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电厂锅炉设计说明书

《电厂锅炉原理》

课程设计说明书

重庆科技学院

热能与动力工程09

2012年12月

前言...............................................1

一、锅炉设计条件及性能数据.........................1

1.1额定工况及主要参数.......................................1

1.2燃料.....................................................2

1.3锅炉汽水品质.............................................2

1.4现场自然条件.............................................3

1.5锅炉运行条件.............................................3

二、锅炉整体及系统.................................4

2.1锅炉布置.................................................4

2.2汽水系统.................................................4

2.3燃烧系统.................................................15

2.4烟空气系统...............................................15

2.5出渣系统.................................................16

2.6调温系统.................................................16

三、主要承压部件...................................17

3.1汽水分离器...............................................17

3.2水冷壁...................................................17

3.3省煤器...................................................18

3.4过热器...................................................18

3.5再热器...................................................19

四、其他设备.......................................20

4.1钢结构...................................................20

4.2刚性梁...................................................21

4.3锅炉密封和保温...........................................21

4.4空气预热器...............................................21

五、参考文献.......................................22

锅炉设计说明书

前言

本说明书仅对锅炉的总体布置、性能、系统及主要结构等进行简要介绍。

锅炉的安装和使用详见953-1-8602锅炉使用说明书和953-1-8608锅炉安装说明书。

本工程锅炉设计着重考虑:

1）采用成熟、先进的超临界技术，确保锅炉具有较高的可用率；

2）选用合适的炉膛尺寸及热负荷指标，以保证炉膛不发生结渣；

3）采用先进的燃烧方式和燃烧设备，在保证炉膛不结渣的前提下，燃烧效率高、煤种适应性强、烟气温度及速度偏差小、NOx排放低；

4）采用成熟可靠的受热面布置方式，使得汽温偏差尽可能小，管材选用留有足够的裕度，有效保证受热面安全可靠；

5）具备较好的低负荷稳燃性能以及较好的启、停及调峰性能；

6）尽量采用成熟结构，增加部组件适用化程度。

1.锅炉设计条件及性能数据

本锅炉为400t/h再热煤粉锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、п型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，制粉系统为中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机。

锅炉燃用淮北洗中煤。

炉后尾部布置空气预热器。

1.1额定工况及BCMR工况的主要参数

名称

单位

最大连续蒸发量（BMCR）

额定工况蒸发量（BRL）

过热蒸汽流量

t/h

400

400

过热蒸汽出口压力

Mpa.g

13.7

13.7

过热蒸汽出口温度

℃

542

542

再热蒸汽流量

t/h

350

350

再热蒸汽进口压力

MPa.g

2.5

2.5

再热蒸汽进口温度

℃

330

330

再热蒸汽出口压力

MPa.g

2.3

2.3

再热蒸汽出口温度

℃

542

542

给水温度

℃

235

235

1.2燃料

1.2.1煤质资料

设计煤种为淮北洗中煤。

煤质分析

序号

项目

符号

单位

设计煤种

工业分析

1

低位发热量

LHV

kJ/kg

18289

2

干燥无灰基挥发分

Vdaf

%

24.8

3

全水分

Mt

%

7.86

4

空气干燥基水分

Mad

%

2.10

5

灰份

Aar

%

34.74

元素分析

6

碳

Car

%

47.9

7

氢

Har

%

3.04

8

氮

Nar

%

0.86

9

氧

Oar

%

5.15

10

硫

Sar

%

0.45

11

可磨性系数

HGI

62

12

灰变形温度

DT

℃

>1500

13

灰软化温度

ST

℃

>1500

14

灰流动温度

FT

℃

>1500

1.3锅炉汽水品质

为确保合格的蒸汽品质，对锅炉给水及炉水严格要求按下列质量标准控制。

1.3.1锅炉给水质量标准

项目

单位

保证值

总硬度

μmol/l

～0

溶解氧（化水处理后）

μg/l

30～200

铁

μg/l

≤10

铜

μg/l

≤5

二氧化硅

μg/l

≤15

油

mg/l

～0

PH值

8.0～9.0

电导率（25℃）

μs/cm

≤0.2

钠

μg/l

≤5

1.3.2蒸汽品质

项目

单位

保证值

钠

μg/kg

≤5

二氧化硅

μg/kg

≤15

电导率（25℃）

μs/cm

≤0.2

钠

μg/kg

≤5

铁

μg/kg

≤10

铜

μg/kg

≤5

1.4现场自然条件

周围环境温度为20摄氏度。

1.5锅炉运行条件

1）锅炉带基本负荷并参与调峰。

锅炉在投入商业运行后，年利用小时数不少于6500小时，年可用小时数不小于7800小时。

锅炉强迫停用率不大于2%。

2）锅炉变压运行，采用定—滑—定运行的方式。

3）锅炉在燃用设计煤种和校核煤种时，能满足负荷在不大于锅炉的30%BMCR时，不投油长期安全稳定运行，并在最低稳燃负荷及以上范围内满足自动化投入率100%的要求。

4）锅炉最低稳然负荷不大于30%BMCR。

5）锅炉负荷变化率能达到下述要求：

在50%～100%B-MCR时，不低于±5%B-MCR/分钟

在30%～50%B-MCR时，不低于±3%B-MCR/分钟

在30%B-MCR以下时，不低于±2%B-MCR/分钟

负荷阶跃：

大于10%汽机额定功率/分钟

6）锅炉的启动时间（从点火到机组带满负荷），与汽轮机相匹配，一般可满足以下要求：

冷态启动：

5～6小时

温态启动：

2～3小时

热态启动：

1～1.5小时

极热态启动：

＜1小时

7）锅炉点火方式为：

高能电火花—轻油—煤粉。

8）在燃用设计煤种和BMCR工况下，锅炉NOx的排放浓度不超过400mg/Nm3（O2=6%）

9）过热器和再热器温度控制范围，过热汽温控制在35%～100%B-MCR、再热汽温控制在50%～100%B-MCR负荷范围时，能保持稳定在额定值，偏差不超过±5℃。

10）燃烧室的设计承压能力不小于±5980Pa，当燃烧室突然灭火内爆，瞬时不变形承载能力不低于±9980Pa，锅炉在设计负荷范围内运行时，都能保证锅炉有足够的安全性和可靠性。

11）锅炉主要承压部件的使用寿命大于30年。

2．锅炉整体及系统

2.1锅炉布置

2.1锅炉总体简介

本锅炉为400t/h再热煤粉锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、п型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，制粉系统为中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机。

锅炉燃用淮北洗中煤。

炉后尾部布置空气预热器。

炉膛由膜式水冷壁组成。

炉膛冷灰斗角度为55°，从炉膛冷灰斗进口（标高5700mm）到标高47292mm处炉膛周围四周采用螺旋管圈，管子规格为φ42，节距为63mm，倾角为13.95°。

在此上方为垂直管圈，管子规格为φ42mm，节距为60mm，螺旋管与垂直管的过渡采用中间混合集箱。

水平烟道深度为6108mm，由后烟井延伸部分组成，其中布置有末级过热器。

后烟井深度为14112mm，布置有低温再热器和省煤器。

炉膛上部布置有6片分隔屏过热器和20片后屏过热器。

分隔屏过热器和后屏过热器沿深度方向采用蒸汽冷却定位管固定，蒸汽冷却管（共6根，φ63.5/φ50.8）从分隔屏过热器进口集箱引出，进入分隔屏过热器出口集箱。

后屏过热器、高温再热器和高温过热器沿炉膛宽度方向采用流体冷却定位管固定，流体冷却定位管（共4根，φ50.8）从后烟井延伸侧墙进口集箱引出，进入后屏过热器出口集箱。

锅炉燃烧系统按配中速磨冷一次风直吹式制冷系统设计。

24只直流式燃烧器分布6层，布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。

最上排燃烧器喷口中心标高为33050mm，距分隔屏底部距离为20500mm。

最下排燃烧器喷口中心标高为23590mm，至冷灰斗转角距离为5544mm。

在主燃烧器和炉膛出口之间标高41865mm处布置有1组SOFA燃烧器喷嘴（距上排燃烧器喷口中心8815mm）。

过热器汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制，第一级喷水布置在分隔屏过热器出口管道上，过热器喷水取自省煤器进口管道。

再热器汽温采用燃烧器摆动调节，再热器进口连接管道上设置事故喷水，事故喷水取自给水泵中间抽头。

锅炉整体的外型----选n形布置

选择n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，烟囱也可以建筑在地面上。

2）在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰。

具有自身除灰的能力。

3）各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热。

4）机炉之间连接管道不长。

2.2汽水系统

2.2.1省煤器和水冷壁系统

给水由锅炉右侧单路经过止回阀和电动闸阀后进入省煤器进口集箱，流经省煤器管组，中间集箱和悬吊管，然后汇合在省煤器的出口集箱，再由2根φ355.6×46.05mm的连接管道汇合为1根φ508×65.1mm的连接管道，再由2根φ355.6×46.05mm的连接管道分别引入冷水壁左右侧墙下集箱，水冷壁下集箱为四周相连通的环形集箱，外径为φ355.6mm，水经由前后墙下集箱螺旋进入炉膛四周水冷壁，螺旋段水冷壁由330根φ41.3mm的管子组成，节距为54mm。

螺旋段水冷壁过渡连接管引至水冷壁中间集箱，经中间集箱混合后再由连接管引出，经过渡段形成垂直段水冷壁，垂直段水冷壁由1320根φ34.93mm的管子组成，节距为56mm。

在锅炉启动阶段和低于最低直流运行工况（30%BMCR）时，水在水冷壁内吸热形成汽水混合物，汇集至水冷壁上集箱，通过水冷壁引出管进入汽水分离器，在汽水分离器内进行汽水分离，分离后的蒸汽引至过热器，水则通过调节进入大气式扩容器至冷凝器等地方，进行工质的回收。

在高于最低直流运行工况（30%BMCR）时，水在水冷壁内吸热形成过热蒸汽汽水混合物，汇集至水冷壁上集箱，通过水冷壁引出管进入汽水分离器后，直接由连接管道引至过热器，此时的汽水分离器仅作水冷壁和过热器之间的汽水通道。

其流程见图2.2-1省煤器和水冷壁系统图，各部件规格、材料如下表2.2-1所示。

表2.2-1省煤器和水冷壁各部件选用规格、材质

序号

名称

数量

规格mm

材料牌号

E-4

省煤器进口集箱

1

φ660.4×101.6

SA-106C

E-6

省煤器

668

φ42×5

SA210C

E-7

省煤器

668

φ42×5

SA210C

E-8

省煤器中间集箱

3

φ323.9×65.1

SA-106C

E-9

省煤器悬吊管

220

φ60×12

SA210C

E-10

省煤器悬吊管

220

φ60×12

SA210C

E-11

省煤器出口集箱

1

φ406×60.1

SA-106C

E-12

省煤器出口连接管道

2

φ355.6×46.05

SA-106C

E-13

省煤器出口连接管道

1

φ508×65.1

SA-106C

E-14

省煤器出口连接管道

2

φ355.6×46.05

SA-106C

F-1

水冷壁前墙下集箱

1

φ508×53.98

SA-106C

F-2

水冷壁前墙进口管子

84

φ355.6×6.9

SA-213T12

F-3

水冷壁前墙灰斗螺旋管

84

φ42×5

SA-213T12

F-3A

水冷壁前墙螺旋管

84

φ42×5

SA-213T12

F-4、6

水冷壁前墙多通

84

SA-182F12

F-5A

前墙连接管（进中间集箱）

84

φ42×5

SA-213T12

F-5

水冷壁前墙中间集箱

1

φ323.9×53.98

SA-335P12

F-5B

前墙连接管（出中间集箱）

336

φ34.93×6.04

SA-213T12

F-7

水冷壁前墙垂直管下部

336

φ34.93×6.04

SA-213T12

F-7A

水冷壁前墙垂直管上部

336

φ34.93×6.04

SA-213T12

F-8

水冷壁前墙上集箱

1

φ273.1×46.03

SA-335T12

F-9

水冷壁前墙引出管

2

φ273.1×46.03

SA-335P12

F-10

水冷壁后墙下集箱

1

φ355.6×53.98

SA-106C

F-11

水冷壁后墙进口管子

84

φ42×5

SA-213T12

F-12

水冷壁后墙灰斗螺旋管

84

φ42×5

SA-213T12

F-12A

水冷壁后墙螺旋管

84

φ42×5

SA-213T12

F-13、15

水冷壁后墙多通

84

SA-182F12

F-14A

后墙连接管（进中间集箱）

84

φ42×5

SA-213T12

F-14

水冷壁后墙中间集箱

1

φ323.9×53.98

SA-335P12

F-14B

后墙连接管（出中间集箱）

336

φ34.93×6.04

SA-213T12

F-17

水冷壁后墙折焰角

336

φ34.93×6.21

SA-213T12

F-18

水冷壁后墙垂直管下部

280

φ34.93×6.04

SA-213T12

F-18A

水冷壁后墙垂直管上部

56

φ57.15×6.04

SA-213T12

F-19

水冷壁后墙上集箱

1

φ273.1×46.03

SA-335P12

F-20

水冷壁后墙引出管

2

φ273.1×39.68

SA-335P12

F-21

水冷壁侧墙下集箱

2

φ355.6×46.05

SA-106C

F-22

水冷壁侧墙进口管子

162

φ42×5

SA-213T12

F-23

水冷壁侧墙灰斗螺旋管

162

φ42×5

SA-213T12

F-23A

水冷壁侧墙螺旋管

162

φ42×5

SA-213T12

F-24、26

水冷壁侧墙多通

162

SA-182F12

F-25A

侧墙连接管（进中间集箱）

162

φ42×5

SA-213T12

F-25

水冷壁侧后墙中间集箱

2

φ323.9×53.98

SA-335P12

F-25B

侧墙连接管（出中间集箱）

648

φ34.93×6.04

SA-213T12

F-27

水冷壁侧墙垂直管下部

648

φ34.93×7.96

SA-213T12

F-27A

水冷壁侧墙垂直管上部

648

φ34.93×7.96

SA-213T12

F-28

水冷壁侧墙上集箱

2

φ273.1×46.03

SA-335P12

F-29

水冷壁侧墙引出管

4

φ273.1×39.68

SA-335P12

图2.2-2过热器系统图

2.2.2过热蒸汽系统

从汽水分离器引出的微过热蒸汽进入炉顶进口集箱，经前炉顶管至炉顶出口集箱，为减少蒸汽阻力损失，在BMCR工况下约36.6%BMCR的蒸汽经旁路管直接进入炉顶出口集箱。

从炉顶出口集箱引出的蒸汽经过后炉顶管、后烟井包复、后烟井延伸侧墙，再汇总至后烟井侧墙上的集箱，分四路引入分隔屏进口集箱，流经分隔屏后进入分隔屏出口集箱，从后屏过热器出口集箱分二路进入后屏过热器进口集箱，通过末级过热器到末过出口集箱，再由两根末过出口集箱引出至两根主蒸汽管道并送完汽轮机高压缸。

其流程见图2.2-2。

各级过热器之间均采用大直径管道及三通连接，这使介质能充分混合，并可简化布置蒸汽冷却定位管（共6根）由分隔屏过热器进口集箱引出，通过分隔屏过热器、后屏过热器，再引入分隔屏过热器出口集箱，将分隔屏过热器和后屏过热器定位夹持，防止屏倾斜。

流体冷却定位管（共4根）由后烟井延伸侧墙下集箱引出经末级再热器和末级过热器再引入后烟井侧墙上集箱

过热器系统各部件规格、材料如下表2.2-2所示。

表2.2-2过热器系统各部件选用规格、材质

序号

名称

数量

规格mm

材料牌号

S-1

包复连接部分

4

φ323.9×46.04

SA-335P12

S-2

炉顶进口集箱

1

φ323.9×55.57

SA-335P12

S-2a

旁路管道

2

φ323.9×46.04

SA-335P12

S-3

前炉顶前段

168

φ63.5×9.03

φ50.8×8.0

SA-213T12

S-4

前炉顶后段

168

φ63.5×9.03

SA-213T12

S-5

炉顶出口集箱

1

φ273.1×60.33

SA-335P12

S-6

后炉顶管

113

φ63.5×9.03

SA-213T12

S-7

包复后墙管

113

φ63.5×9.03

SA-213T12

S-8

包复后墙出口集箱

1

φ381×68.28

SA-335P12

S-9

包复侧墙出口集箱

2

φ381×68.28

SA-335P12

S-10

包复侧墙管

170

φ63.5×9.03

SA-213T12

S-10a

低再集箱支承管

22

φ54×90.3

SA-213T12

S-11

后烟井侧墙上集箱

2

φ355.6×66.68

SA-335P12

S-12

后烟井前墙管屏

113

φ63.5×9.03

SA-213T12

S-13

后烟井前墙鳍片管

113

φ63.5×9.03

SA-213T12

S-14

后烟井前墙下集箱

1

φ381×68.28

SA-335P12

S-15

延伸侧墙进口连接管道

1

φ406.4×58.74

SA-335P12

S-16

延伸侧墙进口集箱

1

φ406.4×74.61

SA-335P12

S-17,18

延伸侧墙管

110

φ50.8×8.0

SA-213T12

S-19

分隔屏进口管道

4

φ355.6×50.8

SA-335P12

S-20

分隔屏进口集箱

2

φ273.1×49.21

SA-335P12

S-21

分隔屏过热器进口炉外段

480

φ41.3×6.35

SA-213T12

S-22

分隔屏过热器炉内段

480

φ41.3×6.35

φ41.3×5.59

φ41.3×5.59

SA-213T12

SA-213T91

SA-213T23

S-23

分隔屏过热器出口炉外段

480

φ41.3×7.14

SA-335T12

S-24

分隔屏出口集箱

2

φ406.4×77.79

SA-213T12

S-25

一级减温进口管道

2

φ457.2×71.45

SA-335P12

S-26

一级减温器

2

φ457.2×71.45

SA-335P12

S-27

一级减温器出口管道

2

φ457.2×65.1

SA-335P12

S-28

后屏进口集箱

1

φ355.6×65.1

SA-335P12

S-29a

后屏过热器进口炉外段

20×21

φ41.3×6.375

φ44.5×7.14

φ47.6×7.14

φ60×9.03

SA-213T12

S-29

后屏过热器炉内段

20×21

φ47.6×7.14

φ47.6×7.14

φ47.6×7.14

φ54×7.06

φ54×9.98

φ54×7.06

SA-213T23

SA-213T91

SA-213TP347H

SA-213TP347H

SA-213TP347H

SA-213TP347H

S-29b

后屏过热器出口炉外段

20×21

φ47.6×7.96

φ41.3×7.06

φ44.45×7.96

φ60×7.96

SA-213T91

S-30

后屏出口集箱

1

φ406.4×60.325

SA-335P91

S-31

二级减温器进口管道

2

φ508×60.3

SA-335P91

S-32

二级减温器

2

φ508×60.3

SA-335P91

S-33

二级减温器出口管道

2

φ508×58.75

SA-335P91

S-34

末级过热器进口集箱

1

φ406.4×58.75

SA-335P91

S-35a

末级过热器进口管接头

82×13

φ38.1×7.06

SA-213T12

S-35

末级过热器炉内段

82×13

φ38.1×7.96

φ38.1×7.96

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φ38.1×