58mw强制循环热水链条锅炉设计大学毕设论文.docx

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58mw强制循环热水链条锅炉设计大学毕设论文

58MW强制循环热水链条锅炉设计

摘要

我国城市集中供热事业得到了快速发展。

大容量热水锅炉是城市集中供热的热源，选择大容量热水锅炉的原则应当是不仅保证在锅炉水质达标的情况下能够保证水动力的安全，而且对于水质稍差时也能保证锅炉的安全运行。

大型链条炉排热水锅炉的炉型主要有单（双）锅筒水管式热水锅炉、水火管锅壳式热水锅炉和角管式热水锅炉三大系列，尽管这些炉型在运行中也都程度不同地出现过各种问题，但目前仍然是我国集中供热锅炉的主要炉型。

本锅炉为强制循环热水锅炉，用于集中供热，热水经过中间换热站换热后向用户供暖。

文章概括叙述了本锅炉的设计情况，包括锅炉的热平衡，锅炉本体的热力计算、烟道阻力计算等,并以链条炉的大型化发展作为专题研究。

随着集中供热事业的发展，更多的大型链条炉排热水锅炉将被用于集中供热系统的主热源或调峰热源，如何选择大型链条炉排热水锅炉的结构形式和对锅炉容量进行合理配置，对于供热企业的节能安全运行及节能降耗具有着重要的现实意义。

关键词:

链条锅炉；集中供热；大型热水锅炉

58MWforcedcirculationhotwaterchainboilerdesign

Abstract

China'surbancentralheatinghasbeentherapiddevelopmentofthecause.Large-capacityhotwaterboileristheheatofurbancentralheating,Selecthigh-capacityhotwaterboilershouldbenotonlyoftheprinciplesoftheboilerwaterqualitystandardstoensurethatthecircumstancestoensurethesafetyofthehydrodynamic,butalsoforlesswhenthewaterqualitytoensurethesafeoperationofboilers.Largechaingratefurnacehotwaterboilersaremainlysingle（double）drumwater-tubehotwaterboiler,shell-and-panfireandwatertubehotwaterboilerandhotwaterboilertubeanglethreeseries,althoughthefurnaceareinoperationtovaryingdegrees,therewerevariousproblems,however,Chinaremainsthemaincentralheatingboilerfurnace.Thisboilerisforcedcirculationhotwaterboilerforcentralheating,hotwaterheatexchangerthroughthemiddlestationtotheuseraftertheheatexchanger.Thearticledescribesageneraldesignoftheboiler,includingboilerheatbalance,heatboiler,theflueresistancecalculationandsoon,andlarge-scalefurnacechainasaspecialstudyofthedevelopment.Withthedevelopmentofcentralheating,morelarge-scalechaingrateboilerwillbeusedforhotwatercentralheatingsystem,themainheatsourceorheatsourcepeak,howtochoosealargechaingrateboilerhotwaterboilerstructureandcapacitytocarryoutareasonableconfiguration,energyforheatingthesafeoperationofenterprisesandsavingenergyhasanimportantpracticalsignificance.

Keywords:

chainboiler;centralheating;largehotwaterboiler

1绪论

1.1课题背景

我国正处于一个高速发展时期，能源消耗也出现大幅度上升，能源问题已严重制约了我国经济的发展。

为保证国民经济持续、快速、健康发展，就必须合理、有效地利用能源，不断地提高能源利用率。

锅炉是供热之源。

我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做电站锅炉；把用于工业、采暖和生活方面的锅炉，称为供热锅炉，又称工业锅炉。

随着经济社会的发展，锅炉设备已广泛应用于现代工业的各个部门，成为发展国民经济的重要热工设备之一。

从量大面广的这个角度来看，除了电力行业以外的各行各业中运行着的主要是中小型低压锅炉，全国目前计有50多万台。

石油、燃气、煤炭等都是不可再生的能源，需要经过几千万年甚至几亿年才能生成[1]。

另外，受石油价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源开发利用受到国际社会的重视，许多国家提出了明确的发展目标，制定了支持可再生能源发展的法规和政策，使可再生能源技术水平不断提高，产业规模逐渐扩大，成为促进能源多样化和实现可持续发展的重要能源[2]。

可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等非化石能源，是我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、建设资源节约型、环境友好型社会等方面发挥重要作用。

但可再生能源消费占我国能源消费总量的比重还很低，技术进步缓慢，产业基础薄弱，不能适应可持续发展的需要。

例如，我国已经制造出燃油，燃气锅炉，它们都是能效高，污染少的锅炉。

我国近几年已经开采出很多沼气田，也产出大量的天然气，但是天然气的价格比较贵，用于集中供热广大居民承受不起，感觉经济压力大，所以没有普及。

今年全球的油价和去年相比已经上涨了很多，近期油价又上调，使广大用户难以接受，即使供暖单位也会感觉价格昂贵。

随着城市建设和保护环境的需要，尽管燃油，燃气锅炉日益增多，但是由于我国是以煤为主要能源消耗的国家，煤炭消费量位居世界之首，占全世界煤炭消耗总量的20%以上，占我国一次性能源消耗总量的75%以上，即使这样会造成城市污染，锅炉燃料还是以煤为主，燃煤锅炉约占80﹪[3]。

中国工业锅炉以层状燃烧为主，燃料大多数为煤炭，并且以链条炉排为主导地位，其产量占工业锅炉总台数的52.7％、占总容量的59％，其次为往复炉排，分别占总台数地21％和总容量的17％。

因为链条炉对于燃料煤的要求相对比较低，不需要磨煤机，筛选等流程。

目前城市中常用的供热方式为集中供热、区域锅炉房集中供热、分户供热等三种方式，城市供热应大力发展集中供热;区域锅炉房集中供热的主要发展方向是燃气锅炉；户式供热应在缺少集中热源的情况下采用。

国家应该大力发展热电联产、区域锅炉房供热，合理选择集中供热方式，取代分散、小型工业锅炉供热，提高热电比重[4]。

热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益；而且它的优势是：

（1）节约能源。

链条炉结构简单，蒸发量小，运行参数较低，单位炉膛体积发热量较低，因而它的占地面积小，不必如电站煤粉炉用很大面积布置附属设备，这也是链条锅炉的优点之。

（2）减少污染。

热电站的供电煤耗一般小于200g/kWh,抽冷机组的热电站稍高，但也在250一230g/kWh，而目前我省供电煤耗约360g/kWh.热电站的供热煤耗一般40kg/GJ，而小型工业锅炉由于其热效率低，供热煤耗大于50kg/GJ。

这两项差别是热电站的节能所在。

（3）提高供热质量。

分散小锅炉由于设备、管理、技术水平等原因，污染物排放量较大，较难达到环保要求，而热电站一般都有完善的除尘系统，对粉尘、SO2,NO,,等的排放控制较好，一般能达标。

（4）减少备用容量。

小锅炉的供热压力和温度均不够稳定，影响用汽企业产品质量，而由热电站供热，能够提供充足、稳定的用汽。

用汽企业由于用汽负荷的不稳定以及生产的发展，一般需要较大的锅炉总容量及备用容量，这既使锅炉设备的年利用小时数降低，同时运行炉的负荷也较低。

而采用热电站集中供热后，可以调整峰谷负荷，统一备用，提高设备利用小时数一倍以上，大大减少锅炉的装机总容量。

（5）提高技术水平，降低劳动强度。

热电站的技术水平、控制水平、自动化程度、生产条件等均比分散小锅炉好得多。

可大大降低工人的劳动强度，改善劳动条件。

虽然热电联产的发展对于城市环境和城市建设有许多好处，但是由于国家的经济条件和国内的形势，热电联产只是一个目标，还没有大面积实施，成为主要供热方式，因此还是采用集中供热来实现刚大用户的采暖问题。

发展热电联产必须要与是否符合产业政策要求，是否符合国家环境保护政策结合起来，对影响环境的主要污染要采取具体的防治措施.热电联产项目建成后将实现集中供热,替代供热区内大量小锅炉，明显的改善环境、提高供热质量、增加电力供应,是清洁生产的体现,可有效的改善城市大气环境质量，提高人民生活的质量[5]。

1.2国内外发展现状

随着我国机械工业的发展，目前我国已有各种燃煤用的工业锅炉和热水锅炉系列产品，促进集中供暖的发展。

从70年代开始，多种供暖系统型式的应用和新型散热设备的研制工作，有了较大的发展，太阳能和地热能用于供暖方面，取得了可喜的成绩。

但这些技术在国内属于发展阶段，而且受地域影响很大，因此暂时不可能成为我国主要供暖方式[6]。

由于国民经济的迅速发展，节能工作日益受到重视和开放政策的实施，使我国集中供暖事业，无论在供暖规模和供暖技术方面，都有了很大的发展。

我国城市供暖方式大体分为城市集中供暖、区域锅炉房供暖、分散锅炉房供暖、火炉采暖等几种，也有部分工业余热和废热用于建筑采暖。

近年来，由于城市能源结构的变化，国外供暖公司进军中国市场的影响，出现了燃气采暖和电加热器采暖方式。

城市的供暖均以集中供暖为主，但集中供暖率不等。

中国在用的链条炉排锅炉有40多万台，每年新炉递增率为7-8%，还有数量不少的链条炉排窑炉。

国外也有很多这种炉排。

现在的炉排都采用大型化，与以往的链条炉相比，不仅使效率从50%提高到84%，热水流速加快，传热效果好，而且还节约了燃料。

但是大型炉排液存在很多问题，例如对有限的面积存在制约，而且炉排的机械传动也相对慢了很多，主要是对水动力平衡要求比较高；原来的小型链条炉，锅筒的结构小，成本低，运转起来会快一些。

链条炉适应煤种广泛,运行稳定，操作简单,结构相对简单，工艺要求较低,锅炉运行参数较低,占地面积较小,锅炉效率较低初投资相对较少,后期维护容易附属设备很少,安全措施较易掌握。

链条锅炉燃煤是在链条炉排上燃烧，链条缓慢移动，带动燃烧的燃煤运行，燃煤的燃尽程度与链条运行的速度有很大关系，因此该型锅炉区别于电站锅炉主要在燃烧方式的选择上。

电站锅炉大多数是采用喷燃方式，链条锅炉主要是燃煤在链条上燃烧，所以该型锅炉相对与电站锅炉适应煤种更加广泛。

，该型锅炉效率最高可达70％左右，效率较低，炉渣含碳量很高，燃烧褐煤较容易燃尽。

褐煤发热量一般较低，达不到锅炉蒸发量的要求，所以链条炉还是以烟煤为主[7]。

一般烟煤和褐煤混合燃烧，效果较好[8]。

链条锅炉主要结构分燃烧室和尾部烟道。

燃烧室体积较小，热风从链条炉排底部吹入，燃烧室呈拱形，喉部有拉稀管束，主要是为了减小烟气流速，防止飞灰颗粒沾粘管壁。

空气预热器和省煤器布置在尾部烟道，一般为一级，也有两级布置的。

由于安全系数较小，所以材质可以选择相对便宜，安全性能低一些的材质，工艺要求也可以较电站锅炉适当放宽。

工业锅炉的运行参数，一般满足工业加工需要即可，所以设计运行参数较低，一般20～30个大气压，300％～400％，相对于电站锅炉的运行参数低很多，这也是链条锅炉能够存在的原因。

长期以来中国的工业锅炉制造重“锅”轻“炉”，致使炉的结构、工艺落后，成为影响锅炉整体性能---热效率低，排放污染严重的主要原因之一。

在锅的方面，受压件制造由国家技术监督部门监督，从产品设计。

制造装备，检测手段及工艺均得到重视，并开发了各种炉型。

而在炉的部分，总的情况是：

（1）炉排形式单调，容量不大。

老的链条炉排有链带式，容量为0.5t/h—10t/h；鳞片式，容量为6.5t/h—35t/h;往复炉排，其中有平推式和斜推式两种容量为1—10t/h。

因为排放问题，抛煤机炉排、振动炉排、翻动炉排及下饲式燃烧设备没有得到应有的发展。

（2）炉排结构陈旧，质量不高。

由于缺乏炉排试验研究基地，在设计上普遍是互相抄袭，在工艺上缺乏专用设备，炉排片铸造大多从作坊式的小工场外协，他们都手工制造，熔炼设备简单。

因此质量问题多，如炉排密封不严，配风不均，侧密封漏风；炉排断裂、走偏等严重影响了燃烧效率。

从而使锅炉热效率低。

目前工业锅炉热效率普遍在65%--75%，比欧美国家的低10%--15%。

（3）炉排制造没有专用设备和专业化生产。

炉排是在高温下工作的机械，应由机械专业设计和配以专门工艺设施制造。

但中国的锅炉厂大多数既作锅，又作炉。

对锅的制造，工艺及工装都较完善；而对炉就不够重视。

特别是外协炉排片质量差，几何尺寸公差、材质均达不到标准要求；而对炉排本体的冷作加工粗糙，又无检验设施。

（4）燃用原煤对炉排性能影响严重。

至今中国工业锅炉燃烧的基本是原煤，只有少数地区有一些动力配煤。

原煤的粒度小于3mm的细末含量大于60%，大于10mm的仅占15%--25%。

在20世纪60年代，我国也从国外引进链条炉排锅炉，其炉排制造精良，但燃烧原煤则锅炉达不到出力，运行不正常。

为了提高链条炉排锅炉的用媒质量，国家煤炭部联合有关部门制订GB/T18342-2001《链条炉排锅炉用煤技术条件》。

但估计在短期内中国的煤炭供应难以实现标准要求。

（5）在计划经济时期，由国家组织有关科研部门、大专院校与锅炉厂结合，对炉排的配风、密封结构及燃用原煤等作了一些研究、开发工作。

到了20世纪后半期，由于国家对节能、环保工作的加强，中国工业锅炉的浪费能源和严重污染环境的状况引起了国内外的普遍重视。

在政府的支持下，组织大专院校同工业锅炉厂联合对炉排燃用原煤及配风、密封等作了一些研究。

发明了不同的炉膛组合拱型，适应各种原煤的燃烧；开发出大块活心炉排片，解决了小颗粒的漏煤；研制出分层燃烧装置，使煤落在炉排上大颗粒在下面，细末盖在煤层上面；根据不同炉排结构研究出各种配风均匀和密封装置。

这些研究成果较好地提高了中国工业锅炉燃烧原煤的燃烧效率，已在工业锅炉产品中普遍推广使用。

（6）在20世纪末以来中国链条炉排的发展。

1996年以来，在国家多元化能源政策和严格的环保标准的驱使下，中国工业锅炉产品的结构发生了变化。

小容量的燃煤锅炉市场需求减少，代之转向燃气、油锅炉。

而为配合国家大力发展小区和区域的集中供热政策，发展大容量的燃煤热水锅炉和热电联供的大型工业锅炉。

目前，29MW、56MW、63MW链条炉排的热水锅炉以及115MW的循环流化床热水锅炉及热电联供的蒸汽锅炉都已运行使用。

1995年—1998年及2001年的五年中，中国生产了工业锅炉616,76台，254,846t/h。

共有11种燃烧方式，其中8种是燃煤的，共计501，32台，223，549t/h，占总产量的81.28%（台），87.72%（t/h）。

其中链条炉排锅炉为346，71台，166，545t/h，占燃煤锅炉的70.29%（台），84.88%（t/h）。

在1995年时，0.5t/h—6t/h的链条炉排锅炉生产了8417台，273，63t/h，占当年链条炉排锅炉产量的88%（台）及66%（t/h）；而到2001年，0.5t/h—6t/h的链条炉排锅炉只生产了3776台，133，25t/h，占当年链条炉排锅炉产量的75%（台）及42%（t/h）。

五年来小容量燃煤锅炉减少了13%（台）和24%（t/h）。

集中供热，热电联产促进了大容量链条炉排锅炉的发展，大容量链条炉排的形式也有很大发展，如无锡锅炉厂开发了65t/h的鳞片式双炉排；在GEF《高效工业锅炉》项目（下称“GEF项目”）的推动下，上海四方锅炉厂引进了丹麦VolundCo.的无后轴鳞片式链条炉排，容量从10t/h—40t/h；并采用双炉排，开发了80t/h热水锅炉。

但我国城市大多数仍是以燃煤锅炉作为主要热源的集中供暖。

目前，我国多数集中供暖系统运行缺少足够的计量和控制设备，供暖设备陈旧，跑冒滴漏现不断发生，司炉工基本上看天烧火，造成能耗大，环境污染严重，加重了供、用热单位经济负担，影响了经济效益。

加之技术管理人员匮乏，供暖管理水平相对比较落后，尤其在供热体制、热价、热费缴纳制度等方面还不完善，使我国的集中供热和北欧先进国家相比存在着较大的差距[9]。

1.3课题的研究方法及内容

本锅炉用于集中供热,热水经过中间换热站换热后向用户供暖。

锅炉采用强制循环，水循环安全可靠。

炉膛上部设有一锅筒，使锅炉的水容积增大，在突然停电时能起到一定的缓冲作用，自身保护的性能较好。

炉膛四周采用全水冷壁结构，炉膛后部采用旗式省煤器结构，隔墙用膜式水冷壁制成。

整个水冷系统采用自支撑结构，省去了庞大的钢结构系统。

燃烧设备采用横梁式链条炉排。

锅炉设有分层燃烧装置，提高了燃烧效率。

锅炉采用N型布置，烟气出口在锅炉后墙上方。

锅炉前墙顶部设置了一个Φ1200的锅筒，增加了锅炉本体的水容积，当发生突然停电时，通过打开停电保护管上的手动闸阀（用户也可以选用长臂式电磁阀）将锅炉内的水直接通道锅炉下集箱，同时打开锅炉上部各处的放汽阀，此时锅炉内工质处于自然蒸发状态，从而保证了锅炉的安全。

锅筒内部有隔板把锅筒分成冷水室及热水室。

锅筒下部用Φ273管子与防焦箱相连，侧水冷壁上集箱与锅筒及后上集箱相连，侧水冷壁上集箱与侧水冷壁下集箱之间用14根Φ133管子（每侧）相连，整个水冷系统形成一个整体座在炉排两侧支撑梁上并通过水泥墩将重量传与锅炉基上。

为使燃烧充分、着火及时，锅炉设计了前后拱，并在前、后拱处的水冷壁管上覆盖了耐火混凝土，以提高火床温度。

后拱以上的水冷壁管为膜式壁结构；前拱以上的水冷壁管及侧墙水冷壁管为光管结构。

在炉膛出口处布置了两排凝渣管。

对流受热面采用旗式受热面结构，错列布置。

烟气下行区内每侧墙布置8根旗杆（Φ133管子），每根旗杆上布置4组管片，每组管片上布置16根管子。

烟气上行区内每侧墙布置6根旗杆（Φ133管子），每根旗杆上布置4组管片，每组管片上布置16根管子。

两区之间用膜式壁隔开，膜式壁上设有门。

在锅炉需经常观看、检修及检测的位置均布置了各种门、孔以方便操作，在布置有门孔附近均设有操作平台。

锅炉炉墙外部采用轻型钢架结构。

为确保锅炉安全运行，设置了必要的安全阀、监察及检测仪器、仪表等附件。

在锅筒上设置了加药、酸洗、取样、紧急补水等管路；在锅炉水系统各回路的最低点均设置了放水排污管路；在水系统各回路的最高点均设置了排气管路，锅炉上方布置一集气罐，将出水所排气体汇集后统一排出。

在锅筒与侧水上集箱、侧水下集箱之间均设置了DN80的手动闸阀（用户也可以选用长臂式电磁阀），在锅炉突然停电时将其打开，使各水循环回路与锅筒相通，形成自然循环，保证了锅炉受热面的安全。

锅炉适用于Ⅱ类、Ⅲ类烟煤。

锅炉辅机有除尘器、鼓风机、引风机、循环水泵、补给水泵等。

同时为了减少受热面集灰，提高锅炉换热效率，应定期对受热面进行吹灰。

建议选择燃气高能脉冲吹灰器。

吹灰器装设在对流受热面管束区处。

吹灰器及其附属设备由用户自理。

吹灰器的规格、安装位置由用户根据吹灰器生产厂家的设计或建议进行选择及布置。

2工艺流程简介

（一）、空气流程

冷空气→炉排下部风室（占总风量的90%）→炉排→炉膛

冷空气→二次风管（占总风量的10%）→炉膛

（二）、烟气流程

炉排→炉膛→凝渣管→竖井Ⅰ对流换热面→竖井Ⅱ对流受热面→出口

（三）、水流程图

3锅炉的构造

3.1锅筒及其内部装置

本锅炉锅筒内径为Φ1200，锅炉中心标高13.8m,锅炉运转层标高0m，地面标高-5m。

锅炉最高点标高~17m,锅炉宽度（左右柱中心线）8.88m,锅炉的最大宽度（包括平台）12.28m,锅炉的最大深度14.52m。

进入锅筒的汽水混合物，先经挡板受阻，利用蒸汽与水的重度差进行自然分离，然后这一部分代水蒸气经过水下孔板，波形板分离器完成进一步分离，后经管道引出。

此外，为了进一步提高汽水品质，锅筒上还安装了加药管和排污管等结构。

3.2省煤器

本设计采用的省煤器是钢管省煤器，结构紧凑、造价低、能承受汽水冲击、能承受高压、运行可靠。

钢管采用的是Φ

的无缝钢管。

采用水平布置，错列排列，这样可使受热面紧凑（错列是每立方米空间能放下更多的受热面）。

管子与锅炉炉膛前后墙平行着放。

不管烟气是自下向上还是自上向下流，省煤器中的水总是设计由下向上流，因为这样流能把水在受热时所产生的汽泡停滞而腐蚀或烧坏。

水的流速要保证在部分负荷运行时也能达到一定速度以冲走汽泡。

水的平均速度大1.0m/s烟气在省煤器中的流速高，传热较强，可节省受热面，但也增加风机耗电量，同时也增加受热面磨损的速度，因此烟气流速不宜过高或过低[15].所以本设计选取的烟气流速范围2-4m/s省煤器连接方案为三流程方案。

采用这种方案连接，既可以保证水的流速，又可保证烟气的流速达到合理的范围。

每一级省煤器的管簇的厚度不宜过大，过大时检修困难。

3.3锅炉安全附件与仪表

为了保证锅炉的正常运行，锅炉上装有压力表、水位表、安全阀、高低水位警报器、给水自动调节等附件。

锅炉的附件及仪表是锅炉安全经济运行不可缺少的一个组成部分。

如果锅炉的附件不全，作用不可靠，全部或部分失灵，都会直接影响锅炉的正常运行。

所以，必须保证锅炉的附件及仪表准确，灵敏，可靠。

本锅炉锅筒上装有2个PN10、DN50的安全阀，两只压力表，还装有用于水位表自动控制的电感应水位表，点接点等控制接口，锅筒两端各有一只高读水位表，以及连续排污、加药阀等。

在对流管束和省煤器入口集箱上均按长有一套DN50的排污阀。

另外，在热水段省煤器入口集箱上均按长有一套DN50的定期排污阀，在出口集箱上装有两个PN10、DN80的安全阀。

同时装有压力温度计等常规装置。

3.4锅炉的吹灰及检修

锅炉长期运行后，各受热面外壁常积有烟灰，若不及时清除，会使烟气流动阻力增大，并影响传热效果，使燃料消耗量增多，锅炉出力降低。

通常利用吹灰器清除烟灰。

工业锅炉中应用的吹灰装置有移动式吹灰器，即吹灰时插入炉内，吹过灰后从炉内抽出；以及固定式吹灰器，即将其固定安装在受热面中。

才用的吹灰介质可以是蒸汽，也可以式压缩空气。

本设计中在对流管束之间，对流管束与省煤器之间，以及省煤器之间设有吹灰器口，每级受热面间均设有人孔以便检修。

3.5锅炉炉墙与构架

3.5.1炉墙

炉墙是构成锅炉燃烧室和烟道的外壁，阻止热量向外散失，起着保温和密封的作用，并使烟气按指定的方向流动。

为了使炉墙能发挥其应有的作用，它