1、河北工程大学毕业设计（论文）摘 要大容量锅炉变工况运行研究是一个重要的课题，热力计算是变工况研究的基础。对于大容量锅炉机组，若采用我国以前的传统计算方法，会出现计算数据和实际运行数据有较大误差的情况。本文以辐射换热理论为基础，建立了新的大容量锅炉传热模型，并采用了新的热力计算标准对本课题选取的机组进行计算。新的分区段传热模型，将燃烧区域按实际运行时燃烧器的投运方式细分，并计算出燃烧器区域的温度分布和沿炉膛高度方向上的温度分布。辐射式过热器和屏式过热器的计算新方法更符合实际运行规律。本课题以现有的锅炉和传热学理论为基础，以实际运行数据为依据，对计算结果进行比较、分析，为大容量锅炉变工况运行提供了
2、参考。关键词：锅炉、变工况运行、传热模型河北工程大学毕业设计（论文）IABSTRACTVariant operation research of the high-capacity boiler is an important subject, and the heat calculation is the foundation of variant wok condition research. If we use old calculation ways to analyze the high-capacity boiler, there will be remarkable inaccu
3、racy between calculation results and real operational data. This paper based the radiant theory establishes a new model of the high-capacity boiler heat transfer . And the new criterion of heat calculation is used to the selected unit. The new fragment model subdivides the combustor zone across the
4、operation. So the temperature along the furnace are obtained. Radiant and platen super heaters new method are more agree with the practice law. The paper is based on boiler knowledge and heat transfer theory and depends on practical operation data. The analysis on calculation results can provide ref
5、erence for operation of the high-capacity boiler. KEY WORDS: boiler, variant operation, heat transfer model 河北工程大学毕业设计（论文）目 录摘 要 .IABSTRACT.II第一章 绪 论.11.1 课题背景.11.2 国内外研究现状.21.2.1 国内研究现状.21.2.2 国外研究现状.2第二章 煤的特性及其对锅炉工作的影响.42.1 概述.42.2 煤的常规特性.42.2.1 煤的组成特性及工业分析.42.2.2 煤的成分计算标准及计算.42.2.3 煤的发热量.52.3 煤质对
6、锅炉设备的影响.62.3.1 煤质对制粉设备以及制粉系统的影响.62.3.2 煤质对锅炉及辅助设备的影响.6第三章 燃烧过程的特性分析.73.1 概述.73.2 影响煤粉气流稳定着火的因素.73.3 燃烧完全的分析.73.3.1 概述.73.3.2 燃烧完全影响因素的分析.83.4 优化锅炉燃烧提高运行经济性.93.4.1 煤粉的燃尽程度对经济性的影响.93.4.2 过量空气系数对经济性的影响.93.4.3 煤粉细度对经济性的影响.93.4.4 锅炉煤种和负荷适应性.9第四章 过热器和再热器的汽温特性分析.104.1 概述.104.2 汽温特性.104.3 蒸汽温度调节方法.10第五章 大容量
7、锅炉传热模型的改进.125.1 现有模型的特点.125.1.1 前苏联锅炉机组热力计算标准的主要特点.125.1.2 误差原因分析.125.2 传热模型的改进.135.2.1 杜卜炉内换热计算方法（新方法）.135.2.2 炉内换热计算标准.135.2.3 屏式过热器传热计算新方法.145.2.4 大屏过热器传热计算新方法.166.1 分区段计算的目的.186.1.1 概述.18河北工程大学毕业设计（论文）I6.1.2 米多尔分区段模型.186.2 新分区段模型的建立.186.3 燃烧器区域温度的计算.207.1 炉膛传热原理.227.1.1 炉膛传热过程.227.1.2 火焰辐射.227.1
8、.3 炉膛辐射传热公式.237.2 炉膛受热面的辐射特性.247.2.1 角系数.247.2.2 热有效系数.257.2.3 污染系数.25第八章 B&WB300MW 锅炉热力特性分析 .268.1 分区段模型分析应用.268.1.1 计算结果.268.1.2 计算结果分析.288.2 排烟温度及排烟热损失.288.3 炉膛出口烟温特性.298.3.1 概述.298.3.2 影响炉膛出口烟温的因素.30致 谢.32参考文献.33河北工程大学毕业设计（论文）0第一章 绪 论1.1 课题背景随着国民经济在国家宏观调控下持续快速发展，我国的电力工业发展迅猛，截至 2004 年五月底，全国发电装机容量
9、已经达到四亿零六十万千瓦。近年来，中国电力工业不断实现跨越式发展。一九八七年至一九九五年，中国发电装机容量和发电量先后跃过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，跃居世界第二位。2000 年四月，中国装机容量突破三亿千瓦。在此后的几年时间，又净增发电装机容量一亿千瓦，成为新中国成立以来电力建设发展最快的时期。中国经济进入新一轮增长周期的上升阶段，受经济持续、快速发展的拉动，中国电力消费增长速度迅速上升，电力供不应求的紧张局面再次出现。由于在建能力过低，电力装机增长速度下降，2001 年初出现了电力供应短缺的苗头，2002 年火电发电设备利用小时数上升到 5272，出现了局部地区、局部时段电力供
10、应短缺现象，2003 年夏天更是出现了大面积缺电的现象。从世界各国的电力发展史看，处在工业化加速阶段的国家和地区，电力消费增长率超过经济增长率是比较普遍的现象。20 多年来，我国的电力消费弹性系数平均不到 0.82，虽然支撑了我国的经济高速增长但是仍有长期的缺电出现。我国电力消费水平仍处于较低阶段，随着电力基础设施的完善，电力消费会保持较高的增长速度。根据国际经验和我国目前电力消费发展的趋势，今后我国的电力消费弹性系数至少应达到 0.85-0.9，电力增长才能基本满足国民经济发展的需要。在电力消费快速增长的同时，电力负荷特性也有明显的变化。第三产业和民用电量的增长迅速，其中商业用电增长高于工业
11、用电增长速度。以建筑用电为主的第三产业和民用用电使电力负荷出现季节性高峰特点。对电力调峰能力的冲击远远大于对全年平均用电量增加的作用。电力峰谷差将加大，季节调峰和分时间调峰问题日益突出。电力调峰能力的需求将成为电力消费需求增长的重要特征。社会经济向前发展的同时，电力负荷峰谷差将继续扩大，电力需求比电力增长更加迅速。从消费端看，要加强需求侧管理；从供应端看，电力要加强调峰能力，以适应经济发展的要求。我国能源资源中以煤炭资源最为丰富，储藏量为 32000 亿吨，已探明的储量为9968 亿吨，可供开采的储量为 2578 亿吨。但按人口计算，我国人均煤炭能源资源占有量只有 233.4 吨，而美国人均煤
12、炭资源占有量为 1045 吨，前苏联人均煤炭资源占有量为 1846 吨，世界人均煤炭资源占有量为 312.7 吨。从以上数字能够看出我国的煤炭资源是十分有限的。在分布上，东北、华北和西北地区煤的储藏量多，煤的灰分、硫分低，热值高，煤质好。华东、华南、西南地区煤的储藏量较少，煤的灰分和硫分高，热值低，煤质较差。电力体制改革不断的深入发展，电力规模不断扩大，结构也发生了很大的变化。河北工程大学毕业设计（论文）11954 年 6 月，我国第一台 6MW 发电机组投产发电，现在 300MW 和 600MW 机组已经成为运行中的主力机组。我国的电力建设正向着高参数、大机组，高电压、大电网发展。电力负荷峰
13、谷差不断增大，煤炭资源有限，而且种类众多，这些特点都决定了我国电力机组将经常处于变工况条件下运行。变工况运行容易给机组带来一系列问题：（1）热工参数达不到设计值，影响锅炉的安全性和经济性。 （2）燃烧工况发生变化时，尤其是入炉煤质与锅炉性能耦合较差时，会出现燃烧不稳定，锅炉效率下降，以及引发灭火、放炮等事故。 （3）变工况运行时，容易出现再热点。因此对锅炉变工况特性进行研究是主汽温不足、过热汽温偏高、排烟温度较高等严重问题。为了更好的掌握锅炉在变工况时的运行特点，使锅炉对负荷和煤质都有较好的适应性。因此对锅炉变工况特性进行研究是十分必要的。变工况的研究是在热力计算基础之上的，80 年代前，我国
14、一直采用前苏联的锅炉机组热力计算标准方法 。该标准是在 100MW 以下锅炉机组实验研究的基础上建立起来的，对于 100MW 以下机组，计算数据和实际运行数据基本符合。但用于200MW 及以上的大容量锅炉机组时，计算值与实际运行值存在较大的误差。近些年，我国的各主要锅炉制造厂相继引进了世界各国的大容量、高参数电站锅炉的设计技术和计算方法，并且以运行反馈、实验统计等研究为基础，建立了炉膛换热计算的经验性公式。这些方法在负荷和煤质变化不大时运行情况良好，但目前，我国机组经常处于变工况运行，有的机组对运行条件变化的适应性比较差，有的机组汽温达不到额定值或者偏高，这些都影响机组经济安全运行。1.2 国
15、内外研究现状1.2.1 国内研究现状锅炉变工况运行特性的分析、研究是以锅炉热力计算为基础，然后根据运行和实测数据进行验证。锅炉热力计算有整体计算和一维分区段计算。现在我国尚没有一套比较成熟的电站锅炉行业的热力计算方法，锅炉的设计计算和校核计算大都采用原苏联的锅炉机组热力计算标准方法 。近年来，我国又引进了一下国外的标准，如哈尔滨锅炉厂引进美国 CE 技术；北京锅炉厂引进巴威公司的技术等等。另外，各锅炉厂还有自己的一些附加规定。这些标准和规定都有自己的特点，并不统一，这不仅不利于锅炉厂和电厂的交流合作。同时，这些引进的一些标准并不能很好的适应中国国情。这也是近年来造成我国锅炉过热器、再热器超温爆
16、管、排烟温度偏高等问题的原因之一。1.2.2 国外研究现状为了适应峰谷差增大和入炉煤质变化的要求，提高机组运行的经济性和安全性，河北工程大学毕业设计（论文）2世界各国的大锅炉制造公司开发了许多新技术。美国、俄罗斯、德国、日本等国家对变工况的研究工作进行的早，也做了大量的试验，对这方面的研究处于领先地位并形成了自己的特色。近些年，我国在锅炉工业也有很大的发展，进行了很多技术开发与研究工作（1）机组调峰（2）扩大煤种适应范围（3）提高机组自动化水平（4）加强辅机配套和提高监控系统（5）消化和吸收引进技术等。但是与国外相比，我国的技术水平还有一定的差距。在变工况特性方面的研究工作做得还少，大都是应用
17、国外的经验，因此，有必要在这方面展开研究，以适应当前发展的需要，努力使我国锅炉变工况运行技术提高到新的水平。河北工程大学毕业设计（论文）3第二章 煤的特性及其对锅炉工作的影响2.1 概述煤的特性是锅炉设计、运行的基础。对于不同的煤，要相应采用不同的燃烧设备和运行方式。煤的特性表征了煤的基本性质，可以作为分析煤的着火、燃烧性质和对锅炉影响的依据。入炉煤质与设计煤质会有一定的偏差，会经常发生变化。而煤质的变化是锅炉变工况运行的一种情况。入炉煤质的变化会带来诸多的问题，如：锅炉效率下降、着火不稳定。2.2 煤的常规特性2.2.1 煤的组成特性及工业分析(1) 煤是一种植物化石,主要是由碳、氢、氧和少
18、量的氮、硫组成。另外，在煤的形成、开采和运输过程中，加入的水分和矿物质(燃烧后成为灰分） ，也成为煤的组成成分。煤的元素分析是指对煤中 C、H、O、N、S 五种元素的分析的总称。煤的元素分析结果用各种元素的质量百分数表示。在锅炉设计、热工试验和燃烧控制等方面都需掌握煤的元素分析成分组成，元素分析结果对煤质研究、工业利用和环境评价等极为有用。(2)在煤的着火、燃烧过程中，煤中各种成分的变化情况是：将煤加热到一定温度时，首先水分被蒸发出来；接着再加热，煤中的 H、O、N、S 及部分碳所组成的有机化合物便分解，变成气体挥发出来，这些气体称为挥发分；挥发分析出后，剩下的就是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。
19、分析煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，成为煤的工业分析。2.2.2 煤的成分计算标准及计算(1) 由于煤中水分和灰分含量易受外界条件的影响而发生变化,水分或灰分的含量变化了，其他元素成分的质量百分数也会随之而变化。所以不能简单地只用各成分的质量百分数来表示煤的成分组成特性。有时为了使用或研究工作的需要，在计算煤的各成分百分含量时，可将某种成分不计算在内。这种根据煤存在的条件或根据需要而规定的“成分组合”称为基准。如果所用的基准不同，同一种煤的同一成分的百分含量便不一样。常用的基准有以下四种：1. 收到基(应用基)：以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基。对进厂
20、原煤或炉前煤都应按收到基计算各项成分。河北工程大学毕业设计（论文）42. 空气干燥基（分析基）：以与空气温度达到平衡状态的煤为基准。即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。3. 干燥基：以假想无水状态的煤为基准。干燥基中因无水分，故灰分不受水分变动的影响，灰分含量百分数相对比较稳定。4. 干燥无灰基（可燃基)：以假想无水、无灰状态的煤为基准。干燥无灰基因无水、无灰，故剩下的成分便不受水分、灰分变动的影响，使表示碳、氢、氧、氮、硫成分百分数最稳定的基准。（2）煤的计算基准的换算由于煤质分析所使用的煤样式空气干燥基煤样，分析结果的计算是以空气干
21、燥基为基准得出的，但是在锅炉设计、计算时，是按实际进入锅炉的炉前煤、即收到基为计算标准的，所以一方面要测定炉前煤的收到基成分，同时还要对煤的各种成分进行基准的换算。 换算公式为： （20X=K1）式中 按原基准计算的某一成分的质量百分数，%0 XX按新基准计算的同一成分的质量百分数， %K换算系数换算系数可由表 2-1 查出表 2-1收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基收到基 1 10-Madr10ar10MarA空气干燥基 0ard1 -d-d干燥基 1-r 0ad1 10Aa干燥无灰基 0Mar-A1r-A0ad12.2.3 煤的发热量XKXo河北工程大学毕业设计（论文）5煤的发热量是指
22、单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量。单位是 kj/kg。常用下列三种规定值表示：（1）弹筒发热量 Qb：弹筒发热量是在实验室中用氧弹式量热计测定的实测值。 （2）高位发热量 Qgr：每样在氧弹内燃烧时产生的热量（即弹筒发热量 Qb）减去硫和氮生成酸的校正之后所得的热量，成为高位发热量。 （3）低位发热量Qnet：煤的高位发热量减去煤样中水和氢燃烧时生成的水的蒸发潜热后的热值，称为低位发热量，这是在锅炉运行中煤的有效发热量。由弹筒发热量换算成高位发热量公式，即 （2Qad,gr=s,b-(95Sad,+Q,b)2）由高位发热量换算成低位发热量公式，即（2ar,netr,2(HarM)3） 由
23、空气干燥基高位发热量 Qar,gr 换算为收到基高位发热量 Qar,gr 的公式为（210rQar,gd,rad4） 2.3 煤质对锅炉设备的影响2.3.1 煤质对制粉设备以及制粉系统的影响煤中水分会直接影响磨煤机的出力、锅炉的效率，同时会为低温受热面的积灰、腐蚀创造条件；煤粉细度影响煤在锅炉中的燃烧情况，大颗粒煤粉会造成结渣、不完全燃烧损失加大，高过氧量需求和腐蚀等；煤的可磨性影响磨煤机的出力和电耗量，如果煤耐磨，磨煤机研磨不见磨损大；挥发分高，还容易引起磨煤机的着火和爆炸，造成严重后果。灰分多，增加煤粉设备的能耗。2.3.2 煤质对锅炉及辅助设备的影响 (1) 着火提前，使得燃烧器周围结渣,严重时容易烧损。(2) 着火延迟，影响火焰监测。(3) 燃烧不稳定，锅炉效率降低，主蒸汽温度和负荷达不到设计值。(4) 火焰太长，不完全燃烧损失增加。(5) 水冷壁容易被高温腐蚀，省煤器、再热器、过热器可能出现超温、爆管等。(6) 灰分多，可能磨损受热面（如果烟速高） ，如果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并使排烟温度升高，增加排烟热损失，降低锅炉热效率；灰分多，也会产生炉内结渣，同时会腐蚀金属；灰分还是造成环境污染的根源。(7) 灰渣是造成炉膛结渣和高温对流受热面沾污和结渣的主要来源，降低锅炉的出
