300mw京西无烟煤电站锅炉毕业设计.docx

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300mw京西无烟煤电站锅炉毕业设计

摘要

在我国自然资源中，与石油和天然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.60%，但煤炭资源人均可采储量仅为世界平均水平的一半。

这其中，劣质无烟煤占全国煤炭资源总量的13%，因此，提高无烟煤锅炉的热利用效率与当前造福子孙后代、建设资源节约型社会的主题相合。

本次设计主要是有关300MW锅炉机组的结构设计和热力计算。

首先，由燃料的热力特性来确定锅炉结构中各部分的尺寸，并根据锅炉结构的设计尺寸进行热力计算，以满足锅炉基本性能的要求；同时，也对锅炉的本体结构、辅助系统等进行了简单的描述。

在热力计算过程中，首先对燃料特性、空气和烟气的容积、平均烟气特性、炉膛热平衡等进行计算，并由此设计锅炉的结构尺寸；第二步则是根据设计尺寸对炉膛传热、屏式过热器、高低温过热器、省煤器等进行几何特性和热力特性计算；最后，由设计尺寸的计算结果来校核设计，以达到锅炉设计的基本性能、寿命、效率、结构合理性、布置紧凑性、安全可靠性等各方面的要求。

本课题结合工程实例，对电站锅炉工作原理、设计思想及计算特点进行全面、深入总结分析，在此基础上完成锅炉热力计算、锅炉热平衡计算，绘制锅炉本体图及汽水流程图。

达到理论联系实际的目的，提高综合专业素质。

关键词:

结构设计煤粉锅炉热力性计算

Abstract

Inournaturalresources,coalreservesisrelativelyrichincomparisonwithoilandgas,accountingfor11.60%ofworld'sreserves,butthecoalresourcespercapitarecoverablereservesonlyhalfoftheworld'saverage.Therefore,improvingtheefficiencyintheuseofhotanthraciteboilerisinaccordwiththethemeofbenefitingourde-scendentsandbuildingaresource-conservingsociety.

Thisdesignismainlyto300MWboilerunitstructuraldesignandheatingpowercalculating.First，confirmedthesizeofeverypartinthestructureoftheboilerbytheheatingpowercharacteristicofthefuel,andcarriedonheatingpowertocalculateaccordingtothesizeofdesignofthestructureoftheboiler,inordertomeettherequirementforbasicperformanceoftheboiler;Meanwhile,carriedonsimpledescriptiontonoumenonnstructure,accessorysystemoftheboiler,etc.too.Inthecourseofcalculatinginheatingpower,fuelcharacteristic,volumeofairandexhaustgas,averageexhaustgascharacteristic,thermalbalanceofburnerhearth,etc.arecalculatedatfirst,andthendesignthephysicaldimensionoftheboiler;Accordingtothesizeofdesigning，thesecondstepistoconductheattotheburnerhearth,overheateddevice,theendgradesofoverheateddeviceofrejectingetc.,economizer,etc.carryongeometrycharacteristicandheatingpowercharacteristiccalculate；Finally,theresultofcalculationofdesigningthesizechecksdesigning,inordertoreachthebasicperformance,life,efficiency,structurerationalitythattheboilerisdesigned,assignsuchrequirementsofvariousfieldsascompactness,safereliability,etc..

Theissuecombinedexamplesofprojects,makeanin-depthanalysistotheboilerprinciple,designandcalculationfeatures.Onthebasisofthese,completingthethermalandbalancecalculationofboiler,drawingtheboilerbodymapandsteam-waterflowchart,inordertoachievethepurposeoflinkingtheorywithpractice,improveoverallprofessionalquality.

Keywords：

StructuraldesignPulverizedcoal-firedboiler

Thermodynamiccalculations

引言

近年来，我国的电力工业得到了迅猛的发展。

我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.60%，但煤炭资源人均可采储量仅为世界平均水平的一半。

这其中，劣质无烟煤占全国煤炭资源总量的13%。

截止到2011年底，我国发电设备总装机容量为10.56亿KW，其中火电装机容量为7.76亿KW，占到总容量的73.5%，并且火电机组大部分都是燃煤机组。

火力发电厂既是产能大户，又是耗能大户，我国的产值能耗是世界上产值能耗最高的国家之一。

提高火电厂的经济性，既是火电企业自身降低成本的需要，也是全国一次能源生产、运输和节约的大事，更关系到整个国民经济的可持续发展。

无烟煤作为低挥发分的煤种，其比表面和孔隙率低，其他理化特性也很低，着火点都在600℃以上，因此，在进行燃用无烟煤锅炉的设计时，重点在于保证煤种的着火、稳燃、燃尽和防止炉膛结焦、降低不投油稳燃负荷、减少NOx排放量。

应当强化燃烧器的布置，提高燃烧器局部区域的热负荷，加强喷口间的相互支持，采用大切角的炉膛以及合理优化多级配风等。

本设计在此基础上，通过查阅文献资料，参照设计范例，运用EXCEL等软件辅助计算，完成锅炉热力计算、锅炉热平衡计算，绘制锅炉本体图及汽水流程图。

除此外，对提高机组热效率、改善环境状况试着做最浅层的探究。

第一章锅炉特点

1.1锅炉型式的选择和性能要求：

1.1.1锅炉整体外型的选择：

电厂锅炉的整体布置是指锅炉炉膛、蒸发受热面和尾部受热面之间的相互关系。

与锅炉容量、参数和燃料性质等具体条件有关。

本次锅炉设计整体外型选用∏型布置，选∏型布置的理由如下：

1）锅炉和厂房的高度都比较低，转动机械和笨重设备如送、吸风机、除尘器和烟囱均可采用低位布置，因此减轻了厂房和锅炉构架的负载。

2）在水平烟道中，可以采用支吊方式比较简便的悬吊式受热面。

3）在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰，具有自身除尘的能力。

4）受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热。

5）机炉之间连接管道不长，且尾部受热面检修容易。

本次设计的锅炉为亚临界参数变压运行汽包锅炉，一次中间再热，单炉膛，尾部单烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。

1.1.2性能要求

1）锅炉的蒸发量要满足汽轮发电机组的要求，能够在铭牌参数下长期运行，并具有较强的调峰能力。

2）在宽负荷范围内运行时能够保持正常的汽温和汽压。

3）锅炉要具有较高的经济性。

4）耗用钢材量要少，以减少初投资，降低成本。

5）锅炉在运行中要具有较强的自稳定能力。

1.2锅炉满足的基本性能：

1.2.1负荷特性

锅炉必须适应机组运行负荷特性，带基本负荷，并具有一定的调峰能力。

燃用设计煤种时，煤粉细度200目筛通过率80%，其不投油最低稳燃负荷不大于45%B-MCR，并在此最低稳燃负荷及以上范围内自动化投入率100％。

1.2.2运行方式

锅炉采用定-滑-定运行方式，锅炉负荷连续变化率可按以下数值：

a．30%B-MCR以下：

±2%B-MCR/分钟

b．30%～50%B-MCR：

±3%B-MCR/分钟

c．50%～100%B-MCR：

±5%B-MCR/分钟

d．负荷阶跃：

大于10%汽机额定功率/分钟

1.2.3高加解列工况

在回热系统中，当任何一级或三级全部高压加热器停运时，锅炉的蒸发量仍能使汽轮发电机组达到额定出力，且各受热面不超温。

1.2.4过热器和再热器蒸汽温度控制范围

在稳定工况下，过热汽温在35%～100%B-MCR、再热汽温在50%～100%B-MCR负荷范围时，保持稳定在额定值，偏差不超过±5℃。

1.2.5炉膛燃烧室承压能力

锅炉炉膛燃烧室的设计压力为±5800Pa，当燃烧室突然灭火内爆，瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。

1.2.6过热器和再热器汽温偏差

过热器两侧出口的汽温偏差在任何运行工况下均小于5℃；再热器两侧出口的汽温偏差在50%BMCR负荷以上小于5℃，在50%BMCR负荷以下小于10℃。

在过热器及再热器系统设计中，对金属温度最高的受热面管子留有足够的安全裕度。

1.2.7锅炉效率

在燃用给定设计煤种和校核煤种并在允许变化范围内时，锅炉能良好运行。

燃用设计煤种，在BRL工况下锅炉保证效率为93%（按低位发热值，环境温度为20℃）。

1.2.8锅炉启动时间和寿命：

设计锅炉符符合工程实际及行业标准，其主要承压部件设计使用寿命为30年。

在机组预期寿命能满足以下要求：

冷态启动（停机超过72小时）﹥500次

温热态启动（停机72小时以内）﹥4000次

热态启动（停机10小时以内）﹥5000次

整台锅炉在30年寿命期内，在上述启停和负荷变化工况下，锅炉寿命损耗不超过寿命的70%

第二章锅炉内系统流程

2.1水汽流程

1——汽包，2——炉膛，3——水冷壁，4——前屏，5——后屏，6——第一级喷水减温

7——低温过热器，8——第二级喷水减温，9——高温过热器，10——高温再热器，11——第一、二、三转向室

12——低温再热器引出室，13——低温再热器，14——省煤器，15——回转式空气预热器

图2-1水汽流程及热力系统图

自给水管路出来的水由炉前右侧进入位于尾部竖井后烟道下部的省煤器入口集箱，水流经省煤器受热面吸热后，由省煤器出口集箱右端引出经下水连接管进入螺旋水冷壁入口集箱，经螺旋水冷壁管、螺旋水冷壁出口集箱、混合集箱、垂直水冷壁入口集箱、垂直水冷壁管、垂直水冷壁出口集箱后进入水冷壁出口混合集箱汇集后，经引入管引入汽水分离器进行汽水分离，循环运行时从分离器分离出来的水进入储水罐后排往冷凝器，蒸汽则依次经后竖井/水平烟道包墙、屏式过热器、低温过热器和高温过热器。

调节过热蒸汽温度的喷水减温器装于后屏过热器之后和低过热器与高温过热器之间。

汽机高压缸排汽进入位于后竖井前烟道的低温再热器和水平烟道内的高温再热器后，从再热器出口集箱引出至汽机中压缸。

2.2烟、风流程

送风机将空气送往两台空预器，锅炉的热烟气将其热量传送给进入的空气，受热的一次风与部分冷一次风混合进入磨煤机，然后进入布置在前后墙的煤粉燃烧器，受热的二次风进入燃烧器风箱，并通过各调节挡板而进入每个燃烧器直流二次风、旋流二次风通道，同时部分二次风进入燃烧器上部的燃烬风喷口。

由燃料燃烧产生的热烟气将热传递给炉膛水冷壁和屏式过热器，继而穿过高温过热器、高温再热器进入后竖井包墙，继而进入低再，低过，烟气调节挡板布置在低温再热器和省煤器后，烟气流经调节挡板后分成两个烟道进入空预器，在预热器进口烟道上设有烟气关断挡板，可实现单台空预器运行。

最后进入除尘器，流向烟囱，排向大气。

2.3蒸汽系统流程

2.3.1过热蒸汽系统流程

汽包——前屏过热器——后屏过热器——一级减温——低温过热器——高温过热器——汽轮机高压缸。

2.3.2再热蒸汽系统流程

冷端再热器管道-----低温再热器入口集箱-------低温再热器-------低温再热器出口集箱------再热器喷水减温器------末级再热器------末级再热器出口集箱------再热器出口导管

第三章锅炉的基本结构及特点

3.1炉膛及水冷壁

图3-1锅炉总体布置图

1、汽包2、前屏3、后屏4、高温过热器5、高温再热器6、低温再热器7、低温过热器8、省煤器9、空气预热器10、炉膛

3.1.1炉膛设计特点

（1）锅炉使用单炉膛分级配风直流燃烧器，前后墙对冲燃烧，配6台MPS中速磨煤机，正压直吹式制粉系统；在BMCR工况时，5台磨煤机运行，一台备用。

（2）炉膛水冷壁采用焊接膜式壁，炉膛断面尺寸为12694.8mm×12694.8m。

高度为54832mm，整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁和混合集箱转换连接，炉膛角部为R150mm圆弧过渡结构。

炉膛冷灰斗的倾斜角度为50°，除渣口的喉口宽度为1.4米。

（3）炉膛上部布置墙式辐射再热器和大节距的过热器分隔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二侧墙。

分隔屏沿炉宽方向布置六大片，受到切割旋转的烟气流以减少进入水平烟道沿炉宽方向的烟温偏差。

（4）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六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；省煤器采用金属撑架固定；对于高温区的管屏（过热器分隔屏、过热器后屏、再热器前屏）通过延长最里面的管圈做管屏底部管的夹紧用。

（5）根据国内运行经验和设计煤种的特性，对流受热面的设计采用较低的烟速。

（6）各级过热器和再在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。

（7）各级过热器和再热器均采用较大直径的管子，增加管子在制造和安装过程中的刚性，有利于降低过热器和再热器的阻力；这种较粗管子的顺列布置对降低管子的烟气侧磨损及提高抗磨能力均有利。

（8）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，能对蒸汽起到良好的混合作用以消除偏差。

（9）在用计算机精确计算壁温、阻力和流量分配的基础上，选用过热器、再热器蛇形管的材质；所有大口径集箱的连接管在保证性能和强度的基础上采用无缝钢管。

（10）锅炉为半露天布置，运转层以下采用紧身封闭；锅炉构架全部采用钢结构。

（11）每台锅炉装有二台空气预热器。

由于设计煤种水份不高，采用较低的干燥剂温度，故预热器采用回转式，以获得较高的热二次风温，满足炉内燃烧的需要；同时获得较低的一次风温作干燥剂用。

（12）过热器出口及再热器进口均装有直接作用的弹簧式安全阀。

在过热器出口处装有两只动力控制阀（PCV）以减少安全阀的动作次数。

3.1.2水冷壁结构

锅炉炉膛四周炉墙上敷设的受热面通常称为水冷壁。

水冷壁是锅筒的主要受热面，吸收炉膛辐射热加热工质并以保护炉墙。

本次锅炉设计，炉膛四周水冷壁管全部采用鳍片管密封的膜式水冷壁。

水冷壁上设有人孔、看火孔、吹灰孔、打焦孔、防爆门孔、测量孔等。

后墙水冷壁上部由分叉管组成两路，一路折向炉膛，形成折焰角，另一路垂直上升，起悬吊管作用。

为使两路水量的合理分配，以保证均能安全可靠的工作，在垂直悬吊管的集箱管孔处设置了带有短管的节流孔，伸出集箱底部的短管，从而可以防止因污物进入节流孔而引起的阻塞。

炉水沿着水冷壁管向上流动并不断受到加热。

炉水平行流过一下三部分管子：

前水冷壁；侧水冷壁；后水冷壁管；后水冷壁悬吊管，后水冷壁折烟角，后水冷壁排管和水冷壁延伸侧墙管。

炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部螺旋水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈，从水冷壁进口到折焰角下约3米处。

螺旋水冷壁管全部采用六头、上升角60°的内螺纹管，共330根，管子规格Φ60×6。

螺旋水冷壁前墙、两侧墙出口管全部抽出炉外，后墙出口管则是3抽1根管子直接上升成为垂直水冷壁后墙凝渣管，另2根抽出到炉外，抽出炉外的所有管子均进入螺旋水冷壁出口集箱（Φ190.7×44，SA-335P12），由26根连接管（Φ141.3×24/Φ127×22，SA-335P12）引入炉两侧的两个混合集箱（Φ444.5×96，SA-335P12）混合后，由28根连接管（Φ141.3×24/Φ127×22，SA-335P12）引入到垂直水冷壁进口集箱和水平烟道水冷壁侧墙进口集箱（Φ190.7×40，SA-335P12），由垂直水冷壁进口集箱拉出三倍于引入螺旋管数量的管子进入垂直水冷壁，垂直管与螺旋管的管数比为3：

1。

这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。

3.2汽包

又称锅筒，是自然循环锅炉中最重要的受压元件，重要用于电力生产中中高压亚临界锅炉中。

其的作用主要有：

1：

是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。

2：

内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。

3：

有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。

4：

汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。

3.3过热器、再热器和减温器

过热器和再热器是电站锅炉的两个重要受热面，它们的功用是：

（1）将饱和蒸汽或低温蒸汽加热成为达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。

3.3.1过热器

过热器是将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需过热蒸汽温度的部件。

对于电站锅炉过热器是一很重要部件，因为过热汽温和电站的循环热效率关系很大，同时过热汽温的高低对汽机末级的蒸汽湿度影响也很大，汽温越高，电站效率越高，汽机末级湿度越小，但同时过热器壁温越高，影响过热器工作的可靠性；相反，汽温越低，电站效率越低，汽机末级湿度越大，影响汽机工作的安全性。

过热器受热面由三部份组成，第一部份为布置在尾部竖井后烟道内的低温过热器；第二部份是位于炉膛上部的屏式过热器；第三部份是位于折焰角上方的末级过热器。

过热器系统按蒸汽流程分为：

低温过热器、屏式过热器及末级过热器。

按烟气流程依次为：

屏式过热器、高温过热器、低温过热器。

整个过热器系统布置了一次左右交叉，即屏过出口至末级过热器进口进行一次左右交叉，有效地减少了锅炉宽度上的烟气侧不均匀的影响。

锅炉设有两级四点喷水减温，每级喷水分两侧喷入，每侧喷水均可单独地控制，通过喷水减温可有效减小左右两侧蒸汽温度偏差。

低温过热器布置在后竖井后烟道内，分为水平段和垂直出口段。

整个低温过热器为顺列布置，蒸汽与烟气逆流换热。

管排横向节距105mm，纵向平均节距85mm；管子为Φ42×3.5，水平段的两排管合成垂直段的一排管，起降低烟速、减小磨损作用。

低温过热器水平段管组通过包墙过热器吊挂管悬吊在大板梁上，垂直出口段通过与低温过热器出口集箱相连而由集箱吊架悬吊在大板梁上。

经低温过热器加热后，蒸汽经2根连接管和一级喷水减温器进入屏式过热器入口汇集集箱。

辐射式屏式过热器布置在炉膛上部区域，在炉深方向布置了2排，两排屏之间紧挨着布置，每一排管屏沿炉宽方向布置19片屏，共28片。

屏式过热器管屏的横向节距S1=700mm，纵向节距S2=44.12mm。

炉内受热面管子均采用SA-213TP347H材料。

每片屏由24根管绕成，管子规格为Φ42×5。

从屏式过热器出口集箱引出的蒸汽，经2根左右交叉的连接管及二级喷水减温器，进入末级过热器。

3.3.2再热器

再热器的作用是将汽轮机高压缸排气加热到较高温度，然后再送到汽轮机的中低压缸继续膨胀做功。

再热器对较低压力下的蒸汽进行加热，与过热器有相同的结构形式。

由于再热器中的蒸汽密度小，允许的质量流速较低，所以管壁的工作条件更差。

从汽轮机高压缸出口来的蒸汽，经过再热器进一步加热后，使蒸汽的焓和温度达到设计值，再返回到汽轮机中压缸。

整个再热器系统按蒸汽流程依次分为二级：

低温再热器、高温再热器。

低温再热器布置在后竖井前烟道内，高温再热器布置在水平烟道内。

低温再热器布置于尾部双烟道的前部烟道中，由5根管子绕制而成，每组之间留有足够的空间便于检修。

低再横向节距S1＝105，沿炉宽方向共布置140排。

末级再热器布置于水平烟道内，与立式低温再热器直接连接，逆顺混合换热布置。

末级再热器管子排数为101，每排管子根数为5，管排横向节距127mm，管子纵向节距102mm。

3.3.3减温器

在过热器连接管道和再热器入口冷端管道上，分别装有减温器，以便于在必要时用于调节蒸汽温度，将蒸汽温度保持在设计值。

减温过程如下：

在减温器蒸汽入口端通过喷嘴将减温水喷入到蒸汽中以达到降低温度的目的，减温用的喷水主要来自锅炉给水系统。

为了防止盐分在过热器或再热器中沉积，或者进入汽轮机，喷水必须洁净，不能含有悬浮物和溶解盐（可含有规定允许浓度的有机挥发成份）。

过热器减温器分二级布置，数量为四只。

第一级布置于立式低温过热器出口集箱至分隔屏入口集箱之间的连接管道，分左、右各一只，喷嘴直径为

114mm，共有直径为8mm的喷孔232个，沿圆周方向分六排，呈错列布置。

第二级布置于过热器后屏出口集箱至末级过热器入口集箱之间的连接管道上，也分左、右各一只。

3.4省煤器

省煤器是利用锅炉排烟余热加热锅炉给水的换热部件，从即将离开锅炉的烟气中回收热量，以此来降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率。

省煤器布置在低温过热器下方，省煤器以顺列布置，以逆流方式与烟气进行换热。

省煤器蛇形管由管子Φ32×4光管组成，3管圈绕，横向节距80mm，共162排，采用上下两组逆流布置。

给水经过省煤器止回阀和省煤器电动闸阀进入省煤器入口导管，再经过省煤器入口集箱进入蛇形管。

水在蛇形管中与烟气成逆流向上流动，以此达到有效的