420th一次中间再热煤粉锅炉的设计Word文件下载.docx
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根据给定的数据;
根据参考资料[x]Page:
YY选取等。
与本次热力计算或与本变工况计算有关的结构计算项目需列表计算,与本次热力计算无关的结构设计计算可以不做也不用列表。
制图符合制图规范,说明书条理清楚,并按要求装订成册。
每人独立完成设计任务,并进行答辩。
二、课程设计的目的
课程设计是实践性教学的主要环节之一,通过锅炉课程设计应达到以下目的
掌握设计计算的基本原理和方法,提高实际设计计算的能力
加深领会计算的基本理论和深化所学的理论知识
为下一步学习锅炉运行等专业知识提供理论基础
三、课程设计的概况
锅炉课程设计一般选题与锅炉的热力计算,就其计算范围可分为局部热力计算和整体热力计算。
局部热力计算,多联系生产现场某一具体问题,如提高锅炉出口蒸汽温度,提高锅炉的出力,计算炉膛出口温度,防止锅炉炉膛结渣等。
这些问题的计算往往要求学生具有一定实际生产知识,针对问题提出明确的结论及相应合理建议。
整体热力计算,一般是校核整台锅炉各处的热工参数和运行指标。
这类选题的重点是检查学生对计算原理和方法掌握的程度,培养学生实际计算的能力。
同事,也要求学生在计算之后能进行必要的理论分析和提出合理建议。
整体校核热力计算的主要部分:
1锅炉辅助设计计算,这部分目的是为了后面的受热面的热力计算提供必要的基本计算据据或图表。
2受热面热力计算,其中包括热力计算提供结构数据的各受热面的结构计算。
3计算数据的分析,这部分内容往往是鉴定设计质量、考核学生专业知识水平的主要依据。
二、设计资料:
（一）、设计题目:
（二）、原始资料
1.锅炉蒸发量420t/h
2.再热蒸汽流量350t/h
3.给水温度235℃
4.给水压力15.6MPa
5.过热蒸汽温度540℃
6.过热蒸汽压力13.7MPa
7.再热蒸汽进温度330℃
8.再热蒸汽出温度540℃
9.再热蒸汽进压力2.5MPa
10.再热蒸汽出压力2.3MPa
※注:
以上压力为表压。
11.周围环境温度20℃
12.燃料特性
Car
（%）Har
（%）Oar
（%）Nar
（%）Sar
（%）Aar
（%）War
（%）Vdaf
（%）Qar,net
kj/kgDT
℃ST
℃FT
℃
50.583.794.651.492.1722.6314.6928.10204001200124001290
13.制粉系统中间储仓式,热风送粉,筒式钢球磨煤机
14.汽包工作压力15.2MPa（表压）
提示数据:
排烟温度假定值117℃;
热空气温度假定值320℃
三锅炉整体布置得确定
（一）、锅炉整体的外型?
?
选п形布置
选择п形布置的理由如下:
1锅炉排烟口在下方,送、引风机及电除尘器等设备均可以布置在地面,锅炉结构和厂房较低,烟囱也可以建造在地面上;
2在对流竖井中,烟气向下流动,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汽机、锅炉之间连接管道不长。
（二）、受热面的布置在锅炉炉膛内侧,全部布置膜式水冷壁受热面,其他受热面的布置主要考虑蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。
本锅炉为超高压锅炉,汽化吸热较小,加热吸热和过热吸热相应较大。
为使锅炉炉膛出口排烟温度降低至要求的数值,避免水平烟道内的对流受热面超温和结焦,从而保护对流受热面,除在水平烟道内布置对流过热热器外,还在炉膛内上方布置全辐射式的前屏过热器,炉膛出口布置半辐射式的后屏过热器。
为减少前、后屏过热器中的传热温差,在炉顶及水平烟道的两侧墙,竖井烟道的两侧墙和后墙均布置包覆过热器。
为减少热偏差,节约金属材料量,再热器采用二级再热方式,其中高温再热器对流过热器后的水平烟道,低温再热器布置在尾部烟井。
为了再热汽温的调节,使负荷在100%~75%之间变化时,再热器出口汽温保持不变,尾部烟井的上部由隔墙省煤器分隔成两个烟道,主烟道设置低温再热器,旁路烟道设置旁路省煤器,前、后隔墙省煤器采用膜式结构,在旁路省煤器下方的45°
管上装有20块烟气挡板用于再热汽温的粗调。
在烟气调节挡板的下方烟井设置主省煤器。
根据锅炉的参数,省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。
热风温度要求较高,采用两台6.7m受热面旋转的回转式空气预热器,安装于9米平台上,属炉外布置,其具有结构紧凑、节约材料、维护方便的特点。
在主省煤器的烟道转弯处下部,设置落灰斗,在转弯处离心力的作用下,颗粒较大的灰粒顺落灰斗下降,有利于防止回转式空气预热器的堵灰,减轻除尘设备及引风机的负荷。
锅炉整体布置如图一所示。
（三）、锅炉汽水系统
按超高压大容量锅炉热力系统设计要求,该锅炉汽水系统的流程设计如下:
1过热蒸汽系统的流程
汽包顶棚过热器进口集箱炉顶及尾包覆过热器管系悬吊管过热器管系
尾部包覆过热器后集箱尾部左右侧包覆过热器下后集箱
悬吊管过热器出口集箱尾部左右侧包覆过热器后上
尾部左右侧包覆过热器管系（上升）
集箱尾部左右侧后包覆过热器管系（下降）尾部左右侧包覆过热器下前集箱
水平烟道左右侧前包覆过热器管系（上升）水平烟道左右侧前上包覆
过热器集箱前屏过热器后屏过热器对流过热器进口集箱对流过热器管系对流过热器出口集箱集汽汽箱汽轮机高压缸。
2水系统的流程
给水主省煤器进口集箱主省煤器管系主省煤器出口集箱前隔墙省煤器进口集箱前隔墙省煤器管系隔墙省煤器出集箱
后隔墙省煤器进口集箱后隔墙省煤器管系
墙省煤器出集箱旁路省煤器进口集箱旁路省煤器管系
旁路省煤器出口集箱省煤器引水管汽包下降管
水冷壁下联箱左右侧墙水冷壁水冷壁上联箱汽包前后侧墙水冷壁
3再热蒸汽系统的流程
汽轮机低温再热器进口集箱低温再热器管系低温再热器出口集箱高温再热器进口集箱高温再热器管系高温再热器出口集箱再热器集汽集箱汽轮机中压缸。
（四）、锅炉总体概况
锅炉为单汽包,自然循环煤粉炉,呈∏形布置,适应露天。
汽包中心标高为42300mm,布置在炉前距水冷壁中心线2660mm处。
采用4根419×
36mm大直径下降管。
炉膛由密封良好的60×
6mm鳍片管膜式水冷壁组成,炉膛截面深×
宽8840×
9600mm,宽深比为1.085,近似正方形。
燃烧器呈四角大小双切圆布置。
炉膛上部出口处,沿炉膛宽度方向布置6片前屏过热器,横向节距为1350mm,其后布置14片后屏过热器,横向节距为630mm。
高温对流过热器布置在后屏过热器之后,位于折焰角的斜坡上,低温过热器由侧墙包覆管、后墙包覆管以及炉顶包覆管组成。
再热器分高、低温两组,分别置于水平烟道以及尾部竖烟井。
全部受热面采用悬吊和支承相结合的方式。
竖烟井深度7500mm,其上部由隔墙旁路省煤器管分隔成两个烟道,主烟道和旁路烟道,相应设置低温再热器和旁路省煤器。
低温再热器受热面载荷通过悬吊管由炉顶钢架承重,受热面向下膨胀。
省煤器由旁路省煤器、隔墙省煤器和置于竖烟井下部的主省煤器三部分组成。
旁路省煤器以及隔墙省煤器为悬吊式,主省煤器则由三根钢架支承,搁置在水泥构架梁上。
两台回转式空气预热器直接安置在9m运转层上,由水平烟道连接,置于尾部竖烟井的后侧。
锅炉烟井周围有管子包裹,采用重力载荷小、厚度薄的敷管炉墙,除尾部空气预热器、烟风道、灰斗及主省煤器外,锅炉的全部受热面载荷均悬吊在炉顶钢梁上,受热面均作向下自由膨胀,炉顶钢架通过K1、K2、K3、K4混凝土构架把负荷传递到锅炉基础上。
锅炉气温调节,主蒸汽采用一、二级喷水减温,再热蒸汽采用烟气挡板,作升温调节,挡板布置在旁路省煤器下方的倾斜45°
管上。
此外,在高温再热器进口处设有事故喷水装置,作为不得已时的降温调节措施。
当锅炉负荷在75%~100%内运行时,上述的调温装置可以维持过热蒸汽、再热蒸汽出口温度在额定值。
另外,在低温再热器出口还设有微量喷水调节,以配合烟气挡板的调温。
本锅炉按固态除渣设计,采用带有粗破碎机的刮板式机械除渣装置。
水冷系统
炉膛四周水冷壁管全部采用?
60×
6mm的鳍片管制成密闭的膜式水冷壁。
水冷系统主要是由大直径下降管、分配集箱及其支管、水冷壁上升管、汽水引出管、上下集箱、汽包组成循环回路。
炉水由汽包经4根?
419×
36mm大直径下降管及其下端的分配集箱,以及44根分配支管均匀地进入14只下集箱,然后分14个循环回路上升,经上集箱和46根汽水引出管进入汽包;
在汽包中汽水混合物经内部装置分离清洗,干净蒸汽被引入到过热器中,分离下来的水和省煤器来的给水混合一起,再进入大直径下降管,进行周而复始的循环。
整个水冷壁管,以及敷设其上的炉墙,均通过上集箱上的吊杆,悬吊在炉顶钢架上,受热面作向下自由膨胀。
水冷壁上设有人孔、看火孔、吹灰孔、打焦孔、防爆门孔、点火孔、测量孔等。
后墙水冷壁上部由分叉管分为两路,一路折向炉膛,行成折焰角,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地工作,在垂直悬吊的集箱管孔处设置了带有短管的?
10mm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。
燃烧时为了防止由于炉膛负压波动所引起的水冷壁及炉墙薄壁结构振动而造成的损坏,在水冷壁外面布置了由工字钢组成的刚性梁,刚性梁在上下方向和水冷壁一起膨胀,沿刚性梁长度方向,在结构上保证可以自由膨胀,刚性梁直接支承于炉膛水冷壁以及左右侧包覆和后包覆管上。
燃烧器
燃烧器为正四角大小切圆布置,假想小切圆?
200mm、大切圆?
800mm,一次风喷口分3层布置,带负荷共12个一次风喷口。
燃烧器的一、二、三次风喷口的布置,自上至下为（三）
（二）二
（一）
（二）
（一）
（一）
（二）,一次风喷口分为上下两组分隔,以提高一次风气流的刚性。
为了适应煤种变化和调整燃烧工况,煤粉喷燃器各喷嘴出口截面做成可调节的。
为了调整燃烧工况和控制炉膛出口烟温,可根据燃料特性或运行人员的实践经验来摆动喷嘴倾角,当一个喷嘴在水平位置时,相邻喷嘴只能摆动10°
左右,若所有喷嘴一起同向摆动时可摆动约±
20°
。
整个燃烧器通过连体焊于水冷壁管上,与水冷壁管一起膨胀。
点火轻油枪采用机械压力雾化方式。
该燃烧器之重油枪也采用机械压力雾化方式,最大燃油量按锅炉额定蒸发量的40%计算,装于中、下二次风喷口内,共8只油枪。
过热器
采用辐射、半辐射和对流形式。
蒸汽在过热器中的流程为在汽包中经分离后的干净蒸汽,经炉顶及尾部包覆过热器,继而进入低再悬吊管过热器及尾部烟道左右侧包覆管过热器,再经水平烟道左右侧包覆管过热器,依次进入前屏过热器、一级喷水减温器、后屏过热器、二级喷水减温器,最后进入高温对流过热器,汇集到出口集箱。
过热蒸汽由出口集箱两端引入到汽轮机高压缸。
前屏过热器共6片,为全辐射过热器,后屏过热器共14屏,为半辐射过热器,高温对流过热器共104片,作顺流布置。
在后屏过热器前后布置有一、二级喷水减温器,其中一级喷水减温主要用于保护后屏过热器,而二级喷水减温则为调节主蒸汽出口温度,使之维持额定蒸汽参数。
再热器
再热器分高温热器和低温再热器两部分。
高温再热器布置在对流过热器之后的水平烟道中,低温再热器和旁路省煤器做并联布置放在尾部竖井中。
低温再热器管系共104片、为5排管,按烟气流向作逆流顺列布置,整个低温再热器管系重力由悬吊管过热器承载,作向下自由膨胀。
高温再热器管系也为104片、5排管,作顺流顺列布置。
在低温再热器进入管道上设有事故喷水装置,为紧急事故时作降温调节用。
再热蒸汽温度控制以烟气旁路挡板作为主要调节手段,而高、低温两段再热器之间的喷水装置作为细调,由于再热蒸汽喷水调节要降低机组的热效率,所以应尽量少用。
省煤器
省煤器由主省煤器、隔墙省煤器和旁路省煤器三部分组成。
给水由炉前三通管进入后,分左右两侧引至主省煤器进口集箱的二端,主省煤器管系为2排蛇形管圈,顺列逆流布置,保持较低烟速,以改善磨损,便于检修。
主省煤器出来的工质,由出口集箱左右二端?
108×
10mm的连接管引出,连接管共12根,每端6根,并进入旁路烟道的前、后隔墙管,工质并联向上流动,到炉顶汇集进入隔墙省煤器出口集箱。
前、后隔墙采用宽鳍片管,前隔墙宽鳍片管外敷设炉墙,作为尾部竖烟井的前墙;
后隔墙宽鳍片管作为旁路烟道的分割墙,管外不再敷设炉墙。
由隔墙省煤器出口集箱二端引出工质,经炉外?
219×
26mm的管道下降至旁路省煤器进口集箱。
旁路省煤器系为2排蛇形管圈,顺列逆流布置。
旁路省煤器在出口端的
弯管倾斜45o,以组成烟道挡板的框架;
旁路省煤器延伸至斜烟道包覆管,接旁路省煤器出口集箱。
斜烟道部位的包覆管省煤器管为敷管炉墙,节距由旁路省煤器的90mm变为45mm。
最后经旁路省煤器出来的工质由12根?
10mm的后墙引出管引入汽包,作为给水。
回转式空气预热器
本锅炉选用2台?
6200mm的回转式空气预热器,采用垂直轴受热面回转的形式。
回转式空气预热器主要特征性数据如下:
转子内径为?
6200mm;
转子高度为2260mm;
受热面高度为1860mm,其中热端为1500mm,冷端为360mm;
受热面积为18500m2;
预热器转速为1.53r/mim;
预热器漏风系数为0.20。
冷端受热面采用“抽屉式”结构,便于大修时更换。
腐蚀和积灰是目前预热器存在的一个主要问题,它直接影响到预热器传热元件的使用效果和寿命,因此还考虑了吹灰和冲洗装置的设计。
锅炉构架及平台布置
锅炉构架采用炉顶钢结构大梁和水泥柱的混合结构,这种结构可以减小钢材耗量和节约工程投资。
锅炉宽度方向采用400t/h锅炉的标准柱距为16000mm,炉前柱K1和K2之间柱距为4500mm,K2和K3之间为10800mm,K3和K4之间为11700mm,K4和K5之间为8000mm,自K1至K5柱均系单排柱列布置。
为了保证单排柱的稳定性,在锅炉的宽度及深度方向每隔一定高度布置有联系横梁,组成空间多层建筑结构。
K1、K2、K3、K4柱子顶部各置有一根大板梁（主梁）,该梁和水泥柱顶之间采用铰接支座。
为保证锅炉各受热面的自由膨胀,所有吊杆及吊架上部均采用球面垫圈支承。
为了提高梁的稳定性,在梁容易失去稳定的区域设置有加强筋。
另外将主梁、次梁和小梁布置成纵横交错相连的梁格,从而保证了梁的稳定性。
锅炉按露天布置,锅炉结构设计考虑了风雪载荷和地震烈度的要求。
为了保证锅炉炉墙、膜式水冷壁、包覆管等高温受压件免受因锅炉燃烧而产生的负压波动所引起的水冷壁振动而造成的损坏,设计中采用了刚性梁加固。
锅炉平台采用炉顶钢悬吊及水泥柱预埋托架相结合的支承方式。
步道平台一般采用宽度为850mm,经常需操作检修处平台适当加宽到1500~2000mm。
为了防止工具零件下落,保证安全起见,采用花纹钢板制成。
对于花纹钢板制成的平台（包括刚性梁等）,在可能易积水的地方应根据需要由现场钻泄水孔。
扶梯宽度一般为800mm（个别地方为600mm）,扶梯的倾斜角度为50o,所有平台、扶梯周围均设置有安全栏杆,栏杆下部加装有高度为100mm的护板,以防工具和杂物外坠。
炉墙密封
该锅炉炉膛部分为全焊膜式水冷壁结构,因而保证了炉墙的严密性,烟气不会直接冲刷炉墙使炉墙的内壁温度接近于水冷壁的温度,因此炉墙可采用轻质岩棉板的保温材料,外面涂上20mm厚的抹面材料。
该锅炉炉墙外壁温度均小于50oC。
为满足锅炉露天布置的需要,在炉墙外装置金属护板。
负压锅炉炉顶密封设计过去一般仅考虑炉墙本身的严密性,但运行多年来发现电厂的燃煤锅炉普遍存在着炉顶漏烟灰现象,这不仅增加了锅炉热损失和对周围环境的污染,而且炉顶罩壳内的温度升高,大量吊杆处于高温条件下工作而影响了其使用寿命。
为了加强炉顶密封,本锅炉的炉顶密封采用了微正压结构,并用金属板进行二次密封。
同时在炉顶管与水冷壁管及侧包覆管接触处用密封垫块密封使其成为一个平面,并在穿过炉顶的所有管系处采用金属梳形板密封,炉顶管开孔处和两侧采用密封钢板作为一次密封。
炉顶除采用二次密封外,尚有炉顶罩壳、炉顶盖板等,以此保护炉墙,防止露天风雪的侵入。
炉顶盖板中部分采用拉网板,以加强罩壳内通风降低吊杆温度。
运行工况与气温调节
锅炉运行与气温调节有密切关系,运行工况的变动会影响到气温的调节。
该锅炉的气温调节是按定压运行设计的。
在负荷为75%时烟道挡板的位置从开到关,烟气旁通量由28%降到30%,因而75%负荷时再热气温仍能保持额定值。
由于喷水减温器的水源为锅炉给水,而喷水和蒸汽直接混合,因而要求电厂运行时严格保证锅炉给水品质,否则将会使出口蒸汽品质恶化。
再热器的旁路保护
为了满足启动、停机的要求,以及维护锅炉最小的稳定出力和低负荷时对再热器运行足够的冷却,必须对再热器进行足够的冷却,必须对再热器进行旁路保护,本机组采用了二级旁路保护系统。
第一级旁路是过热蒸汽不经过高压缸而经过减温减压装置直接进入再热器。
第二级旁路是再热蒸汽不经过中、低压缸而经过减温减压装置直接进入凝汽器。
当锅炉出口压力由于某种原因而超过设计允许值时,为使主安全阀尽量不动作,以免安全阀因频繁起跳而引起泄漏,此时一级旁路就自动打开,流经部分蒸汽以降低气压,待锅炉出口压力恢复正常后,一级旁路就自动进行关闭。
当汽轮机甩负荷时,过热蒸汽经过一级、二级旁路,流经再热器至凝汽器,从而达到保护再热器并回收冷凝水的目的,提高了电厂的经济性,而且可以使过热蒸汽和再热蒸汽的安全阀不动作。
四煤的元素分析数据校核和煤种判断
煤的各元素成分之和为100%的校核
Car+Oar+Sar+Har+Nar+Mar+Aar100%
元素分析数据校核
干燥无灰基元素成分与收到基元素成分之间的换算因子为:
Kdaf100/100-Mar-Aar1.60则干燥无灰基元素成分应为（%）
CdafKdafCar80.70HdafKdafHar6.05
OdafKdafOar7.42NdafKdafNar2.38
SdafKdafSar3.46
二、干燥基灰分的计算
AdAar100/100-Mar26.53%
干燥无灰基低位发热量（实验值）的计算
Qdaf,netQar,net+25MarKdaf33132.18kJ/kg
四、干燥无灰基低位发热量（门杰列夫公式计算值）的计算
Q′daf,net339Cdaf+1030Hdaf-109Odaf-Sdaf33152.52kJ/kg
Q′daf,net-Qdaf,net20.34kJ/kg误差为0.0614%
因为20.34kJ/kg800kJ/kgAd25%,所以元素成分是正确的。
煤种判别
由燃料特性得知40%Vdaf28.10%20%,Qar,net20400kJ/kg18840kJ/kg,
所以属烟煤。
折算成分的计算
Azs,ar4190Aar/Qar,net%4190×
22.63/204004.65%
Mzs,ar4190Mar/Qar,net%4190×
14.69/204003.02%
Szs,ar4190Sar/Qar,net%4190×
2.17/204000.4457%
因此Azs,ar4%,属高灰分煤。
五燃烧产物和锅炉热平衡计算
（一）燃烧产物的计算
表1理论空气量和理论烟气容积的计算
序号名称符号单位计算公式结果
1理论空气量V0Nm3/kg0.0889Cy+0.375Sy+0.265Hy-0.0333Oy5.42
2RO2容积VRO2Nm3/kg0.01866Cy+0.375Sy0.9590
3N2理论容积VN02Nm3/kg0.79V0+0.008Ny4.29
4H2O理论容积V0H2ONm3/kg0.111Hy+0.0124My+0.0161V00.6901
5理论烟气容积V0yNm3/kgVro2+VN20+VH2O05.94
根据该锅炉的燃料属于烟煤,可选炉膛出口过量空气系数a”1.2,依次选取各受热烟道的漏风系数,列出空气平衡表2.
受热面名
过量称
空气系数炉膛,后屏过热器（l,hp）对流过热器
（dlgr）高温再热器
（gzr）低温再热器,旁路省煤器（dzr,psm）主省煤器
（sm）空气预热器
（ky）
进口a’1.201.251.281.311.34
漏风△a△al0.05△ahp00.050.030.030.030.20
出口a”1.201.251.281.311.341.54
根据上述计算,选取炉渣份额后计算得灰飞份额为0.9,计算上表得到
烟气特性表如下表3
项目名称符号单位l,hpdlgrgzrdzrpsmsmky
烟道进口过量空气系数a′1.20001.20001.25001.28001.31001.3400
烟道出口过量空气系数a〃1.20001.25001.28001.31001.34001.5400
烟道平均过量空气系数apj1.20001.22501.26501.29501.32501.4400
过剩空气量△VNm/kg1.08371.21911.43591.59841.76102.3841
水蒸汽容积VH2ONm/kg0.70750.70970.71320.71580.71840.7285
烟气总容积VyNm/kg7.04277.18037.40057.56577.73098.3640
RO2烟气容积份额rRO20.13620.13360.12960.12680.12400.1147
H2O占烟气容积份额rH2O0.10050.09880.09640.09460.09290.0871
三原子气体和H2O占烟气容积总份额rn0.23660.23240.22600.22140.21700.2018
烟气质量Gykg/kg9.26549.44239.72549.937710.150010.9638
飞灰无因次浓度μhkg/kg0.02640.02640.02650.02650.02660.026
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