1025th新汶烟煤锅炉设计.docx

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1025th新汶烟煤锅炉设计

1025t/h新汶烟煤锅炉设计

摘要

当今社会的迅速发展使得电力能源的需求不断增加，虽然近些年来绿色可再生的能源的使用有了巨大的进步，但是这些绿色可再生能源都有着不同的局限性，由于技术限制，在未来的几十年中，电力生产的主要来源还是火力发电。

本次的设计题目是1025t/h新汶烟煤锅炉设计，即300MW锅炉机组，论文概述了如何设计一套可运行的大型电站锅炉系统，通过热力校核计算的方法对系统各个构件进行校核。

锅炉的设计步骤简单来说就是确定锅炉的整体布置，也就是本体结构和辅助系统的选择。

在热力校核计算中，首先要确定燃料的性质，以及所选电站锅炉的主要参数，锅炉详情等，在这些数据的基础上进行对锅炉的炉膛膛以及各种换热面进行热力计算，再对计算所得的数据进行校核。

最后针对烟气排放污染问题建议采取利用乙醇氨等溶剂吸收即CO2化学吸收法，实现烟气利用，能源的再生，北京热电厂曾在2008年开始使用此方案，生产出干冰，获得可观的收益。

关键词：

1025t/h新汶烟煤锅热力计算

Designof1025t/hXinwenbituminouscoalboiler

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftoday'ssociety,thedemandforelectricenergyisincreasingcontinuously.Althoughtheuseofgreenandrenewableenergyhasmadetremendousprogressinrecentyears,thesegreenandrenewableenergysourceshavedifferentlimitations.Inthecomingdecades,themainsourceofelectricityproductionwillbethermalpowergeneration.

Thedesigntopicofthistimeisthedesignof1025t/hXinwenbituminouscoalboiler,thatis,300MWboilerunit.Thepaperbrieflydescribesthedesignstepsandmethodsoflarge-scalepowerstationboilers,andtheresultsarecheckedandanalyzed.Thedesignstepsoftheboileraresimplytodeterminetheoveralllayoutoftheboiler,thatis,theselectionofthebodystructureandauxiliarysystem.

Inthethermalcheckcalculation,firstofall,thenatureofthefuel,themainparametersoftheselectedpowerstationboiler,thedetailsoftheboiler,etc.mustbedetermined.Onthebasisofthesedata,thermalcalculationsarecarriedoutonthefurnacechamberandvariousheatexchangesurfacesoftheboiler,andthenthecalculateddataarechecked..

Finally,fortheproblemoffluegasemissionpollution,itisrecommendedtousethesolventabsorptionofethanolandammonia,thatis,CO2chemicalabsorptionmethod,toachievefluegasutilizationandenergyregeneration.BeijingThermalPowerPlantbegantousethisprogramin2008toproducedryiceandobtainconsiderablebenefits.

Keywords:

1025t/hXinwenbituminouscoalboilerthermalcalculation

主要符号表

α

进口过量空气系数

a

炉膛宽度

Wsy

烟气流速

α"

出口过量空气系数

b

炉膛深度

Vpj

蒸汽平均比容

αpj

平均过量空气系数

d×δ

管径及壁厚

θa

理论燃烧温度

Δα

漏风系数

R

最小弯曲半径

VCpj

烟气平均热容量

t＇

工质进口温度

V1

炉膛容枳

rH20

水蒸气容积份额

t"

工质出口温度

Al

炉膛截面积

rn

三原子气体

容积份额

h＇

工质进口焓

Ajs

计算受热面积

Pn

三原子气体分压力

h"

工质出口焓

A

管子总流通面枳

Ky

三原子气体辐射减弱系数

θ

烟气进口温度

Al

每根管子面积

Kh

灰粒子辐射减弱系数

θ〞

烟气出口温度

n

管子总数

Kj

焦炭粒子辐射诚弱系数

H＇

烟气进口焓

S1

横向管距

K

半发光火焰辐射减弱系数

H〞

烟气出口焓

Z1

片数

ahy

炉膛火焰有效黑度

H0lk

理论冷空气焓

n1

单片管子数

ξ

沾污系数

Qr

锅炉输入热

S2

纵向截距

ψ

热有效系数

Qgl

锅炉有效利用热

Ay

烟气流通面积

ad

烟气侧对流放热系数

Qcr

对流传热量

Ak

空气流通面枳

a1

烟气对管壁的放热系数

ΔQ

误差

XY

烟气流通所占份额

a2

管壁对蒸汽的放热系数

Dgr

过热蒸汽流量

Xk

空气流通所占份额

ε

灰污系数

Dzr

再热蒸汽流量

ΔtD

较大温差

k

对流传热系数

qv

炉膛容积热强度

Δtx

较小温差

B

实际燃料消耗量

qf

炉膛截面热强度

Δt

平均温差

ρw

管内工质质量流速

1前言

当今社会的迅速发展使得电力能源的需求不断增加，虽然近些年来绿色可再生的能源的使用有了巨大的进步，但是绿色可再生能源都有着不同的局限性，根据2018年我国不同能源发电量占比情况来看，火力发电在当今社会乃至未来的几十年中都会是我们国主要的发电方式之一。

1.1我国电力工业现状

火力发电长久以来都是中国的主要发电方式，这得益于中国较高的煤炭储备量，当今社会的迅速发展使得电力能源的需求不断增加，虽然近些年来绿色可再生的能源的使用有了巨大的进步，但是这些绿色可再生能源都有着不同的局限性，由于技术限制，在未来的几十年中，电力生产的主要来源还是火力发电。

近年来随着环保政策的出台，不仅是电力行业，甚至于各个行尤其是像发电厂这样的重工业，其工业结构在政策的引导下开始调整，工业结构需要得到优化升级，推动高能效、低污染的电站锅炉的设计及研发，关闭那些大能耗、高污染的电厂机组。

电站锅炉的节能减排的转型之路愈发迫在眉睫。

但是节能减排的转型并不是简简单单就能实现的，新能源的利用技术还处于一般发展水平。

尽管当今社会的趋势是以技能环保，可持续发展为主，但是中国煤炭贮备丰富，电力仍旧出于紧缺的客观条件不能给予否定，我们要在电力行业为火力发电寻找一个平衡点，在以节能减排、高效低污的大目标下合理的，有序的，稳健的去实现火力发电的转型，也正因此，火力发电在电力行业中在未来的十几年甚至几十年中仍旧会保持当今的重要地位，尽管发展的趋势会有一定的减缓，但在满足全国整体居民的电力需求之前，电力行业未来的发展前景还是较为乐观。

1.2设计内容

本次锅炉设计的内容是1025t/h新汶烟煤锅炉热设计，其中热力计算是本次设计中的主要内容。

蒸发量为1025吨的锅炉换而言之就是300mw亚临界自然循环电站锅炉，锅炉的热力计算分为两种，分别是设计热力计算和校核热力计算，其区别在于已知条件不同和计算目的的不同。

一般情况下在设计新的锅炉时，常选择设计计算，而校核计算多用于在已知的锅炉条件下，燃料或者运行工况发生改变之后根据原来结构参数校核炉膛出口烟气温度。

当然，两种热力计算方法的应用并不是绝对的，因为两种方法依赖的传热学原理，计算数据的公式等都是一样的，选择不同只是由于任务的目的不同。

设计热力计算难度较高，一般情况下国内外在进行锅炉系统设计的时候常根据经验选择合适的已知的锅炉型号作为基础，在此基础上进行校核计算。

所以本次设计的计算方法选择的也是校核热力计算，锅炉的热力校核计算一般情况下是对一台已经完成设计的锅炉展开的。

电站锅炉的实际负荷发生改变、燃料的改变、给水温度的变化称为非设计工况。

锅炉在非设计工况下运行时燃料的消耗量、各个受热面的温度、出口烟气温度、锅炉效率气体的流速和流量都会发生改变与设计值产生误差。

为了使锅炉在非设计工况下正常运行热力校核计算必不可少，通过热力计算确定新的参数。

因为锅炉已经确定，所以锅炉的各个换热面都是确定的，那么我们的计算的主要目标就是传热量和各种温度，例如排烟温度、工质的进出口温度等。

新汶烟煤经过磨煤机变成煤粉送入锅炉与被空气预热器预热的空气混合燃烧，放出大量的热量然后产生烟气，烟气在锅炉系统中的换热过程是从炉膛出发经过凝渣管然后穿过屏式过热器，然后再与高温过热器进行换热之后到达低温过热器，最后再与省煤器和空气预热器进行热量交换之后在除尘装置中出去烟气中的灰分最后由烟囱排出。

此处的除尘装置建议使用CO2化学吸收法尝试使用乙醇氨溶剂吸收，通过置换可生成干冰，具有一定的经济效益。

过热器是电站锅炉系统中举足轻重的组成部分，同样也是各种锅炉系统中的重要组成部分，它的作用就是负责利用吸收的热量来加热过热器中的饱和蒸汽，通过将锅炉内的高温饱和蒸汽加热至过热的蒸汽来满足锅炉运行的需要。

过热蒸汽的温度影响着锅炉的热效率，过热蒸汽温度越高，锅炉效率越高，但过热蒸汽温度越高末级湿度就越小反而会影响过热器的稳定性。

常见的过热器由屏式过热器和高、低温过热器，过热器系统一般由其组成。

再热器的作用简单来说就是提高锅炉的效率，通过对较低压力下的蒸汽加热至较高温度，可以看做是一种针对蒸汽的过热器。

再热器系统由低温再热器和高温再热器组成。

省煤器，顾名思义可以节约燃料的换热器。

吸收较高温度的烟气的热量降低了锅炉的排烟温度，将吸收的热量传递给即将进入锅炉的给水，间接提高了电站锅炉的热有效效率。

空气预热器是整个锅炉流程的最后一个负责热量交换的结构，它的作用就是在烟气从锅炉尾部排除时进行热量交换，然后通过散热片给即将进入锅炉的空气进行加热，经过空气预热器加热的空气会进入炉膛与燃料混合燃烧，较高温度空气可以提高燃料在炉膛的燃烧效率并且在锅炉尾部吸收将要排出的烟气的温度可以有效的降低排烟温度，从而提高电站锅炉系统的热效率。

【12】空气预热器分为管箱式和回旋式两种，本次设计选择的就是回旋式空气预热器。

其传热方式为再生式，烟气流过预热器的烟气侧其中的热量被预热器中的散热片吸收，预热器在工作时会低速旋转，空气在空气侧吸收散热片中的热量，然后进入锅炉。

计算步骤如下：

a）对已经选择好的亚临界锅炉，熟悉已知的运行条件和锅炉的主要参数（例如空气量、烟气焓、蒸汽焓等）；

b）选择该锅炉整体结构布置，了解系统里蒸汽、烟气以及给水系统的流程；

c）锅炉的炉膛热力计算（例如烟气有效辐射层、辐射换热特性参数、出口烟温、炉膛热力参数等）；

d）各个受热面结构设计特点并进行校核计算（如平均对流温差、烟气黑度、对流放热系数、出口烟温等）【10】；

e）锅炉热力计算误差校核；

f）进行关键设计图纸的绘图；

g）编写设计说明书。

其中各个受热面包括过热器、再热器、转向室、省煤器以及空气预热器。

因为本次设计的锅炉型号已经确定，燃料也确定所以选择的计算方法是校核热力计算，利用烟气在不同受热面上的温度差值以及换热量的差值来校核，判断该煤种是否满足本型号锅炉的正常运行。

2锅炉整体布置

2.1锅炉的整体选型

∏型布置是一种常见的锅炉布置选型，也是本次设计所选择的18.3型锅炉的采用型号。

a）∏型布置简单，其主要优点是：

锅炉的排烟口在下方，送、引风机以及除尘器等设备均可在地面布置；

b）在对流竖井中烟气上下流动，便于清灰；

c）各个受热面易布置成逆流方式，加强对流交换；机炉之间的连接管道不长。

【2】

2.2受热面的布置

本次的设计目标是1025t/h新汶烟煤锅炉，配备300mw汽轮发电机，即300mw的亚临界自然循环锅炉，根据课本得知18.3型电站锅炉常采用四角切圆、自然循环、摆动式燃烧器调温方式，炉膛的宽、深、高分别是13.335m、12.829m、54.300m，本次选择的燃料是新汶烟煤。

在炉膛四角布置4只摆动式直流燃烧器，燃烧器有6层一次风喷口、4层油喷口，6层二次风喷口，气流射出喷口后，在炉膛中央形成φ700和φ1000的两个切圆。

【2】

炉膛壁由膜式水冷壁组成；过热器由顶棚过热器、各包墙管、低温过热器、大屏过热器、后屏过热器和高温过热器组成；再热器由壁式再热器、低温再热器和高温再热器组成；空气预热器选择三分仓回转式空气预热器。

【18】

整体布置如图

2.3蒸汽流程

（1）过热蒸汽流程：

首先从汽包出发，经过顶棚管到达低温过热器，再与屏式过热器、高温过热器进行热量交换后被送入汽轮机高压缸。

【13】

（2）再热蒸汽流程

从汽轮机高压缸出发与高、低温再热器进行换热之后到达汽轮机中压缸。

3锅炉的设计计算

3.1基础数据

本次设计的锅炉燃料为新汶烟煤

表3-1新汶烟煤收到基成分

收到基成分

Mar

Aar

Car

Har

Oar

Nar

Sar

Q

含量

6%

18.8%

61%

4.1%

6.8%

1.4%

1.9%

25140

其温度特征DT：

1200℃，ST：

>1500℃

由于已知的燃料成分是收到基成分，可以直接用于计算有关燃料基础数据的计算。

表3-2锅炉参数

序号

名称

符号

单位

数据

1

锅炉蒸发量

D1

t/h

1000

2

再热蒸汽流量

D2

t/h

840

3

给水温度

tgs

℃

275

4

给水圧力

Pgs

Mpa

20.0

5

过热蒸汽温度

t1

℃

540

6

过热蒸汽压力

P1

Mpa

16.8

7

再热蒸汽进入锅炉时温度

t2´

℃

325

8

再热蒸汽离开锅炉时温度

t2"

℃

540

9

再热蒸汽进入锅炉时压力

P2´

Mpa

3.44

10

再热蒸汽离开锅炉时圧力

P2"

Mpa

3.25

11

周围环境温度

th

℃

20

12

汽包工作压力

Pb

Mpa

17.8

13

排圳温度

θpy

℃

130

14

热空气温度

trk

℃

320

3.2辅助计算

根据已知的燃料成分，我们可以计算得出理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸气容积和飞灰份额。

这些辅助计算的数据是我们在后面对锅炉系统进行热力计算和误差校核时所必须使用到的的基础数据。

表3-3理论空气量及理论烟气容积

序号

名称

符号

单位

计算公式

结果

1

理论空气量

V0

m3/kg

0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har-0.0333Oar

6.34630125

2

理论氮容积

V0N2

m3/kg

0.8*Nar/100+0.79V0

5.024777988

3

R02容积

VRO2

m3/kg

1.866*Car/100+0.7*Sar/100

1.15156

4

理论干烟气容积

V0gy

m3/kg

V0N2+VRO2

6.176337988

5

理论水蒸气容积

V0H2O

m3/kg

11.1*Har/100+1.24*Mar/100+1.61dkV0

0.63167545

6

飞灰份额

αfh

查资料

0.9

表3-4烟气特性表

序号

项目名称

符号

单位（标准状况下）

炉膛，屏式过热器

高温过热器

高温再热器

低温过热器

低温再热器

省煤器

空气预热器

1

受热面出口过量空气系数（查表1-5）

α"

_

1.2

1.225

1.25

1.3

1.275

1.32

1.52

2

烟道平均过量空气系数

αpj

_

1.2

1.2125

1.2375

1.275

1.2875

1.2975

1.42

3

干烟气容积V0gy+（αpj-1）v0

Vgy

m3/kg

7.445598238

7.524927003

7.683584534

7.921570831

8.000899597

8.064362609

8.841784513

4

水蒸气容积V0H2O+0.0161（αpj-1）V0

VH2O

m3/kg

0.65211054

0.653387733

0.65594212

0.659773699

0.661050892

0.662072647

0.674589139

5

烟气总容积Vgy+VH2O

Vy

m3/kg

8.097708778

8.178314736

8.339526654

8.58134453

8.661950489

8.726435256

9.516373652

6

RO2容积份额VRO2/VY

rRO2

_

0.142208127

0.140806515

0.138084576

0.134193423

0.132944653

0.131962246

0.121008279

7

水蒸气容积份额VH2O/Vy

rH2O

_

0.080530253

0.079892711

0.078654598

0.076884653

0.076316632

0.075869771

0.070887206

8

三原子气体和水蒸汽溶剂总份额rRO2+rH20

r

_

0.222738381

0.220699226

0.216739174

0.211078077

0.209261285

0.207832018

0.191895485

9

容积飞灰浓度10Aarαfh/Vy

μν

g/m3

20.89479934

20.68885895

20.2889213

19.71718994

19.53370667

19.38936061

17.77988194

10

烟气质量1-Aar/100+1.306αpjV0

my

kg/kg

10.75792332

10.86152669

11.06873342

11.37954353

11.48314689

11.56602959

12.58134259

11

质量飞灰浓度αfhAar/（100my）

μy

kg/kg

0.015727943

0.015577921

0.015286302

0.014868786

0.014734637

0.014629048

0.013448485

表3-5烟气焓温表（用于炉膛、屏、高温过热器）

烟气或空气温度

θ（℃）

理论烟气焓IR0（（kj/kg）

理论空气焓IR0（kj/kg）

理论烟气焓增△IR0（kj/kg）

炉膛、屏，凝渣管

高温过热器

α"=1.20

α"=1.225

IR

hy

△hy

△IR

400

3930.04

3438.17

4617.68

4703.63

500

4982.59

4341.82

1052.55

5850.95

1233.28

5959.50

1255.87

600

6062.81

5265.78

1080.22

7115.97

1265.01

7247.61

1288.11

700

7170.21

6208.71

1107.40

8411.96

1295.99

8567.17

1319.56

800

8301.28

7165.74

1131.06

9734.42

1322.47

9913.57

1346.39

900

9418.38

8137.99

1117.11

11045.98

1311.56

11249.43

1335.86

1000

10618.76

9121.54

1200.38

12443.07

1397.09

12671.11

1421.68

1100

11803.98

10121.65

1185.22

13828.31

1385.24

14081.35

1410.25

1200

13003.04

11127.86

1199.06

15228.61

1400.31

15506.81

1425.46

1300

14218.02

12148.41

1214.98

16647.70

1419.09

16951.41

1444.60

1400

15439.90

13176.19

1221.88

18075.14

1427.44

18404.55

1453.13

1500

16673.16

14208.73

1233.25

19514.90

1439.76

19870.12

1465.57

1600

17916.13

15249.40

1242.98

20966.01

1451.11

21347.25

1477.13

1700

19169.68

16293.11

1253.55

22428.31

1462.29

22835.64

1488.39

1800

20425.47

17337.21

1255.79

23892.91

1464.61

24326.34

1490.71

1900

21688.95

18396.85

1263.48

25368.32

1475.41

25828.24

1501.90

2000

22956.56

19455.22

1267.61

26847.60

1479.28

27333.98

1505.7