300MW水冷壁设计终稿

宁夏理工学院毕业设计1-摘要与发达国家相比，我国电力工业的起步晚。经过半个多世纪的学习‘借鉴’和发展‘现在我国已有制造1000MW的超临界’超超临界电站锅炉。虽然我国已有大量亚临界及以上大型锅炉自主的制造和运行经验，但与世界先进机组相比还有一定差距，应当尽快进行改造，缩短这些差距锅炉在国民经济中占有不可或缺的地位，是电厂三大主机之一，是非常值得研究的。而水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部，为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。其中锅炉炉膛内燃烧中心的温度可高达1500～1600度。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度，保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。工作环境特别恶劣。所以生产出稳定、高效且具经济性的锅炉已经是未来锅炉制造业发展的一种趋势。所以生产出稳定、高效且具经济性的锅炉已经是未来锅炉制造业发展的一种趋势。因此，本次设计着重从安全、稳定、高效和经济性出发，设计一台最大蒸发量为1025吨，为亚临界压力，一次中间再热，单炉膛，强制循环汽包锅炉，设计燃料为烟煤的2×300MW机组锅炉的水冷壁。本设计采用了当前国内已经得到广泛应用的300MW亚临界锅炉水冷壁结构为垂直管屏式垂直管屏相合的冷壁结构本设计是300MW汽轮机组锅炉炉内受热面的设计在设计过程中，对锅炉在运行过程中可能存在的问题进行了一些分析和思考。进一步降低每千瓦的设备投资‘金属消耗并提高机组运行的经济性和安全性，通过设计本身，了解锅炉结构知识，为今后工作中可能遇到的锅炉问题能够提供一些理论支持设计锅炉水冷壁需要分析，了解锅炉受热面布置细节充分了解水冷壁的结构设计与炉膛容积，炉膛火焰有效辐射厚度，炉膛水冷程度等因素的影响，通过多次的取值校正从而使设计符合设计要求。关键词：煤粉锅炉；水冷壁；亚临界锅炉AbstractTheboileriseconomicallydevelopingthecommoditythattimescannotlack,andisworthstudyingverymuch.Whatandthewater-coolingwallwastheboilerchieflyisheatedthepart,anditisformedbyseveralrowsofsteelpipes,anddistributesinthevicinityoftheboilerchamberofastoveorfurnace.Itinside,forliquidwaterorsteam,thequantityofheatoftheflameoftheboilerchamberofastoveorfurnaceisacceptedintheexternalworld.Amongtheminsidetheboilerchamberofastoveorfurnacethecentraltemperatureofcombustioncanreach1500~1600degree.Thewater-coolingwalliswhendesigningbeginning,andthepurposeisnotbeingheated,andisinordertobecomecoolthechamberofastoveorfurnacemakesdoesnotreceivehightemperaturedestruction.Later,owingtohisgoodheatexchangefunction,replacethevapourbundlegraduallybecomingtheboilerandchieflyisheatedthepart.Theeffectofwater-coolingwallisabsorbinginthechamberofastoveorfurnaceradiationquantityofheatofhightemperatureflameorsmokegas,andgivesrisetosteamorhotwaterinthepipe,andreducesthestovewalltemperature,andprotectsthestovewall.Theflametemperatureisveryhighinsidethestoveinthehigh-capacityboiler,andheat-radiatingintensityisverybig.Theworkenvironmentisspecialodious.Soproducingouttostablizeandtheboilerofeconomicnatureofhighefficiencyandpossessinghasbeenthefollow-ononekindoftrendofcomingboilermanufacturingindustry.Thereforethisdesignisstressedfromsafety,stablizing,highefficiencyandeconomicnatureandissetout,designthebiggestvoporrizationtomeasureto1025tons,oneTaiwandesign,andhotagainamongoneof,forcingthecirculationvapourbundleboiler,designfuelisthewater-coolingwallof2×s'300MW'sunitboilerofbituminouscoaltoonechamberofastoveorfurnace.Thisdesignisdrawnupadoptingthepresenttimemoreinferiorcriticalboilerwater-coolingwallstructureofinternal300MWwhohasgottheextensiveuse,andthelowerpartisforthespiralpipecircletype,andthetopaddstheperpendicularsyntheticalwater-coolingwallstructurethatthepipescreeneachothercombinesforthespiralpipecircleofperpendicularpipescreentype.DesigningthisTaiwanboilerisonthefoundationtounderstandtheelectricpowerplantbasicstructureofcoalpowderboilerandgraspshisworkprinciple,andusedthermalconductionstudyandengineeringthermodynamicsetctobemutuallyrelatedrudimentaryknowledge,andbywayofconsultingthetoolbooks,hasbeeninprogressthattheboilerassiststhecalculationandthechamberofastoveorfurnacegeometrycharacteristiciscounted,andchamberofastoveorfurnaceheatingpowercounts.Consultalargenumberofdocumentsandsumsuptowriteonthefoundationofforefathers'experience.Insummary,thisdesignisondevelopmentpresentsituation,developmenttrendunderstandsthecoalpowderboilerwater-coolingwallandthefoundationofquestionthatstillexists,anddesignsthewater-coolingwallofthisTaiwanboiler.Thekeyword:thecoalpowderboiler;Thewater-coolingwall;Moreinferiorcriticalboiler宁夏理工学院毕业设计TOC\o"1-3"\h\u13477Abstract II18526第1章绪论 -2-250821.1锅炉发展史 -2-13391.2电站锅炉 -4-163611.3煤粉锅炉 -4-11511.4水冷壁 -5-294501.5本课题的研究方向 -6-25584第2章计算说明书 -7-182662.1锅炉设计条件及性能数据 -7-306522.2燃煤特性 -7-81652.3煤的元素分析数据校核和煤种判别 -8-245602.3.1元素校核 -8-22882.4煤种判别 -9-231632.4．1煤种判别 -9-103402.4．2.折算成分的计算 -9-159932.5燃烧产物计算 -9-262372.5.1理论空气量及理论烟气容积 -9-129502.5.3烟气焓温表 -10-146072.6热平衡及燃料消耗量计算 -11-327112.7炉膛设计和热力计算 -12-35542.7.1炉膛结构设计 -12-109372.7.2炉膛结构尺寸计算 -14-29934第3章设计说明书 -20-44993.1锅炉本体布置和结构 -20-290593.1.1锅炉总体简介 -20-309873.2水冷壁的布置 -22-208933.2.1水冷壁 -22-27783.2.2水冷壁管 -23-94643.2.3水冷壁的悬吊 -23-64163.2.4水冷套 -24-311353.2.5水冷壁悬吊装置的强度计算与校核 -24-21727第4章全文总结 -25-291904.1本设计主要特点 -25-237584.2本设计的不足 -25-104844.3本次设计的展望 -25-25971参考文献 -26-14797结束语 -27-6446致谢 -28-第1章绪论自改革开放以来，我国电力行业发展迅猛，电源结构不断调整，电网建设不断加强，电力环保取得显著成绩，电力装备技术不断提高，交直流输电系统控制保护设备的技术水平已居于世界领先行列。进入21世纪以来，电力需求更加旺盛，发展潜力巨大，电力建设任务仍十分艰巨，我国的电力工业发展遇到了前所未有的机遇，总体呈现出快速发展的态势。随着新能源的开发与利用及高新经济技术的需求，各种能源的利用率正不断地提高。如何节约能源、利用能源已经成为当今社会的主题。锅炉的出现和发展迄今已有二百余年的历史。期间，从低级到高级，有简单到复杂，随着生产力的发展和对锅炉容量、参数要求的不断提高，锅炉型式和锅炉技术得到了迅速的发展。亚临界汽包锅炉在我国的大型电站中有着广泛的应用，炉膛受热面普遍采用膜式水冷壁。1.1锅炉发展史锅炉从开始应用至今已有300多年的历史。它是从小型、中型到大型，从微压、低压到中压，从铆接结构到焊接结构，从手工操作到机械化、自动化等。主要是沿着增加供热能力、提高压力、降低能耗、减轻劳动强度、节省钢材以及改善污染的方向发展的。早在17世纪60年代，第一台铜制球形锅炉诞生，其压力仅9.81-19.62kPa。此后，为满足生产和生活上的需要，锅炉类型与结构也不断创新，到目前为止出现了锅壳式的火管锅炉和水管锅炉；自然循环锅炉和强制循环锅炉以及水、火管混合形锅炉等等。锅壳式锅炉的特征是锅炉的主要部件都放在锅筒内，外表看上去仅是一个圆筒，这种锅炉又分为立式锅壳锅炉和卧式锅壳锅炉两种。绝大部分是火管锅炉，目前普遍使用的快装锅炉是在卧式外燃回火管锅炉的基础上，增加了水冷壁辐射受热面和经济器等尾部受热面，成为一种水、火管混合式锅炉。随着蒸汽动力的发展，要求锅炉产量和参数不断提高，火管锅炉不能满足这种要求，水管锅炉便应运而生。水管锅炉的特征是把主要受热面的管子布置在锅筒的外面，另用耐火砖砌成炉膛，在炉膛中燃烧的火焰冲刷管子的外壁，水在管中流动，并在上下锅筒之间自然循环。最初生产的水管锅炉是横直水管，水管两端与大集箱连接，由于整块的方形集箱强度要求较高，后将整集箱改为分集箱。这样强度得到了保证，但集箱和集箱上的手孔加工复杂，而且精度要求高，金属消耗量也比较大。另外，横水管管内汽水混合物容易分层流动，对水循环不利。后来将水管垂直布置，方形集箱都由锅筒和圆形集箱代替，而且锅筒的数目逐渐减少。水管锅炉用弯水管作为受热面，摆脱了锅筒水容积空间的限制，大大增加了锅炉的自由度，能充分适应单台锅炉容量增大、蒸汽参数提高的要求。[3]锅炉的炉膛或燃烧室也在不断地改进。老式的燃烧设备是固定炉排手工加煤，现在小型立式锅炉中还有采用的。随着锅炉容量的不断增大，耗煤量相应增多，司炉劳动强度增加，同时煤在锅炉中不完全燃烧情况日益严重，因而出现了机械化和半机械化燃烧设备。由于城市现代化建设和环保的要求，近年来燃油或燃气锅炉日益增多，与之配套的是全自动的燃烧控制系统。锅炉的辅助设备也在不断改进。为了提高热效率，改善燃烧工况，进一步利用炉膛辐射热、提高蒸发量，在炉膛内布置了水冷壁，在尾部出现了经济器（或称省煤器）和空气预热器等受热面。受热面的管材品种也不断增加，如：光管、螺纹管、鳍片管、肋片管和钉刺管等，以增大受热面提高产热量。由于焊接技术的发展，锅炉制造方面，过去所采用的铆接工艺已逐步由焊接工艺所取代，这样不仅提高了锅炉的质量，又节约了钢材。由于水管锅炉对水质要求高，锅炉给水也由原水逐步改进为软化水，为了避免锅炉的腐蚀还需采用除氧水。水处理设备和管理日趋完善。随着现代工农业的迅猛发展，环境质量不断恶化，对社会环境保护要求提高了，锅炉消烟除尘也从无到有并逐步升级，烟气的脱硫脱硝技术正日趋成熟。由于仪表工业和计算机技术日新月异的发展，自动化仪表以及元器件的先进性、可靠性不断提高，DCS的广泛应用，使锅炉运行所需的自动化控制装置越来越受到设计管理人员的青睐。总之，近年来锅炉的发展十分迅速，社会的要求也逐年提高，锅炉技术和管理人员需要全面掌握锅炉有关技术和知识，并不断更新、充实，以实现锅炉的安全经济运行。[5]1.2电站锅炉电站锅炉，通俗来讲就是电厂用来发电的锅炉。一般容量较大，当前我国的主力机组为300MW-600MW。电站锅炉主要有两类：煤粉炉和循环流化床锅炉。循环流化床锅炉（简称CFB)，其燃烧机理是把固态的燃料流体化，使它具有液体的流动性质促成燃烧。可以加石灰或煤矸石除硫，比较环保。循环流化床锅炉燃烧的是煤颗粒对锅炉的磨损比较严重，维修费用一般都挺高。电站煤粉炉，只是把煤磨细成煤粉，然后用空气吹入炉膛燃烧。燃烧的是粉末对锅炉磨损较小，比循环流化床锅炉好控制，给锅炉加压或着降压的时候它的反应时间比循环流化床快。电站锅炉的“水冷壁”、“过热器管”、“再热器管”、“省煤器管”的高温腐蚀和磨损，是造成管道泄露的主要原因，也是常见的技术问题，它给电厂的安全运行带来很大威胁，常常导致事故的发生。电厂简称其为电站锅炉“四管”。燃煤锅炉是指燃料燃烧的煤，煤炭热量经转化后，产生蒸汽或者变成热水，但并不是所有的热量全部有效转化，有一部分无工消耗，这样就存在效率问题，一般大型的锅炉效率高些，60%—80%之间。[6]1.3煤粉锅炉对煤这种固体燃料来说，在锅炉容量较小（在我国，一般为10kg/s以下的锅炉）时多采用层燃方式，即将煤块（大小小于40mm）放在炉排上成层地燃烧，而对于电站锅炉，由于容量大，则把煤磨成细粉进行悬浮燃烧。燃煤的室燃炉即煤粉炉（室燃也叫悬浮燃烧，气体及液体燃料都采用这种燃烧方式）。煤粉炉是我国电厂生产的主要锅炉型式。悬浮燃烧就是将煤磨成细粉（煤粉颗粒多小于100um），然后由空气送入炉膛中在悬浮状态（煤粉运动速度与炉膛中气流速度基本相同，煤粉在炉膛中的停留时间约1-2s）下燃烧。细小的煤粉颗粒进入炉膛后，在高温炉内火焰和烟气的加热下，把水分蒸发掉，然后随着温度升高，煤粉中挥发分析出并燃烧，直至煤粒变成高温的焦炭颗粒，最后焦炭燃烬。由于煤粉需要空气携带进入炉膛，点燃空气和煤粉混合物比单独点燃煤粉需要更多的热量。空气越多，煤粉气流越难点燃。所以为更快地使煤粉气流燃烧，总是不把煤粉燃烬所需的空气会与煤粉混合，携带煤粉进入炉膛的只有一部分空气，这部分空气就称一次风。其余空气以二次风、三次风的形式进入炉膛。煤粉气流中一次风量只要能将煤粉析出的挥发分燃完即可，析出挥发分的焦炭颗粒处于高温下，由二次风提供氧气燃烬。悬浮燃烧（煤粉炉）的主要燃烧设备有燃烧器和适合煤粉悬浮燃烧的炉膛（燃烧室），其辅助设备有制粉系统。[7]煤粉燃烧器的基本作用是保证煤粉及时稳定的点燃并组织炉膛内火焰的燃烧。煤粉气流由燃烧器进入炉膛，其着火过程、炉膛内空气动力和燃烧工况由燃烧器的结构和燃烧器的布置决定。煤粉燃烧器按其工作原理可分为两大类：旋流燃烧器和直流燃烧器。炉膛为煤粉的充分燃烧提供了足够的空间，炉膛内安装有大量水冷壁等受热面，煤粉燃烧后产生的烟气与受热面之间换热而得到冷却。虽然煤粉炉要求煤粉颗粒直径在100um以下，但要燃烬却需要一定的时间，而烟气一旦出了炉膛，温度很快下降，如果煤粉颗粒在炉膛内没有燃烬，一旦出了炉膛而进入对流受热面，就不可能再充分燃烧了。因此必须保证煤粉在炉膛内有足够的停留时间。[8]1.4水冷壁水冷壁是蒸发设备中唯一的受热面，它是由连续排列的管子组成的辐射传热平面，紧贴炉墙形成炉膛周壁。大容量的锅炉有的将部分水冷壁布置在炉膛中间，两面分别吸收烟气的辐射热，形成所谓的双面曝光水冷壁。水冷壁管进口由联箱连接，出口可以由联箱连接再通过导气管接于汽包。炉膛每侧水冷壁的进出口联箱分成数个，其个数由炉膛宽度和深度决定，每个联箱与其连接的水冷壁管组成一个水冷壁屏。而水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部，为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。其中锅炉炉膛内燃烧中心的温度可高达1500～1600度。水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。后来，由于其良好的热交换功能，逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度，保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。工作环境特别恶劣。水冷壁的主要作用是：（1）吸收炉内辐射热，将水加热成饱和蒸汽；（2）保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，这主要是由于水冷壁吸收炉内辐射热，使炉墙温度降低的缘故；（3）吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度，这对减轻炉内结渣，防止炉膛出口结渣都是有利的；（4）水冷壁在炉内高温下吸收辐射热，传热效果好，故能降低钢材消耗量及锅炉造价。锅炉中有４０~５０%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。[9]1.5本课题的研究方向本设计对所设计的同类型的煤粉锅炉水冷壁进行了详细的调查研究（这里包括了国外同类型的锅炉水冷壁），同时收集和查阅同类型锅炉水冷壁的资料，结合其它水冷壁的结构特点，相互比较，改造不足之处，采用新技术，提高水冷壁的安全，稳定水平。同时对水冷壁的各种技术设施，提出了初步设想，均衡利弊，从而达到了技术先进的要求。又对一些较大技术性问题可做方案进行了对比，最后确定出较合理的设计方案。本课题在了解和掌握煤粉锅炉水冷壁基本特性和设计要求的基础上，根据设计要求设计一组300MW煤粉锅炉水冷壁，以求达到稳定、高效、运行安全的目的。使其可在一定程度上防止磨损、腐蚀以及爆管等问题，达到提高其换热效率的效果，最终实现节能和提高锅炉整体热效率。最后进行了设计计算，根据准确的设计数据，完成了绘图工作第2章计算说明书2.1锅炉设计条件及性能数据本锅炉为单炉膛四角布置的直流式摆动燃烧器，切向燃烧，制粉系统为一次风机正压直吹系统配3台双进双出磨煤机每角燃烧器分为6层一次风喷口燃烧器可上下摆动最大摆角为30；2台磨煤机投运即可带BRL负荷表2.1 锅炉参数项目单位数值锅炉额定蒸发量t/h1025过热蒸汽压力MPa16.8过热蒸汽温度℃540再热蒸汽压力MPa3.36再热蒸汽温度℃540给水温度℃220给水压力MPa18.5冷空气温度℃202.2燃煤特性表2.2煤质分析资料序号名称符号单位设计煤种1工业分析：收到基全水份Mar％24空气干燥基水份Mad％1.15干燥无灰基挥发份Vdaf％37收到基灰份Aar％21.3收到基低位发热量Qnet.arkJ/kg145802元素分析：收到基碳Car％39.3收到基氢Har％2.7收到基氧Oar％11.2收到基氮Nar％0.6收到基硫Sar％0.93灰变形温度DT℃1150灰软化温度ST℃1300灰流动温度FT℃13602.3煤的元素分析数据校核和煤种判别2.3.1元素校核煤的元素各成分之和为100％的校核Car+Oar+Sar+Har+Nar+Aar=26.88+2.2+1.89+3.29+0.72+59.02=100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/(100-Mar-Aar)=100/(100-24-21.3)=1.8282则干燥无灰基元素成分Car=KdafCar=71.8464Odaf=KdafOar=20.4753Har=KdafHar=4.9366Ndaf=KdafNdaf=1.0969Sar=KdafSar=1.6453干燥基灰分的计算Ad=100Ad/（100-Mar）=28.0263干燥无灰基低位发热量的计算Qdaf,net=(Qar,net+25Mar)=14580+2524100/(100-24-21.3)=27751.3711(KJ/Kg)2.4煤种判别2.4．1煤种判别由燃料特性得知Vdaf=37%＞20%，而且Qar,net=14580KJ/kg,属于易燃煤种燃烧温度较低，锅炉炉膛水冷壁、对流受热面不易超温，2.4．2.折算成分的计算Aar,zs=(%)=6.1%Mar,zs=(%)=6.88%Sar，zs=(%)=0.26%Aar,zs=6.1%＞4%此煤属于高灰分的煤。2.5燃烧产物计算2.5.1理论空气量及理论烟气容积理论空气量0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.0333Oar=3.8663理论氮气容积三原子气体RO2的容积理论水蒸汽容积理论烟气容积根据该锅炉的燃料属烟煤，可按表选取炉膛出口过量空气系数为1.2表2.3炉膛出口过量空气系数最佳值燃料及燃烧设备型式固态排渣炉液态排渣炉燃油及燃气炉无烟煤、贫煤、低质烟煤烟煤、褐煤无烟煤、贫煤烟煤、褐煤平衡通风微正压1.20～1.251.15～1.201.20～1.251.15～1.201.08～1.101.0～1.07取1.2，又按表2.5选取各受热面烟道的漏风系数，然后列出空气平衡表，如表2.6：表2.4烟道漏风系数△α烟道名称炉膛对流受热面烟道光管水冷壁膜式水冷壁凝渣管、屏式过热器每级过热器、再热器、过渡区省煤器的每段（或每级）空气预热器管式每段（或每级）回转式△α0.100.0500.030.020.030.1～0.2表2.5空气平衡表炉膛屏式过热器（l,ps）二级过热器人口管组二级过热器出口管组再热器垂直管组再热器过渡管组一过出口管组再热器水平管组（zr）一过水平管组（yjgr）省煤器（smq）空预器（ky）进口α’71.271.301.32漏风∆α∆αl=0.05∆αps=00.030.030.030.030.030.030.030.020.1出口α”11.241.271.271.301.301.321.42根据上述计算出的数据，选取炉渣份额后计算得飞灰份额a／h=0．92。2.5.3烟气焓温表计算表2.7列出的各项，此表为烟气焓温表。表2.6炉膛烟气温焓表序号烟气温度℃理论烟气焓KJ/kg理论空气焓KJ/kg炉膛烟气的焓KJ/kg11009117932200184415973300280424204400379332555500481041086600585349846600120677006925587378061228880080176780903412499900912576991028312671010001025786181155012891111001140295781283813001212001256010527141391322131300137371149415460141400149181246715150016109134461616001731514431171700195241541618180019741164041919002096117409235721373202000221891841224951139121210023728194212634122220024660204302.6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2.7所示表锅2.7炉热平衡及燃料消耗量计算1燃料带入热量QrkJ／kg≈Qar,net145802排烟温度℃先估后校142.93排烟焓KJ／kg查焓温表用插值法求1189.90294冷空气温度℃取用205理论冷空气焓KJ／kg查焓温表102.40286机械不完全燃烧损失％给定0.57化学不完全燃烧损失％给定08排烟热损失％7.1639散热损失％0.410灰渣物理热损失q6％0.04lI保热系数％1-q5/1000.995712锅炉总热损失％q2+q3+q4+q5+q68.10313锅炉热效率％100-91.89714过热蒸汽焓KJ／kg查蒸汽特性表，p=3.36MPa,3398.218815给水焓p=18.5MPa,t=220℃KJ／kg查表，951.30916再热蒸汽流量Dgrkg／h已知820000017锅炉排污量Dpwt／hD*Ppw2019018排烟处过量空气系数查表1.3719锅炉有效利用热QglkJ／h290586000020实际燃料消耗量Bkg／h216878.534221计算燃料消耗量Bjkg／hB(1-q4／100)215794.14152.7炉膛设计和热力计算2.7.1炉膛结构设计表2.8炉膛结构设计列表炉膛结构设计1炉膛容积热强qvMw/m3根据煤种选取0.152炉膛容积v1m3B/(3.6)9245.87443炉膛截面热强度qFw/m2选取35000004炉膛截面积A1m2B/(3.6)278．84385炉膛截面宽深比a/b按a/b=1-1.21.081256炉膛宽度am选取a值使a/b=1-1.217．37炉膛深度bmAl/a168冷灰斗倾角一般取500-550509冷灰斗出口尺寸m按0.8-1.6选取1.410冷灰斗容积Vhdm3按炉膛图结构尺寸计算929.411折焰角长度lzm按（1/3-1/4）b选取4.50012折焰角上倾角4513折焰角下倾角3014炉膛出口烟气流速wym/s选取715炉膛出口烟气温度选取110016炉腱出口流通面积Ackm2225.844617炉膛出口高度hckmAch/a-3.106513．0518折焰角高度hzym几何尺寸0.88519炉顶容积Vdm3按结构尺寸计算2417.220炉膛主体高度hltm几何尺寸23.229表2.9水冷壁序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1前墙水冷壁回路个数Z1个单循环回路=>362左右侧墙水冷壁回路个数Z2个单循环回路=>373后墙水冷壁回路个数Z3个单循环回路=>364管径及壁厚mm选取60x65管子节距S1mm一般按s/d=1.3-1.35选取816前后墙水冷壁管子根数n1根按a/s+1=214及结构设计选取2147左右侧墙水冷壁管子根数根按b/s+1=200及结构设计选取200炉膛内水冷壁布置如图所示炉膛内水冷壁布置图2.7.2炉膛结构尺寸计算根据炉膛结构图尺寸，计算炉膛结构尺寸数据，列于表2.10。表2.10炉膛结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积A1m2(16.3+17.3)×4.35×0.572.4275A2m213.84×23318.32A3m2(13.84+16-1.08-4.5)×2.114×0.525.6428A4m2(16-1.08-4.5)×1.2513.025A5m2(16-1.08-4.5+9.34)×1.08×0.510.6704A6m27.5×9.3499.6578Acm2A1+A2+A3+A4+A5+A6539.74352前墙面积Aqm217.3×((1.68+1.08)+8.7/2)+38.598(15.14+21.527)825.25503后墙面积Ahm217.3(1.68+1.08+8.7/2+13(15.14+21.527)+17.35.196628.48604炉膛出口烟窗面积Achm2据炉膛图343.16285炉顶包覆面积Aldm2据炉膛图80.68726屏过面积Aqpm2据炉膛图756.18407燃烧器面积Arm2据炉膛28.80008前后侧墙水冷壁角系数Xm2按膜式水冷壁选取1.0009炉顶角系数Xldm2按膜式水冷壁选取0.7210屏过角系数Xqp查角系数图l(a)，s／d=58／51=1.140.9811炉腱出口烟窗处角系数Xch选取1.00012整个炉膛的平均角系数X0.989713炉膛自由容积的水冷壁面积Azym22765.890614炉膛容积Vlm39337.5615炉膛的自由容积Vzym315214.8416自由容积的辐射层有效厚度Szym11.3817屏间容积的辐射层有效厚度Spqm1.566918炉膛的辐射层有效厚度Sm11.515919燃烧器中心线的高度Hym据炉膛图9.1120炉膛高度H1m3据炉膛图36.44821燃烧器相对高度0.2522火焰中心相对高度X1这里x=00.25炉膛的热力计算结果列于表2.11中。表2.11炉膛热力计算1热空气温度℃给定3502理论热空气焓kJ／kg查焓温表2.72991.4283炉膛漏风系数由空气平衡表2.6知 0.054制粉系统漏风系数查漏风系数表0.045冷空气温度℃给定206理论冷空气焓kJ／kg查焓温表2.7102.40287空预器出口过量卒气系数1.098空气带入炉内热量kJ：kg3269.87289lkg燃料带入炉内的热量kJ：kg17903.8410理论燃烧温度℃根据Qf查焓温表2.7198111炉膛出口烟温℃假定110012炉膛出口烟焓kJ：kg查焓温表2.79253.812513烟气的平均热容量kJ／(kg·℃9.8214水蒸汽容积份额查烟气特性表0.128115三原子气体容积份额查烟气特性表0.269216三原子气体分压力MPaprn(P为炉膛压力，等于0.098MPa)0.0263817的乘积0.303818三原子气体辐射减弱系数2.288319灰粒子辐射减弱系数55900/(注：取值为)68.064920焦炭粒子辐射减弱系数取用1221无因次量取决于燃料种类，对低反应的燃料(无烟煤屑、半无烟煤、贫煤)Xl=l，对高反应的燃料(烟煤、褐煤、泥煤、页岩、木柴)xl=o．5122无因次量取决于燃烧方式0.423半发光火焰辐射减弱系数K3.361124乘积KpSKpS3.793225炉膛火焰有效黑度ahy0.977526乘积0.348327自由容积内三原子气体辐射减弱系数1.933128乘积4.101929自由容积内火焰有效黑度0.976430乘积0.041331屏间容积屏间容气体辐射减弱系数7.045432乘积0.516133屏间容积的火焰有效黑度0.403234屏宽A与Szy比值0.232335屏宽A与屏节距之比1.762736炉墙总面积 5066.037前后侧墙水冷壁的沾污系数查表冷壁灰污系数表0.4538炉顶包覆管沾污系数查水冷壁灰污系数表0.4539前后侧墙水冷壁的热有效系数0.450040炉膛黑度0.991041炉膛出口烟温1153.629742炉膛出口烟焓kJ／kg查焓温表2.714019.943炉膛吸热量Q1kJ／kg11578.044炉膛容积热强度95000045炉膛截面热强度350000046炉内平均辐射热强度155598.4附表2.13：蒸汽压力—饱和温度对照表[10]压力(MPa)温度(℃)压力(MPa)温度(℃)压力(MPa)温度(℃)压力(MPa)温度(℃)0.00106.9820.02060.0900.90175.363.7245.750.001513.0340.02161.1501.0179.883.8247.310.002017.5510.02262.1601.1184.063.9248.840.002521.0940.02363.1401.2187.964.0250.330.003024.0980.02464.0801.3191.64.5257.410.003526.6950.02564.9901.4195.045.0263.920.004028.9810.03069.1201.5198.235.5269.940.004531.0340.04075.8901.6201.376.0275.560.005032.9000.05081.3501.7204.306.5280.830.005534.6000.06085.9501.8207.107.0285.800.006036.1800.07089.9601.9209.797.5290.510.006537.6500.08093.3102.0212.378.0294.980.007039.0200.09096.7102.1214.858.5299.240.007540.3200.1099.632.2217.249.0303.310.008041.5300.12104.812.3219.549.5307.220.008542.6900.14109.322.4221.7810310.960.009043.7190.16113.322.5223.9411318.040.009544.8300.18116.932.6226.0312324.640.010045.8300.20120.232.7228.0613330.810.011047.7100.25127.432.8230.0414336.630.012049.4500.30133.542.9231.9615342.120.013051.0600.35138.883.0233.8416347.320.014052.5800.40143.623.1235.6617352.260.015054.0000.45147.923.2237.4418356.960.016055.3400.50151.853.3239.1819361.440.017056.6200.60158.843.4240.8820365.710.018057.8300.70164.963.5242.5421369.790.019058.9800.80170.423.6244.1622373.68第3章设计说明书3.1锅炉本体布置和结构3.1.1锅炉总体简介本锅炉为单炉膛四角布置的直流式摆动燃烧器，切向燃烧，制粉系统为一次风机正压直吹系统配3台双进双出磨煤机每角燃烧器分为6层一次风喷口燃烧器可上下摆动最大摆角为；2台磨煤机投运即可带BRL负荷锅炉采用17.3mm炉膛断面通过采用水平浓淡燃烧器，较高的燃尽高度等措施保证煤粉的及时着火和充分燃尽。炉膛上部布置壁式辐射再热器和大结局的分隔屏、后屏过热器以增加过热器与再热器的辐射特性并起到切割螺旋烟气流，减少减少进入过热器炉宽方向炉温偏差的作用壁式再热器布置于前墙和两侧墙的水冷壁管处分隔屏沿炉宽方向共布置四大片。采用电子计算机对每个水冷壁回路的各种工况作精确的水循环计算，确保水循环的可靠性膜式水冷壁为光管、内螺纹管加扁钢焊接形式锅炉构件采用全钢结构每台锅炉配有2台半模式、双密封、三分仓容克式空气预热器锅炉设有膨胀中心，可进行精确的热位移计算作为热补偿、间隙预留和管系应力分析的依据，并便于与设计院所负责的各管道的受力情况相配合。在锅炉本体的刚性梁，密封结构和吊杆的设计中也有相应的考虑。膨胀中心的设置对保证过路的可靠运行和密封性有重要的作用。锅炉刚性梁按炉膛最大瞬间压力8700Pa设计,此设计压力系统考虑紧急事故状态下主燃料切断，送风机所造成的炉膛内瞬间最大负压。此数据符合NFPA的规定炉膛水平刚性梁布置系统先按各部位烟侧设计压力，跨度和管子应力等条件通过应力分析以确定各处的最大许可间距而根据门孔布置等具体条件所确定的刚性梁实际间小于此处的最大许可间距，由于水平烟道部位的两侧墙跨度最大为减少挠度，每侧设有两根垂直型钢梁和水平性钢梁相连。锅炉装有炉膛安全监测系统，用于锅炉的启停、事故解列以及各种辅机的切投。其主要功能是炉膛火焰检测和灭火保护，对防止炉膛爆炸和内爆有重要意义。机组装有协调控制系统进行汽机和锅炉之间的协调控制。它将锅炉和汽机作为一个完整的系统进行锅炉自动调节。机组的设计既可按定压，也可按滑亚运行。当锅炉低负荷运行及启动时推荐采用滑压运行以获得较高的经济性。锅炉整体布局如图3.2水冷壁的布置本设计采用垂直管屏方式1.炉膛水冷壁采用垂直管圈方式2.水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁3.炉膛冷灰斗的倾斜角度为50°，除渣口的喉口宽度为1.4m3.2.1水冷壁炉膛截面尺寸为宽17.3m、深16m，炉膛四周采用全膜式焊接水冷壁，水冷壁为垂直管屏3.2.2水冷壁管水经由前后墙下集箱进入炉膛四周水冷壁，水冷壁由414根60mm的管子组成，节距为81mm。3.2.3水冷壁的悬吊垂直水冷壁的出口支吊方式如下图所示：图3.8：垂直水冷壁的出口支吊方式（侧墙为例）水冷壁荷重通过许多过渡吊耳支吊于炉顶吊杆及支撑在钢架上，这种支吊方式有助于吊点负荷的均匀分布及调整，由于上部出口集箱和管座不承受重的载荷,这些部件就能够具有更高的许用温差，有利于机组快速启停。3.2.4水冷套3.2.5水冷壁悬吊装置的强度计算与校核因悬吊装置吊管计算较困难，所以计算悬吊装置所用螺栓的强度计算和校核即可。：一个螺栓挤压承载力设计值：一个螺栓抗剪承载力设计值：各螺栓到各螺栓的距离：一个螺栓所受最大剪力：所以螺栓的选取是安全的。第4章全文总结水冷壁是整个锅炉中受热面的核心，是锅炉安全、稳定、高效运行的核心部件。4.1本设计主要特点1