36、38223183.7918841132.23154823694.540431162.9902072190021329.1311518065.508561550.3295724942.2328621758.44097825484.1981191789.6576892200022575.714419104.81921246.5832526396.678241454.44537826969.8228161485.6246972210023833.5743120152.979281257.8599127864.1701661467.49192628468.7595441498.936728422002

37、5087.8458621199.020481254.2715529327.6499561463.4797929963.620571494.861026230026351.6959322252.9141263.8500730802.278731474.62877431469.866151506.2455796240027617.0359223307.181441265.3399932278.4722081476.19347832977.6876511507.8215012250028883.40524364.0041266.3690833756.20581477.73359234487.1259

38、21509.4382688 表3-5-2 用于高温再热器、低温再热器烟气或空气温度理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增高温再热器焓增低温再热器焓增100926.09464825.303762001877.890581659.95552951.795943002856.86042509.56408978.969823584.63398324003864.332883376.248321007.472484843.44489281258.81090965004899.432754263.62281035.099876007.9746786135.8833621292.43846926005961.76

39、8965170.939681062.336217306.21327681298.23859887461.34146721325.45810527007050.84386096.890241089.074848636.03526241329.82198568818.94196961357.60050248008163.1927036.675841112.34829992.72771841356.69245610203.8279941384.8860249009293.542567991.418241130.3505611371.3113021378.58358411611.053851407.2

40、25856100010442.32958957.25361148.7869412771.2154361399.9041336 表3-5-3 用于低温过热器、高温省煤器、高温空预器温度低温过热器焓增高温省煤器焓增高温空预器焓增10002002492.07412243003659.92090563710.11218723785.39910961293.32498724004944.73234241284.81143685012.2573088130254475841328.14564885006263.7920461319.05970366349.0645021336.8

41、0719326476.9731861363.42842766007616.46965761352.67761167719.88845121370.82394927875.01664161398.04345567009001.84867681385.37901929123.78648161403.898030480010414.9282691413.079592表3-5-4 用于低温省煤器、低温空预器温度低温省煤器焓增低温空气预热器焓增1001272.72221922002525.27323282575.07189841302.34967923003835.59039121310.3171584

42、3910.87731361335.80541524005181.06972481345.47933365282.35717441371.47986085006562.24564213811543261407.79715166007978.4354352141656362561443.40929963.2热平衡及燃料消耗量计算锅炉热平衡及燃料消耗量计算，如表46所示(由于锅炉连续排污量为给水量的0.3%，其消耗的燃料量仅占总燃料量的千分之一多一点，因此在计算中予以忽略不计)。表3-6 锅炉热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位公式结果1锅炉输入

43、热量 kJ/kg 243002排烟温度 给定142.93排烟焓 kJ/kg 查焓温表用插值法求1831.434冷空气温度 取用205理论冷空气焓 kJ/kg822.6246化学未完全损失 取用07机械未完全损失 取用18排烟处过量空气系数 查表3-3即低温空气预热器出口过量空气过量系数1.429排烟损失2.702349303710散热损失取用0.6811灰渣损失0.0212锅炉总损失4.402349303713锅炉热效率95.59765069614保热系数0.9929370939715过热蒸汽焓 kJ/kg查表，过热器出口参数p=17.8MPa，t=5533426.5516给水温度给定2201

44、7给水焓 kJ/kg查表，省煤器入口参数p=18.5MPa，t=220948.77518再热蒸汽离开时温度33019再热蒸汽离开时的焓 kJ/kg3057.410720再热蒸汽温度已知56621再热蒸汽焓 kJ/kg查蒸汽特性表P=3.36MPa3599.7522锅炉有效利用热kJ/h（） 298443760123实际燃料消耗量kg/h128472.155224计算燃料消耗量kg/h127187.4337154. 炉膛热力计算4. 炉膛热力计算4.1 炉膛结构尺寸计算4.1.1 炉膛的几何特征参数及确定原则炉膛的几何特征主要包括：（1）炉膛容积；（2）炉膛内炉墙总面积；（3）炉膛有效辐射受热面

45、的面积；（4）炉膛火焰有效辐射层厚度；（5）炉膛水冷程度。确定炉膛容积边界的一般原则：贴墙水冷壁管壁中心线所在的平面；绝热保护层的向火表面。未敷设水冷壁地方为炉墙内壁面；炉膛出口断面：通过后屏过热器的第一排管子中心线所在平面；炉膛底部：冷灰斗高度一半处的水平面；当屏式过热器占据整个炉膛顶部或布置于炉膛出口烟窗处而占据部分炉膛容积时，则为屏式过热器与炉膛交界面；4.1.2炉膛容积的确定炉膛容积的确定 煤粉在炉膛内，需要足够的时间才能燃烧完。而一旦烟气进入对流受热面，温度就会很快下降，煤粉如果在炉膛内没又烧完，进入对流受热面就没有再烧完的可能，因此足够的停留时间是非常重要的。 而决定时间长短，显然炉膛容积就起到决定性的作用。炉膛的相对大小可以用炉膛容积热负荷qV每立方米容积中每小时所燃烧的发热量（W/m3）来度量。炉膛容积热强度应当根据锅炉容量、燃料特性和燃烧方式。当一台锅炉的燃煤量为B，煤的低位发热量Qar,net已知后，则在取用了炉膛容积热强度之后即可求出，炉膛容积： Vl = BQdwy/(3.6qv) 此时确定的炉膛容积只是初步的。还要进行结构设计