300MW汽轮发电机组亚临界自然循环锅炉设计毕业论文.doc

河北工程大学课程设计（论文）300MW汽轮发电机组亚临界自然循环锅炉设计毕业论文 目录目录1摘要3第一章 设计任务书51.1 设计题目 300MW汽轮发电机组亚临界自然循环锅炉设计51.2 原始资料5第二章 煤的元素分析数据校核和煤种判别62.1 煤的元素各成分之和为100%的校核62.2 元素分析数据校核62.2.1 可燃基元素成分的计算62.2.2 干燥基灰分的计算62.2.4 可燃基低位发热量的计算62.3 煤种判别6第三章 锅炉整体布置的确定83.1 锅炉整体的外型选形布置83.2 受热面的布置83.3 锅炉汽水系统8第四章 燃烧产物和锅炉热平衡计算114.1 燃烧产物计算114.2 热平衡及燃料消耗量计算15第五章 炉膛设计和热力计算175.1 炉膛结构设计（带前屏过热器）175.2 燃烧器的设计195.3 炉膛和前屏过热器结构尺寸计算215.4 炉膛热力计算（分隔屏过热器）26第六章 后屏过热器热力计算306.1 后屏过热器结构尺寸计算306.2 后屏过热器热力计算32第七章 对流过热器设计和热力计算357.1 对流过热器结构设计357.2 对流过热器结构尺寸计算377.3 对流过热器热力计算38第八章 高温再热器设计和热力计算418.1 高温再热器结构设计418.2 高温再热器结构尺寸计算438.3 高温再热器热力计算44第九章 第一、二、三转向室及低温再热器引出管的热力计算479.1 第一、二、三转向室及低温再热器引出管结构尺寸479.2 第一、二、三转向室及低温再热器引出管热力计算49第十章 低温再热器热力计算5510.1 低温再热器结构尺寸计算5510.2 低温再热器热力计算57第十一章 旁路省煤器热力计算5911.1 旁路省煤器结构尺寸计算5911.2 旁路省煤器热力计算60第十二章 减温水量校核6312.1 减温水量校核结果列于下表。63第十三章 主省煤器设计和热力计算6413.1 主省煤器结构设计6413.2 主省煤器结构尺寸计算6613.3 主省煤器热力计算66第十四章 空气预热器热力计算6914.1 空气预热器结构尺寸6914.2 空气预热器热力计算70第十五章 热力计算数据的修正和计算结果汇总7415.1 热力计算数据的修正7415.2 排烟温度较核7415.3 热空气温度较核7515.4 热平衡计算误差较核7515.5 热力计算结果汇总76总结78感谢79参考文献8079 摘要与发达国家相比，我国电力工业的起步较晚。经过半个多世纪的学习、借鉴和发展，现在，我国已有能力自行制造1000MW的超临界、超超临界电站锅炉。虽然我国已有大量亚临界及其以上大型锅炉自主的制造和运行经验，但与世界先进机组相比还有一定差距，应当尽快进行改造，缩短这些差距。本设计是300MW亚临界自然循环锅炉炉膛的设计，在设计过程中，能对锅炉在燃煤过程中可能遇到的问题进行一些分析和思考，进一步降低每千瓦的设备投资、金属消耗，并提高机组运行的经济性和安全性，高参数、大容量、高自动控制技术的大型电站锅炉在运行中存在的过热器和再热器超温爆管、水冷壁高温腐蚀及爆管、尾部受热面的磨损、腐蚀等现象的发生，这些现象不仅降低了锅炉的热效率，同时也影响锅炉的安全性和可靠性。通过设计本身，了解锅炉结构知识，为今后工作中可能遇到的锅炉问题，能够提供一些理论支持。设计锅炉炉膛需要分析、了解锅炉受热面布置细节，充分了解炉膛结构设计与炉膛容积；炉膛内炉墙总面积；炉膛有效辐射受热面积；炉膛火焰有效辐射层厚度；炉膛水冷程度等因素的影响，通过多次取值校核，让炉膛出口烟温与估值能够在53.63，使本身设计更加适合煤种燃烧的要求。关键词：煤种分析、炉膛、热力计算、校核ABSTRACTCompared with developed countries, Chinas power industry started late. After half a century of study, learn and develop, and now, China has the ability to manufacture 1000MW supercritical, ultra-supercritical power plant boiler. Although China has a large number of sub-critical and more self-sufficient large boiler manufacturing and operation experience, but the world still lags far behind the advanced units, should be transformed as soon as possible to shorten the gap. This design is sub-critical 300MW natural circulation boiler furnace design, design process, the process can be coal-fired boiler in question might encounter some analysis and reflection, to further reduce the equipment investment per kilowatt, metal consumption, and improve unit operation and security of the economy, high-parameter, large capacity, high automatic control technology in the operation of large boiler superheater and there Reheater temperature burst pipes, water wall,high-temperature corrosion and burst pipes, rear heating surface wear, corrosion and other phenomena, these phenomena not only reduces the thermal efficiency of the boiler, but also affect the safety and reliability of the boiler. Through the design itself, to understand the boiler structure knowledge for future work that may be encountered in the boiler problem,can provide some theoretical support.Design of boiler furnace needs to understand the layout of the boiler heating surface details, fully understand the structural design of the furnace and the furnace volume; the total area of the furnace wall furnace; active radiation heating furnace area; effective radiation thickness of the furnace flame; furnace water level and other factors, checked by multiple values, so that furnace exit gas temperature and the valuation can 53.63 , so that their design is more suitable for the requirements of coal combustion.Key words: coal analysis furnace thermal calculation ,check.第一章 设计任务书1.1 设计题目 300MW汽轮发电机组亚临界自然循环锅炉设计1.2 原始资料 1.2.1 锅炉蒸发量 1025t/h 1.2.2 再热蒸汽流量 842.3t/h 1.2.3 给水温度 280 1.2.4 给水压力 19.77MPa 1.2.5 过热蒸汽温度 540 1.2.6 过热蒸汽压力 17.5MPa 1.2.7 再热蒸汽进入锅炉机组时的温度 330 1.2.8 再热蒸汽离开锅炉机组时的温度 540 1.2.9 再热蒸汽离开锅炉机组时的压力 3.86MPa 1.2.10 再热蒸汽离开锅炉机组时的压力 3.66MPa 1.2.11 周围环境温度 20 1.2.12 燃料特性 燃料名称：四川芙蓉煤 燃料应用基成分（%） =55.19; =1.51; =2.51; =2.38; = 0.74; =9; =28.67。 煤的可燃基挥发分：=13.25% 煤的低位发热量： =20900kJ/kg 灰熔点：ST=1245 , FT=1295 1.2.13 制粉系统 中间贮仓式,闭式热风送粉，筒式钢球磨煤机 1.2.14 汽包工作压力 18.77MPa 提示数据：排烟温度假定值=127，热空气温度假定值=320。第二章 煤的元素分析数据校核和煤种判别2.1 煤的元素各成分之和为100%的校核Car+Oar+Sar+Har+Nar+Mar+Aar=55.19+1.51+2.51+2.38+0.74+9+28.67=1002.2 元素分析数据校核 2.2.1 可燃基元素成分的计算 可燃基元素成分与应用基元素成分之间的换算因子为 Kr=100/(100-Mar-Aar)=100/(100-9-28.67)=1.604可燃基元素成分为（%） Cdaf=k*Car=1.604*55.19=88.52 Hdaf=k*Har=1.604*2.38=3.818 Ndaf=k*Nar=1.604*0.74=1.187 Odaf=k*Oar=1.604*1.51=2.422 Sdaf=k*Sar=1.604*2.51=4.026 2.2.2 干燥基灰分的计算 Aad=100/(100-Mar)*Aar=100/(100-9)*28.67=31.5% 2.2.3 燃基低位发热量（试验值）的计算 =（Qar,net+25Mar）100/（100-Mar-Aar） =（20900+25*9)100/（100-9-28.67） =33892(kj/kg) 2.2.4 可燃基低位发热量的计算 =339Cdaf+1030Hdaf-109（Odaf-Sdaf） =339*88.52+1030*3.818-109(2.422-4.026) =34116(kj/kg) -=34116-33892=224 4% 所以属于高灰分煤。第三章 锅炉整体布置的确定 3.1 锅炉整体的外型选形布置 选择形布置的理由如下： 3.1.1 锅炉排烟口在下方，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； 3.1.2 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； 3.1.3 各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热； 3.1.4 机炉之间连接管道不长。3.2 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。为使炉膛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。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，竖井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区域，低温再热器设置在尾部竖井烟道中。但是，为了再热器的调节，使负荷在100% 75% 之间变化时，再热器出口气温保持不变，在低温再热器旁边（竖井烟道的前部）设置旁路省煤器，前后隔墙省煤器采用膜式水冷壁结构。在低温再热器及旁路省煤器的下面设置主省煤器。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 tlk=330，理应采用二级布置空气预热器，但在主省煤器后已经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，因此采用单级的回转式空气预热器，并移至炉外布置。在主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，颗粒较大的灰粒顺着落灰斗下降，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。3.3 锅炉汽水系统按临界压力超大容量锅炉热力系统设计的要求，该锅炉汽水系统的流程设计如下：3.3.1 水系统的流程 给水主省煤器进口主省煤器管束主省煤器出口集箱 隔墙省煤器出口集箱 前隔墙省煤器进口集箱前隔墙省煤器管束上联箱汽包 后隔墙省煤器进口集箱后隔墙省煤器管束 集箱旁路省煤器进口集箱旁路省煤器及斜烟道包覆管束后墙引出管汽包下降管下联箱 左右侧墙水冷壁 前后侧墙水冷壁 3.3.2 过热蒸汽系统流程 汽包饱和蒸汽引出管顶棚入口联箱顶棚管顶棚出口联箱 顶棚旁通管后烟道后包覆下部后烟道后墙下联箱后烟道侧后下联箱后烟道侧包覆后部 后烟道侧墙上联箱后部后烟道侧前下联箱后烟道侧包覆壁前部后烟道侧墙上联箱前部后烟道前墙下联箱后烟道前墙包覆壁和延伸光管段 连接管水平烟道侧墙下联箱水平烟道侧墙及底包覆壁水平烟道侧墙上联箱连接管后烟道后墙包覆壁后烟道顶部包覆壁后烟道前墙上联箱水平低温过热器入口联箱水平低温过热器垂直低温过热器垂直低过热器出口联箱 分隔屏入口联箱减温器出口连接管级减温器减温器入口连接管 冷却管入口管冷却管夹定位管冷却管夹出口管左右交叉 分隔屏分隔屏出口联箱连接管后屏进口联箱后屏 减温器出口连接管 级减温管 后屏出口连接管后屏出口联箱末级过热器入口联箱末级过热器末级过热器出口联箱过热蒸汽集气管。3.3.3 再热蒸汽系统的流程 冷段进口管道事故喷水减温器前墙辐射再热器入口联箱 前墙辐射再热器出口联箱前墙辐射再热器 侧墙辐射再热器出口联箱侧墙辐射再热器侧墙辐射再热器入口联箱后屏再热器入口连接管后屏再热入口联箱后屏再热器后屏再热出口联箱再热集汽管末级再热出口联箱末级再热器末级再热入口联箱交叉连管第四章 燃烧产物和锅炉热平衡计算4.1 燃烧产物计算 4.1.1 理论空气量及理论烟气容积 理论空气量 V0=5.570 Nm3/kg; 理论氮气容积 =4.406 Nm3/kg; 三原子气体的容积 =1.058 Nm3/kg; 理论水蒸汽容积 =0.465 Nm3/kg; 理论烟气容积 =5.919 Nm3/kg。 4.1.2 空气平衡表及烟气特性表 根据该锅炉的燃料属劣质烟煤，可选取炉膛出口过量空气系数=1.2 ， 又选取各受热面烟道的漏风系数，然后列于空气平衡表。（如表4-1 ） 根据上述计算出的数据，选取炉渣份额后计算得飞灰份额=0.9 ，计 算表 4-2 列出的的各项，此表为烟气特性表。表 4-1 空气平衡表过量空气系数 受热面名称炉膛，后屏过热器（l,hp）对流过热器(dlgr)高温再热器(gzr)低温再热器，旁路省煤器（dzr,psm）主省煤器(sm)空气预热器(ky)进口51.281.311.33漏风0.050.030.030.020.2出口81.311.331.53 4.1.3 烟气焓温表表4-2 烟气特性表项目名称符号单位l.hpdlgrgzrdzr,psmsmky烟道进口过量空气系数51.281.311.34烟道出口过量空气系数81.311.341.53烟道平均过量空气系数1.1751.2251.2651.2951.321.53过剩空气量Nm3/kg1.1141.10410.48590.48831.78242.4508水蒸汽容积Nm3/kg0.48290.48280.48590.48830.49370.5045烟气总容积 Nm3/kg7.05097.04087.24037.38997.73008.4090气体占烟气容积份额0.14850.14870.14470.14170.13550.1246水蒸汽占烟气容积份额0.06850.06860.06710.06610.06390.0600三原子气体和水蒸汽占烟气容积总份额0.2170.21730.21180.20780.19940.1846烟气质量kj/kg8.5479.6249.914910.133110.31511.188飞灰无因次浓度kj/kg0.03020.02680.02600.02480.02500.0231表4-3 烟气焓温表顺序烟气（空气）温度理论烟气焓理论空气焓烟气的焓炉膛，后屏过热器对流过热器高温再热器低温再热器，旁路省煤器主省煤器空气预热器空预器冷段11008227359821026100710912200166614821860198921179672096109933002534224527882827408532169969834400343030193692377138239871008102255004347381045804679477948459891045103110116600528946235449556956905810589093998296091777006258544763666508665067921095953113888007244628974617461778810081198990082477141846986591166101000926679939635120159761111001029988841061110801212001134397641169113130012404106611414001346811563151500145421247116160015627133851717001671614298181800178121521719190018910161472020002001417078212100207321801322220022238189494.2 热平衡及燃料消耗量计算 表4-4 热平衡及燃料消耗量计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1燃料带入热量kJ kg Qar .net209002排烟温度J py假定1273排烟焓kJ kg查焓温表 31049.94冷空气温度给定205理论冷空气焓kJ kg查焓温表 3137.46机械不完全燃烧热损失q4%取用37化学不完全燃烧热损失q3%取用08排烟热损失q2%49散热损失q5%查图 2-150.410灰渣物理热损失q6%Qar,net 419 Aar 8m,所以炉膛高度设计合理23.7185.3 炉膛和前屏过热器结构尺寸计算36005518燃烧器中心线13003000297001443106501700034982500780图 5-4 炉膛结构尺寸鳍片管 d= 606 s= 23801240130401220048143119581159517007166图 5-5 燃烧器喷口结构尺寸50011958二一一250300300350238二一一一三二二（a）主视图（b）侧视图图5-6 前屏过热器结构尺寸，s1= 1400 ；s2= 61；R = 120 ；n1= 48 ；z1= 4 。1137242417000421137锅炉中心线1400142514001400根据炉膛和前屏过热器的结构尺寸，计算炉膛和前屏过热器结构尺寸数据，列于表5-3和表5-4 中。表5-3 炉膛结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1侧墙面积A1据附图 3-5， 5.518*1793.8A2据附图 3-5，0.5*(9.7+13.04)*1.44316.41A313.04*29.7362.34A4 0.5*(13.04+7.166)*330.3AcA1 + A2 + A3 + A4502.852前墙面积Aq见图725.63后墙面积Ah见图522.74炉膛出口烟窗面积Ach见图54.55炉顶包覆面积Ald见图726前屏面积Aqp2*7*5.518*17=1313.131313.37燃烧器面积Ar据附图 3-5 4 *1.2 *6（燃烧器布置的总宽度和高度分别为 1.2m 和 6m ）28.88前后侧墙水冷壁角系数x按膜式水冷壁选取19炉顶角系数xld查附录三图0.9710前屏角系数xqp查附录三图0.9911炉膛出口烟窗处系数处角系数xch选取112整个炉膛的平均角系数-x（2AC x +Aq x +Ah x +Ach xch +Ald xld +Aqp xqp ）/(2Ac +Aq+Ah +Ach +Ald+Aqp)0.97713前屏区的侧墙面积A pqc据附图 3-5 2*17*5.518187.6114前屏区的炉顶面积Apqld据附图 3-5 13.04*3.49845.6115前屏区的炉墙面积A pqA pq，c + Apq，ld233.2216炉膛自由容积的水冷壁面积Azy2118.4817炉膛容积VlAca6134.7718前屏占据面积VP据图 1144.419炉膛的自由容积V zyVl -VP4990.420前屏区与炉膛的水平分割面积Af,sm据图 67.3221前屏区与炉膛的垂直分割面积Af ch据图 414.822自由容积的辐射层有效厚度S zym3.6Vzy /Azy8.4823前屏间容积的辐射层有效厚度S pqm3.6Vp /(Aqp +Apq +Af .sh+Af .ch )2.0324炉膛的辐射层有效厚度Sm 8.76325燃烧器中心线的高度hrm据图10.67926炉膛高度H lm据图48.14327燃烧器相对高度Hr /H lhr / H l （见附图 3-5 hr = 6.802m ）0.22328火焰中心相对高度xlhr / H l + x 0.223表5-4 前屏过热器结构尺寸计算序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1管径及壁厚mm有结构设计知5162单片管子根数N1根有结构设计知483前屏片数Z1片有结构设计知44蒸汽流通截面积Am20.7850.3925蒸汽质量流速Kg/()668.26前屏蒸汽平均比容查蒸汽特性表，P=18.3MPa，t=3720.0147蒸汽流速m/s9.358前屏辐射受热面积m22z12.42410437.035.4 炉膛热力计算（分隔屏过热器）炉膛的热力计算结果列于表中表 5-5 炉膛热力计算（带前屏过热器）序号名 称符 号单位计算公式或数据来源数 值1热空气温度trk给定3302理论热空气焓HorkKJ/kg查焓温表3-324773炉膛漏风系数al由空气平衡表3-1知0.054制粉系统漏风系数azf选用0.065冷空气温度tlk给定206理论冷空气焓HlkokJ/kg查焓温表3-3129.67空预器出口过量空气系数kyal - (al + azf )1.098空气带入炉內热量QkkJ/kgky Hork + (al+azf ) Hlko2714.291kg燃料带入炉內热量QlkJ/kgQr(100-q3-q4-q6 )/(100-q4)+Qk27614.2 10理论燃烧温度a根据Ql 查焓温表3-3200011炉膛出口烟温l假定110012炉膛出口烟焓HlkJ/kg查焓温表4-31029913烟气的平均热容量VcpjkJ/(kg )(Ql - Hl) / (a -l)14.814水蒸汽容积份额rH2O查烟气特性表4-20.068515三原子气体容积份额rn查烟气特性表1-30.21716三原子气体分压力pnMpap.rn(p为炉膛压力，0.098MPa)0.02117pn与S的乘积PnSm.MpaPnS0.18418三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.MPa)10(0.78+1.6rH2o)/(10pns)1/2-0.1)(1-0.37Tl/1000)3.319灰粒子辐射减弱系数Kh1/(m.MPa55900/(T2 ld2h)1/38020焦炭粒子辐射减弱系数Kj1/(m.MPa)取用1021无因次量x1按参考文献1选取0.522无因次量x2按参考文献1选取0.123半发光火焰辐射减弱系数K1/(m.MPa)Kyrn+Khh+kjx1x24.124乘积KpSKpS2.325炉膛火焰有效黒度ahy1 - e-kpS0.926乘积PnSzym.MPaPnSzy0.1460.15327自由容积内三原子气体辐射减弱系数Ky1/(m.MPa)10(0.78+1.6rH2o)/(10pnnSxy)1/2-0.1)(1-0.37 Tl/1000)3.0128乘积kpSyz(Kyrn+Kh h+kj x1x2)pSzy2.5929自由容积的火焰有效黑度azy1e-kpszy0.8930乘积PnSpqmMPaPnSpq0.0