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课程设计

 

设计名称:

乌拉山电厂300MW机组局部热力系统分析

 

专业:

火电厂集控运行

姓名:

学号:

指导老师:

时间:

2010-5-15

目录

前言

第一章绪论………………………………………………………

(1)

第二章   锅炉的本体介绍

2.1厂用锅炉的组成部件…………………………………(4)

2.2锅炉本体简述………………………………………(4)

2.3锅炉主要设计参数……………………………………(9)

第三章 汽水系统

3.1        主要流程………………………………………………(12)

3.2        运行时监控参数………………………………………(12)

3.3排污系统………………………………………………(13)

汽水系统图……………………………………………(15)

疏水排污系统图………………………………………(16)

汽包水位调节系统

第四章 风烟系统

4.1        主要流程………………………………………………(17)

风烟系统图……………………………………………(19)

第五章  燃油系统

5.1        主要流程………………………………………………(20)

燃油系统……………………………………………(21)

第六章制粉系统

6.1        主要流程………………………………………………(22)

6.2        运行时监控参数………………………………………(22)

制粉系统图……………………………………………(23)

后记………………………………………………………………(24)

参考文献…………………………………………………………(25)

前言

本课程设计是根据长沙电力职业技术学院关于集控0815班实习要求而编写的,也是锅炉课程的最后一个教学环节。

其具体设计目的如下:

1.培养学生具有锅炉的初步设计能力。

设计能力是通过设计人员的设计思想、设计原则和设计方法体现出来的。

2.通过设计使学生对锅炉以及所学过的相关课程进行必要的复习,并在实践中检验学生综合掌握,灵活运用的程度和效果。

3.通过设计培养学生熟练运用手册和参考资料的能力。

4.通过本次设计比较熟练的掌握知识并运用到实际,更加深刻的理解运用所学知识到生产实际。

由于编写时间有限,编者水平有限,本课程设计难免有疏漏及不足之处,恳请广大读者不吝赐教。

 

编者

2010-6-15

绪论

一、锅炉在国民经济中的地位

电力已经是国民经济和人民生活越来越重要的能源,电能的产生一般依赖于电站。

目前大规模的发电方式主要有火力发点、水力发电和核力发电三种。

火力发电是我国目前最主要的发电方式,其主要过程是由燃料的化学能转变为蒸汽的热能,然后由蒸汽转变为汽轮机的机械能,最终将机械能通过发电机的励磁转变为电能。

其中化学能转变为热能的过程是在锅炉内完成的。

显然电站锅炉是火力发电厂的重要设备之一。

锅炉的发展分锅和炉两个方面。

二、锅炉的发展概述

  18世纪上半叶,英国煤矿使用的蒸汽机,包括瓦特的初期蒸汽机在内,所用的蒸汽压力等于大气压力。

18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。

19世纪,常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。

与此相适应,最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳,后来改用卧式锅壳,在锅壳下方砖砌炉体中烧火。

  随着锅炉越做越大,为了增加受热面积,在锅壳中加装火筒,在火筒前端烧火,烟气从火筒后面出来,通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热,称为火筒锅炉。

开始只装一只火筒,称为单火筒锅炉或康尼许锅炉,后来加到两个火筒,称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉.

  1830年左右,在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。

一些火管装在锅壳中,构成锅炉的主要受热面,火(烟气)在管内流过。

在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管,称为卧式外燃回火管锅炉。

它的金属耗量较低,但需要很大的砌体。

  19世纪中叶,出现了水管锅炉。

锅炉受热面是锅壳外的水管,取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。

锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制,有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。

这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒,或称为汽包。

初期的水管锅炉只用直水管,直水管锅炉的压力和容量都受到限制。

二十世纪初期,汽轮机开始发展,它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。

直水管锅炉已不能满足要求。

随着制造工艺和水处理技术的发展,出现了弯水管式锅炉。

开始是采用多锅筒式。

随着水冷壁、过热器和省煤器的应用,以及锅筒内部汽、水分离元件的改进,锅筒数目逐渐减少,既节约了金属,又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。

  辅助循环锅炉又称强制循环锅炉,它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。

在下降管系统内加装循环泵,以加强蒸发受热面的水循环。

直流锅炉中没有锅筒,给水由给水泵送入省煤器,经水冷壁和过热器等蒸发受热面,变成过热蒸汽送往汽轮机,各部分流动阻力全由给水泵来克服。

  第二次世界大战以后,这两种型式的锅炉得到较快发展,因为当时发电机组要求高温高压和大容量。

发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒,可以采用小直径管子作受热面,可以比较自由地布置受热面。

随着自动控制和水处理技术的进步,它们渐趋成熟。

在超临界压力时,直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉,70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。

后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。

  在锅炉的发展过程中,燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。

因此,不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点,而且还要提高燃烧效率以节约能源。

此外,炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)

早年的锅壳锅炉采用固定炉排,多燃用优质煤和木柴,加煤和除渣均用手工操作。

直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排,其中链条炉排得到了广泛的应用。

炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。

  早期炉膛低矮,燃烧效率低。

后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用,将炉膛造高,并采用炉拱和二次风,从而提高了燃烧效率。

发电机组功率超过6兆瓦时,以上这些层燃炉的炉排尺寸太大,结构复杂,不易布置,所以20年代开始使用室燃炉,室燃炉燃烧煤粉和油。

煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧,发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。

自第二次世界大战初起,电站锅炉几乎全部采用室燃炉。

早年制造的煤粉炉采用了U形火焰。

燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降转弯上升。

后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器,火焰在炉膛中形成L形火炬。

随着锅炉容量增大,旋流式燃烧器的数目也开始增加,可以布置在两侧墙,也可以布置在前后墙。

1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。

第二次世界大战后,石油价廉,许多国家开始广泛采用燃油锅炉。

燃油锅炉的自动化程度容易提高。

70年代石油提价后,许多国家又重新转向利用煤炭资源。

这时电站锅炉的容量也越来越大,要求燃烧设备不仅能燃烧完全,着火稳定,运行可靠,低负荷性能好,还必须减少排烟中的污染。

三、锅炉的分类

可以从不同角度出发对锅炉进行分类:

1、按烟气在锅炉流动的状况分:

水管锅炉、锅壳锅炉(火管锅炉)、水火管组合式锅炉

  2、按锅筒放置的方式分:

立式锅炉、卧式锅炉

  3、按用途分:

生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉、车船用锅炉

  4、按介质分:

蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉

  5、按安装方式分:

快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉

  6、按燃料分:

燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉

  7、按水循环分:

自然循环、强制循环、混合循环

  8、按压力分:

常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉

9、按锅炉数量分:

单锅筒锅炉、双锅筒锅炉

10、按燃烧定在锅炉内部或外部分:

内燃式锅

11、按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。

12、按制造级别分类:

A级、B级、C级、D级、E级(按制造锅炉的压力分)

  13、按出口蒸汽压力分为:

低压锅炉(P〈2.45MPa)、中压锅炉(3.8〈P〈5.8MPa)、高压锅炉(5.9〈P=12.6MPa)、超高压锅炉(12.7〈P=15.8MPa)、亚临界锅炉(15.9〈P=18.3MPa)、超临界锅炉(22.115〈P〈30MPa)、超超临界锅炉>30MPa。

  

第二章锅炉简要特性

1厂用锅炉的组成部件

锅炉设备一般是由锅炉本体和辅助设备组成的。

锅炉本体主要包括燃烧器、炉膛、布置有受热面的烟道、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等。

辅助设备包括送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等。

2锅炉简述

2.1锅炉本体简述

内蒙古乌拉山发电厂三期#4.5锅炉(型号:

HG-1056/17.5-YM39),是哈尔滨锅炉厂有限责任公司采用美国ABB-CE公司引进技术设计制造的,配两台300MW空冷发电机组的亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉。

设计燃用煤种为乌达烟煤。

在锅炉的最大连续蒸发量1056t/h时,机组电负荷为329.137MW;机组额定电负荷300MW时,锅炉的额定蒸发量为943.8t/h。

#4、5炉采用中速磨煤机制粉系统、四角切圆燃烧、固态排渣方式。

过热蒸汽温度采用二级喷水调节;再热蒸汽温度调节方式采用摆动燃烧器调节。

锅炉采用全钢结构构架、高强螺栓连接,连接件接触面采用喷砂处理工艺,提高了连接结合面间的摩擦系数,锅炉为紧身封闭布置结构。

2.1.2炉本锅炉炉膛结构数据

名称

单位

炉膛宽度

m

14.048

炉膛深度

m

12.773

上层煤粉燃烧器中心至屏底距离

m

19.0

炉膛容积

m3

7831.6

辐射受热面(到分分割屏底)

m2

2152.9

辐射受热面(到后屏入口)

m2

3406.1

辐射受热面(到炉膛出口)

m2

4516.0

体主要设计特点

a)锅炉为单炉膛,采用四角布置的摆动式直流燃烧器、切向燃烧方式。

每角燃烧器为五层—次风喷口,燃烧器采用传统的大风箱结构,由隔板将大风箱分隔成若干风室。

每角燃烧器共有14个风室,其中顶部燃尽风室2个,上端部辅助风室1个,其间煤粉风室5个,油风室3个,中间辅助风室2个,下端部辅助风室1个。

一次风喷嘴可上下摆动20度,二次风喷嘴可上下摆动30度,顶部燃尽风室喷嘴反切18度,可削弱炉膛上部的气流旋转,减少炉膛出口烟温偏差,并且能够上下作+30—-5度摆动,以此来改变燃烧中心区的位置,调节炉膛内各辐射受热面的吸热量,从而调节再热汽温。

制粉系统为正压直吹式,配5台ZGM95N型中速磨煤机,在BMCR工况时,4台磨煤机运行,一台备用。

b)炉膛上部布置墙式辐射再热器和大间距的过热器分隔屏和后屏以增加再热器和过热器的辐射特性。

墙式辐射再热器布置于上炉膛前墙和两侧墙。

分隔屏沿炉宽方向布置四大片,后屏沿炉宽方向布置20片,起到切割旋转烟气流以减少进入水平烟道沿炉宽方向的烟温偏差的作用。

c)采用电子计算机对每个水冷壁回路的各种工况均作了精确的水循环计算,能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型式。

d)各级过热器和再热器最大限度地采用蒸汽冷却的定位管和吊挂管,以保证运行的可靠性。

分隔屏和后屏沿炉膛宽度方向有四组汽冷定位夹紧管,并与墙式再热器之间装设导向定位装置,以作管屏的定位和夹紧,防止运行中管屏的晃动;过热器后屏和再热器前屏用横穿炉膛的汽冷定位管定位以保证屏与屏之间的横向间距,并防止运行中的晃动;布置于后烟道中的水平低温过热器和省煤器采用自包墙管下集箱引出的汽冷吊挂管悬吊和定位;对于高温区的管屏(过热器分隔屏、过热器后屏、再热器前屏)还通过延长最里面的管圈做管屏底部管的夹紧用。

e)各级过热器和再热器采用较大的横向节距,防止在受热面上结渣结灰,同时还便于在蛇形管穿过顶棚处装设高冠板式密封装置,以提高炉顶的密封性。

f)各级过热器、再热器之间采用单根或数量很少的大直径连接管相连接使蒸汽能起到良好的混合作用,以消除热偏差。

各集箱与大直径连接管相连处均采用大口径三通。

g)每台锅炉装有两台半模式、三密封、三分仓容克式空气预热器,具有占地面积小、金属耗量低、防腐蚀性能好的特点。

由于设计煤种水分不高,采用较低的干燥剂温度,即可获得较高的热一、二次风温,满足炉内燃烧和制粉系统的需要,故预热器采用逆转式。

h)锅炉的汽包、过热器出口及再热器进出口均装有直接作用的弹簧式安全阀。

在过热器出口处装有一套动力排放阀(PCV)以减少安全阀的动作次数。

i)汽温调节方式。

为消除过热器出口左右汽温偏差,过热汽温采用二级三点喷水。

第一级喷水减温器设于低温过热器与分隔屏之间的大直径连接管上,布置一点。

第二级喷水减温器设于过热器后屏与末级过热器之间的大直径管上,分左右两点布置。

减温器采用笛管式,设计喷水量为BMCR主蒸汽流量的10%,其中一级减温水设计喷水量为总喷水量的2/3,二级减温器设计喷水量为总喷水量的1/3。

再热汽温的调节主要靠燃烧器摆角摆动来调节,过量空气系数的改变对过热器和再热器的调温也有一定的作用。

再热器的进口导管上装有两只雾化喷嘴式喷水减温器,主要作为事故喷水减温用。

设计事故喷水量为BMCR工况下再热蒸汽流量的5%。

j)在炉膛、各级对流受热面和回转式空气预热器处均装设不同形式的吹灰器,吹灰器的运行采用可编程序控制,所有的墙式吹灰和伸缩式吹灰器根据燃煤和受热面结灰情况每2~4小时全部运行一遍。

炉膛及炉膛出口水平烟道采用蒸汽式吹灰器,尾部烟道和回转式空预热器采用脉冲式吹灰器。

k)在锅炉的尾部竖井下装有容量为5%的启动疏水旁路。

锅炉启动时利用此旁路进行疏水以达到加速过热器升温的目的。

此5%容量的小旁路可以满足机组冷、热态启动的要求。

l)锅炉装有炉膛安全监控系统(FSSS),用于锅炉的起、停、事故解列以及各种辅机的切投,其主要功能是炉膛火焰监测和灭火保护,对防止炉膛爆炸和“内爆”有重要意义。

m)机组装有集散控制系统(DCS),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来进行锅炉的自动调节。

2.1.3各受压部件和说明

a)锅炉给水和水循环系统

1)锅炉给水从省煤器入口集箱进入省煤器蛇形管,给水在省煤器蛇形管中与烟气成逆流向上流动,给水被加热后汇集到省煤器出口集箱,在经省煤器出口连接管引到炉前,并从汽包的底部进入汽包。

2)汽包底端设置了4根集中下降管,下降管管径为Φ559×52,由下降管底端的分配集箱接出74根Φ159×18的分散引入管,进入Φ273×45水冷壁下集箱。

3)炉膛四周为全膜式水冷壁,水冷壁管经为Φ63.5×7,节距S=76.2㎜。

后墙水冷壁经折焰角后抽出33根管作为后水冷壁吊挂管,管径为Φ76×12。

水冷壁延伸侧墙及水冷壁对流排管的管径为Φ76×9。

4)炉水沿着水冷壁管向上流动并不断加热。

炉水平行流过以下三部分管子:

1前墙水冷壁管;2侧墙水冷壁管;3后墙水冷壁管、后墙水冷壁悬吊管、后墙水冷壁折焰角部管、后墙水冷壁排管和水冷壁延伸侧管。

5)为保证亚临界压力锅炉水循环可靠,根据几何特性和受热特性将水冷壁划分为28个回路,前后墙各6个回路,两侧墙各8个回路,水冷壁计算回路共50个,经精确水循环计算确定,从冷灰斗拐点以上3米到分隔屏底以及上炉膛中辐射再热器区未被再热器遮盖的前墙和侧水冷壁管采用内螺纹管(其余部分为光管)。

6)饱和水流出水冷壁下集箱后,自下而上沿炉膛四周不断加热,最后以出口含汽率Xc为0.186~0.519的汽水混合物进入Φ273×50水冷壁上集箱,然后由98根中Φ159×18引出管引至汽包,在汽包内进行汽水分离。

b)省煤器

1)省煤器的作用是从离开锅炉的烟气中回收热量并将锅炉给水进行加热。

2)省煤器布置在锅炉尾部竖井烟道下部,管子为Φ51×6.5,沿锅炉宽度方向顺列布置98片水平蛇形管。

所有蛇形管都从省煤器入口集箱接入,终止于省煤器出口集箱。

3)给水经省煤器入口集箱,再进入蛇形管。

水在蛇形管中与烟气成逆流向上流动,以此达到有效的热交换,同时减小蛇形管中出现汽泡造成停滞的可能性。

给水在省煤器中加热后,经由出口管引入汽包。

4)在省煤器入口集箱端部和集中下降管之间装有省煤器再循环管。

在锅炉启动停止上水时,打开再循环,将炉水引到省煤器,防止省煤器中的水产生汽化。

启动时,再循环管路中的阀门必须打开,直到连续供水时关上。

c)汽包

1)汽包内径Φ1778mm,壁厚190mm,筒身长度18000mm,总长19982mm,汽包总重177.3吨,汽包由SA—299碳钢材料制成。

2)汽包筒身顶部装焊有饱和蒸汽引出管座、放气阀管座、辅汽蒸汽管座;两侧装焊有汽水混合物引入管座;筒身底部装焊有大直径下降管座、给水管座及紧急放水管座;封头上装有人孔门、安全阀管座、加药管座、连续排污管座、二对就地水位表管座、五对单室平衡容器管座等。

在安装现场不能在汽包筒身上进行焊接。

d)过热器

1)过热器由五个主要部分组成:

顶棚过热器和包墙过热器、立式低温过热器和水平低温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器。

2)顶棚过热器和包墙过热器由顶棚管、后烟道侧墙、前墙及后墙、水平烟道延伸侧包墙组成。

后烟道包墙过热器形成一个垂直下行的烟道。

3)水平低温过热器位于尾部竖井烟道省煤器上方,共102片,管径为Φ51,以136㎜的横向节距沿炉宽方向布置。

4)立式低温过热器位于尾部烟道转向室内,水平低温过热器上方,共102片,管径为Φ51,以136mm的横向节距沿炉宽方向布置。

5)分隔屏过热器位于炉膛上方,前墙水冷壁和后屏过热器之间,沿炉宽方向布置四大片,每大片又沿炉深方向分为六小片。

管径为Φ51,从炉膛中心开始,分别以3429mm、2743.2mm、2566.3mm的横向间距沿整个炉膛宽度方向布置。

6)后屏过热器位于炉膛上方折焰角前,共20片,管径为Φ60/Φ54,以685.8mm的横向间距沿整个炉膛宽度方向布置。

7)末级过热器位于后水冷壁排管后方的水平烟道内,共90片,管径为Φ51,以152.4mm的横向间距沿整个炉宽方向布置。

e)再热器

1)再热器由三个主要部分组成:

末级再热器、前屏再热器、墙式辐射再热器。

2)末级再热器位于炉膛折焰角后的水平烟道内,在水冷壁后墙悬吊管和水冷壁排管之间,共60片,管径为Φ63,以228.6mm的横向节距沿炉宽方向布置。

3)前屏再热器位于后屏过热器和后水冷壁悬吊管之间,折焰角的上部,共30片,管径Φ63,以457.2㎜的横向节距沿炉宽方向布置。

4)墙式辐射再热器布置在水冷壁前墙和侧墙之间靠近前墙的部分,约占炉膛高度的三分之一左右。

前墙辐射再热器由234根管径为Φ50mm的管子组成,侧墙辐射再热器由196根管径为Φ50mm的管子组成,以50.8mm的节距沿水冷壁表面密排而成。

5)在后屏过热器下方、炉膛左侧装有—只烟温探针,在锅炉启动过程中,监视炉膛出口烟气温度,当炉膛出口烟气温度超过538℃时自动退出,以保护再热器受热面不超温。

2.1.1锅炉主要设计参数

名称

单位

设计煤种

BMCR

THA

75%THA

35%BMCR

高加全切

主蒸汽流量

t/h

1056

943.8

687.56

369.6

824.32

主蒸汽出口压力

MPa

17.5

17.32

16.89

16.71

17.15

主蒸汽出口温度

540

540

540

526.6

540

给水温度

283.3

276

256.6

221.2

178.6

给水压力

MPa

19.4

18.91

17.974

17.19

18.44

再热蒸汽流量

t/h

872.12

785.25

583.04

322.27

808.84

再热蒸汽出口压力

MPa

3.839

3.453

2.55

1.336

3.616

再热蒸汽出口温度

540

540

540

496

540

再热蒸汽进口压力

MPa

4.039

3.633

2.684

1.41

3.801

再热蒸汽进口温度

332.9

322.6

299.3

257.1

332

减温水喷水压力

MPa

20.679

19.859

18.499

19.319

19.279

减温水喷水温度

179.6

175.3

163.7

138.1

178.5

过热器一级喷水量

t/h

0

12.5

36.1

6

59.7

过热器二级喷水量

t/h

0

6.4

17.9

3.0

29.1

再热器喷水量

t/h

0

0

0

0

0

总燃煤量

t/h

142.2

129.6

100.2

56

134.2

总风量(到风箱)

t/h

1158.2

1055.9

919.1

475.5

1092.8

炉膛漏风

t/h

60.96

55.6

48.4

25

57.5

总风量

t/h

1219.16

1111.5

967.5

500.5

1150.3

下炉膛出口烟温

1311

1313

1252

1146

1288

炉膛出口烟温

1032

1016

963

818

1014

煤粉喷嘴投运数

4

4

3

2

4

喷嘴摆动角度

0

12

20

27

-18

炉膛截面热负荷

KW/m2

4.416

4.025

3.099

1.718

4.168

炉膛容积热负荷

KW/m3

101.18

92.22

71.01

39.36

95.49

干烟气热损失

%

4.62

4.53

4.5

3.3

3.80

燃料中水分热损失

%

0.69

0.69

0.69

0.69

0.69

燃料中氢热损失

%

3.62

3.61

3.58

3.53

3.57

空气中水的热损失

%

0.09

0.08

1.2

2.0

0.8

未燃尽碳热损失

%

0.8

0.8

1.2

2.0

0.8

辐射热损失

%

0.19

0.20

0.26

0.46

0.20

不可测量热损失

%

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

总热损失

%

10.36

10.26

10.66

10.38

9.48

效率(按高位发热量)

%

89.64

89.74

89.34

89.62

90.52

效率(按低位发热量)

%

93.50

93.60

93.18

93.47

94.41

过量空气系数

1.25

1.25

1.412

1.312

1.25

 

第三章 汽水系统

3.1启动流程

a)关闭省煤器再循环电动门,开启给水旁路调节阀前后截止门,调节阀关至零位。

b)启动给水泵向锅炉上水。

c)控制给水流量在50~l00t/h(水压试验2~4h)。

d)锅炉上水至-100mm,联系化学化验炉水品质,若合格,停止上水;若不合格,加强定排及下联箱放水,边上水边排污,直至水质合格,保持水位-l00mm。

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