毕业设计(300MW电站锅炉热力系统和燃烧器系统设计).doc
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1、毕业设计(论文)题目名称:300MW电站锅炉热力系统和燃烧器系统设计学院名称:能源与环境学院班 级:热能071学 号:200701124213学生姓名:卢万飞指导教师:孙昆峰2011 年 6 月论文编号:200701124213 附2:300MW电站锅炉热力系统和燃烧器系统设计Design for thermodynamic system and burner system of 300MW boiler学院名称:能源与环境学院班 级:热能071学 号:200701124213学生姓名:卢万飞指导教师:孙昆峰2011 年 6 月摘 要随着国民经济和电力负荷的迅速增长,电网容量也随之增长,电力需
2、求越来越大,发展电力产业已刻不容缓。本文以300MW锅炉机组的热力系统和燃烧器系统设计计算为例,简述了大型电站煤粉锅炉设计的步骤和方法,并对计算结果进行分析,指出设计过程中的问题和不足,以及对发展计算机技术在锅炉设计中应用的期望。本文叙述了300MW电站锅炉热力系统和燃烧器系统的设计过程。首先确定了锅炉的整体布置,包括前屏过热器,后屏过热器,对流过热器,高温再热器,低温再热器,省煤器和回转式空气预热器的布置;然后确定锅炉的汽水系统和烟风系统的流程,并绘制锅炉热力系统图;最后详细阐述了锅炉各个受热面的结构设计以及热力计算过程,并进行热力计算数据的修正以及计算结果校核。本文还对锅炉排烟温度,热空气
3、温度和燃烧器主要参数的选取进行了分析,并阐述了锅炉汽温的调节方法。关键词:300MW电站锅炉 热力系统 燃烧器 设计ABSTRACTWith the rapid growth of the national economy and power load, power capacity and the demand for electricity also increase, the development of power industry has become essential. In this paper, the calculation design for thermodynamic
4、 system and burner system of 300MW boiler, for example, describes the design steps and methods of the large-scale coal power plant boiler, and results analysis, and the problems and deficiencies of the design process, as well as the expectations of the development of computer the application of tech
5、nology in boiler design. The paper describes the design process of thermodynamic system and burner system of 300MW boiler. Firstly, we determined the overall layout of the boiler, including the former screen superheater, rear screen superheater, convection superheater, high-temperature reheater, low
6、 temperature reheater, economizer and rotary arrangement air preheater; and then we determined the the water flow system and smoke flow system, and drew the diagram of boiler thermodynamic system; At last, we detailed elaborated the structure design and thermodynamic calculation of each heating surf
7、ace of boiler, and the data amendment of thermodynamic calculations and check of the result. Paper also analyzed the temperature of exhausted gas and hot air, and the selectet of the main parameters of burner, and elaborated the regulation method of steam temperature. Key words: 300MW plant bolier t
8、hermal system burner design目 录1引言12锅炉的整体布置及系统32.1锅炉的整体布置32.2锅炉的热力系统32.3锅炉气温的调节63计算方法及主要参数的选取73.1锅炉热力计算方法73.2锅炉排烟温度的选择73.3热空气温度的选择84锅炉的设计计算94.1原始资料94.2煤的元素分析数据校核和煤种判别94.3燃烧产物和锅炉热平衡计算104.4炉膛设计和热力计算154.5后屏过热器热力计算254.6对流过热器设计和热力计算304.7高温再热器设计和热力计算364.8转向室热力计算414.9低温再热器设计和热力计算414.10减温水量校核464.11省煤器设计和热力计算
9、464.12空气预热器热力计算504.13热力计算数据的修正和计算结果汇总545总结575.1设计锅炉的主要特点575.2设计不足及展望57参考文献58致 谢59附 录60主要符号表进口过量空气系数炉膛宽度烟气流速出口过量空气系数炉膛深度蒸汽平均比容平均过量空气系数管径及壁厚理论燃烧温度漏风系数最小弯曲半径烟气平均热容量工质进口温度炉膛容积水蒸气容积份额工质出口温度炉膛截面积三原子气体容积份额工质进口焓计算受热面积三原子气体分压力工质出口焓管子总流通面积三原子气体辐射减弱系数烟气出口温度每根管子面积灰粒子辐射减弱系数烟气出口温度管子总数焦炭粒子辐射减弱系数烟气进口焓横向管距半发光火焰辐射减弱系
10、数烟气出口焓片数炉膛火焰有效黑度理论冷空气焓单片管子数沾污系数锅炉输入热量纵向截距热有效系数锅炉有效利用热烟气流通面积烟气侧对流放热系数对流传热量空气流通面积烟气对管壁的放热系数误差烟气流通所占份额管壁对蒸汽的放热系数过热蒸汽流量空气流通所占份额灰污系数再热蒸汽流量较大温差对流传热系数炉膛容积热强度较小温差实际燃料消耗量炉膛截面热强度平均温差管内工质质量流速1 引言设计工作是产品生产的第一道重要工序,设计好坏对产品的性能和质量有着决定性的影响。设计布置新锅炉的要求是:确定锅炉的型式,以及各个受热面的结构尺寸,在保证安全可靠的基础上力求技术先进、节约金属、制造安装维修方便,并且有较高的锅炉效率,
11、节约燃料。因此,在设计锅炉之前,应根据所给定的锅炉容量,参数和燃料特性,有目的地进行广泛深入的调查研究,综合利用有关的理论以及制造、运行方面的知识,查阅相关资料,进行各种技术方案的斟酌和比较,并进行各种精确的计算。一般开始设计时,先选定锅炉的总布置,进行燃料消耗量的计算,然后再决定锅炉结构,进行炉膛传热计算,决定对流受热面的结构,进行对流受热面的传热计算。本锅炉设计的任务是300MW电站锅炉热力系统和燃烧器系统设计,其中热力计算是锅炉设计中的一项最主要的计算。热力计算的方法,按照已知的条件和计算目的,可以分为设计计算和校核计算两种。在设计新锅炉时的热力计算称为设计热力计算。设计热力计算的任务是
12、在给定的煤种、给定的给水温度前提下,确定保证达到额定蒸发量,选定的锅炉经济指标以及给定的蒸汽参数所必需的锅炉各受热面的结构尺寸。在进行设计热力计算之前要进行锅炉的整体布置。即确定炉型(型、塔形或其它布置方式)、水循环方式(自然循环、强制循环、直流)、燃烧方式(直流燃烧器、旋流燃烧器)、过热汽温、再热汽温的调节方式(摆动式直流燃烧器、烟气挡板、烟气再循环等)。上述几个大的方面确定后,就要设计布置受热面,即决定炉膛、对流烟道以及受热面之间的相对位置和相互关系,各种受热面的型式(即错列或顺列、立式或卧式)和尾部受热面的布置方式(单级布置或双级布置)、还要确定制粉系统的方式,燃烧器型式与布置,并预先选
13、定锅炉的排烟温度、热空气温度等经济性指标。在进行设计热力计算时,应具备下列原始数据:(1)锅炉的蒸发量、给水压力和温度,以及主汽阀前过热蒸汽压力和温度。(2)再热器进口和出口处再热蒸汽的参数和流量。(3)从锅炉汽包抽出的饱和蒸汽流量。(4)连续排污量。(5)燃用的燃料特性,如煤应包括:应用基元素成分和低位发热量,可燃基挥发分,灰的特征温度,可磨度。(6)周围环境温度。(7)有关煤粉制备系统、燃烧设备的型式,以及锅炉整体布置的资料。设计热力计算是在锅炉额定负荷下进行的,即锅炉各部件的结构尺寸是按额定负荷设计的。为了预先估计锅炉在其他负荷下的工作特性,往往对新设计的锅炉进行非额定负荷下的热力特性计
14、算(校核热力计算的一种),一般作70%负荷和50%负荷的计算。锅炉的校核热力计算是对一台已经设计好的锅炉进行的。锅炉的负荷变化、燃用煤质变化,以及给水温度改变,合称为锅炉的变工况。锅炉在变工况下运行时(例如煤种变化),其过热汽温、再热汽温、各受热面进、出口的烟气温度、介质温度(包括热风温度和排烟温度)、锅炉效率、燃料消耗量以及空气和烟气的流量和速度等都要发生改变而偏离设计值。校核热力计算的任务就是通过热力计算,定量地确定这些新的数值。在进行校核热力计算时,锅炉受热面的结构是已知的,锅炉烟气和内部介质的中间温度、排烟温度、预热器出口空气温度有时甚至是过热汽温等则是未知的。为完成计算,需要利用迭代
15、计算的方法逐步接近待计算值。为了进行校核热力计算,必须提供锅炉的图纸和有关燃烧设备、各受热面和烟风道的结构和尺寸的资料,并给出在校核工况下的锅炉参数、燃料性质和给水温度。对于锅炉的单个受热部件,也有设计热力计算和校核热力计算的区分。部件的设计热力计算是根据给定的受热面传热量(或给定受热面的介质流量和进、出口温度),去计算传热温差和传热系数,最终求出受热面积的数值。设计计算是一种直接计算的方法,一般不需要进行逐步近似的计算过程。校核热力计则不然,进行单个受热面的校核计算时,一般只能知道热侧介质和冷侧介质的各一个温度或焓(进口的或出口的),介质的另一端的温度或焓为未知。因此要预先假定一个数值,然后
16、借助两个热平衡方程和一个传热方程,经迭代计算逐步逼近真实值。校核热力计算的目的是为了估计锅炉在非设计工况条件下运行的经济指标对锅炉运行缺陷(例如汽温偏低、排烟温度偏高等)的可能原因做出分析判断,寻求改进锅炉结构的必要措施,以及为选择辅助设备和进行空气动力计算、水动力计算、管壁温度计算和其它可靠性计算提供基础资料。设计热力计算和校核热力计算在计算方法上基本上是相同的,计算时所依据的传热原理、计算公式和图表曲线也都是相同的,区别仅在于计算任务和所求结果不同。而且设计计算和校核计算也没有绝对的界限,一个部件的设计计算往往可以采用校核计算的方法来完成。有经验的设计人员常可以根据他的经验,预先将锅炉受热
17、面的结构尺寸决定,然后逐步进行校核计算,如果不合适,则重新调整受热面的结构(主要是调整受热面的面积),直至满足换热量的要求,这也是一种设计计算方法。2 锅炉的整体布置及系统2.1 锅炉的整体布置(1)锅炉整体的外型选型布置选择型布置的理由如下:a.锅炉的排烟口在下方,送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面,锅炉结构和厂房较低,烟囱也可以建筑在地面上;b.在对流竖井中,烟气下行流动,便于清灰,具有自身除灰的能力;c.各受热面易于布置成逆流方式,以加强对流换热;d.机炉之间连接管道不长。(2)受热面的布置本锅炉为亚临界参数,汽化吸热较小,加热吸热和过热吸热相应较大。为使炉膛出口烟温降低到要求的数值
18、,保护水平烟道内的对流受热面,除在水平烟道内布置高温再热器外,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,折焰角上方布置对流过热器。为使前屏、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和后墙均布置包覆过热器。为了减小热偏差,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的区域,低温再热器设置在尾部竖井烟道中。在低温再热器下面设置省煤器,根据锅炉的参数,省煤器出口工质状态选用非沸腾式的。热风温度要求较高,采用回转式空气预热器,移致炉外布置,这样不仅结构紧凑,节省材料,而且维修也方便。在省煤器的烟道转弯处,设置落灰斗,由于转弯处离心力
19、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。锅炉整体布置如图2-1所示。2.2 锅炉的热力系统锅炉的热力系统是指锅炉各受热面沿烟气流程布置的位置和相互间热量分配的关系。对锅炉热力系统提出的最基本的要求是锅炉的可靠性和经济性,亦即锅炉应在达到安全可靠的基础上力求先进、金属节约、制造安装简便、热效率高。本文300MW电站煤粉锅炉的热力系统如图2-2所示。2.3 锅炉气温的调节维持稳定的过热汽温和再热汽温是保证锅炉机组运行安全和经济所必需的。对电厂锅炉来说,要求在运行中维持过热汽温的变动不超过510。另外,从保护过热器受热面来说,除了汽温应维持正常以外,
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