1025th新汶烟煤锅炉设计.docx

1、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

2、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 Design of 1025t / h Xinwen bituminous coal boilerAbstractWith the rapid development of todays society, the demand for electric energy is increasing continu

3、ously. Although the use of green and renewable energy has made tremendous progress in recent years, these green and renewable energy sources have different limitations. In the coming decades, the main source of electricity production will be thermal power generation.The design topic of this time is

4、the design of 1025t / h Xinwen bituminous coal boiler, that is, 300MW boiler unit. The paper briefly describes the design steps and methods of large-scale power station boilers, and the results are checked and analyzed. The design steps of the boiler are simply to determine the overall layout of the

5、 boiler, that is, the selection of the body structure and auxiliary system.In the thermal check calculation, first of all, the nature of the fuel, the main parameters of the selected power station boiler, the details of the boiler, etc. must be determined. On the basis of these data, thermal calcula

6、tions are carried out on the furnace chamber and various heat exchange surfaces of the boiler, and then the calculated data are checked.Finally, for the problem of flue gas emission pollution, it is recommended to use the solvent absorption of ethanol and ammonia, that is, CO2 chemical absorption me

7、thod, to achieve flue gas utilization and energy regeneration. Beijing Thermal Power Plant began to use this program in 2008 to produce dry ice and obtain considerable benefits.Key words: 1025t / h Xinwen bituminous coal boiler thermal calculation 主要符号表进口过量空气系数a炉膛宽度Wsy烟气流速出口过量空气系数b炉膛深度Vpj蒸汽平均比容pj平均过

8、量空气系数d管径及壁厚a理论燃烧温度漏风系数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烟气进口温度Al每根管子面积Kh灰粒子辐射减弱系数烟气出口温度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单片管子数沾污系数Qr锅炉输入热S2纵向截距热有效系数Qgl锅炉有效利用热Ay烟气流通面积ad烟气侧对流放热

9、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Q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空气流通所占份额灰污系数Dzr再热蒸汽流量tD较大温差k对流传热系数qv炉膛容积热强度tx较小温差B实际燃料消耗量qf炉膛截面热强度t平均温差w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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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）【

17、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

18、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700和1000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

19、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MarAarCarHarOarNarSarQ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

20、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D1t/h10002再热蒸汽流量D2t/h8403给水温度tgs2754给水圧力PgsMpa20.05过热蒸汽温度t15406过热蒸汽压力P1Mpa16.87再热蒸汽进入锅炉时温度t23258再热蒸汽离开锅炉时温度t2 5409再热蒸汽进入锅炉时压力P2Mpa3.4410再热蒸汽离开锅炉时圧力P2 Mpa3.2511周围环境温度th2012汽包工作压力PbMpa17.813排圳温度py13014热空气温度trk3203.2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、

21、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V0m3/kg0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar6.346301252理论氮容积V0N2m3/kg0.8*Nar/100+0.79V05.0247779883R02容积VRO2m3/kg1.866*Car/100+0.7*Sar/1001.151564理论干烟气容积V0gym3/kgV0N2+VRO26.1763379885理论水蒸气容积V0H2O

22、m3/kg11.1*Har/100+1.24*Mar/100+1.61dkV00.631675456飞灰份额fh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）_1.21.2251.251.31.2751.321.522烟道平均过量空气系数pj_1.21.21251.23751.2751.28751.29751.423干烟气容积 V0gy+(pj-1)v0Vgym3/kg7.4455982387.5249270037.6835845347.9215708318.00

23、08995978.0643626098.8417845134水蒸气容积V0H2O+0.0161(pj-1)V0VH2Om3/kg0.652110540.6533877330.655942120.6597736990.6610508920.6620726470.6745891395烟气总容积 Vgy+VH2OVym3/kg8.0977087788.1783147368.3395266548.581344538.6619504898.7264352569.5163736526RO2容积份额 VRO2/VYr RO2_0.1422081270.1408065150.1380845760.134193

24、4230.1329446530.1319622460.1210082797水蒸气容积份额 VH2O/Vyr H2O_0.0805302530.0798927110.0786545980.0768846530.0763166320.0758697710.0708872068三原子气体和水蒸汽溶剂总份额 rRO2+r H20r_0.2227383810.2206992260.2167391740.2110780770.2092612850.2078320180.1918954859容积飞灰浓度 10Aarfh/Vyg/m320.8947993420.6888589520.288921319.717

25、1899419.5337066719.3893606117.7798819410烟气质量 1-Aar/100+1.306pjV0mykg/kg10.7579233210.8615266911.0687334211.3795435311.4831468911.5660295912.5813425911质量飞灰浓度 fhAar/(100my)ykg/kg0.0157279430.0155779210.0152863020.0148687860.0147346370.0146290480.013448485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（）理论烟气焓 IR0（kj/k

26、g）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=1.20=1.225IRhyhyIR4003930.04 3438.17 4617.68 4703.63 5004982.59 4341.82 1052.55 5850.95 1233.28 5959.50 1255.87 6006062.81 5265.78 1080.22 7115.97 1265.01 7247.61 1288.11 7007170.21 6208.71 1107.40 8411.96 1295.99 8567.17 1319.56 8008301.28 7165.74 11

27、31.06 9734.42 1322.47 9913.57 1346.39 9009418.38 8137.99 1117.11 11045.98 1311.56 11249.43 1335.86 100010618.76 9121.54 1200.38 12443.07 1397.09 12671.11 1421.68 110011803.98 10121.65 1185.22 13828.31 1385.24 14081.35 1410.25 120013003.04 11127.86 1199.06 15228.61 1400.31 15506.81 1425.46 130014218.

28、02 12148.41 1214.98 16647.70 1419.09 16951.41 1444.60 140015439.90 13176.19 1221.88 18075.14 1427.44 18404.55 1453.13 150016673.16 14208.73 1233.25 19514.90 1439.76 19870.12 1465.57 160017916.13 15249.40 1242.98 20966.01 1451.11 21347.25 1477.13 170019169.68 16293.11 1253.55 22428.31 1462.29 22835.64 1488.39 180020425.47 17337.21 1255.79 23892.91 1464.61 24326.34 1490.71 190021688.95 18396.85 1263.48 25368.32 1475.41 25828.24 1501.90 200022956.56 19455.22 1267.61 26847.60 1479.28 27333.98 1505.7