th锅炉直流煤粉燃烧器的设计毕业设计论文管理资料.docx

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th锅炉直流煤粉燃烧器的设计毕业设计论文管理资料

南京工程学院

毕业设计说明书（论文）

作者：

***学号：

*********

系部：

******************

专业：

热能与动力工程专业

题目：

2000T/h锅炉直流煤粉燃烧器的设计

指导者：

****

评阅者：

2011年5月南京

毕业设计说明书（论文）中文摘要

随着国民经济和电力负荷的迅速增长，电网容量也随之增加，我国越来越多的采用大容量、高参数机组。

燃烧器作为煤粉锅炉燃烧设备的主要组成部分，它的性能好坏对燃烧的稳定性和经济性有很大的影响。

本次毕业设计的是锅炉容量为2000t/h的直流煤粉燃烧器，论文首先通过对所给煤种进行的工业分析，确定了煤种实际的发热量、锅炉的基本参数、理论空气量和烟气量，并最终确定了炉膛燃料消耗量等；然后，计算炉膛的结构尺寸，先假定炉膛的容积热负荷和截面热负荷，计算出炉膛的容积和截面积以及炉膛的主体高度，并根据煤种特性来初步选定煤粉燃烧器的类型和布置方式，针对燃烧煤种和锅炉容量选择合适的制粉系统；最后，计算燃烧器的出力，确定一、二次风的风量，在此基础上，最终确定出燃烧器的喷口截面尺寸和燃烧器的阻力。

具体得到的计算结果是：

，，，，。

关键词2000t/h直流煤粉燃烧器设计计算

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleDesignofDcPulverizedCoalBurnerof2000t/hPulverizedCoalFiredBoiler

Abstract

Withthegrowthofnationaleconomyandpowerload,electricalnetworkcapacityhasincreasedrapidlyinChina.Moreandmore600MWpulverizedcoalfiredunitswithhighcapacityandparametershavebeenused.Asthemainpartofpulverizedcoalfiredboiler’scombustionequipment,pulverizedcoalburnerhastheverytremendousinfluencetostabilityandeconomyofcombustion.ThecontentofthisgraduationthesisistodesigntheDcpulverizedcoalburnerof2000t/hpulverizedcoal-firedboiler.Firstly,bytheindustryanalysistothegivencoal,itisidentifiedthattheactualcoalheat,thebasicparametersoftheboilerandtheoreticalairvolumeandfluegasvolume,andthenthefuelconsumptioninthefurnaceisdeterminedtherefore.Secondly,calculatingthestructuresizeofthefurnace.Byassumingvolumetricheatloadandsectionalheatload,wecancalculatethevolumeandcross-sectionalareaandthemainbodyaltitudeofthefurnace.Andnextaccordingtothecoalproperties,preliminaryselectthetypeandarrangementoftheburner.Finallychoosingtheappropriatemillingsystemonthebasisofthecoalpropertiesandtheboilercapacity.Whenalltheworkaboveisfinished,itispossibletocalculatetheoutputoftheburnerandthevolumeofprimaryairandsecondaryair.Atthispointwecandeterminethesectionsizeoftheburnernozzleandtheresistanceoftheburnerdefinitively.Thespecificresultisthatthesectionsizesofoftheburnernozzleoftheprimaryairandsecondaryairareand,andtheheightoftheburneris,andtheductresistanceoftheprimaryairandsecondaryairareand.

Keywords2000t/hDcpulverizedcoalburnerDesignThermodynamiccalculations

前言

改革开放30年来，电力行业走过了一条辉煌的改革发展之路，我国发电装机容量连续保持每年新增1亿千瓦的迅猛势头。

在此环境下，实行大电站、大机组、高参数、环保节水的技术路线，采用超临界压力机组，坚持烟气脱硫、脱硝成为大的趋势，为适应这种大的趋势，高效环保安全的燃烧器的设计成了当务之急。

本次毕业设计的是锅炉容量为2000t/h的直流煤粉燃烧器，通过对所给煤种进行分析，计算出煤种的发热量和干燥无灰基挥发分成分及炉膛燃料消耗量等，来初步选定煤粉燃烧器的类型；考虑到现行的电站锅炉普遍采用的四角切圆的燃烧方式，本次毕业设计采用直流煤粉燃烧器；对炉膛的尺寸计算得到合理的假想切圆直径，并对一、二次风量和风速进行计算，将一、二次风同送入燃烧器的空气合理配比，从而使煤粉在炉膛内混合充分均匀，从而使燃烧更稳定，更高效；因为本设计是针对大的单元机组设计的。

在设计的过程中，参数的选择会考虑采用最新的数据，在数据计算时如果有必要，也会采用新的计算公式。

目的只有一个，就是保证设计的准确性和实际性，从而达到设计任务书的要求。

第一章绪论

1.1直流式燃烧器的特点和发展

煤粉炉的燃烧设备包括煤粉燃烧器、点火装置和炉膛。

煤粉燃烧器也称为喷燃器，他是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分。

燃烧器的性能对燃烧的稳定性和经济性有很大的影响。

目前的燃烧器主要有旋流和直流两种形式，两者主要是由国外两大电站锅炉制造厂商G-E和B&W的公司生产制造。

上世纪80年代时，我国开始引进锅炉技术，由于在此前我国对直流燃烧器的研究较多，因此主要引进了直流燃烧器。

我国的燃烧锅炉大部分采用直流燃烧器[1-3]。

一、直流煤粉燃烧器的作用

煤粉燃烧器做为燃烧设备的主要部件。

其作用是：

（1）向锅炉炉膛内输送燃料和空气；

（2）组织燃料燃烧和空气及时、充分的混合；

（3）保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火燃烧，迅速、完全的燃尽。

直流煤粉燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成。

煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。

直流射流的主要特点是沿着流动方向的速度衰减比较慢，具有比较稳定的射流核心区，且一次风和二次风的后期混合表较强[4,5]。

二、直流煤粉燃烧器的配风类型

根据燃烧器中的一、二次风喷口的布置方式，直流煤粉燃烧器大致上可以分为均等配风和分级配风两种型式，现对这两种型式作简要介绍：

（1）.均等配风直流式燃烧器

均等配风直流式燃烧器适用于容易着火的煤种，如烟煤、褐煤。

这种燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。

因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速的和相邻二次风喷口射出的热空气混合[5]。

这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。

因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀。

（2）.一次风集中布置的分级配风直流燃烧器

分级配风直流燃烧器适用于燃烧着火比较困难的煤，如挥发分低的贫煤、无烟煤或劣质烟煤。

其特点：

几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风口中心间距较大。

由于一次风携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。

为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流和二次风的混合，所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中。

一次风集中布置的问题在于着火区煤粉浓度高，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧过程[5,6]。

1.2新型燃烧器的发展

煤粉炉运行的经济性和安全性都与煤粉火炬的稳定性有密切的关系。

为提高煤粉火炬的稳定性首先使煤粉稳定燃烧；针对我国新经济形式对电力的需求状况和环保的要求，保证煤粉锅炉在符合变动的情况下仍然能高效、稳定和低污染地燃烧尽量减低对低负荷投油稳燃的依赖，在20世纪90年代后期，我国发展了新的煤粉燃烧设备，以下简单介绍它们的原理和性能指标。

（1）.WR燃烧器

美国燃烧工程公司设计的WR燃烧器，其全名是直流式宽调节比摆动燃烧器，主要是为提高低挥发份煤的着火稳定和在低负荷运行时着火、燃烧的稳定性而设计的。

这种燃烧器的煤粉喷嘴是一种浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器，煤粉喷嘴的一次风道与煤粉管道的连接处有一个弯头，因此，WR燃烧器时煤粉浓淡分离的工作原理，就是利用煤粉气流通过这个管道弯头时，依靠离心离力的作用，大部分煤粉紧贴着弯头外侧进入煤粉喷嘴，而放在煤粉喷嘴中间的水平肋片，将使煤粉气流顺势分成两股，上部分是高浓度煤粉气流，下部是低浓度煤粉气流，并将其保持到离开喷嘴以后的一段距离，从而提高了煤粉气流喷嘴出口处上部煤粉气流的煤粉浓度。

同时在喷嘴出口处装有一个扩流锥，它可以在喷嘴出口形成一个稳定的回流区。

实践证明，WR燃烧器能有效地燃用低挥发份的无烟煤和贫煤[6]。

（2）.水平浓淡低NOx燃烧器

这种燃烧器是针对贫煤和无烟煤开发的。

并以此为核心发展成了系列浓淡煤粉燃烧技术。

它的工作原理是：

在一次风道内采用百叶窗式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经百叶窗时发生不同程度的偏转，导致煤粉和气流惯性分离，经分流隔板后形成浓淡两股煤粉气流射流。

被分离后的浓淡煤粉气流，浓煤粉气流的空气供应量低于挥发分燃烧所需的量，对于焦炭燃烧而言更加不足，使着火后在燃烧器出口的NOx生成量大大降低。

随后淡煤粉气流及时混入，形成局部区域的分级燃烧，并保证了燃烧效率。

水平浓淡燃烧器布置在四角切圆的同一个水平面内。

淡煤粉气流在背火侧喷入炉膛，形成外侧假想切圆；浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛，形成内侧假想切圆。

淡煤粉气流在水冷壁附近区域形成比普通燃烧器强的多的氧化性气氛。

这种布置不仅起到了稳燃和降低NOx的作用，而且还同时避免了浓煤粉气流在外侧燃烧时形成的还原性气氛，在烟气中含硫较高的时候对水冷壁的高温腐蚀现象[5,6]。

（3）.钝体燃烧器

钝体燃烧器就是在常规应用的四角切圆布置燃烧直流燃烧器靠近一次风喷口处安装一个三角形的钝体，它是华中理工大学的研究成果。

钝体燃烧器在国内大都应用在燃用劣质烟煤、贫煤或无烟煤的锅炉上，起到稳定火焰、改善燃烧的作用，并提高了燃烧效率，还可在额定负荷的55%~60%的低负荷下稳定运行而不用投油助燃。

其工作原理：

在煤粉气流流经钝体后，在钝体后产生一个较大的回流区，由于回流区的高温烟气反向流向火炬根部，使煤粉气流在喷口出口附近形成一个高温区，对煤粉气流的着火非常有利；同时，煤粉空气混合物从一次风喷口喷出，遇到钝体后，由于煤粉颗粒比空气流有较大的轴向运动惯性，使大量煤粉在回流区边缘附近集中，，形成一个高煤粉浓度区域。

这个区域与高温区同在回流区附近，使得钝体后的回流区附近，成为煤粉气流一个稳定的着火点。

另外，在钝体的导流下，一次风射流的扩展角也比原来的显著增大，射流外边界卷吸温烟气的能力也有所增加。

因此，钝体燃烧器对燃烧低挥发份的切圆燃烧方式的稳燃有很大的作用[7]。

1.3燃烧器设计的思路和需要注意的问题

随着锅炉容量的增大，机组大型化，对燃烧器的要求已经不仅局限在过去小容量实验数据总结的参数，这也是本机设计的初衷之一，在设计大容量锅炉的燃烧器时，会面临一些之前没遇到的问题，设计的步骤会有些改变，煤粉燃烧器选用和计算的主要内容有：

选用煤粉燃烧器的型式和布置方式、确定每台锅炉所用燃烧器的数目和燃烧器的热功率，计算一、二次风量，计算燃烧器出口截面积和结构尺寸，计算燃烧器的阻力。

一个性能良好的燃烧器应能满足下列的要求[7]：

1）通过正确设计的燃烧器结构，在燃烧器出口处建立使煤粉气流能及时稳定着火的空气动力场；着火以后一、二次风能合理混合，以保证煤粉燃烧的稳定性和经济性。

2）有较好的燃料适应性和负荷调节性。

在煤种和负荷变化时能及时地对风速和风量进行正确的调节，其各调节机构的传动和调节灵敏、可靠、耐用。

3）通过正确的组织着火、混合和燃烧过程，燃烧器应能最大限度的降低NOx的排放，以达到环境保护的要求。

4）燃烧器的设计、材料选用、制造和安装，应能与制粉系统和炉膛合理配合，以保证锅炉燃烧系统的可靠安全运行。

具体的内容和需要注意的问题简介如下：

一、设计的主要思路

论文首先通过对所给煤种进行的工业分析，确定了煤种实际的发热量、锅炉的基本参数、理论空气量和烟气量，并最终确定了炉膛燃料消耗量等；然后，计算炉膛的结构尺寸，先假定炉膛的容积热负荷和截面热负荷，计算出炉膛的容积和截面积以及炉膛的主体高度，并根据煤种特性来初步选定煤粉燃烧器的类型和布置方式，针对燃烧煤种和锅炉容量选择合适的制粉系统；最后，计算燃烧器的出力，确定一、二次风的风量，在此基础上，最终确定出燃烧器的喷口截面尺寸和燃烧器的阻力。

二、设计开始前应注意的问题

（1）、应为本次设计的是2000T/h锅炉直流煤粉燃烧器，在参数选择时应特别注意，因为很多的参数的确定是在过去小容量的炉内传热实验数据总结出来的，存在一定得误差，这就需要在设计时要多多的参考文献，以求得更加精准的参数选择。

（2）、锅炉容量是2000T/h，可以按亚临界锅炉也可以按超临界锅炉进行设计算，在计算之前首先应该明确这一前提，否则在最后计算的结构上会有很大的差距。

（3）、制粉系统的选择是燃烧器选型的一个非常重要的影响因素。

因为，不同的制粉系统就对应于不同的配风方式，这这将直接导致最后计算结果和燃烧器喷口的整体布置。

第二章燃料性质和燃烧计算

燃料的主要组成都是多种碳氢化合物，从元素分析的角度来看，燃料主要成分是C、H、O、N、S以及水分和灰分，由于水分和灰分这两种不可燃组分的含量常随燃料的开采、运输、贮存及气候等外界条件的改变而变化，所以在燃料元素分析时常采用以下四种元素分析的成分基准：

收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基[8]：

收到基水分：

Mar=13

灰分：

Aar=

炭：

Car=

氢：

Har=

氧：

Oar=

氮：

Nar=

硫：

Sar=

低位发热量：

=22415kJ/kg

挥发分：

Vdaf=46

空气干燥基水分：

Mad=

一、煤的元素各成分之和为100%的校核

Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar=13++++++=100

校核表明该煤种符合标准。

二、元素分析数据校核

（1）根据元素分析成分计算燃料收到基低位发热量（门捷列夫经验公式）

门捷列夫经验公式[9]如公式（2-1）所示

Q’=339Car+1030Har-109（Oar-Sar）-25Mar（2-1）

将数值代入公式可得：

Q’=339Car+1030Har-109（Oar-Sar）-25Mar

=339×+1030××（）-25×13=（kJ/kg）

（2）计算煤种的实际发热量和用门捷列夫经验公式计算出的发热量误差

Q’==（kJ/kg）

可以认为Q’≈

（3）计算设计煤种干燥基灰分

Ad=100/（100-Mar）×Aar=

（4）判断元素分析的正确性

设计煤种的Ad=﹤25，实际发热量与用门捷列夫经验公式计算出的发热量的误差小于600kJ/kg，所以元素成分是正确的。

三、炉膛过量空气系数和漏风系数的确定

对固态排渣炉来说，在燃烧烟煤时，~。

本次设计是在锅炉额定负荷下进行的考虑到是固态排渣炉，屏式水冷壁，炉膛的漏风系数Δα=[10]。

四、锅炉的基本特征参数

锅炉的额定容量是2000t/h，即De=2000t/h，再热蒸汽流量Dzr=1700t/h。

主蒸汽压力取：

P0=

主蒸汽温度取：

T0=570℃

查表[11]计算可得过热蒸汽焓值：

h〃gg=kJ/kg

再热蒸汽进口温度：

T΄zr=321℃

再热蒸汽进口压力：

P΄zr=

再热蒸汽进口焓：

h΄zr=kJ/kg

再热蒸汽出口温度：

T˝zr=569℃

再热蒸汽出口压力：

P˝zr=

再热蒸汽出口焓：

h˝zr=kJ/kg

给水温度：

tgs=285℃

低温省煤器入口的压力即给水压力：

pgs=Mpa[12]

查水蒸气热力表用差值法可得到给水焓：

hgs=kJ/kg

锅炉的有效热量包括过热蒸汽的吸热、再热蒸汽的吸热、饱和蒸汽的吸热和排污水的吸热，当锅炉不对外供应饱和蒸汽时，而且是直流炉时，单位时间内锅炉的总有效利用热量Q计算公式如

Q=1000（De（h〃gg－hgs）+Dzr（h˝zr－h’zr））（2-2）

将数值代入公式（2-2）可得：

Q=1000（De（h〃gg－hgs）+Dzr（h˝zr－h’zr））

=1000×（2000×（）+1700×（））=×109（kJ/h）

燃料的燃烧计算以单位质量（或单位体积）的燃料为基础。

燃料计算包括：

燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算[10]。

：

理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气量、理论水容积等。

：

干烟气容积、水蒸气容积、烟气总容积、RO2容积份额、水蒸气容积份额、三原子气体和水蒸气容积总份额、容积飞灰浓度等。

。

以下是三部分具体的计算内容：

一、燃烧计算

（1）理论空气量V0

1kg收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需的空气量，称为理论空气量用V0表示

V0=（Car+）+

=×（+×）+××

=（Nm3/kg）

（2）理论氮容积

（3）RO2容积

（4）理论干烟气容积

（5）理论水蒸气容积VH2O

VH2O=++×

=×+×13/100+××

=（m3/kg）

二、烟气特性计算

（1）实际干烟气量Vgy

锅炉中实际的燃烧过程是在过量空气系数α＞1的条件下进行的，实际干烟气量

Vgy=V0gy+（α-1）V0=+（）×

=（m3/kg）

（2）烟气总容积Vy

Vy=Vgy+VH2O=+=（m3/kg）

（3）RO2容积份额rRO2

rRO2=VRO2/Vy=

（4）水蒸气容积份额rH2O

rH2O=VH2O/Vy=

（5）三原子气体和水蒸气容积总份额r

r=rRO2+rH2O=+=

三、空气和烟气焓的计算

（1）理论空气焓h0k

理论空气焓h0k=V0（ct）kkJ/kg

上式中（ct）k—1m3标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度t℃时的焓值

例如：

100℃时，可以查文献[10]得到（ct）k=所以有

（2）理论烟气焓h0y

理论烟气是多种成分的混合气体。

由工程热力学可知，其焓值等于各组成成分焓的总和，所以理论烟气焓的计算式为

式中（ct）RO2、（ct）N2、（ct）H2O—理论烟气中各成分在温度t℃时的焓值

由于VCO2>>VSO2，且两者的比热容接近。

故取（ct）RO2=（ct）CO2

例如：

100℃时的理论空气焓，可以查文献[10]得到（ct）RO2=；（ct）N2=；（ct）H2O=所以

h100y=×+×+×=（kJ/kg）

（3）实际烟气焓hy

实际烟气焓hy等于理论烟气焓h0y、过量空气焓（α-1）h0k和烟气中飞灰焓hfh之和，即

hy=h0y+（α-1）h0k+hfh

其中飞灰的焓值较小，因此只有在满足4187αfhAar/≥6时才计算，Aar=，=22415kJ/kg，计算可得

4187××＜6

所以hfh不计算。

例如：

100℃时的实际空气焓

hy=h100y+（α-1）h100k=+（）×=（kJ/kg）

其他温度下的空气和烟气焓的计算方法同上，见附表1和附表2。

四、燃料消耗量的计算

（1）排烟焓的计算hpy

排烟温度主要根据燃料价格和金属耗量的经济比较来选择的，较低的排烟温度对应于较低的排烟损失和较高的锅炉效率，燃料消耗量比较少；但是，由于尾部受热面传热温差的降低，其金属耗量也就增加，锅炉的最佳排烟温度应是燃料费用和尾部受热面金属费用总和的最小值岁对应的温度；此外还与锅炉给水温度、燃料的性质（水分和硫的含量）有关。

给水温度高时，尾部受热面传热温差下降，排烟温度应高点，水分较大时，空气和烟气热容比减小，排烟温度应高些，燃料的硫份较多时，金属壁温低于烟气露点时。

还要防止低温腐蚀，综上，排烟温度先假设选取130℃，按照上述方法求在100℃和200℃时的理论空气焓、理论烟气焓、实际烟气焓，然后运用差值法计算得到排烟焓hpy=kJ/kg。

（2）锅炉热效率计算η

锅炉热效率η=100－∑q

（ⅰ）化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4

本设计的对象是固态煤粉排渣炉，所用煤种的Vdaf=46>40，是褐煤；它的灰分含量Aar=，所以取：

q3=0，q4=。

（ⅱ）锅炉散热损失q5

锅炉的散热损失

q5=qe5×De/D%

当锅炉额定蒸发量大于900t/h，qe%计算[7]。

因为本设计是在额定负荷下进行的，因此De/D=1，。

（ⅲ）灰渣损失q6

灰渣物理损失是指锅炉排出的灰渣、飞灰与沉降灰所携带的热量未被利用而引起的热损失。

当燃煤的折算灰分小于10%（即Azs=4187Aar/Qar,net<10%）时，固态排渣煤粉炉可忽略炉渣的热损失[4]，即q6=0

Azs=4187×<10%

所以取q6=0

（ⅳ）排烟损失q2

q2=（hpy－hlk）（100－q4）/Qr=（－）×（100－）/22415=

所以锅炉热效率

η=100－∑q=100－（+0+++0）=

（3）保热系数φ

φ=1-q5/（η+q5）=（+）=

（4）实际燃料消耗量B

实际燃料消耗量是指单位时间内实际耗用的燃料量

B=100×Q/（Qη）（2-3）

式中：

Q—锅炉的有效利用热量（前面已经计算）。

所以：

B=100××109/（×109×）=×105（kg/h）

（5）计算燃料消耗量Bj

计算燃料消耗量是指扣除了机械不完全燃烧损失q4后，在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量

Bj=B（1-q4/100）=×105×（）=×105（kg/h）

本章对燃料的主要组成进行了分析校核，参考多本文献确定了主蒸汽和再热蒸汽的参数（以超临界锅炉为模板做的选择）以及锅炉给水压力，在此基础上算得了位时间内锅炉的总有效利用热量Q=×109