2000th鍋爐直流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于各組成成分焓的總和，所以理論煙氣焓的計(jì)算式為 ? ? ? ? ? ?2 2 22 2 200y R O N H OR O N H Oh V c t V c t V c t k J / k g? ? ? 式中 (ct)RO (ct)N (ct)H2O— 理論煙氣中各成分在溫度 t ℃ 時(shí)的焓值 由于 VCO2VSO2，且兩者的比熱容接近。故取 (ct)RO2=(ct)CO2 例如： 100℃ 時(shí)的理論空氣焓，可以查文獻(xiàn) [10]得到 (ct)RO2=； (ct)N2=；(ct)H2O= 所以 h100 y = + + = (kJ/kg) （ 3）實(shí)際煙氣焓 h y 實(shí)際煙氣焓 h y等于理論煙氣焓 h0 y 、過(guò)量空氣焓 (α 1) h0 k 和煙 氣中飛灰焓hfh之和，即 h y=h0 y +(α 1) h0 k +hfh 其中飛灰的焓值較小，因此只有在滿足 4187α fhAar/ ≥ 6 時(shí)才計(jì)算，Aar=， =22415kJ/kg，計(jì)算可得 4187 ＜ 6 所以 hfh不計(jì)算。 例如： 100℃ 時(shí)的實(shí)際空氣焓 h y=h100 y +(α 1) h100 k =+() = (kJ/kg) 其他溫度下的空氣和煙氣焓的計(jì)算方法同上 ，見(jiàn)附表 1 和附表 2。 四、燃料消耗量的計(jì)算 （ 1）排煙焓的計(jì)算 hpy 排煙溫度主要根據(jù)燃料價(jià)格和金屬耗量的經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選擇的，較低的排煙溫度對(duì)應(yīng)于較低的排煙損失和較高的鍋爐效率，燃料消耗量比較少；但是，由于尾部受熱面?zhèn)鳠釡夭畹慕档停浣饘俸牧恳簿驮黾樱仩t的最佳排煙溫度應(yīng)是燃料費(fèi)用和尾部受熱面金屬費(fèi)用總和的最小值歲對(duì)應(yīng)的溫度；此外還與鍋爐給水溫度、 燃料的性質(zhì)（水分和硫的含量）有關(guān)。給水溫度高時(shí)，尾部受熱面?zhèn)鳠釡夭钕陆担艧煖囟葢?yīng)高點(diǎn)，水分較大時(shí)，空氣和煙氣熱容比減小，排煙溫度應(yīng)高些，燃料的硫份較多時(shí)，金屬壁溫低于煙氣 露點(diǎn)時(shí)。還要防止低溫腐蝕，綜上， 排煙溫度先假設(shè)選取 130℃ ，按照上述方法求在 100℃ 和 200℃ 時(shí)的理論空氣焓、理論煙氣焓、 實(shí)際煙氣焓，然后運(yùn)用差值法計(jì)算得到排煙焓南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 11 hpy= kJ/kg。 （ 2）鍋爐熱效率計(jì)算 η 鍋爐熱效率 η =100－ ∑q （ⅰ）化學(xué)不完全燃燒損失 q3和 機(jī)械 不完全燃燒損失 q4 本設(shè)計(jì)的對(duì)象是固態(tài)煤粉排渣爐，所用煤種的 Vdaf=4640，是褐煤；它的灰分含量 Aar=，所以取： q3=0， q4=。 （ⅱ）鍋爐散熱損失 q5 鍋爐的散熱損失 q5=qe 5 D e/D% 當(dāng) 鍋爐額定蒸發(fā)量大于 900t/h， qe 5 按 %計(jì)算 [7]。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)是在額定負(fù)荷下進(jìn)行的，因此 De/D=1，所以 q5取 。 （ⅲ）灰渣損失 q6 灰渣物理?yè)p失是指鍋爐排出的灰渣、飛灰與沉降灰所攜帶的熱量未被利用而引起的熱損失。 當(dāng)燃煤的折算灰分小于 10%（即 Azs=4187Aar/Qar,10%）時(shí)，固態(tài)排渣煤粉爐可忽略爐渣的熱損失 [4]，即 q6=0 Azs=4187 10% 所以 取 q6=0 （ⅳ）排煙損失 q2 q2=(hpy－ hlk)(100－ q4)/ Qr=(－ ) (100 － )/22415= 所以鍋爐熱效率 η =100－ ∑q=100 － (+0+++0)= （ 3）保熱系數(shù) φ φ =1 q5/(η + q5)=(+)= （ 4）實(shí)際燃料消耗量 B 實(shí)際燃料消耗量是指單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際耗用的燃料量 B=100 Q/(Qη ) （ 23） 式中： Q— 鍋爐的有效利用熱量（前面已經(jīng)計(jì)算）。 所以： B=100 10 9/(10 9 )= 105(kg/h) （ 5）計(jì)算燃料消耗量 Bj 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 12 計(jì)算燃料消耗量是指扣除了機(jī)械不完全燃燒損失 q4后，在爐內(nèi)實(shí)際參與燃燒反應(yīng)的燃料消耗量 Bj=B(1 q4/100)= 105 ()= 105 (kg/h) 本章對(duì) 燃料的主要組成進(jìn)行了分析校核， 參考多本文獻(xiàn)確定了主蒸汽和再熱蒸汽的參數(shù)（以超臨界鍋爐為模板做的選擇）以及鍋爐給水壓力，在此基礎(chǔ)上算得了位時(shí)間內(nèi) 鍋爐的總有效利用熱量 Q=10 9 kJ/h； 燃燒計(jì)算 需計(jì)算出了理論空氣量（ V0=）、理論氮容積、 RO2 容積、理論干煙氣量、理論水容積等 ；煙氣特性計(jì)算主要 計(jì)算出 是 實(shí)際干煙氣量 Vgy、煙氣總?cè)莘e Vy 、三原子氣體和水蒸氣容積總份額 r， RO2容積份額和水蒸氣容積份額；空氣和煙氣焓的計(jì)算主要是介紹了計(jì)算方法，并由此制作了煙氣焓溫表；在前面三部分的基礎(chǔ)上，通過(guò)燃料消耗量的計(jì)算得到了鍋爐的效率 η =，保熱系數(shù)φ =， 實(shí)際燃料消耗量 B= 105kg/h 和 計(jì)算燃料消耗量 Bj= 105 kg/h。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 13 第三章 爐膛型式及燃燒方式的確 定 一、鍋爐本體布置的典型結(jié)構(gòu) 鍋爐本體布置采用的爐型，要根據(jù)燃料種類、燃燒方式，鍋爐容量，循環(huán)方式和廠房布置條件等來(lái)選擇。要使得鍋爐工作安全可靠、金屬消耗量小、便于運(yùn)行操作和維護(hù)檢修，并且要從整個(gè)電站各設(shè)備相互的合理配合和便于布置來(lái)進(jìn)行選型。考慮到本設(shè)計(jì)的煤種和燃燒器類型，選用∏型布置： 圖 1 600MW 鍋爐布置總圖 1汽包； 2水冷壁； 3屏式過(guò)熱器； 4二級(jí)過(guò)熱器； 5頂棚過(guò)熱器； 6包墻過(guò)熱器； 7一級(jí)過(guò)熱器；8再熱器水平管組 ； 9省煤器； 10空氣預(yù)熱器； 11燃燒器； 12再熱器過(guò)渡管組； 13再熱器垂直管組 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 14 ∏型布置 是電站鍋爐應(yīng)用最廣泛的形式，主要優(yōu)點(diǎn)：鍋爐高度較低，安裝起吊方便；受熱面易于布置成工質(zhì)與煙氣呈相互逆流；尾部煙道煙氣向下流動(dòng)，有利于吹灰；鍋爐煙氣出口在底層，送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和除塵器都可布置在地面。600MW 鍋爐總體布置如圖 1[13]。 二、蒸汽參數(shù)和鍋爐容量對(duì)鍋爐本體布置的影響 隨著鍋爐從小型工業(yè)爐發(fā)展到大的電站鍋爐，容量增大，蒸汽參數(shù)的大幅提高 ，使得爐內(nèi)加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱吸熱量的比例發(fā)生變化。對(duì)超高參數(shù) 鍋 爐，蒸 發(fā)吸熱比例小，不足以完全吸收爐膛中燃料燃燒放出的輻射熱；而過(guò)熱吸熱增加很多，就很可能、也有必要在爐膛中放置過(guò)熱受熱面，如頂棚過(guò)熱器和屏式過(guò)熱器。這樣一方面達(dá)到爐內(nèi)吸熱平衡，以保持適當(dāng)?shù)臓t膛出口溫度，另一方面增大過(guò)熱器的傳熱溫差，并有輻射吸熱特性，對(duì)氣溫調(diào)節(jié)也有好處。此外，還要在爐膛上部放置前屏 過(guò)熱器，再熱氣則置于水平煙道后部和尾部煙道上部。綜上所述，鍋爐受熱面的布置從總體平衡的熱角度，是隨著鍋爐參數(shù)的變化而調(diào)整的，并且從最佳傳熱考慮，將工質(zhì)溫度高的對(duì)流受熱面放置在高煙溫處。且受熱面的布置隨參數(shù)的提高而趨于復(fù) 雜，尤其是過(guò)熱器和再熱器系統(tǒng)，從單純的對(duì)流過(guò)熱器發(fā)展到有大屏、后屏、包覆管、高溫對(duì)流過(guò)熱器和低溫對(duì)流過(guò)熱器；增加了再熱器，且從單純的對(duì)流再熱器到墻式再熱器。 三、燃料特性對(duì)鍋爐本體布置的影響 對(duì)于鍋爐本體的布置，燃料不同布置需要做相應(yīng)的改變 ；煤的揮發(fā)份影響煤粉的著火燃燒，從而影響受熱面的布置，不同揮發(fā)份采用的爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)不同，爐膛出口煙溫和煙氣流量，則對(duì)流受熱面的布置就需相應(yīng)改變。 煤種的灰分直接影響對(duì)流受熱面的磨損，灰分多要選用較低的煙氣流速，相應(yīng)改變受熱面的尺寸和結(jié)構(gòu)。并要在易磨損的局部管段和彎 頭處加裝防磨件。但煙氣流速太低時(shí)又會(huì)使受熱面積灰，影響受熱面的傳熱。 煤種的灰融特性對(duì)爐膛的設(shè)計(jì)有很大的影響，結(jié)渣和沾灰是引起人們嚴(yán)重關(guān)切的問(wèn)題。當(dāng)所用 煤灰的軟化溫度 ST≥ 1390℃時(shí)，本設(shè)計(jì)煤種的 ST＞ 1500℃，爐膛容積熱負(fù)荷可以提高到 qv=150~190kW/m3， qv不同，影響爐膛的結(jié)構(gòu)和尺寸。 爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征主要包括： 1）爐膛容積； 2）爐膛內(nèi)爐墻總面積； 3）爐膛有效輻射受熱面的面積； 4）爐膛火焰有效敷設(shè)層厚度； 5）爐膛水冷程度。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 15 爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)與鍋爐的設(shè)計(jì)容 量、燃料特性、爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛截面熱負(fù)荷、燃燒區(qū)域受熱面熱負(fù)荷、爐膛輻射受熱面熱負(fù)荷、爐膛出口煙氣溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)。鍋爐爐膛設(shè)計(jì)中，參照設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)中推薦的取值范圍和選取原則，再結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定這些參數(shù)的合理取值。 一、爐膛容積 V 計(jì)算 爐膛容積熱負(fù)荷強(qiáng)度 qv是指鍋爐輸入熱量占爐膛容積的比值，還表示燃料及其生成煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間的倒數(shù)。 qv 選的過(guò)大，表示燃料和煙氣在爐內(nèi)停留的時(shí)間過(guò)短，燃料來(lái)不及完全燃燒。此外， qv 值過(guò)大，還意味著爐膛容積太小和爐內(nèi)所布置的受熱面 面積過(guò)小，煙氣在爐膛出口處難以冷卻至給 定的出口煙溫。這將引起爐膛出口部位或?qū)α魇軣崦娼Y(jié)渣。在一般情況下，按燃料燃燒條件所確定的 qv值不足以使煙氣在爐內(nèi)得到足夠的冷卻。因此，一般按煙氣的冷卻條件來(lái)確定 qv的值，從而確定爐膛的容積。 本設(shè)計(jì)采用的是撫順煙煤、固態(tài)排渣爐的形式， 并參考以往的經(jīng)驗(yàn)選擇爐膛熱負(fù)荷 qv 數(shù)值， qv 的取值在93~151( kW/m3)之間， 本設(shè)計(jì)選的 qv=113kW/m3（先估后校） [8]。爐膛容積 V ,ar 3vBQVmq? （ 31） 將 B 和 公式 （ 31） 計(jì)算可得： 5 32 . 5 7 8 1 0 2 2 4 1 5V 1 4 2 1 7 . 6 5 ( m )1 1 3 1 0 0 0????? 爐膛容積熱負(fù)荷取值越小，則折算到單位爐膛容積內(nèi)的放熱量越大；反之，則越小。 顯然，爐膛容積熱負(fù)荷決定了爐膛內(nèi)的整體溫度水平，同時(shí)也決定了燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間。但二者的影響規(guī)律相反，爐膛整體溫度高，則燃料停留時(shí)間短；反之，爐膛整體溫度低，燃料停留時(shí)間長(zhǎng)。 二、爐膛截面積 A 的計(jì)算 爐膛的截面積，它等于爐膛寬度和深度的乘積。爐膛斷面熱強(qiáng)度 qA是爐膛主要的計(jì)算特性，它反映了燃燒器區(qū)域的溫度水平。表示爐內(nèi)置熱煙氣以一定的速度流過(guò)這 個(gè)斷面。 qA 的值選的太高，說(shuō)明爐膛斷面積過(guò)小，在燃燒器區(qū)域燃料燃燒釋放出的大量熱量沒(méi)有足夠的水冷壁受熱面來(lái)吸收，就會(huì)使燃燒器區(qū)域的局部溫度過(guò)高，引起燃燒器區(qū)域的結(jié)渣。 qA 的選擇，與燃料的性質(zhì)、爐子的排渣方式、燃燒器的型式和布置因素 有關(guān)。 根據(jù)煤種的軟化溫度 ST 以及鍋爐南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 16 的容量，可知本設(shè)計(jì)煤種 的爐膛截面熱負(fù)荷 qA的取值范圍在 ，并參考以往經(jīng)驗(yàn)由下面公式計(jì)算爐膛截面積： a r . ne t . p 2ABQAmq? （ 32） 截面熱負(fù)荷取決于燃料的燃燒特 性和灰渣特性等因素。對(duì)著火和燃燒性能較差的煤，趨向于選擇較高的截面熱負(fù)荷，過(guò)低的截面熱負(fù)荷會(huì)造成燃燒區(qū)域溫度下降，不利于正常著火。但同時(shí)還需要考慮煤燃燒時(shí)的結(jié)渣特性，如果截面熱負(fù)荷較高，則將沒(méi)有足夠的受熱面來(lái)吸收燃燒區(qū)域燃料燃燒釋放的熱量，使局部溫度過(guò)高，引起燃燒器附近區(qū)域結(jié)渣。對(duì)固態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)燃用灰融溫度較高的煤種時(shí)， qA 可取較高的值，對(duì)灰融溫度較低的煤， qA 應(yīng)適當(dāng)降低。截面熱負(fù)荷的選擇還應(yīng)考慮到水冷壁管內(nèi)工質(zhì)冷卻能力的影響。避免局部水冷壁熱負(fù)荷過(guò)高。 本設(shè)計(jì)取 qA=6600kW/m2（先估后校） [8]， 將數(shù)值代入 公式 （ 32） 可得： 5 22 . 5 7 8 1 0 2 2 4 1 5A 2 4 3 . 4 2 ( m )6 6 0 0 1 0 0 0????? 截面熱負(fù)荷熱從另一個(gè)角度反映了爐膛內(nèi)的溫度水平和燃料在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，彌補(bǔ)了爐膛容積熱負(fù)荷僅能夠確定爐膛容積而不能確定其形狀的不足。容積熱負(fù)荷和截面積熱負(fù)荷的結(jié)合可以合理的確定爐膛的容積、形狀和尺寸。在相同的爐膛容積條件下，選取較高的截面熱負(fù)荷可以得到較高的爐膛，而選取較低的截面熱負(fù)荷，則可以得到相對(duì)較大的爐膛截面積和較低的爐膛高度。 主要 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 爐膛的主要尺寸是寬度、深度和高度。爐膛主要尺寸和熱 強(qiáng)度是緊密聯(lián)系的。 一、爐膛的寬度 Hlk和深度 Hls 爐膛的截面積我們已經(jīng)得到，即 A=，爐膛的寬深比 [9]取 1，也即Hlk/Hls=1， 所以 Hlk/Hls= A = =(m) 二、爐膛主體高度的 Hl 求解爐膛主體高度時(shí)，需要先確定爐頂和冷灰斗的結(jié)構(gòu)尺寸 ，如圖 2。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 論文 ） 17 圖 2 爐膛主體高度決定方法示意圖 Hl的計(jì)算公式 d h dl V (V V )H A??? （ 33） 其中 Vd— 爐頂容積，單位 m3 Vhd— 冷灰斗容積 , 單位 m3。 （ 1）冷灰斗容積 Vhd （ⅰ ） 冷灰斗斜邊長(zhǎng)度 lhd（陰影部分） 冷灰斗的傾角 β 冷灰斗 =55?，冷灰斗下口長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以取 ，冷灰斗斜邊長(zhǎng)度 lhd計(jì)算公式 lshd H 1 . 31 1 1 5 . 6 1 . 3l 6 . 2 3 ( m )4 c o s 5 5 4 0 . 5 7 4?? ? ? ? ?? （ⅱ）冷灰斗高度