锅炉本体的设计和布置.ppt

1,第十三章 思考题,1简述决定炉膛出口烟温需考虑的因素。2简述影响热空气温度选择的主要因素。3简述烟气流速选择需考虑的因素。4简述煤的水分对锅炉布置的影响。,2,第十三章锅炉本体的设计和布置,13-1 锅炉本体布置13-2 主要设计参数的选定13-3 锅炉热力计算方法,3,13-1 锅炉本体布置,燃烧方式炉膛受热面总体结构,4,一.锅炉本体布置的典型结构,依据燃料种类、燃烧方式、锅炉容量循环方式厂房布置条件目标：锅炉安全可靠、金属耗量少，便于运行操作与维修，且系统布置合理。,5,典型的布置炉型,型布置 塔型布置箱形布置其他锅炉布置形式,6,1.型布置应用最广泛,7,型布置的优点,锅炉高度低、安装方便受热面易布置与烟气成逆流形式尾部烟道烟气向下流，易吹灰送、引风机、除尘器等锅炉辅机可以布置在地面上,8,型布置的缺点,占地大烟道转弯引起灰浓度分布不均匀，磨损大转向室空间浪费，尾部受热面布置空间小大容量锅炉燃烧器布置受限制-前后墙布置复杂；尾部烟道与炉膛的截面和高度必须配合,9,型布置的改进型无水平烟道型,针对占地大缺点结构紧凑、密封好、包墙管系统简单200MW以下锅炉用的较多,10,型布置的改进型双折烟角型,改善水平烟道内烟气流动，利用转弯烟道布置受热面,右图，浙江绍兴钱清发电厂 125MW机组,11,型布置的改进型T型布置,锅炉两侧布置尾部烟道，解决受热面布置空间问题，并降低出口烟窗高度但占地更大，系统复杂，一般用于劣质煤,12,T型布置,13,2.塔型布置,烟气一直向上流动，炉膛呈正方形，适用于褐煤、高灰分劣质烟煤,14,塔型布置的优点,占地面积小，烟道短，锅炉小水平悬吊受热面，便于疏水，烟道短，烟气流动均匀、向上流动，磨损小、可取较高烟气速度煤粉管道、燃烧器布置方便热膨胀解决容易（全悬吊结构，只向下膨胀）密封好（受热面管可在一侧集中穿墙）,15,塔型布置的缺点,锅炉很高，安装和检修难度高烟风管道长，成本高炉膛和受热面截面匹配要求高空气预热器及送、引风机布置在炉顶，加重钢架的负荷和要求,16,塔型布置的改进半塔型布置,塔型和型相结合把空气预热器和送、引风机、除尘器移到地面上用于烧多灰劣质煤,17,3.箱型布置,广泛应用于中大容量的燃油、燃气锅炉各受热面都布置在一个箱型炉体内,18,箱型布置优缺点,优点：布置紧凑、占地小、表面积小、密封好、对流受热面全部水平悬吊、便于疏水缺点：锅炉较高、炉膛截面与烟道截面需配合过热器辐射特性差受热面支吊结构复杂、安装检修困难,19,其他炉型U型,燃烧器布置在顶上,20,其他炉型N型,21,其他炉型L型,22,燃烧方式选择,燃烧方式决定锅炉炉膛结构三类燃烧方式：层燃燃烧（火床炉）流化床燃烧悬浮燃烧（火室炉）,23,悬浮燃烧（火室炉）,24,煤粉炉典型结构,25,层燃炉燃烧（火床炉）,26,链条炉典型结构,27,流化床燃烧,28,循环流化床锅炉典型布置形式,29,循环流化床锅炉典型布置形式,30,依据燃料等方面来选择燃烧方式,油、气等燃料选择悬浮燃烧小型炉及优质煤可选用层燃烧大型锅炉及优质煤可选用煤粉炉劣质燃料或不配专门脱硫装置的电厂可选用循环流化床锅炉,31,二.蒸汽参数和锅炉容量对锅炉本体布置的影响,锅炉容量（04000t/h）蒸汽压力（035MPa）蒸汽温度（100680）不同参数、不同容量的锅炉结构布置都不同,32,蒸汽参数决定水循环系统,自然循环强制循环直流锅炉,33,自然循环锅炉,自然循环的动力是水与水汽混合物的密度差压力越低，越可靠可以应用到亚临界锅炉小于18.15MPa,34,自然循环锅炉,35,强制循环锅炉,压力的升高，使汽水密度差非常小，自然循环不可能借助循环泵使汽水混合物循环小于19.62MPa可用,36,600MW 锅炉总体布置图SG2028/17.5-M9 XX,强制循环锅炉,炉水循环泵,37,直流锅炉,接近临界压力（22.12MPa)或超临界压力时,汽水混合物密度几乎一样，汽水分离很难实现，只能采用直流锅炉没有汽包,38,直流锅炉,39,蒸汽参数对受热面布置的影响,对锅炉省煤器、水冷壁、过热器、再热器都有影响,40,锅炉内工质吸热,锅炉给水加热到过热蒸汽一般经过：亚临界参数：加热蒸发过热超临界参数：加热过热,41,亚临界参数吸热阶段,加热：由给水温度加热到饱和水温度（由省煤器完成）蒸发：在饱和温度下，吸热由饱和水加热到饱和蒸汽 由蒸发受热面完成（水冷壁等）过热：饱和蒸汽吸热加热到过热蒸汽（过热器完成）,42,蒸汽参数对吸热比例的影响,随着蒸汽压力升高，蒸发吸热比例下降，过热吸热比例则大幅增加，加热水的比例增加不多,43,吸热比例变化对锅炉布置的影响,吸热比例变化直接影响省煤器、蒸发受热面、过热器的布置；影响炉膛结构、过热器的面积及布置等,44,低参数小容量锅炉(1.47MPa),主要是蒸发受热面：水冷壁、锅炉管束 蒸发吸热约70%，过热14%,45,中参数锅炉（3.9MPa,450),蒸发比例减少，水冷壁可满足水平烟道内布置过热器蒸发吸热63%，过热20%,46,高参数锅炉（9.8MPa,540),蒸发受热面少，炉内需布置其他受热面，开始有顶棚过热器、后屏过热器；炉内布置顶棚过热器、屏式过热器；（辐射式过热器）蒸发吸热50%，过热30%,47,超高参数锅炉（13.7MPa,540),蒸发受热面进一步减少，过热器进一步增加，增加前屏过热器。增加再热器蒸发吸热36%，过热30%，再热14%,48,亚临界参数锅炉(19MPa,540),水冷壁面积进一步减少，过热器再热器增加，炉内布置墙式再热器600MW机组，蒸发吸热24%，过热35%，再热19%,49,超临界压力参数（22MPa）,无蒸发受热面，采用直流锅炉加热吸热量比例30%，过热再热70%2650t/h800MW25MPa,50,容量对锅炉本体布置的影响,对炉膛结构的影响对尾部受热面布置的影响,51,炉膛容积热强度qv,qv的大小与燃料、烟气在炉内的停留时间（）有关，即qV越小，停留时间越长。（热量相应于一定的烟气量）qV太大，意味着炉膛容积小，所能布置的水冷壁面积小，炉膛出口温度太高，使过热器结渣炉膛容积热强度的确定按烟气的冷却条件来选取容积，即V的数值应保证炉内布置有足够的水冷壁受热面积qv一般在100175kW/m3之间，大容量锅炉小些,52,炉膛截面热强度qa,炉膛截面单位面积上的热功率 反映燃烧器区域的温度水平如qa过高，则表明在燃烧器区域燃烧放出的热量没有足够的水冷壁受热面来吸收，使燃烧器区域局部温度过高，引起该区域结渣。炉膛断面热强度的确定与燃料性质、排渣方式、燃烧器形式及布置灰熔点高，qa可稍大，100MW以上，一般在34.5MW/m2之间,53,燃烧器区域壁面热强度qr,qr越大，说明火焰集中，燃烧器区域温度水平就越高，对燃料着火和维持燃烧的稳定性是有利的，但造成燃烧器区域局部温度过高，容易造成燃烧器区域的壁面结渣。反映燃烧器区域的温度水平。难着火的煤，qr取大些烟煤在1.281.4MW/m2,54,炉膛壁面热强度qf,Q为炉膛辐射吸热量，kJ/kg单位炉膛壁面所吸收的炉内辐射热量的平均值炉膛辐射受热面的热强度（热流密度）表示单位受热面的吸热量qf越高，炉内烟气温度越高。过高，易引起炉内结渣对烟煤、无烟煤，取140kW/m2,qf,55,容量对炉膛结构的影响,假设炉膛截面热强度随容量不变，则：,周长：,截面积,炉膛容积,随锅炉容量增加，A，U，V都增加，而且炉膛容积增加得比截面积A，周长U增加得快；容积热强度随容量增加而降低,56,容量对炉膛结构的影响,由于炉墙面积增加比容积增加的慢，所以随着容量增加，就显得水冷壁面积不够，有时需在炉内增加水冷屏；为维持水冷壁管内的工质流速，水冷壁管径也需与容量相匹配。容量越小，水冷壁管内工质质量流速越小。,57,容量对尾部受热面的影响,随着容量增加，尾部烟道尺寸逐渐接近炉膛尺寸，甚至超过炉膛尺寸，所以出现T型布置由于随容量增加炉膛宽度相对减少，过热器等布置宽度也相对减少，所以从单圈管到多圈管；,58,容量对省煤器和空气预热器的影响,主要内容：对省煤器布置的影响不同容量锅炉的空气预热器布置不同一般把工质温度高的受热面布置在烟气温度高的区域,59,中小容量锅炉（中低压力参数）,布置管式空气预热器烟道最下方当热空气温度低于300时，单级布置,60,中小容量锅炉-空预器多级布置,热空气温度高于300 时，空预器采用双级布置；仍用单级布置时，热风出口处的烟风温差变小，需要的传热面积增大，投资增大。从经济合理利用受热面积角度考虑，一般要求烟气进口处的温差不小于2530。这就需要用较高烟温的烟气加热空气；经过一级空预器冷却的烟气与给水仍有较大的温差，布置低温级省煤器,61,中小容量锅炉-空预器多级布置,要求：低温级空预器出口空气温度比给水温度高1020，使吸热量分配合理；适当的低温级省煤器吸热量，以保证高、低温空预器的传热温差，节省空预器受热面积；高温级空预器入口烟温不超过480500；低温级省煤器出口有4050 的过冷度，水不汽化，避免高温级省煤器进口分配不均,62,大容量锅炉的尾部受热面布置,大容量锅炉，由于预热空气量大，采用回转式空气预热器，管式空气预热器受热面积多，重量大，布置困难,63,布置回转式空预器的大容量锅炉,64,燃料特性对锅炉本体布置的影响,燃料对锅炉的结构、布置影响大；受热面位置、结构都受影响,65,三.燃料特性对锅炉本体布置的影响,燃料对锅炉的结构、布置影响大；受热面位置、结构都受影响,燃料种类挥发份灰分灰渣特性水分含硫量,66,燃料种类,燃油、燃气锅炉由于火焰集中、火焰较短，炉膛呈矮胖，燃煤锅炉则相反 油、气中灰量极少，无磨损，受热面烟气流速很高，受热面布置紧凑,67,挥发分,低挥发分的煤不易着火和燃烬，需要在燃烧区域布置卫燃带，用瘦长炉膛，保证有足够燃烧区域 低挥发分煤需较高的热空气温度，需多的空预器受热面面积低挥发分煤不易燃尽，需稍高的过量空气系数，炉膛出口温和烟气流量增加，影响对流受热面的布置,68,灰分的影响,灰分决定磨损：灰分多，烟气流速低布置防磨措施需要吹灰装置,69,灰渣熔融特性,影响炉膛结渣和沾污 软化温度低的煤，炉膛容积热负荷低，炉膛出口温度低 如ST1350时，qV 140KW/m3 ST1350时，qV=150190KW/m3 要求炉膛出口温度低于变形温度DT 50100灰熔点 将影响炉膛出口温度选择及对流受热面的吸热量比例；也影响对流受热面的布置和结构尺寸,70,水分含量,水分含量高，烟气体积大，消耗更多的热量使水分加热、汽化并过热，将使炉膛燃烧温度下降使得炉膛吸热量减少，尾部对流受热面吸热量份额增加；水分高需要较高的热风温度，才利于着火,71,含硫量,含硫量大的煤，使烟气露点温度提高易发生受热面低温腐蚀和堵灰；易发生高温腐蚀、结垢SO2污染大气，需采取脱硫措施,72,13-2 主要设计参数的选定,排烟温度 热风温度 炉膛出口烟温 工质流速,73,一.排烟温度,排烟温度低，排烟热损失少，热效率高尾部烟道传热温差低，增加受热面积 通过技术经济比较，选择最佳排烟温度。还需考虑：低于露点温度时，易造成低温腐蚀、堵灰。为保证锅炉安全可靠运行，排烟温度须大于烟气的酸露点,最佳排烟温度的选择，需要兼顾受热面钢材消耗、燃料价格、投资回收、辅机电耗等其经验计算式为：,74,最佳排烟温度,经验计算公式：,：省煤器出口烟温与给水温度差，选 3050：空预器进口烟温与热空气温度差，选 3570 m：空气预热器中空气热容量与烟气热容量比 一般m=0.70.9。与燃料水分和过量空气系数有关m小表示烟气热容量大，不易冷却，排烟温度选稍高些否则，空预器的受热面积增大，不经济,空气比热容,烟气比热容,75,中大容量锅炉的排烟温度（75t/h）,小容量锅炉的排烟温度（75t/h）,76,热风温度,干燥煤粉帮助迅速着火燃烧热风温度高，要求较多的受热面积及阻力，所以需合适的温度烟煤、贫煤：300350无烟煤、褐煤：360400 单级或第一级（低温）空预器出口热风温度经验计算式：,77,炉膛出口温度指炉膛出口进入对流受热面之前的烟气温度,由于炉内受热面传热强度大，选择较低的炉膛出口温度可以减少钢材耗量。太低，过热器合金钢耗量增多 技术经济比较结果：较经济的温度为：12001400 燃油、燃气锅炉可以选用高些，但需考虑腐蚀和超温，而燃煤锅炉则受结渣限制，不能选这么高的烟温；防止对流受热面结渣（熔融 的飞灰会粘结到受热面上，污染管壁，造成堵塞、腐蚀等）一般小于10501100；布置屏的锅炉：其屏后温度小于（DT-50）或（ST-150），屏前温度：不结渣煤 1250；一般结渣煤1200；强结渣燃料1100,78,受热面工质流速-过热器,保证对管壁足够的冷却适当的阻力（小于出口压力的10%）原则：满足壁温安全的前提下，尽可能减少压降,由于压力温度变化，密度变化，所以速度难以计算，所以引入“质量流速”w-每秒通过每m2截面的蒸汽质量：,四.受热面中的工质流速,79,过热器与再热器的质量流速推荐值,表中推荐值需要经过 管壁温度计算和强度计算、流动阻力计算校核。壁温太高，增大 w；流动阻力太大，减小 w,80,受热面工质流速-再热器,由于再热器的蒸汽阻力对发电循环效率影响大（每增加0.1MPa，汽轮机热耗将增加0.28%，机组循环效率降低0.45%)所以，再热器阻力控制在0.2MPa 之内再热器内蒸汽质量流速较低：w=250400kg/m2s要求：整个再热器系统阻力进口压力的10%再热器本体阻力约占一半（进口压力34 MPa）再热器采用：大管径，多管圈（68个）,81,受热面工质流速-省煤器,水速过低，不易带走管内析出的气体，会导致气塞、腐蚀；还会发生汽水分层，恶化传热一般大于0.3m/s,沸腾段大于 1m/s；水速过高，阻力大，增加水泵电耗；对阻力的要求：高压锅炉，小于汽包压力的5%；中压锅炉，小于汽包压力的8%布置方式对流速的影响：垂直前后墙布置，管排多，水速低，阻力小。（大容量锅炉大多采用垂直前后墙布置）平行前后墙布置，管排少，水速高，阻力大,82,13-3锅炉热力计算方法,热力计算基础水循环计算空气动力计算烟气阻力计算金属壁温计算强度计算钢架计算,83,热力计算,在给定的给水温度，锅炉蒸汽参数、燃料特性的前提下，获得锅炉热效率、燃料消耗量、各受热面进出口烟气温度、工质温度、烟速、工质流速、烟气量、空气量等锅炉热力参数是锅炉设计和运行的基础,84,设计计算和校核计算,设计计算：在给定的给水温度，锅炉蒸汽参数、燃料特性的前提下，确定锅炉各受热面的结构特性及传热面积。,校核计算：依据已有的锅炉各受热面结构参数及传热面积和热力系统的型式，确定锅炉热力参数及非设计工况下锅炉运行的经济指标以及检验锅炉改进结构参数后的效果。设计计算和校核计算方法相同，区别是任务和所求数据不同。常用校核计算取代设计计算，即预先布置好受热面，然后校核计算，依据要求调整结构,85,校核热力计算的步骤,列出原始数据：锅炉蒸发量 过热蒸汽压力、温度 汽包压力 给水温度 排污率 燃料元素分析和工业分析成分、发热量 锅炉结构尺寸,86,校核热力计算的步骤,根据燃料、燃烧方法、锅炉的结构进行空气平衡计算选定各受热面入口、出口的过量空气系数，进行理论空气量，烟气量及烟气性质表、焓温表的计算，烟气特性计算假定排烟温度、热风温度，确定热损失和燃料消耗量，即热平衡计算炉膛传热计算，求出炉膛出口烟温按烟气流动方向计算，用逐步逼近法（叠代法）计算各对流受热面的烟温，工质温度等（一般都先假设出口烟温，然后依据烟气放热量和传热量的吻合程度进行叠代计算）,87,校核热力计算的步骤,如计算得出的排烟温度与假设的排烟温度之差在10之内，热空气温度之差在40内，则认为传热计算结束；如超过误差，重新假设排烟温度和热空气温度进行计算蒸汽温度则通过假设喷水量来调整,88,校核热力计算的步骤,热平衡计算误差校核，即烟气放热量和受热面吸热量的误差,当误差小于.时，计算完成，否则进行重新假设和计算，或检查计算有没有错误整理主要计算结果,89,计算机在锅炉热力计算中应用,热力计算是一个既重要又计算工作量很大的计算工作（往往需要好几天或更长）需要大量的试算和叠代计算计算机的发展为实现计算机计算成为可能计算机计算可以更快、更准确、更全面可以使得锅炉的设计方案优化、运行优化等变得容易，大大提高工作效率热力计算的公式是广义的超越方程，通过叠代法逐次逼近求解,90,计算过程,各函数、曲线、表格相应的子程序原始数据输入和进行处理的子程序计算烟气性质及有关参数的子程序热平衡计算计算放热系数的子程序计算温压的子程序确定炉膛放出热量的子程序炉膛传热计算,91,计算程序,屏式过热器传热计算对流过热器计算高温再热器计算低温对流过热器计算低温再热器计算省煤器计算空气预热器计算判断热空气温度计算,92,计算程序,排烟温度校核热平衡误差校核叠代计算收敛结束计算,