1、华北水利水电学院电力学院毕 业 设 计 任 务 书题目： 400t/h 中间再热电站锅炉设计系 别 电力学院 专 业 热能与动力工程 姓 名 安维星 学 号 20045208 指导教师 徐 启 二零零八年三月华北水利水电学院毕业设计为培养学生运用所学基本理论、基本知识、基本技能分析和解决实际问题的综合能力，使学生得到各方面的基本训练，特编写毕业设计任务书。一、毕业设计的目的和要求1、运用已学得的理论知识，掌握锅炉结构、锅炉整体布置及各部件热力性计算。2、锅炉设计必须在考虑制造、安装和运行的要求下，进行某结构部件的热力计算与结构设计，并在这个基础上把电站锅炉的工作过程原理与它的结构型式结合起来。
2、3、通过设计对整个锅炉的结构做进一步的了。明确主要零部件在整个机组上的作用、位置及相互之间的关系。4、通过设计了解掌握我国当代技术政策、取得应用设计资料、国家标准，手册及其他资料的实际技能。5、通过热力性计算，对锅炉设备部件的外型尺寸，与对其他产品的通用情况，以及和国内外同类型锅炉相比较的水平等都有一定的分析。6、由于毕业设计的题目大多数是结合实际，与当前国民经济的要求相联系，所以要求在设计时有高度的责任感、严肃认真，要做到正确地选择设计数据，效率高、结构合理、布置紧凑，安全可靠，计算准确，绘图规范，清楚美观。总之，毕业设计是一件复杂而细致的工作，除了需要掌握锅炉原理的基本理论外，还要需要结合
3、本专业所学习知识、综合个方面的实践经验和理论知识，融会贯通地加以应用，即需要结构强度，调节运行，辅助设备有关基本知识来分析问题，选择设计方案，又需要了解金属材料，制造工艺，安全运行，检修维护等方面的基本情况，才能较合理地运用锅炉要设计的基本方案。一、 毕业设计的原始材料：1） 、锅炉蒸发量 D1 420t/h 2） 、再热蒸汽流量 D2 350t/h3） 、给水温度 tgs 235 4) 、给水压力 Pgs 15.6Mpa5） 、过热蒸汽温度 t1 540 6） 、过热蒸汽压力 p1 13.7Mpa7） 、再热蒸汽进口温度 t2330 8） 、再热蒸汽进口压力 p2， 2.5 Mpa9） 、再
4、热蒸汽出口温度 t2， ， 540 10） 、再热蒸汽出口压力 p2， ， 2.3 Mpa11） 、环境温度：t。20 12） 、制粉系统：自选 13） 、汽包工作压力：15.2Mpa燃料:（1）煤的应用基成分(%)：C y=50.74；O y=4.54；S y=0.45；H y=2.9；N y=0.85；W y=7.74； 华北水利水电学院毕业设计Ay=32.78(2)煤的可燃基挥发分:V r=23.2%(3)煤的低位发热量:Q ydw=19190kj/kg(4)灰熔点： t1、t 2、t 31500三、设计成果的要求：（一）设计锅炉满足的基本性能：1.设计锅炉必须适应机组运行负荷特性，带基
5、本负荷，并具有一定的调峰能力，燃用设计煤种时，煤粉细度 200 目筛通过率 80%，其不投油最低稳燃负荷不大于 45%B-MCR，并在此最低稳燃负荷及以上范围内自动化投入率 100。2.在燃用给定设计煤种和校核煤种并在允许变化范围内时，锅炉能良好运行。（二）设计锅炉寿命：设计锅炉符合工程实际及行业标准，其主要承压部件设计使用寿命为 30 年。在机组预期寿命能满足以下要求：冷态启动 (停机超过 72 小时) 500 次温热态启动 (停机 72 小时内) 4000 次热态启动 (停机 10 小时内) 5000 次整台锅炉在 30 年寿命期内，在上述启停和负荷变化工况下，锅炉的寿命损耗不超过寿命的
6、70。四、毕业设计内容：1、查阅资料，校核煤的元素分析数据和判别煤种。2、基本结构的选型：1） 、锅炉的整体外型的选择2） 、锅炉受热面设备的选择及受热面的布置；3） 、燃烧方式的选择、炉膛的设计和燃烧器形式的选择；了解锅炉汽水循环过程和受热面的分配。3、锅炉炉膛及主要受热面的布置和结构设计。4、在额定负荷下对锅炉各受热面进行热力计算。5、完成外文科技文献翻译 1 篇（中文不少于 3000 字） ；6、绘制锅炉总图一张。7、严格按照院毕业设计要求提交毕业论文一份，电子版壹份。华北水利水电学院毕业设计五、毕业设计时间安排：第 1-2 周 熟悉题目，查阅文献，写出调研报告，开题报告，完成外文翻译；
7、第 3-5 周 完成锅炉整体布置，画出锅炉结构草图；第 6-8 周 完成锅炉主要受热面的布置；第 8-11 周 锅炉结构热力计算；第 12-15 周 撰写论文，准备答辩。六、学生最终提交材料： 1、分别编写设计计算书和设计说明书一份。2、计算书要求计算正确,层次清晰,公式和系数选择要求正确合理并标明依据。3、说明书要论证充分明确，结论清楚。要求打印及文电子文档。 4、图纸要符合标准，锅炉总体布置和主、再热蒸汽系统各一份，计算机绘制。5、说明书附英文标题与摘要。七、参考资料：1、林宗虎、张永照，锅炉手册，机械工业出版社，19892、华北电力大学，火力发电厂热力设备及系统，电力工业出版社，1980
8、3、浙江大学 赵翔、任有中，锅炉课程设计，水利电力出版社，19914、容銮恩、袁镇福、刘志敏、田子平，电站锅炉原理，中国电力出版社，19975、徐通模等，锅炉燃烧设备，西安交通大学出版社，19906、金维强，大型锅炉运行，中国电力出版社，1998华北水利水电学院毕业设计第 1 页华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告2008 年 03 月 14 日学生姓名 安维星 学号 20045208 专业 热能与动力工程题目名称 400t/h 中间再热电站锅炉设计课题来源 指导老师拟定主要内容按照题目的要求，本设计主要是对一蒸发量为 400t/h 的中间再热电站锅炉进行设计。锅炉主要由本体设备和辅
9、助设备组成，其本体设备主要部件和设备有：汽水系统、燃烧系统、炉墙和构架等；辅助设备有通风设备、燃料运输设备、制粉设备、给水设备、除尘设备及锅炉附件如水位计、安全门、吹灰器、热工仪表和自动控制设备系统等。本设计主要涉及锅炉本体设备，因此，只对锅炉本体设备的布置及影响因素予以论述。具体内容如下：1查阅资料，校核煤的元素分析数据和判别煤种。2基本结构的选型：1） 锅炉的整体外型的选择；2） 锅炉受热面设备的选择及受热面的布置；3） 燃烧方式的选择、炉膛的设计和燃烧器形式的选择；了解锅炉汽水循环过程和受热面的分配。3锅炉炉膛和主要受热面的布置与结构设计。4在额定负荷下对锅炉各受热面进行热力计算。5绘制
10、锅炉总图一张。6完成外文科技文献翻译一篇。7严格按照院毕业设计要求提交毕业论文一份，电子版一份。设计出的锅炉应能满足以下要求：1设计锅炉应满足的基本性能：1） 设计锅炉必须适应机组运行负荷特性，带基本负荷，并具有一定调峰能力，燃用设计煤种时，煤粉细度 200 目筛通过率 80%，其不投油最低稳燃负荷不大于 45%B-MCR，并在此最低稳燃负荷及以上范围内华北水利水电学院毕业设计第 2 页自动化投入率 100%。2） 在燃用给定设计煤种和校核煤种并在允许变化范围内时，锅炉能良好运行。2设计锅炉寿命：设计锅炉符合工程实际及行业标准，其主要承压部件设计使用寿命 30 年。在机组预期寿命能满足以下要求
11、：冷态启动（停机超过 72 小时） 500 次温热态启动（停机 72 小时以内） 4000 次热态启动（停机 10 小时以内） 5000 次整台锅炉在 30 年寿命期内，在上述启停和负荷变化工况下，锅炉的寿命损耗不超过寿命的 70%。采取的主要技术路线或方法对设计新锅炉的要求是：确定锅炉型式；决定锅炉各部件的构造尺寸；在保证安全可靠基础上，设计锅炉力求计算先进，节省金属材料，制造安装方便，并有较高的效率。要达到这些要求，必须进行广泛深入的调查研究，综合运用相关的理论及制造和运行方面的实践知识与经验，同时还要经过一定的实验研究并进行各种精确的计算。整台锅炉的热力计算是锅炉设计中的一项最主要的计算
12、。在设计锅炉时的热力计算简称设计计算。设计计算的任务是：在给定的给水温度和燃料特性的前提下，确定保证达到额定蒸发量，选定的经济指标及给定蒸汽参数所必须的锅炉各受热面的结构、尺寸，并为选择辅助设备和进行空气动力计算、水动力计算、管壁温度计算、强度计算及其他可靠性计算提供原始资料。具体计算方法与顺序如下：一、煤的元素分析数据校核和煤种判别根据任务书所给设计煤种的各项数据进行煤质的分析校核，判别出煤种，并将收到基低位发热量的计算值与测量值进行比较，看数据分析是否合理；1煤的元素各成分之和 100%的校核2煤的元素分析数据校核3煤种判别华北水利水电学院毕业设计第 3 页二、锅炉整体布置的确定锅炉的整体
13、布置也就是指锅炉炉膛和其中的辐射受热面、对流烟道和其中的各种对流受热面的布置。锅炉整体布置不仅受蒸汽参数、锅炉容量、燃料性质的影响，而且要考虑整个电厂布置的合理性，各种汽水管道和烟风煤粉管道的合理布局。1本次锅炉设计整体外型选用型布置，选型布置的理由如下：1) 锅炉和厂房的高度都比较低，转动机械和笨重设备如送、吸风机、除尘器和烟囱均可采用低位布置，因此减轻了厂房和锅炉构架的负载。 2) 在水平烟道中，可以采用支吊方式比较简便的悬吊式受热面。3) 在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰，具有自身除尘的能力。4) 受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热。5) 机炉之间连接管道不长，且尾部受热面检修
14、容易。2. 在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。3. 在省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，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，减轻除尘设备的负担。三、 锅炉炉膛及主要受热面的布置和结构设计对流受热面和辐射受热面，主要有：炉膛的受热面布置及其结构设计；过热器和再热器布置与结构设计；省煤器的布置与结构设计；空气预热器的布置与结构设计。1. 本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热响应较大。为使锅炉出口烟温降低到要求的数值，保护水平烟道内的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器，还
15、在炉内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。为使前、后屏过热器中的传热温差不致过大，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。2. 为了减少热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再华北水利水电学院毕业设计第 4 页热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。3. 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，在低温再热器下面设置省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状选用非沸腾式的。4. 热风温度要求较高,理应采用二级布置空气预热器，但在省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转
16、式空气预热器结构紧凑、材料省、维修也方便，是目前所广泛采用的类型，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。四、燃烧产物和锅炉热平衡的计算1燃烧产物计算2热平衡和燃料消耗量计算五、在额定负荷下对锅炉各个受热面进行热力计算1、炉膛的设计与热力计算1）炉膛结构的设计与热力计算2）水冷壁的布置3）燃烧器型式选择及布置。选择煤粉燃烧器型式时要注意以下的影响因素：燃料性质、磨煤机和制粉系统型式、炉膛形状和燃烧方式等。本设计采用直流燃烧器，四角布置。2、前屏过热器的设计与热力计算3、后屏过热器的设计与热力计算4、对流过热器的设计与热力计算过热器的设计要考虑以下要求：良好的温度特性、对汽温的调节反应较
17、快、易于调节、节省钢材。5、再热器的设计与热力计算1）高温过热器的设计与热力计算2）低温过热器的设计与热力计算6、省煤器的设计与热力计算 7、空气预热器的设计与热力计算 六、校核华北水利水电学院毕业设计第 5 页看锅炉本体的结构设计是否合理，进行热力计算数据的修正以及减温水量、排烟温度、热空气温度、热平衡计算误差的校核，校核后汇总热力计算结果。七、绘制图纸包括锅炉总体布置图、主蒸汽系统图以及再热蒸汽系统图，全部采用CAD 制图。预期的成果及形式1分别编写设计计算书与说明书一份。2说明书要求计算正确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。3说明书要论证充分明确，结论清楚。要求打印及电子
18、文档。4图纸要符合标准，锅炉总体布置和主、再热蒸汽系统各一份，要求计算机绘制。5说明书要附英文标题与摘要。时间安排第 1-2 周 熟悉题目，查阅文献，写出调研报告，开题报告，完成外文翻译；第 3-5 周 完成锅炉整体布置，画出锅炉结构草图；第 6-8 周 完成锅炉主要受热面的布置；第 8-11 周 锅炉结构热力计算；第 12-15 周 撰写论文，准备答辩。指导教师意见签 名：年 月 日备注华北水利水电学院毕业设计第 I 页摘 要在现代电力工业中，火力发电所占比重最大，而锅炉是火力发电厂三大主要设备（锅炉、汽轮机、发电机）之一。其主要作用是将燃料燃烧释放的化学能通过受热面使给水加热、蒸发、过热，
19、转变为蒸汽的动能，合格的蒸汽将被送到汽轮机，冲转汽轮机，从而将热能转变为机械能。本文主要对一容量为 400t/h 的锅炉进行设计，主要内容有：锅炉的整体外型的选择；锅炉受热面设备的选择及其布置；炉膛的设计；燃烧方式和燃烧器形式的选择。论文中第一部分是对设计锅炉各部分与系统的介绍与说明。在第二部分热力计算过程中，首先对燃料特性、空气和烟气的容积、烟气特性、炉膛热平衡等进行计算，并由此设计锅炉的结构尺寸；接下来则是根据设计尺寸对炉膛、屏式过热器、再热器、省煤器、空气预热器等进行几何特性和热力特性计算；最后是对热力计算数据的校核与修正。关键词：锅炉；结构设计；受热面华北水利水电学院毕业设计第 II
20、页AbstractIn the modern electric power industry, the largest proportion is thermal power generation, and the boiler is one of the thermal power plants three major equipment (boiler, steam turbine and generator). Its leading role is that its the causes for the water heating, the evaporation and overhe
21、ated, with which the fuels chemical energy changed into the steam kinetic energy；And then the qualified steam will be delivered to the steam turbine, flushes transfers the steam turbine, and thus transforms the heat energy into the mechanical energy.This article mainly is the design of a 400t/h boil
22、er, the primary coverage includes: overall outlook of the boiler; boilers heating surface equipment selection and the layout of the heating surface; chamber design; burning way and burner form choice. The first part of this paper is the introduction and the explanation of the boilers various part an
23、d system. And the second part is calculating. In the course of calculating, fuel characteristic, volume of air and exhaust gas, exhaust gass characteristic, thermal balance of burner hearth are calculated at first, then its the physical design of the boiler; According to the size of design，the next
24、is the geometric and thermal characteristic calculate of the boilers chamber, overheated device, repeater, economizer and air preheater；Finally it is the verification and correction of the thermal calculation data. Key words：boi ler; structural design；heating surface 华北水利水电学院毕业设计目 录摘 要 IAbstract .II
25、400t/h 中间再热电站锅炉设计说明书 11 设计锅炉概况 11.1 设计参数及煤种 .11.2 锅炉总体概况 .21.3 锅炉整体布置 .21.4 受热面的布置 .31.5 设计锅炉性能 .42 设计锅炉各结构与系统简介 42.1 炉膛 .42.2 燃烧器 .52.3 过热器与再热器 .62.4 省煤器 .92.5 空气预热器 .92.6 锅炉构架及平台布置 .112.7 锅炉炉墙和炉墙密封 .112.8 水冷系统 .122.9 汽水系统流程 .122.10 烟风系统 .132.11 吹灰系统 .132.12 制粉系统 .132.13 再热器的旁路保护系统 .142.14 运行工况 和汽温
26、 调节 .15400t/h 中间再热电站锅炉设计计算说明书 161 煤的元素分析数据校核和煤种判别 161.1 煤的元素各成分之和 100%的校核 161.2 元素分析数据校核 161.3 煤种判别 .172 燃烧产物和锅炉热平衡计算 182.1 燃烧产物的计算 .182.2 热平衡及燃料消耗量的计算 .223 炉膛设计和热力计算 233.1 炉膛结构设计（带前屏过热器） .233.2 燃烧器的设计 .253.3 炉膛和前屏过热器结构尺寸计算 .273.4 炉膛和前屏过热器的热力计算 .304 后屏过热器的设计与热力计算 354.1 后屏过热器的结构尺寸计算 .35华北水利水电学院毕业设计4.
27、2 后屏过热器的热力计算 .375 对流过热器的设计与热力计算 415.1 对流过热器的结构设计 .415.2 对流过热器的结构尺寸计算 .435.3 对流过热器的热力计算 .446 高温再热器的设计与热力计算 476.1 高温再热器的结构设计 .476.2 高温再热器结构尺寸计算 .506.3 高温再热器热力计算 .507 转弯烟室及低温再热器引出管的热力计算 537.1 转弯烟室及低温再热器引出管的结构尺寸计算 .537.2 转弯烟室及低温再热器引出管的热力计算 .558 低温再热器的设计与热力计算 618.1 低温再热器的结构尺寸计算 618.2 低温再热器的热力计算 .629 省煤器的
28、结构设计与热力计算 659.1 省煤器的结构设计 .659.2 省煤器的 结构尺寸计算 .679.3 省煤器的热力计算 .6810 空气预热器的结构设计与热力计算 7010.1 空气预热器的结构尺寸 .7010.2 空气预热器的热力计算 .7111 热力计算数据的修正与计算结果汇总 7411.1 热力计算数据的修正 .7411.2 减温水量校核 .7511.3 排烟温度校核 .7611.4 热空气温度校核 .7611.5 热平衡计算误差校核 .7611.6 热力计算汇总表 .77致谢 79参考文献 80附录 81附录一：外文科技文献原文 81附录二：外文科技文献翻译 90华北水利水电学院毕业设
29、计第 1 页 共 95 页400t/h 中间再热电站锅炉设计说明书1 设计锅炉概况1.1 设计参数及煤种锅炉主要设计参数为：1） 、锅炉蒸发量 1D420/th2） 、再热蒸汽流量 353） 、给水温度 gstC4） 、给水压力 sP1.6Mpa5） 、过热蒸汽温度 t5406） 、过热蒸汽压力 13.77） 、再热蒸汽进口温度 2tC8） 、再热蒸汽进口压力 p.5Ma9） 、再热蒸汽出口温度 “2t4010） 、再热蒸汽出口压力 “.311） 、环境温度 otC12） 、制粉系统：中间贮仓式，热风送粉，钢球筒式磨煤机13） 、汽包工作压力 15.2Mpa14） 、排烟温度 ： py3C15
30、） 、冷空气温度 ：rkt0设计煤种特性如下：1） 、煤的应用基（即收到基）成分（%）： ， ， ，50.74yC.54yO0.5yS， ， ，2.9yH0.85yN7.4yW32.8yA2） 、煤的可燃基（即干燥无灰基）挥发份： .%rV华北水利水电学院毕业设计第 2 页 共 95 页3） 、煤的低位发热量： 190/ydwQkjg4） 、灰熔点： 、 、1t235tC1.2 锅炉总体概况锅炉为单汽包，自然循环煤粉炉，呈 型布置，适应露天。炉膛由密封良好的鳍片管膜式水冷壁组成，炉膛截面深 宽 ，宽深比为 1.061，60m 8950m近似正方形。燃烧器呈四角切圆布置，分级配风。炉膛上部出口处
31、，沿炉膛宽度方向布置 6 片前屏过热器，横向节距为 1350 ，其后布置 14 片后屏过热器，横向节距为 630m。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，横向节距 90 ，m低温过热器由侧墙包覆管、后墙包覆管及炉顶包覆管组成。再热器分高、低温两组，分别置于水平烟道及尾部竖烟井。全部受热面采用悬吊和支撑相结合的方式。竖烟井深度7500 ，低温再热器和省煤器载荷通过悬吊管由炉顶钢架承重，受热面向下膨胀。回转m式空气预热器则直接安置在 9 运转层上，由水平烟道连接，置于尾部烟道的后侧。锅炉m烟井周围有管子包覆，采用重力载荷小，厚度薄的覆管炉墙，除尾部空气预热器、烟风道、灰斗外，锅炉
32、的全部受热面载荷均悬吊在炉顶钢梁上，受热面均做向下自由膨胀。锅炉汽温调节，主蒸汽采用一、二级喷水减温，再热蒸汽采用摆动燃烧器法，在高再进口处设有事故喷水装置，作为不得已时的降温调措施。当锅炉负荷在 内75%10运行时，上述调温装置可以维持过热蒸汽、再热蒸汽出口温度在额定值。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。1.3 锅炉整体布置锅炉的整体布置也就是指锅炉炉膛和其中的辐射受热面、对流烟道和其中的各种对流受热面的布置。锅炉整体布置不仅受蒸汽参数、锅炉容量、燃料性质的影响，而且要考虑整个电厂布置的合理性，各种汽水管道和烟风煤粉管道的合理布局。1本次锅炉设计整体外型选用 型布置
33、，选 型布置的理由如下：1) 锅炉和厂房的高度都比较低，转动机械和笨重设备如送、吸风机、除尘器和烟囱均可采用低位布置，因此减轻了厂房和锅炉构架的负载。2) 在水平烟道中，可以采用支吊方式比较简便的悬吊式受热面。3) 在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰，具有自身除尘的能力。4) 受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热。华北水利水电学院毕业设计第 3 页 共 95 页5）机炉之间连接管道不长，且尾部受热面检修容易。但 型布置也有其缺点：占地面积大；有水平烟道时锅炉构架复杂，也不能充分利用其空间来布置受热面，在炉膛和对流烟道的上方由于烟气转弯而形成转向室，转向室内烟气速度场和温度场分布不均匀，换
34、热效能很低；尾部烟道飞灰浓度不均匀，容易引起受热面的局部磨损。1.4 受热面的布置在炉膛内壁面，全部布置水冷壁受热面，其他受热面的布置主要受蒸汽参数、锅炉容量和燃料性质的影响。本锅炉为超高压参数，汽化吸热较小，加热吸热和过热吸热相应较大。为使锅炉出口烟温降低到要求的数值，保护水平烟道内的对流受热面，除在水平烟道内布置对流过热器，还在炉内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。为使前、后屏过热器中的传热温差不致过大，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。为了减少热偏差，节省金属用量，采用二级再热方式，其中高温再热器置于对流过热器后的烟温较高区域，低
35、温再热器设置在尾部竖井烟道中。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，在低温再热器下面设置省煤器。根据锅炉的参数，省煤器出口工质状选用非沸腾式的。热风温度要求较高，理应采用二级布置空气预热器，但在省煤器后已布置不下二级空气预热器，加之回转式空气预热器结构紧凑、材料省、维修也方便，因此采用回转式空气预热器，并移至炉外布置。在省煤器的烟道转弯处，设置落灰斗，由于转弯处离心力的作用，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，减轻除尘设备的负担。对四角布置燃烧器的炉膛来说，炉膛截面宽深比例不大于 1.2，最好为正方形。本设计锅炉宽深比 1.0
36、61，近似正方形。冷灰斗的形状一般变化不大，本设计锅炉取倾角 ，以便于灰渣能自行下滑。其下50口大小根据锅炉容量大小选取，一般取 0.61.4m，本设计锅炉取为 1.2m。炉顶的形状变化比较大，采用悬吊管结构的水冷壁和覆管炉墙，炉顶呈方形，由水平的顶棚过热器组成。在炉膛出口下边有凸出的折焰角，使炉膛上部形成缩口，从而改善了上部空气的流动特性。这样，不仅烟气能更好的充满炉顶，而且改善了对炉膛出口过热器的冲刷，有华北水利水电学院毕业设计第 4 页 共 95 页利传热。折焰角的长度一般取炉膛深度的 1/3 左右，本设计锅炉为 2.6m；上部斜角取 ，下45倾斜角为 。炉膛出口高度由烟气温度和流速决定
37、，本设计锅炉为 6.5m。炉膛正中的上30部有前屏过热器，前屏过热器的高度约为炉膛高度的 1/3，本设计锅炉为 10m。1.5 设计锅炉性能1.5.1 设计锅炉寿命设计锅炉符合工程实际及行业标准，其主要承压部件设计使用寿命为 30 年。在机组预期寿命能满足以下要求：冷态启动 (停机超过 72 小时) 500 次温热态启动 (停机 72 小时内) 4000 次热态启动 (停机 10 小时内) 5000 次整台锅炉在 30 年寿命期内，在上述启停和负荷变化工况下，锅炉的寿命损耗不超过寿命的 70%。1.5.2 基本性能（1）锅炉适应机组运行负荷特性，带基本负荷，具有一定的调峰能力，燃用设计煤种时，
38、煤粉细度 200 目筛通过率 80%，其不投油最低稳燃负荷不大于 45% B-MCR，并在此最低稳燃负荷及以上范围内自动化投入率 100%。（2）在燃用给定设计煤种和校核煤种并在允许变化范围内时，锅炉能良好运行。燃用设计煤种时，在 BRL 工况下锅炉保证锅炉效率为 90.0%（按低位发热值，环境温度为 16） 。2 设计锅炉各结构与系统简介2.1 炉膛煤粉炉的炉膛是燃料燃烧的场所，它的四周炉墙上布满了蒸发受热面（水冷壁） ，有时也敷设有墙式过热器和墙式再热器，因而炉膛也是热交换（主要是辐射换热）的场所，故炉膛是锅炉最重要的部件之一。煤粉炉的炉膛的作用就是既要保证燃料的完全燃烧，又要合理组织炉内
39、热交换，布置合适的受热面满足锅炉容量的要求，并使烟气到达炉膛出口时被冷却到使其后的对流受热面不结渣和安全工作所允许的温度。因而，炉膛的设计应满足以下要求：华北水利水电学院毕业设计第 5 页 共 95 页(1) 合理布置燃烧器，使燃料能迅速着火，并有良好的炉内空气动力场，使各壁面热负荷均匀。即要使火焰在炉膛内的充满度好，减少气流的死滞区和旋涡区，且要避免火焰冲墙刷壁，壁面结渣；(2) 炉膛要有足够的容积和高度，保证燃料完全燃烧；(3) 能够布置合适的蒸发受热面，以满足炉膛容量的需要，同时保证合适的炉膛出口烟温。保证炉膛出口后的对流受热面不结渣和安全工作；(4)炉膛的辐射受热面应具有可靠的水动力特
40、性，保证其工作的安全；(5)结构紧凑，金属及其它材料用量少；便于制造、安装、检修和运行。在进行计算时，首先查锅炉课程设计表 2-11“炉膛容积强度 的推荐值” ，本锅vq炉选取 ，然后即可根据下式求出炉膛容积3160/wm lVydwlvBQVq3m但上式确定的炉膛容积只是初步设计的，还要进行结构设计、安排辐射受热面、核算炉膛出口烟温是否合理后，炉膛的容积才能最终确定。决定了炉膛容积后还必须把炉膛的形状和尺寸确定好，才能达到预想的结果。当燃烧器采用四角布置时，炉膛横截面面积 的确定方法如下：lAydwlFBQq2m炉膛截面热强度 可查锅炉原理及计算 P4-12 表 1-4-5“炉膛截面热强度
41、的Fq Fq推荐值” 。本锅炉 取 ，横截面面积 为 85.04 。 624.510/mlA2详细计算见计算部分“3 炉膛设计和热力计算” 。2.2 燃烧器本锅炉燃烧器是根据煤的 大小，按锅炉课程设计表 2-14 选用的四角布置的直rV流燃烧器。配风方式选用分级配风，正四角切圆布置，假想小切圆 ，大切圆20m，一次风喷口分三层布置，带满负荷共 12 个一次风喷口。燃烧器的一、二、三80m次风喷口的布置，自上至下依次为（三） 、 （二） 、 （二） 、 （一） 、 （二） 、 （一） 、 （一） 、 （二） ，一次风喷口分上下两组分隔，以提高一次风气流的刚性。为适应煤种变化和调整燃烧工华北水利水
42、电学院毕业设计第 6 页 共 95 页况，煤粉喷燃器各喷嘴出口截面做成可调节式的。为了调整燃烧工况和控制炉膛出口温度，可根据燃料特性来摆动燃烧器倾角，所有喷嘴一起同向摆动时可摆动约 ，这样20可改变火焰中心的高度。详细见计算部分“3 炉膛设计和热力计算” 。2.3 过热器与再热器本设计锅炉中采用的有辐射、半辐射和对流三种型式的受热面。前屏过热器共 6 片，为全辐射式过热器，后屏过热器共 14 片，为半辐射式过热器，高温对流过热器共 104 片，做顺流布置。在后屏过热器前后布置一二级喷水减温器，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。对
43、流受热面校核计算时，须预先估计其中一种介质的终温和焓值，并按下列热平衡方程式求出该终温所相当的受热面吸热量 及另一种介质的终焓。rpQ烟气放热的热平衡方程为：“()orplkH/jg式中 保热系数；、 受热面前后的烟焓， ；H“ /jg受热面的漏风系数；理论冷空气焓， 。olk /kj也可以用工质吸热方程式求出受热面的吸热量，现将一些受热面的吸热量计算式列出如下：过热器的总吸热量：“()grbqjwxyjDhQB/kg当屏式过热器、管束、对流过热器从炉膛直接吸收辐射热时，这些受热面的对流换热吸热量：“()xyfjDhQB/kjg接着计算传热系数和温差，并按下列传热方程式计算对 1 燃料而言的受
44、热面吸热华北水利水电学院毕业设计第 7 页 共 95 页量 ：crQcrjkAtQB/kg式中 计算的受热面积，A2m传热系数，k/()WCA传热温差，t计算燃料消耗量， 。jB/kgs若从传热方程式得到的吸热量 与按热平衡方程式求出的吸热量 之差未超过crQrpQ2%，则该受热面的校核热力计算即告完成。如果两者之间相差较大，就须重新估计终温并重新进行计算。温度及吸热量的最终数值应以烟气放热的热平衡方程式中的值为准。过热器所用的管子外径约为 2850 ，国产锅炉多采用 、 的管子制m38m42造过热器。管径壁厚因承受的压力、温度的不同，随选用的钢材不同而变化，应由强度计算来决定，一般为 2.5
45、6 。在设计中可根据实际情况或参考现有通参数的锅炉的数据来选取，国产锅炉过热器管壁厚度为 2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 。本设计锅炉中，前屏过热器管径与壁厚为 ，后屏过热器 ，对流过热器384.5m385m，高温再热器 ，低温再热器 。385.m42. 2.半辐射式屏式过热器布置在炉膛上部的出口处，由紧密排列的管子组成，一般其纵向相对节距 ；屏与屏之间的横向节距 应不小于 500 ，一般在2/1.5sd1s。由于屏与屏间的距离很大，屏式过热器上不易结渣，即使结渣也不至于501堵塞烟气通道。对流式过热器一般都制成垂直悬吊式。为了悬挂方便，避免堵灰，不论水平还是垂直过热器都采用顺
46、列布置。横向相对节距 一般取 2.5 左右。1/sd管中蒸汽流速是根据冷却管子金属的要求来选择的。在过热器中蒸汽流速如果选得太低，则传热能力将会降低，受热面增加；但如果蒸汽流速过大，则蒸汽流动阻力增加。对于屏式过热器及辐射式过热器，由于它们处于更高的烟温区域，所以受热面管子工作条件很差，为保证在运行中受热面管子不致烧坏，应选取较高的蒸汽流速，并采取其他一些措施。实际影响传热的不只是蒸汽流速，蒸汽密度也有关系。因此，常用工质质量流速 作为一种设计指标。w华北水利水电学院毕业设计第 8 页 共 95 页蒸汽的质量流速 可按下式计算：wDA2/()kgms式中 蒸汽流量， ；D/ks蒸汽流通截面积，
47、 。A2因此，当选定蒸汽质量流速 以后，就可以根据上式确定管子总流通截面积以及管w子数目，然后根据横向节距的大小可确定过热器的横向管排数。对屏式过热器来说，烟气流速的选择主要考虑避免积灰而引起结渣，在额定负荷时取烟气流速 左右，本锅炉为 6.723 。对流过热器的烟速下限受积灰条件的限制，6/ms/ms上限又受飞灰磨损条件的限制，当烟速低于 时，烟气中的飞灰容易粘附到管子上，3因而造成堵灰，故一般设计时应使额定负荷下的烟气流速不低于 。这样在低负荷时6/ms的烟速可不低于 。当烟温接近 ，灰粒的粘性不大又不很硬，这时可适当提高3/s90C烟速。 型锅炉水平烟道内的过热器就属这种情况，这里的管子
48、为顺列布置，常选用以上的烟速，本设计锅炉水平烟道中对流过热器和高温再热器处的烟气流速分别10/ms为 和 。.831.8/s选取烟气流速以后，就可以结合受热面的结构设计确定过热器的烟道尺寸。如果按结构设计计算得到的过热器受热面积 与按结构布置要求最终确定的过热器受热面积jsgrA之间的误差 时，可认为结构设计计算是符合要求的。此种情况也适用于各对流bzgrA2%受热面的结构设计计算。屏式过热器通常采用校核计算方法，由于屏式过热器多属整个过热系统的中间级过热器，其进、出口工质温度在炉膛计算完成后依然是未知量，需要预先假设对流吸热量，再根据分级定温的要求假定进口汽温或出口汽温，然后计算出出口汽温或进口汽温。热力计算符合要求后，对预先假定的进口或出口的工质温度或焓，应该在其他有关各级过热器的计算后再进行校核。对流过热器沿烟气流程布置在水平烟道或下行烟道中，其热力计算在炉膛和屏式过热器计算之后进行。计算高过时应考虑炉内直接辐射的热量，但计算受热面积不包括吸收炉膛辐射的受热面积。再热器分为高温再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，低温再热器则布置在尾部竖井中。低温再热器管系共 104 片，为 5 排管，华北水利水电学院毕业设计第 9 页 共 95 页
