毕业设计（论文）-130th CFB锅炉过热器设计

Ⅰ130t/hCFB锅炉过热器设计摘要：循环流化床（CFB）锅炉技术是一种清洁燃料技术。而锅炉过热器将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需的过热蒸汽温度，对于电站锅炉，过热器是必须的受热面。通过强化传热、降低热阻、缩小体积、减轻质量、提高单位体积的传热面积，有利于降低锅炉造价，提高锅炉热效率。但过热器处于高温烟区，会存在工质分布不均，管子受热不均，产生爆管，腐蚀，积灰磨损等现象。本设计是130t/hCFB过热器的设计，通过给定锅炉参数锅炉额定蒸汽量为36.1kg/s(130t/h)，对应的烟气量约为8.7348kg/s，过热器出口蒸汽温度为450℃，蒸汽入口温度为400℃，进行过热器的热工计算。首先假定经验传热系数，根据传热热量，得出换热面积；然后再进行结构设计计算，确定迎面风速2m/s，由烟气体积计算迎风面积，假定管长计算迎面宽度，设计管排方式计算迎面管排根数，计算实际迎面宽度，实际烟气流速，烟气侧实际换热系数，同样的思路计算蒸汽测的实际换热系数。根据拟定的结构对经验传热系数进行校核；最后确定过热器的设计方案，最后对烟气侧、蒸汽测的压降计算。本文还针对于CFB锅炉过热器在实际运行过程中所遇到的（比如腐蚀、结垢、爆管等）实际问题进行原因分析以及解决方案与措施。关键词：流化床锅炉；强化传热；对流过热器全套图纸加V信153893706或扣3346389411 Ⅱ130t/hCirculatingFluidizedBedBoilerSuperheaterDesignAbstract：Circulatingfluidizedbed(CFB)boilertechnologyisacleanfueltechnology.Theboilersuperheaterfurthersaturatedsteamboilersuperheatedsteamheatedtothedesiredtemperature,theboiler,superheaterheatingsurfaceisrequired.Throughenhancedheattransfer,reducethethermalresistance,reducevolume,reducequality,increasetheheattransferareaperunitvolume,helpsreduceboilercosts,improvethermalefficiency.However,thehightemperaturesuperheaterintobacco-growingareas,therewillbeunevendistributionoftheworkingfluid,pipeheatunevenly,resultinginburstpipes,corrosion,foulingandwearphenomena.Thisdesignis130t/hCFBsuperheaterdesignparametersthroughagivenboilersteamboilerratedcapacityof36.1kg/s，(130t/h),thecorrespondingfluegasisabout8.7348kg/s,superheateroutletsteamtemperature450℃,thesteaminlettemperatureof400℃,thermalengineeringcalculationsuperheater.First,assumethatexperienceheattransfercoefficient,basedonheattransfer,heattransferareaobtained;thenstructuraldesigncalculationstodeterminethefacevelocityis2m/s,calculatedfromthefluegasvolumeofthefrontalarea,thetubelengthiscalculatedassumingthatthewidthoftheface,designtubeSortbycalculatingthenumberofheadtuberowroots,calculatetheactualwidthoftheface,theactualgasflowrate,theactualfluegassideheattransfercoefficient,thesamelinesmeasuredtocalculatetheheattransfercoefficientofsteam.Accordingtothestructureproposedtobecheckedagainsttheexperienceofheattransfercoefficient;finalizethedesignofthesuperheater,thelastofthegasside,thesteampressuredropmeasurementcalculations.Thisarticleisalsodirectedat(suchascorrosion,scaling,burstpipes,etc.)CFBboilersuperheaterpracticalproblemsinactualoperationencounteredcauseanalysisandsolutionsandmeasures.KeyWords：Circulatingfluidizedbedboiler;Forcedheattransfer;Convectionsuperheater 目录21057摘要 Ⅰ21057Abstract Ⅱ24969第一章绪论 1TOC\o"1-3"\h\u210571.1CFB锅炉过热器的分类 1249691.2CFB锅炉过热器研究背景及意义 4212051.3CFB锅炉过热器的设计内容 621057第二章CFB锅炉高温过热器设计计算 8210572.1CFB锅炉设计参数 8249692.2CFB锅炉高温过热器传热计算 8249692.3CFB锅炉高温过热器结构设计 1421057第三章数据整合 2121057第四章运行过程中涉及到的问题及解决方案 2721057设计小结 3124969致谢 3221057参考文献 33第一章绪论1.1CFB锅炉过热器的分类对于电站锅炉来说，应该了解循环流化床锅炉整体布局，见图1.1。而锅炉过热器的主要作用是将饱和的蒸汽加热到具有一定温度的过热蒸汽，以便提高电站的效率。根据锅炉的容量、参数、管壁温度、系统阻力、调温方式、钢材消耗量等主要因素进行合理的选择过热器的系统、布置方式进行合理的设计。一般按传热方式分类：主要有辐射式（墙式）、半辐射式（屏式）见图1.2和对流式三种过热器。辐射式（墙式）过热器布置在炉壁上，能改善气温调剂特性和节省金属。但是因为炉壁的热负荷很高，管子处于较差的工作条件，外壁温度与工质温度相差可达100℃，所以要特别注重安全性。辐射式（墙式）过热器结构与水冷壁相似，如顶棚管过热器。图1.1循环流化床锅炉整体示意图图1.2屏式过热器半辐射式（屏式）过热器称为屏式过热器布置在炉膛的上方分为前屏、后屏，处在高温烟区，又受到炉膛的热辐射，所处工作条件比较差，尤其是外圈管子，若设计不当容易导致超温烧坏。可以采用外圈两根管子截短；外圈的一根管子短路且内外管屏采取交叉措施。后屏外围两圈过热器管子材质可采用12Cr2MoVB,可提高工作可靠性。半辐射式（屏式）过热器是由节距很小的处于同一平面内的一排管子组成的管屏，它同时吸收炉膛内的辐射热和烟气的对流热。可以水平放置（易于疏水）和垂直放置（易于固定）。若按照烟气与蒸汽相对流动个方向划分过热器的形式有：顺流式、逆流式、双流式、混流式，见图1.3。图1.3流体流动方式(a)总趋势为顺流(b)总趋势为逆流（c）总趋势为逆流的混流（d）先逆后顺流的混流对流式过热器一般布置在对流烟道的可分为水平式和垂直式。水平式主要是用在箱型锅炉和塔型锅炉，也可以布置在倒U型锅炉尾部烟道，易于疏水，但是吊挂较为困难，而一般采用管子吊挂；垂直式吊挂方便，结构简单，积灰比较少，应用广泛，但是当停炉后管内的积水难以排除[1,2,3]。为了达到所要求的蒸汽流速，过热器是由许多平行连接的蛇形管连接在进、出口箱上形成的部件。蛇形管可布置成单管圈或者是多管圈。蛇形管的外径一般采用32-42mm，蛇形管在管板的排列方式见图1.4，通常采取顺列布置，管子横向节距与管子外径之比为2-3，纵向节距与弯管半径有关，节距与管子外径之比为1.6-2.5.过热器管与集箱连接采用焊接[4]。按管圈数分类：单管圈、双管圈、多管圈，见图1.5。图1.4管子在管板上的排列方式正方形法（b）等边三角形法图1.5按照管圈数分类（a）单管圈(b)扁形单管圈(c)双管圈1.2CFB锅炉过热器研究背景及意义能源与环境是当今社会发展的重大课题，我国是产煤大国，也是用煤大国。循环硫化床是当今国际普遍认可的新一代高效、低污染清洁燃烧技术。CFB锅炉过热器是CFB锅炉循环回路过程中的一种重要的换热器。主要功能是（1）将饱和蒸汽或低温蒸汽加热到合格温度的过热蒸汽。（2）调节蒸汽温度。当锅炉负荷、煤种等运行工况变化时，进行调节，保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10℃~+5℃范围内。由于过热器出口处工质已达到其在锅炉中最高温度，是锅炉中金属壁温度最高的受热面，所以对于过热器所采用的管子材料要求较高，见表1.1。表1.1锅炉用钢材钢号2012CrMo或15MnV15CrMo或12MnMoV允许壁温与用途≦500℃受热面管子≦450℃导管、联箱≦540℃受热面管子≦510℃导管、联箱≦550℃受热面管子≦510℃导管、联箱通常为降低锅炉造价，尽量避免采用更高级别的合金钢，设计时几乎使得各级过热器金属管子的工作温度都接近极限温度。在这种情况下，若在超过其设计工作温度10-20℃下长期运行，会使其许用应力下降50%左右。为此在锅炉运行中应保持汽温文鼎，汽温的波动不应超过额定温度的-10℃-/+5℃范围。整个过热器的阻力即工质压降不能太大。因大部分过热器都布置在较高烟温区域，为使管子得到较好的冷却，就得使管内工质有较高的流速。工质流速越高，阻力越大，工质压降就会越大。过热器管壁的冷却条件比水冷壁和省煤器的差。由于亚临界以下参数的蒸汽密度比水小，在相同条件下，管壁与蒸汽之间的放热系数就小，蒸汽对管壁的冷却能力就差，且过热器内的工质温度又处在锅炉中最高部位。因此为使管壁金属得到有效冷却，避免烧损和管爆事故，必须使得管内蒸汽具有较高的流速，但流速较高会产生加大压降。过热器出口气温将随锅炉负荷的改变而改变。由于过热器有相当部分布置在水平烟道和尾部竖井烟道内，以对流传热方式为主，当锅炉负荷变化时，受热面管外烟气流速和管内工质流速会发生变化，管内外的对流放热系数随着变化，导致管内蒸汽吸热量改变。过热器管间的烟气流速受多种因素影响。通常在锅炉额定负荷时，布置在水平烟道时采用10-14m/s烟气流速，燃油和燃气可提高到20m/s。管间烟气流速太低时，传热性能较差，冲刷能力降低，容易产生积灰，甚至会产生严重的堵灰现象[5,6]。较高的烟速可以提高传热系数，减少传热面积，但烟气中所含飞灰加剧对管子磨损。处于高温烟区，高温飞灰具有一定的粘结性，易于在管壁上产生高温烧结性积灰，但飞灰由于高温软化，对于管子的磨损能力较弱，所以应结合积灰、磨损、传热因素考虑。在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器中没有蒸汽通过，壁温由于得不到冷却而产生爆管或烧损。必须设计可靠地减温减压旁路系统和排气系统，保证在火升炉或汽轮机甩负荷时有足够的蒸汽通过过热器，保障过热器的安全。1.3CFB锅炉过热器的设计内容过热器的设计目前已经通过计算机程序化，主要内容包括两部分：（1）过热器的热力计算、（2）校核计算。设计人员根据工程设计的条件，输入给定参数半刻得到设计结果，但一个好的设计与设计者对过热器的原理、特性深度了解及对过热器的设计、调试的实践经验有关。有时候计算机程序得出的计算结果并非很合理甚至没有可行性。对于采用高温分离型的循环流化床锅炉，其过热器的设计完全可以参阅常规的煤粉锅炉中的过热器的设计方法；但对于中温分离或组合分离型的循环硫化床锅炉，过热器的设计有其特殊之处，主要原因是由于过热器区域的固体颗粒浓度会很高。固体颗粒浓度很高的影响首先表现在传热计算上，在目前的计算标准中，在辐射换热计算中考虑由于固体颗粒的存在对辐射换热的影响，而在对流化热系数的计算中，没有考虑颗粒的存在对换热器的强化作用。经实验研究，固体颗粒的存在对对流换热系数有很大的强化作用。许多循环流化床锅炉的运行也证明了这一点，由于计算标准中缺乏对固体颗粒左右的考虑，而在这方面的试验研究结果又比较缺乏，作为目前的一个初步方法在固体颗粒浓度不是很高的情况下，采用计算标准计算，不知受热面时将受热面减少10%，然后再适当增加减温装置的方法来处理。由于固体颗粒浓度较高，带来另一个问题是受热面磨损，有关受热面防磨的具体措施在以后章节介绍。这里介绍在设计时应该主要考虑的问题：1、经试验研究，磨损与颗粒浓度成正比，与烟速的3.6次方成正比，尽管在这个区域固体颗粒浓度较高，但只要适当地降低烟速，磨损完全可以控制在与常规锅炉相同。2、采用顺列布置。3、对流换热器前几排管壁上迎着烟气方向（根据具体情况，可以适当的）两侧加焊防磨片，蛇形管两端部、管子弯头处加防磨罩。4、防止烟气走廊的形成。过热器并联蛇形管数目的多少与蒸汽流速有关，蒸汽流速大时对换热器效果好，金属管子能得到良好的冷却，但蒸汽压降增加；管壁冷却还与蒸汽密度有关，密度大冷却效果好，但阻力损失大，所以不同压力等级的锅炉过热器的蒸汽流速不同[6，7]，锅炉压力与蒸汽流速关系见表1.2,锅炉按蒸汽压力分类见图1.3。表1.2锅炉压力与蒸汽流速名称单位中压锅炉高压锅炉超高压锅炉蒸汽流速m/s20-3010-208-16表1.3按锅炉蒸汽压力分类名称单位低压锅炉中高压锅炉高压锅炉超高压锅炉亚临界压力锅炉表压MPa≦2.452.94-4.907.84-10.0811.8-14.715.7-19.6中压锅炉只有对流过热器，高压及以上的大型锅炉，其过热器则包括两种或以上换热方式的联合过热器。联合过热器的气温特性较好，当锅炉负荷变化时，气温变化较为平稳。过热器的设计任务：工作流体的种类及其流量、进出口温度、工作压力等。允许压降、尺寸、重量，以及其它的设计限制，如价格、材料。过热器的总体布置：先选定过热器的形式、结构和流动形式、所用材料，然后选择传热面的种类。过热器的热工设计：包括传热计算、压降计算和确定基本尺寸。过热器的结构设计：根据传热面积的大小确定换热器主要部件和构件的尺寸。锅炉蒸汽流量与起对应的烟气流量。如换热管长度、排数、根数。过热器的强度校核：设计时通常采用我国生产的标准材料核部件，按照国家压力容器标准进行校核。总之：换热器的设计计算的主要任务在于求总的传热系数，然后根据平均温差及热负荷求得总传热面积，从而定出管子根数，由此可见，在设计中应考虑特殊点，如选择适当的迎面风速，迎面风速标况下限制在2m/s~3m/s范围内，风速过高会导致压力降的过大和动力消耗增加；风速过低会导致管外传热系数降低，管子的传热能力得不到充分发挥。且要重视原始设计参数的核实及计算公式的验证。CFB锅炉过热器的研究、开发和产品设计要经过运行、调试、维修和设备管理与维护中积累经验，才能设计出适合我国煤源特点的、高效的、低污染的、高可靠性的CFB锅炉过热器[7,8,9]。第二章CFB锅炉过热器设计计算2.1CFB锅炉设计参数锅炉额定蒸汽量：=36.1kg/s(130t/h)烟气流量：=8.7347kg/s过热器出口压力：=3.9MPa过热器出口蒸汽温度：=450℃排烟温度：=140℃预热空气温度：=390℃冷空气温度：=20℃2.2CFB锅炉过热器传热计算从锅筒出来的饱和蒸汽，经过热器被加热到额定过热温度。对于中压锅炉，采用纯对流过热方式过热器。布置在炉膛和水平烟道或尾部烟道。过热器分为两级，低温过热器布置在烟气较低的尾部烟道，逆流布置，材料为耐高温钢。高温过热器布置在烟气较高部位，顺列、顺流布置，避免温度过热损坏管子，材料选为耐高温钢16MnR。蒸汽从顶棚管出来经过低温过热级进口集箱进入低温过热器，从低温出口集箱后进入喷水减温器，调节汽温后，进入高温过热器，最后经过高温级出口集箱进入蒸汽总管被输往汽轮机。过热器是将从炉膛出来的蒸汽加热到一定温度的过热蒸汽、提高热效率的一种装置。而循环流化床锅炉过热器的设计和其他锅炉过热器设计方法一样。过热器的传热计算仍以烟气侧热平衡方程式为基础，与此同时在辅以工质侧的吸热方程式。当过热器布置在对流烟道中，其前面对流管束大于5排时，其接收炉膛的辐射热量可以忽略。本CFB锅炉蒸汽压力为3.9MPa中压锅炉，应采用纯对流过热器，布置在炉膛烟道中，顺列、顺流布置，材料选为耐高温钢16MnR。蒸汽在管内流动，烟气在管外流动，横向冲刷管子。高温过热器入口烟温近似为炉膛出口烟温，高温过热器常规布置于尾部烟道上部，转向室进口的烟气温度850℃-880℃，出口的烟气温度670℃-730℃。取过热器入口烟气温度为880℃，由此通过烟气温焓表计算出烟气入口焓为7400kJ/kg。取过热器出口烟气温度为880℃，由此通过查烟气温焓表得出烟气出口焓为927.4kJ/kg。本计算给定蒸汽额定出口温度为450℃。查水蒸气焓温表得蒸汽出口焓为3342.18kJ/kg。由于布置蒸汽出口温度，可以用迭代法先假定后校正来确定，假定蒸汽入口温度为400℃，查蒸汽性质表得蒸汽入口焓为3229.28kJ/kg。在过热器中，烟气流速10m/s~14m/s左右，取为12m/s.烟气流速过高，管子易被磨损；烟气流速过低，易堵灰。蒸汽流速一般为15m/s~25m/s.取为24m/s。过热器蒸汽与烟气流动方向是相互垂直的为交叉流动形式。但过热器较大时常设计成几个流程，而总的流动方向是顺流，这样可以调节压温。由图2.1得温差[4]=（2.1）代入数据有==372.88℃其中=880-450=430℃=720-400=320℃图2.1过热器温度分布图

辅助参数=(2.2)代入数据有==0.104辅助参数=(2.3)代入数据有==3.2温差修正系数=（2.4）代入数据有==0.99平均温差=（2.5）代入数据有==369.15℃由史美中，王中铮[4]得传热方程和热平衡方程式=(-)=（2.6）=（2.7）假定=35W/(m2·℃)将已知参数带入式（2.6）得=36.1×(3342.18-3229.28)=4075.69kJ/s换热面积=（2.8）代入数据有==315.45m2选择管子规格=38×3.5mm管子材料耐高温钢16MnR钢，查金属材料性质得导热系数=176W/(m2·K)烟气的定性温度=（2.9）代入数据有==800℃查烟气在800℃温度下的物理性质密度=0.315kg/m3热容=1.264kJ/(kg/K)导热系数=0.0915W/(m·K)动力粘度=43.4×10-6Pa·s运动黏度=131.8×10-6m2/s谱朗克数=0.6在过热器中，烟气流速10m/s~14m/s左右，取为12m/s.烟气流速过高，管子易被磨损；烟气流速过低，易堵灰。烟气流速取12m/s。由此对烟气侧计算：雷诺数Rey=（2.10）式中指所选管子的外径，mm。代入数据有Rey=3459.787由庄俊,张红[13].中流体横向掠过翅片管的热换热器系数的有关论述得Briggs和Young综合实验方程：努塞尔数=（2.11）式中=指该流体被冷却；=0.4指该流体被加热。代入数据有==29管外烟气侧换热系数=（2.12）代入数据有==70W/(m2·℃)烟气量是与蒸汽量有对应关系的。根据所选煤种的情况来计算，目前根据现在恶劣的环境，严重的大气污染，所以要考虑到排烟的条件以及限制，要进行脱硫脱硝处理。在计算过程一般都是采取在脱硫工况情况下进行的。根据已知设计参数和煤种的选取，通过经验公式计算SO2和CO2的当量体积；当量理论氮气体积有两个来源：燃料中的氮和当量理论空气量中的氮气；过量空气中的当量氮气体积和当量氧气体积；当量理论水蒸气体积有四个来源（1）燃料和石灰石中水分带来的当量水蒸气体积（2）燃料中氢燃烧生成的当量水蒸汽体积（3）当量理论空气量带入的当量水蒸气体积（4）过量空气中当量水蒸气体积；当量干烟气体积；当量烟气体积；当量体积分数和当量飞灰的质量浓度[9]。本次设计只是涉及到关于过热器的这一部分，所以烟气量为已知量=8.7347kg/s。烟气体积流量=（2.13）代入数据有=63.97m3/s蒸汽的定性温度=（2.14）代入数据有==698℃查蒸汽在698℃温度下的物理性质密度=0.3149kg/m3热容=2.0838kJ/(kg/K)导热系数=0.050336W/(m·K)动力粘度=2.4188×10-5Pa·s运动黏度=7.6768×10-6m2/s谱朗克数=0.9998蒸汽流速一般为15m/s~25m/s.取为24m/s。由此对蒸汽侧计算：雷诺数Rez=(2.15)代入数据有Rez==9691.54努塞尔数=（2.16)式中=指该流体被冷却；=0.4指该流体被加热。代入数据有=0.023=35.52管内蒸汽侧换热系数=(2.17)代入数据有==57.71W/(m2·℃)式(2.15)中———管内径，mm。蒸汽质量流量==36.1kg/s=130t/h(已知)蒸汽体积流量=（2.18）代入数据有==109.39m3/s总换热系数=(2.19)代入数据有=31.65W/(m2·℃)总换热面积=(2.20)代入数据有=348.84m2校核换热系数==0.1假设合格2.3CFB锅炉过热器结构设计与计算过热器是由许多的管子按一定的排列方式组成的，但管子的数量的多少取决于换热量的大小。设计过程中应该考虑到迎风面积及迎风面管排数等因素。一般换热器的设计规定迎面风速为2.0-3.0m/s取迎面风速=2m/s,则迎风面积=(2.21)代入数据有==31.985m2式中——式（2.13）烟气体积流量，m3/s迎风面宽度=（2.22）代入数据有==5.33m式中——管长设计为长6m设计迎面横向管子中心距=0.095m迎面管排数=（2.23）代入数据有==56.105取=56根实际迎面宽度=（2.24）代入数据有=0.095×56=5.32m实际烟气流速=（2.25）代入数据有==12.02m/s烟速校核=0.016假设合格实际蒸汽流速=（2.26）代入数据有==20.75m/s蒸汽流速校核=0.135假设合格由此对实际的烟气计算校核：雷诺数=（2.27）代入数据有=3465.55雷诺数校核=0.0016假设合格由庄俊,张红[13].中关于流体横向掠过翅片管的热换热器系数的有关论述得Briggs和Young综合实验方程：=（2.28）代入数据有=29.139管外烟气侧换热系数=(2.29）代入数据有=70.164W/(m2·℃)校核=0.00234假设合格由此对蒸汽计算校核：雷诺数=(2.30)代入数据有=10271.2雷诺数校核=0.00598假设合格努塞尔数=(2.31)代入数据有=37.21管内蒸汽侧换热系数=(2.32)式中管子内径，mm。代入数据有=60.42W/(m2·℃)校核=0.0469假设合格由此得总体换热系数=(2.33)代入数据有=32.467W/(m2·℃)校核=0.0258假设合格换热面积=348.84m2(由前文已知)总换热量=(2.34)代入数据有=32.467×348.84×369.15=4180914.744J/s换热量校核=0.0258前文计算与假设合格过热器所需热管根数=(2.35)代入数据有==487.26取n=487根式中——每米管外表面，m2。过热器管排数=(2.36)代入数据有==8.7取=9排高度=(2.37)代入数据有=9×0.095=0.855m管子压降：过热器净自由容积(分别为管间横向、纵向节距）=0.866-(2.38)代入数据有=0.866×0.0952-=6.68×10-3m3/m容积当量直径=(2.39)代入数据有==0.224m2管束最小流通截面积=(-)(2.40)代入数据有=(0.095-0.038)×6×56=19.15m2最大质量流速=(2.41)代入数据有==1.885kg/(m2·s)平均管壁温度=-(2.42)代入数据有==633℃查蒸汽特性表在此壁温下流体黏度=3.173×10-5Pa·s摩擦系数=1.92Re-0.145(2.43)重力换算系数=1.3×10-7(2.44)由庄俊.张红[10].流体通过热管换热器的压力降得：烟气侧压降=(2.45)式中，为烟气压力降（Pa）,为摩擦系数，，为烟气最大质量流（kg/m2h)，为沿气流方向的长度（m）,为重力换算系数（=1.3×107）,为容积当量直径（m）,为烟气密度（kg/m3）代入数据有==88×10-7Pa蒸汽侧压降=(2.46)式中，为蒸汽压力降（Pa）,为摩擦系数，，为流体最大质量流速（kg/m2h)，为沿气流方向的长度（m），为重力换算系数（=1.3×107）,为容积当量直径（m）,为流体密度（kg/m3）代入数据有==85.59×10-7Pa第三章数据整合和结论由前文的已知参数和数据计算，综合整理见如下表3-1、3-2、3-3、3-4、3-5。表3-1设计任务书序号名称单位符号数值1锅炉额定蒸汽量kg/s36.1(130t/h)2烟气量kg/s8.73473过热器出口压力MPa3.94过热器出口蒸汽温度℃4505排烟温度℃1406预热空气温度℃3907冷空气温度℃20表3-2过热器传热计算序号名称符号单位公式及来源结果1烟气入口温度℃已知8802烟气入口焓kJ/kg查烟气温焓表74003烟气出口温度℃已知7204烟气出口焓kJ/kg查烟气温焓表5927.45蒸汽入口温度℃已知4006蒸汽入口焓kJ/kg查蒸汽性质表3229.287蒸汽出口温度℃已知4508蒸汽出口焓kJ/kg查蒸汽性质表3342.189温差℃372.8810辅助参数0.10411辅助参数3.212温差修正系数0.9913平均温差℃369.1514工质吸收热量kJ/s4075.6915传热系数W/(m2·℃)假定3516换热面积m2315.4517选择管规格耐高温钢16MnR，导热系数=176w/(m2·k)=38×3.5mm表3-4查烟气在定性温度=800℃下的物理性质与计算序号名称符号单位公式及来源结果1密度kg/m30.332热容kJ/(kg/K)1.2643导热系数W/(m·K)0.09154动力粘度Pa·s43.4×10-65运动黏度m2/s131.8×10-66谱朗克数0.67烟气流速m/s128雷诺数3459.7879努塞尔数2910管外烟气侧换热系数W/(m2·℃)7011烟气量kg/s已知8.734712烟气体积流量m3/s63.97表3-4查蒸汽在定性温度=698℃下的物理性质与计算序号名称符号单位公式及来源结果1密度kg/m30.31492热容kJ/(kg/K)2.08383导热系数W/(m·K)0.0503364动力粘度Pa·s2.4188×10-55运动黏度m2/s7.6768×10-66谱朗克数0.99987蒸汽流速m/s248雷诺数9691.549努塞尔数35.5210管内蒸汽侧换热系数W/(m2·℃)57.7111蒸汽量kg/s已知36.112蒸汽体积流量m3/s109.3913总换热系数W/(m2·℃)31.6514总换热面积m2348.84表3-5过热器结构管排设计1烟气侧迎风面积m2(迎风面积=2m/s)31.9852迎风面宽度m(取管长=6m)5.333迎面横向管子中心距mm自定954迎面管排数65实际迎面宽度m5.326所需管束4877管排数98高mmm8559管子自由容积m3/m6.68×10-310容积当量直径m20.22411管束最小流通截面积m219.1512最大质量流速kg/(m2·s)1.88513平均管壁温度℃63314壁温流体黏度Pa·s3.173×10-515摩擦系数1.92Re-0.1450.58916重力换算系数1.3×10717烟气侧压降Pa88×10-718蒸汽侧压降Pa85.59×10-7表3-6校核计算1实际烟气流速m/s12.022烟气流速校核0.0163烟气雷诺数3465.554烟气雷诺数校核0.00165烟气努塞尔数29.1396管外烟气侧换热系数W/(m2·℃)70.1647管外烟气侧换热系数校核0.002348实际蒸汽流速m/s20.759蒸汽流速校核0.13510蒸汽雷诺数10271.211蒸汽雷诺数校核0.0059812蒸汽努塞尔数37.2113管内蒸汽侧换热系数W/(m2·℃)60.4214管内蒸汽侧换热系数校核0.046915总换热系数W/(m2·℃)32.46716总换热面积m2348.8417总换热系数校核0.025818总换热量J/s4180914.74419总换热量校核0.0258第四章CFB锅炉在运行过程中涉及到的问题及解决方案锅炉容量增大，烟道变宽，烟温分布更加不均，造成蛇形管吸热不均。把过热器分成几级，在中间联箱进行混合并将蒸汽左右交叉。为了减少烟温偏差对汽温不均的影响。锅炉尾部低温过热器超温由于尾部烟道热负荷高，炉膛内吸热份额偏少，尾部受热面吸热份额偏多，即炉内与尾部受热面的吸热量分配比例不合适。锅炉总风量太大，热量被烟气带出炉膛，因此如何提高炉膛内吸热份额时解决超温问题的关键。采取措施：1、置换床料2、降低总风量3、适时调整再热器和过热器烟道挡板4、调节减温水5、尽快投入高温过热器，在高温过热器投入后锅炉投煤升负荷，视情况尽量快速提升负荷跨越超温区域[8]。循环硫化床锅炉过热器失效分析针对于循环流化床锅炉过热器失效的处理措施：将断裂管子断口的附近割掉一段，再用新管子接上。新管子不承受管屏重量引起的拉力，其固定频率自然降低，从而避开烟气冲刷管子引起的激励频率，使其不发生共振[9]。过热器过热变形的原因分析和预防措施锅炉在点火之后，锅炉内部因受热而升温会导致蒸汽的产生，但在刚开始进行升压时，燃料因燃烧所产生的热量不多，且大多数的热量都是用于加热水或金属等，真正的能量使得锅炉汽包炉水进行蒸发的热量并不会有很多。所以，此时只有很少的产汽量，导致过热器的受热面当中其并并列管产生不均的流量现象，而与此同时，在升压刚开始进行时，炉膛内的火焰充满度也不能得到保证，各部件的温度也不同，使得烟气及烟温在通过过热器时其分配与温度也都能不均匀。这样因蒸汽量少而烟气热量大从而使过热器管子出现因超温而损坏的现象。从右图已经变形的过热器可以看出，过热蒸汽管子产生很大的变形，但是其膨胀及变粗的状况不太明显，由此，过热器产生变形是在锅炉进项升压之前就已经发生了。措施：1、对监控流通过热器时所产生的气量、烟温进行调整2、对蒸汽对过热器所产生的冷却条件今进行改善。过热器爆管原因：1、过热器超温，过热器爆管事故，超温爆管比例居多，主要有三方面：烟气侧温度高、工质侧流速低和管材的耐热强度不够。以上三类情况原因有：（1）火焰中心上移，如锅炉漏风、煤粉变粗、炉膛结焦、给水温度低等使得炉膛出口烟温升高，引起过热器超温（2）热偏差。过热器各平行管中工质吸热量不同。锅炉尺寸很大，烟温分布不均，炉膛出口处烟温偏差增大，导致各别管子气温偏差高达50℃-70℃。（3）锅炉启动和负荷低时，工质流速变低；机组负荷变化，炉膛负荷变化速度变大，烟温过高，管内蒸汽流速过低；速水不够充分，形成水塞，导致局部管道蒸汽流量过低，造成管壁超温爆破（4）材质不合格。应采用高规格管子材质，提高管子耐温性能[11,12]。2、管壁磨损爆破（1）飞灰颗粒冲刷磨损过热器，已发生烟气走廊、烟气流速突变位置，如蛇形管管拍的弯头。飞灰进入烟道后随温度的降低，其硬度有所增加，对管壁的磨损就加剧（2）后烟道的后墙处、水冷壁悬吊管的烟气走廊；炉膛漏风，漏风处流速高；管排排列不够均匀，形成烟气走廊，导致烟气流速加剧，增加冲刷作用。末级过热器管夹、定位块与管子碰磨，引起管子减薄。管夹硬度过高、管屏在烟气和管内蒸汽流动的作用反复振动，引起摩擦使得管壁减薄。（3）设计的吹灰器距离管子距离过小，引起管子吹损。吹灰时漏气，漏水或吹损受热面。（4）末级过热器管夹、定位块与管子碰磨，引起管子减薄。管夹硬度过高、管屏在烟气和管内蒸汽流动的作用反复振动，引起摩擦使得管壁减薄。3、腐蚀导致管道失效高温腐蚀是燃烧中的硫和燃料灰分中的碱金属引起的。过热器高温腐蚀情况主要发生在高温对流过热器出口部位的几排蛇形管[12]。4、设计安装不当（1）同屏管数过多，由于吸热不均和流量不均使得热偏差增大（2）管内有异物堵塞。异物堵塞管道流通截面，汽水无法进行正常的热循环，管道冷却不够好，管道长时间过热，造成爆管。（3）钢材浴度不够（4）减温器设计不合理。减温器内套设计过长会影响雾化质量，锅炉启动初期若升温速度过快，喷水量和那，容易引起过热器产生“水塞”，导致过热器爆管[13]。5、过热器内壁结垢炉内含盐浓度过高，导致过热器管内壁结垢；高水位运行时蒸汽带水，汽水分离装置有破损，出现汽水共腾，分离效果不好，在过热器管内结垢等原因使得过热器管壁换热效果差，温度升高，导致过热爆管。6、管道应力集中产生应力集中主要由于锅炉结垢及机组启动中升温升压速率控制不当等原因造成。引起过热器升温过快产生热应力，长期作用在此应力下易引起泄露、爆管事故，详见表4-1、表4-2。表4-1过热器爆漏事故原因统计爆管原因长期超温短期超温磨损腐蚀焊接缺陷合计案例个数6311161410114所占比例55.39.61412.38.8100表4-2锅炉过热器的管爆原因统计爆管原因设计原因安装制造工艺质量运行管理合计案例个数103569114所占比例8.830.760.51007、管道焊接不良焊缝的缺陷，可能会引起泄露导致非计划停运。因为焊缝严重咬边、未焊透、焊缝存在砂眼、裂缝、裂纹，夹渣、热处理质量差、角焊缝应力集中等。分析过热器爆管原因及措施：（一）大小检修时采取的控制措施（1）当受热面管子的壁温在480℃以下，可用20号钢，超过该值要用合金钢（2）大小检修时要认真检查管排出现烟气走廊处，穿墙管和卡子附近。对于有卡在蛇形管排中间的异物，要认真细致的检查异物附近的蛇形管子有无局部磨损，并把异物取（3）大小检修时加强管子的金属检查，逐个弯头进行测厚、胀粗测量检查，发现有减薄超标、胀粗、结垢、腐蚀等情况，进行更换（4）保证焊接质量。加强焊工自检，技术人员专捡及探伤人员探伤的工序[14]。（二）运行时采取的控制措施（1）做好锅炉燃烧调整，防止火焰偏斜，注意控制煤粉细度，合理用风，防止结焦，减少热偏差，防止锅炉尾部再燃烧，严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及水位等主要指标，防止超温超压、满水、缺水事故发生（2）锅炉启停时严格按启停曲线进行，控制锅炉参数和过热器管壁温度在允许范围内；升温升压时严格按规定进程进行，控制好升压速度。（3）为防止锅炉炉膛漏风，在机组运行时应严密关闭炉膛人孔门、检查孔等（4）加强吹灰和吹灰器的管理，防止受热面严重积灰，当发现炉膛有结焦现象，应及时增加吹灰次数，确保水冷壁吸热良好（5）控制烟气流速，尤其是烟气走廊处的烟气流速，在安装和维修时，应尽量减少过热器管子和墙之间的距离，同时使得管间距离尽量均等。（6）保证给水品质正常及运行中汽水品质合格等，减