410t燃贫煤煤粉锅炉毕业设计说明书.doc

河北联合大学毕业设计说明书摘要54摘 要本文设计的是410t/h燃贫煤高压煤粉锅炉，其过热蒸汽压力为9.8MPa，过热蒸汽温度为540，给水温度为215。锅炉采用单锅筒，自然循环型布置固态排渣。采用直吹式系统，四角切圆燃烧，直流燃烧器，重油点火。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁，炉膛出口处布置屏式过热器，折焰角斜坡上有高温对流过热器，水平烟道为低温对流过热器，且布置了两级喷水减温器，便于调节蒸汽温度。尾部竖井部分交错布置两级省煤器和两级空气预热器。省煤器双侧进水，空预器为双面进风的管式空预器。屏式过热器采用振动吹灰，对流过热器采用蒸汽吹灰，尾部受热面采用钢珠吹灰。关键词：贫煤；高压；自然循环；四角切圆燃烧AbstractThis design is for 410t / h high-pressure lean coal boiler, whose superheated steams pressure is 9.8Mpa, superheated steams temperature is 540 , feed-waters temperature is 215 . The boiler is -type with single drum, and it uses natural circulation, direct-firing system, four corner tangential combustion The front of the boiler is the furnace, which is full of water-colded walls. The superheater lays at the furnace exit, the high-temperature superheater is on the slope of furnace, the low-temperature superheater is at the horizontal flue, the tail-flue is furnished with two economizers and two air preheaters. The superheater sets vibration ash-removal equipments, the convection superheaters set steam ash-removal equipments ,the tail-heated surface sets steel ball ash-removal equipments.Keywords: lean coal, high-pressure, natural circulation, four corner tangential combustion河北联合大学毕业设计说明书目录目 录引 言11 文献综述21.1 课题背景及意义21.1.1 课题背景21.1.2 锅炉发展简史21.1.3 我国电站锅炉发展概况31.1.4 国外电站锅炉机组的发展51.1.5 锅炉发展新技术51.2 主要研究内容、应用价值、创新71.2.1 主要研究内容71.2.2 应用价值71.2.3 创新71.3 拟采用的研究方法71.4 预期达到的目标、困难设想81.4.1 预期达到的目标81.4.2 困难设想82 锅炉结构设计说明92.1 锅炉的总体布置92.2 锅炉结构102.2.1 炉膛水冷壁102.2.2 锅筒及锅筒内设备122.2.3 燃烧设备142.2.4 蒸汽过热器及汽温调节152.2.5 省煤器172.2.6 空气预热器192.2.7 除渣装置212.2.8 吹灰装置212.2.9 锅炉构架222.2.10 密封装置222.2.11 炉墙结构233 热力计算243.1 主要设计参数243.2 燃料特性243.3 辅助计算243.3.1 空气平衡243.3.2 燃烧产物体积及焓的计算243.3.3 烟气特性计算253.3.4 烟气的焓温表253.3.5 锅炉热平衡及燃料消耗量计算253.4 炉膛的结构及热力计算253.5 屏式过热器的结构及热力计算253.6 对流过热器的结构及热力计算263.7 转向室的结构及热力计算263.8 热量分配263.9 省煤器和空气预热器的结构及热力计算263.10 热力计算主要参数汇总26结 论27致 谢28参考文献29附录 热力计算表30附录 锅炉部件结构图76河北联合大学毕业设计说明书引 言锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热给水，生产规定参数和品质的蒸汽的设备，又称蒸汽发生器。锅炉的一个主要用途是发电，是火力发电厂的三大主机之一，在电力生产过程中占有重要地位。在各种工业企业的动力设备中，锅炉也是重要的组成部分。锅炉生产的蒸汽供工业生产直接使用，还供取暖使用。还有用于生活热水供应、洗浴和采暖的所谓生活锅炉。因此，锅炉工业的发展对于中国国民经济乃至人民生活水平的提高都有着十分重要的作用。目前我国的能源结构为：以煤为主，还有石油、天然气、水能等常规能源，核能，以及太阳能、生物能、地热能、风能等新能源。当代人类利用能源的主要形式之一是电能，需要通过各种途径将各种能源转变为电能。我国的能源结构决定了我国电力建设的总方针：优先发展火电，积极发展水电，适当发展核电，因地制宜发展新能源发电，重点发展电网，开发与节约并重，高度重视环保，提高能源利用效率。改革开放以来，电力行业发展很快，从1978年到1998年的21年间，装机容量以每年8.35的速度增长，使我国电力行业跃居世界前列。1998年装机容量27729kW，位居世界第二位，仅次于美国；2000年4月突破3亿kW。我国发电量及发电量及发电装机总量均超过日本，跃居世界第二位。至2007年底，全国电力行业装机容量已达7.13亿千瓦。其中应用煤等化石燃料发电的火电装机容量高达5.54亿千瓦，约占全国总装机容量的77.7%。而火力发电的发展要求锅炉工业以相应的速度发展。本设计就是针对410t/h燃贫煤高压煤粉锅炉进行设计的。通过本次设计，进一步学习了本专业的知识，以及锅炉设计与制造中应该注意的一些事项，为以后的工作学习奠定基础。1 文献综述1.1 课题背景及意义1.1.1 课题背景根据地质勘探工作的成果，我国常规能源探明总资源量超过8230亿吨标准煤，探明剩余可开采总储量1392亿标准煤。能源探明总量的结构为：原煤87.4%，原油2.8%，天然气0.3%，水能9.5%。能源剩余可采总储量的结构为：原煤58.8%，原油3.4%，天然气1.3%，水能36.5%。我国的能源结构决定了我国电力建设的总方针：优先发展火电，积极发展水电，适当发展核电，因地制宜发展新能源发电，重点发展电网，开发与节约并重，高度重视环保，提高能源利用效率。至2007年底，全国电力行业装机容量已达7.13亿千瓦。其中应用煤等化石燃料发电的火电装机容量高达5.54亿千瓦，约占全国总装机容量的77.7%。根据我国常规能源结构中煤炭比重高的实际情况，在今后相当长时间内，我国电源结构的主力仍将是火力发电。为此，我国必须科技先行，加紧发展高效洁净煤发电技术，以提高化石燃料的资源利用率和加强环境保护。火力发电和工业生产需要燃烧燃料，也就需要锅炉。锅炉是火力发电厂的三大主机之一，火力发电的发展要求锅炉工业以相应的速度发展。在各种工业企业的动力设备中，锅炉也是重要的组成部分。锅炉生产的蒸汽供工业生产直接使用，还供取暖使用。还有用于生活热水供应、洗浴和采暖的所谓生活锅炉。用于工业生产和生活的锅炉数量大、分布广。随着人民生活水平的提高，对能源的需求量急剧增大，锅炉的数量也就越来越多。进行燃煤锅炉的设计，可以拓宽我们的视野和思路，有助于加深对专业知识的理解，锻炼我们查阅资料的能力，为以后的工作和再学习打下坚实的基础。1.1.2 锅炉发展简史据考证，公元前200年左右，古希腊一位叫希罗Hero的人发明了一种可供宫廷欣赏之用的装置。由于下部容器中的水受热后转变成为蒸汽，在反冲力的作用下会使得上方的圆球旋转。据认为，这是最早利用水蒸汽产生动力的装置，也因此被认为是最早的锅炉。但直到工业革命之前，所谓的锅炉没有发展。工业革命在英国迅速发展后，由于矿井抽水的需要，对动力的需要增大，瓦特在纽卡门的发明的基础上，完善了蒸汽机。当时用于产生蒸汽的锅炉主要为圆筒形，筒外加热。随着工业的发展，锅炉向以下两个方向发展：.在圆筒内部增加受热面积，开始是在一个大圆筒内增加了一个锅筒，然后增加到两个，直到多个。最后发展为现代的火管锅炉。.增加筒外部的受热面积，即增加水筒的数目，燃料在筒外燃烧，与火管锅炉的发展相似，水筒的数目不断增加，发展成为很多小直径的水管。由于水在管中流动，故称为水管锅炉。从1840年出现第一台水管锅炉之后，相继出现了各种类型的水管锅炉。水管锅炉的发展为大容量、高参数现代大型动力锅炉奠定了基础。水管锅炉的发展有两个分支：横水管锅炉和竖水管锅炉。横水管接近水平放置，其中水的流动性不好，此外，增加受热面仍受到锅筒直径的限制，因此横水管锅炉逐渐被淘汰。竖水管锅炉是现代锅炉的主要形式。它出现于1900年，初期采用直水管，后逐渐被弯水管所代替。经过多年的发展，现已出现了单锅筒的大容量锅炉和无锅筒的直流锅炉。总之，锅炉的发展史就是增加蒸发量、提高蒸汽参数、减少煤耗、节省钢材和改进工艺过程的历史。1.1.3 我国电站锅炉发展概况总体来说，中国的电力工业发展很快，创造了世界电力发展史上的奇迹。我国电力装机容量1987年突破1万亿千瓦，1995年达到2万亿千瓦，2000年突破3万亿千瓦，自2004年突破4万亿千瓦以来，我国发电装机容量以每年新增1万亿千瓦的迅猛势头，2008年底已经达到7.9253亿千瓦。1990年底，我国发电装机容量仅为美国20.3%；截止2007年底，我国发电装机容量已经达到美国的68%左右，差距大大缩小。2007年底，我国发电装机容量已大致相当于世界前十位电力大国中日本、德国、加拿大、法国和英国5个国家发电装机容量的总和。我国仅2006年一年投产的发电装机容量，就已经相当于加拿大、法国、德国和英国这几个国家的发电装机容量之和。在电力总量快速增长的同时，电能质量也明显提高。一方面，改革开放初期，中国只有为数不多的200MW的火电机组。目前，300MW及以上大型火电机组比重达到59%。600MW及以上清洁高效机组已成为新建项目的主力机型，并逐步向世界最先进水平的百万千瓦级超超临界压力机组发展。截止2008年9月底，全国已经有10台百万千瓦超超临界压力机组投运。大机组的广泛应用是我国火电的发电效率大大提高。另一方面在电力的节能环保方面也取得了长足的进展：2007年，全国共关停小火电机组553台，容量达1438万千瓦，比当年关停1000万的目标超额了43.8%。2007年，全国6000千瓦及以上电厂供电煤耗比2006年降低11g/(kWh)，达到356 g/(kWh)，比1978年降低115 g/(kWh)，是近年来下降幅度最大的一年，全年节约标准煤2800万吨左右。2008年110月份该值达到347 g/(kWh)，当年美国是360 g/(kWh)左右。2006年建成并投入运行的燃煤电厂脱硫装机容量超过新增发电装机容量；装备脱硫设备的火电机组占全部火电机组的比重逐年增加。另外我国电力制造业和电网的发展都取得喜人的进步。虽然我国取得而来上述的一系列成果，但我们也应该清醒的认识到，目前我国用电水平仍然低下，人均装机容量小，尚有2300万人没有用上电。未来20年，中国经济要保持7%以上的经济增长，每年将要新增电力装机容量2500万千瓦，按每千瓦7000元造价计算，每年电力新增装机将新增投资达1750亿元。根据目前的现状，火电所占比重约为72.5%，也就是说在未来20年，每年火电厂要新增装机约为1800万千瓦，每年新增火力发电总投资将达1260亿元，这是一个非常巨大的电力市场。我国是世界上最大的煤生产和消耗国，主要用作燃料，在我国一次能源构成中占据着绝对主要的地位。然而，煤在燃烧过程中将产生大量的灰渣、二氧化硫、氮氧化物等污染物，严重污染生态环境。因此提高效率，降低成本，优化资源配置，促进电力发展，是我国电力体制改革的总体目标。提高火电厂的热经济性（减少能耗），不仅是降低发电成本本身的需要，而且减少一次能源的消耗，减少氮氧化物和硫氧化物的排放，有利于对资源和环境的保护，实现可持续发展。此外，研究如何提高锅炉的安全性、经济性，降低其造价，增长其使用寿命，特别是提高其效率，提高对燃料的利用率，减少其对环境的污染等方面要求更高。我国锅炉行业将出现大的转型，主特别是改善大气环境、提高能源利用率越来越为各行各业和各级政府部门关注，减排、烟气脱硫、煤气化等技术得到广泛应用，淘汰燃煤锅炉成为大势所趋，各种燃气、电热等环保锅炉正赢得市场和政府监管部门的青睐。此外，垃圾的综合利用已引起社会各界的高度重视，对垃圾进行处理的焚烧炉将具有广阔的市场发展前景。我国火力发电发展的主要方向：继续实行大电站、大机组、高参数、环保节水的技术路线，采用超临界、超超临界压力机组及循环流化床技术，整体煤气化发电技术等以提高火力发电厂效率、降低发电成本、减少环境污染为目标。1.1.4 国外电站锅炉机组的发展1.煤粉发电锅炉技术和继续实行大电站、大机组、高参数、环保节水的技术路线，采用超临界、超超临界压力机组技术。大容量锅炉关键技术属于现代高技术领域。国外锅炉技术的发展经历了一个向高参数、大容量发展的过程。目前国际上超超临界机组最大容量已达1300MW，最高发电效率可达49%。燃烧效率可达到99%，热效率92%-93% ，已几乎接近极限。2.循环流化床发电锅炉技术各国都在寻求新的燃烧方式代替传统的火电设备。从20世纪80年代开始的，在20世纪90年代已经达到实施阶段的大型循环流化床锅炉（CFB）和燃煤联合循环机组（加压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）和整体煤气化联合循环（IGCC），就是典型的代表。循环流化床是目前洁净煤技术中一项成熟的技术，正在向大型化发展。从上个世纪70年代末, 世界上第一台商业运行循环流化床锅炉投入运行, 到现在近30年的历史中, 循环流化床锅炉技术得到了迅速发展。循环流化床（CFB）燃烧技术是目前已基本实现大型化和商业化的洁净煤燃烧技术，由于具有燃烧效率高、污染小、煤种适应性好、负荷调节范围大等优点，在世界各主要工业国家得到大力发展和推广应用。在短短的二十多年，国外CFB锅炉容量已达到300MW（1025t/h）。福斯特惠勒(芬兰)公司设计的600MW和800MW超临界压力循环流化床锅炉也即将投入市场。目前国外大型循环流化床锅炉主要有两大流派，即Lurgi派和FW Pyropower派。据国外资料分析，采用大型循环流化床锅炉的电厂，其单位造价可比传统的煤粉锅炉加装烟气脱硫装置低8%10%。1.1.5 锅炉发展新技术洁净煤技术（clean coal technology，CCT）一词源于美国，它是指煤炭从开发到利用全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等高新技术的总称。洁净煤技术按其生产和利用的过程可分为三类：第一类是在燃烧前的煤炭加工和转化技术。第二类是煤炭燃烧技术，主要是洁净煤发电技术。第三类是燃烧后的烟气净化技术。洁净煤技术与电站和锅炉经济、环保的运行息息相关。煤炭净化是一个总称，又叫煤炭处理或煤炭精选。它为降低各种煤的硫分和矿物质含量提供了一种重要的符合环保要求的、合理的和经济的方法。同时还可以降低单位能量的运输费用，增加装运效率、降低煤炭用户的废物处理费用，提高锅炉效率、减少锅炉结渣，提高发电能力等。至今为止，物理净化方法是唯一工业化的煤炭净化方法，我国广泛采用的有跳汰法、重介质选煤法和浮选法。煤的先进燃烧技术是指通过在燃烧过程中改变燃料性质、改进燃烧方法、调整燃烧条件、适当加入添加剂等方法来控制污染物的生成，从而实现污染物排放量的减少。目前比较成熟且应用较广的先进燃烧技术有：煤粉低NOx燃烧技术、循环流化床燃烧技术、水煤浆燃烧技术。虽然通过煤的洗选、燃烧中降低污染物排放等措施，但还是有相当多的大气污染物在燃烧后形成并排入到大气中。因此，在烟气排入大气之前要脱除其中的有害物如SO2、NOx、颗粒物和CO2等。工业上，最常见的燃煤烟气净化技术有颗粒物的脱除技术（即除尘技术）、烟气脱硫技术和烟气脱硝技术。在工业实际中，根据利用的除尘原理，人们习惯将除尘技术分为4大类：机械式除尘技术、静电除尘技术、过滤除尘技术和湿式除尘技术。按脱硫过程和脱硫产物的干湿状态，烟气脱硫技术（FGD）可分为湿法和干法/半干法。湿法烟气脱硫的典型技术工艺有石灰石-石膏湿法脱硫法、氨法AMASOX工艺、亚钠循环法和海水脱硫法。干法/半干法烟气脱硫技术主要有喷雾干燥法脱硫技术、炉内喷钙尾部增湿技术、烟气循环流化床脱硫技术和干法催化烟气脱硫技术。烟气脱硝技术主要有以下几种：选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）、选择性催化还原脱硝技术（SCR）和湿式烟气脱硫技术。近些年来，为了减少烟气净化的投资，简化工艺，同时脱硫脱硝技术受到了越来越多的重视。目前广为关注的同时脱硫脱硝工艺有：电子束氨法和脉冲电晕法、活性炭加氨吸附法、NOXSO工艺、SNOX工艺、SNRB工艺、氧化铜法和湿式FGD加金属螯合物法。洁净煤发电技术就是尽可能高效、清洁地利用煤炭资源进行发电的相关技术。目前主要有超超临界发电（USC）技术、整体煤气化联合循环（IGCC）技术、燃煤增压流化床（PFBC）锅炉联合循环技术、整体煤气化-燃料电池（IGMCFC）联合循环技术和整体煤气化湿空气联合循环（IGHAT）技术。1.2 主要研究内容、应用价值、创新1.2.1 主要研究内容.进行锅炉方案设计，并进行方案论证。.根据设计参数，进行热力计算。.绘制锅炉总图（1张A0），燃烧器总图（1张A1）。.总结自己的设计，写一篇2000字的概述并翻译成英语。.书写2万字的说明书。1.2.2 应用价值本次设计的结果对实际的锅炉设计有一定的参考价值。1.2.3 创新主要设计参数：蒸发量：410t/h 过热蒸汽压力：9.8MPa 过热蒸汽温度：540 热风温度：372 空气进口温度：30 给水温度：215排烟温度：138 燃烧器上倾角：8煤种特性（铜川三里洞矿）：Car=56.67 Har=2.89 Oar=2.83 Nar=0.64 Sar=5.30 Aar=26.77 Mar=4.90 Vdaf=18.52 Qnet,ar=23358KJ/kgHGI=80DT1400本次设计为燃贫煤高压锅炉。煤种的挥发分Vdaf和发热量Qnet,ar这两个指标较好，水分合适，不易结渣，煤的可磨性好，但是灰分较高，含硫量很高。在进行设计时应根据锅炉特点和煤种特性采用先进的技术。1.3 拟采用的研究方法经过前期下厂参观实习，对电站锅炉机组设备在总体上获得一定的感性认识。根据锅炉参数和煤种这两个约束条件进行合理的设计计算。1.4 预期达到的目标、困难设想1.4.1 预期达到的目标.了解煤粉锅炉的结构布置及设计方法；.了解燃烧器结构特点及布置；.了解炉膛卫燃带面积和燃烧器布置方式对其结构的影响；.了解电站锅炉的热力计算方法；.掌握CAD绘图。1.4.2 困难设想由于缺乏经验，在选取某些参数时可能不够合理，造成计算结果偏差较大，需要多次校核，影响设计进度。2 锅炉结构设计说明2.1 锅炉的总体布置锅炉外形的选择应该考虑到：工作可靠、锅炉本身及厂房建筑和连接风道管道金属材料消耗少、成本低、检修及运行操作方便。因此，锅炉外形的选择不仅与锅炉各部件的构造和布置有关，也涉及到整个电站的布置，特别是汽机的配合问题。对于中参数和中参数以上的电站锅炉大多采用室燃方式，从热循环效率和炉膛内燃烧工况来考虑，要求给水温度和热空气温度较高，省煤器和空气预热器成为锅炉热力系统不可缺少的一部分。由于压力较高而使汽化吸热减少，锅炉炉膛水冷壁已经能满足蒸发受热面的要求，因此不需要锅炉管束；同时由于过热气温较高而使过热吸热增加，因而有必要也有可能将一部分过热受热面布置在炉膛上部，即顶棚管过热器及面向炉膛的屏。中参数以上的锅炉一般为电站锅炉，大多数采用室燃方式，一般都有过热器、省煤器、空气预热器等部件，并形成一个整体，本体的外形取决于炉膛和尾部受热面的相对位置。如此锅炉布置的外形就有很多形式，如图所示：图1 锅炉布置形式图（a）是型布置，这种布置是电站锅炉中应用最广泛的方式，各种容量和各种燃料均可采用。其主要特点是：锅炉高度较低，安装起吊方便；受热面易于布置成工质与烟气呈相互逆流；尾部烟道烟气向下流动，有利于吹灰；锅炉烟气出口在底层，送风机、引风机、除尘器等都可以布置在地面；汽机与过热器的连接管道长度较短。其缺点是：占地面积较大；烟道转弯处引起飞灰对受热面的磨损；转弯处气室部分难以被充分利用，当燃用发热值低的劣质燃料时，尾部对流受热面可能布置不下；锅炉容量增大时，尤其是200MW以上的锅炉，燃烧器布置有困难，前墙可能布置不下，前后墙布置则会使煤粉管道复杂，采用四角燃烧时，炉膛和尾部烟道在截面和高度上配合难度也增加。为了克服上述缺点，在型基础上可以有一些变形，如无水平烟道，这种形式结构紧凑，密闭性好，包墙管系统结构简单，有利于受热面采用悬吊结构。还有一种是T型布置，实际上是将尾部烟道分成两部分，对称地放在锅炉两侧，以解决型布置尾部受热面布置困难的问题。图（d）是塔形布置。这种布置的特点是：烟气一直向上流动，炉膛可成正方形，其优点是：所有对流受热面都水平悬吊在炉膛上部，便于疏水；烟道短，烟气速度可以取得较高，使整个锅炉体积缩小，而且使锅炉的占地面积减小；煤粉管道和燃烧器布置方便；整台锅炉为选调结构，只有向下的垂直膨胀，对流受热面管子在一侧集中穿墙，减少了密封面，烟气不改动流动方向，对受热面冲刷均匀，磨损减轻。其缺点是：锅炉很高，安装和检修困难，蒸汽管道的长度和成本增加；炉膛和对流烟道的截面需配合恰当；将空气预热器和送引风机放在顶部，加重了锅炉构架负荷，也增加了安装和检修的困难。图（f）是箱型布置，广泛应用于中、大容量的燃油、燃气锅炉。这里就不详述了。其它各种形式的优缺点不再一一列举。本设计考虑到型布置的优点较多，技术较成熟，因此采用型布置。此锅炉属高参数锅炉，由前面的分析可知，在炉膛出口布置屏式过热器，在顶棚布置顶棚过热器，尾部受热面则采用省煤器和空气预热器交叉双极布置，采用双面进风进水，主要是为了防止温度过高而难于布置。2.2 锅炉结构2.2.1 炉膛水冷壁所谓炉膛水冷壁就是布置在炉膛四周的、管内流动介质一般为水或汽水两相混合物的受热面。管内工质一般向上流动，因而水冷壁也称为上升管。水冷壁基本作用是：（1）吸收炉膛内火焰的热量。由于炉膛内火焰温度较高，且烟速很低，因此这种吸热主要通过辐射方式来进行，在炉膛出口处将烟气的温度冷却到足够低的程度。（2）保护炉墙。由于水冷壁的存在，使得火焰只能部分或完全不接触炉墙，从而起到保护炉墙的作用。除此之外，水冷壁还能起到悬吊炉墙、防止炉膛结渣等作用。水冷壁主要有两种类型，即光管式水冷壁和膜式水冷壁。光管式水冷壁就是通过锅筒及集箱连接起来的一排布置在炉墙内侧的光管；膜式水冷壁就是各光管之间用鳍片或扁钢焊接成的一组管屏。光管式水冷壁由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁、互相平行地垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。光管水冷壁具有制造、安装简单等优点，但它的缺点是保护炉墙的作用小，炉膛漏风严重。由于焊接工艺的限制，以前广泛采用光管式水冷壁。近期随着焊接工艺的日渐成熟，光管水冷壁的使用越来越少。膜式水冷壁有两种型式，一种是光管之间焊接扁钢形成模式水冷壁，一种是由轧制成型的鳍片管焊成。膜式水冷壁对炉墙的保护最好，炉墙的重量、厚度大大减小。因为膜式水冷壁的炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，因而可以采用轻型炉墙。同时，水冷壁的金属耗量增加不多。此外，膜式水冷壁气密性好，大大减少了炉膛漏风，甚至也可以采用微正压燃烧，提高锅炉热效率；由于蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，冷却亦快，可缩短启动和停炉的时间；厂内预先组装好才出厂，可缩短安装周期，保证质量。对于不易着火的燃料，为了使燃料迅速着火和稳定燃烧，或者为了在旋风炉及液态排渣炉中获得较高的温度，常常要把一部分水冷壁管表面遮盖起来，以减少该部位的吸热量，这部分水冷壁表面成为卫燃带。煤的着火性指标：，属于极易燃煤，故不需要敷设卫燃带。较大容量的锅炉一般做成平顶炉，炉顶由顶棚过热器组成，但一般在炉膛后墙水冷壁上部接近炉膛出口处设有折焰角。这样做的目的是：提高炉膛内的充满度，避免涡流与死角，提高炉膛辐射受热面的利用程度，改善屏式过热器及对流过热器的冲刷条件，防止上部烟气短路；增加水平连接烟道长度，在不增加炉膛深度的情况下可以布置更多的对流受热面。为了保持折焰角的形状，常采用三叉管支吊、圆钢支吊、管子支吊三种形式。如图：图2 折焰角支吊形式图（a）是使后墙水冷壁的全部或部分管子弯制成折焰角的形状，用三叉管引出直管与联箱相连。为了保证弯管中的质量流速，在直管引入联箱处装有节流孔板。这种支吊方式结构复杂，对水循环也有不利影响，只适用于高压以下锅炉。图（b）是用圆钢取代直管，也不需要三叉管，结构简单。国内200MW、部分300MW采用此方案。其缺点是吊杆处要敷设炉墙保温，以减小锅炉启停时圆钢和水冷壁之间的温差应力。图（c）所示是使一部分水冷壁管子垂直向上做吊挂管，其余管子弯成折焰角形状。膜式水冷壁由于具有显著的优点，因而得到了广泛的应用，大型锅炉几乎全部采用的是膜式水冷壁。具体到本课题设计的水冷壁是：采用的是由焊接的鳍片管构成的膜式水冷壁，外径为60mm，节距为80mm，四面墙水冷壁的根数均为123根，管子中心至墙的距离为0。为了保证水循环的安全，要对水冷壁进行分组，将受热情况相近的水冷壁管子划分到一个回路中。本设计每面墙分为4片水冷壁，故共44=16个回路。折焰角水冷壁深入炉膛3280mm，占炉膛深度的1/3左右。折焰角的支吊形式采用的是如图（c）所示的管子支吊方式。2.2.2 锅筒及锅筒内设备锅筒是锅炉中最重要的圆柱形承压容器，价格昂贵，其主要作用如下：接受从省煤器来的给水，向过热器输送饱和蒸汽连接上升管和下降管构成循环回路。所以，锅筒是水被加热、蒸发和过热三个过程的连接枢纽。锅筒内有一定数量的饱和水，因而具有一定量的蓄热能力。当工况发生变化时，可以减缓汽压变化的速度。蓄水量越大，越有利于负荷发生变化时的调节。锅筒内部装有给水、加药、排污、分段蒸发和蒸汽净化等装置以改善蒸汽品质。此外，锅筒上还装有压力表、水位计和安全阀等附件。锅筒两端的端盖称为封头。为了保证封头有足够的强度，封头可以为平封头、椭球形封头及半球形封头。对于高压锅炉多采用半球形封头。为了便于进入锅筒内部进行设备的安装和检修工作，在锅筒的一端或者两端的封头上开设人孔。人孔一般为椭圆形，常用尺寸为420mm325mm，最小尺寸为400mm300mm。人孔上的孔盖俗称倒门，是用拉力螺丝由锅筒里面向外关紧的。人孔之所以做成椭圆形，是为了使人孔盖能够放进锅筒，运行中锅筒内的压力可以进一步将孔盖压紧。从上升管进入锅筒的汽水混合物的流速很高，一般为45m/s，最大为710m/s.这些动能很大的汽水混合物冲击锅炉内部的炉水时，会引起大量的炉水飞溅。因此，首先应采用一些分离元件来清除其动能。分离装置有一次分离元件和二次分离元件。一次分离元件的功能是清除给水混合物的动能并初步把蒸汽和循环水分离。带有少量水分的蒸汽还要有足够的空间高度进行重力分离，然后进入二次分离元件进行机械分离，使蒸汽进一步得以“干燥”，最后由锅筒引出送至过热器。在进行汽水分离的时候，要尽量减少水室含汽量，防止下降管带汽，以免影响水循环的可靠性。对于高压及超高压锅炉只进行汽水分离是不够的，为了降低蒸汽的溶解性携带，需要组织合理而有效的蒸汽清洗。所谓蒸汽清洗，就是使蒸汽通过较为干净的水层或水雾（一般用给水作为清洗水），利用给水和锅炉水的浓度的差别来降低蒸汽溶解的盐分。在较高压力下，溶解性携带成为蒸汽污染的主要原因，依靠汽水分离装置只能减少蒸汽携带的盐分含量，而不能解决蒸汽溶盐的问题，因此，除采用汽水分离装置外，还需要采用蒸汽清洗装置以减少蒸汽中的溶盐量。具体到本设计是：锅筒内径为1600mm，筒壁厚度为63mm，筒身部分长度为12800mm，加封头后总长度为14800mm，所用材料为14MnMoVg，锅筒通过两对吊架吊在顶板上。锅筒的正常水位位于锅筒中心线一下100mm处，最高和最低水位分别位于正常水位线以上和以下75mm。本锅炉一次分离元件为立式柱形筒体的旋风分离器，规格为，负荷为6.5t/h，共布置63个。饱和蒸汽经过旋风分离器的一次分离之后向上运动通过平孔板式清洗装置进行蒸汽清洗，紧接着进入二次分离元件均汽板进行二次分离，最后由饱和蒸汽引出管引至顶棚过热器。另外本设计的锅筒采用的是单端蒸发、定期排污，并且为了防止下降管入口处形成漩涡斗而将蒸汽带入下降管而影响水循环，可在下降管入口处加装保护装置，本设计加装的保护装置为栅格，此外也可以装十字挡板。2.2.3 燃烧设备煤粉锅炉的燃烧设备由炉膛、燃烧器、点火装置、燃料制备系统和炉膛安全监控系统组成。对炉膛的要求是：（1）应有足够的空间，能在尽可能低的空气量下使燃料完全燃烧。（2）布置合适的受热面，使炉膛出口烟气温度适当，保证其后的对流受热面不结渣和安全工作。（3）与燃烧器配合使炉内有良好的空气动力工况，火焰充满度高且不冲刷炉墙、不贴壁、不互相干扰，炉膛出口处烟气的速度场、温度场均匀。（4）不结渣。（5）保证水循环安全。（6）生成的NOx.SOx少。（7）对燃料的通用性大。（8）具有抗内、外爆的能力。具体到本设计为：炉膛容积热负荷为129.36kW/m3，截面热负荷为3212.65kW/m3，炉膛的容积为2404.67，水平截面为98409840mm的正方形，有效辐射面积为1216.87，主体高度为18430mm，炉膛上部设有水平炉顶，下部为与水平成50倾角的冷灰斗，炉子出口烟气温度为1119。对燃烧器的要求是：（1）燃烧器出口燃料分布均匀，一、二次风的配风合理，混合适时。（2）能组织良好的炉内空气动力工况。（3）运行可靠，转动灵活，负荷调节幅度大，对燃料有较好的适应能力，流动阻力小，便于调节和自动控制，便于制造、安装和检修。（4）能与制粉系统及炉膛的特性匹配。（5）减少NOx的生成量。具体到本设计是：采用的是正四角直流燃烧器，单层布置，形成800切圆，均等配风，有六个一次风口、四个二次风口。最下一排燃烧器下边缘距冷灰斗上沿距离为1920mm，燃烧器特性计算列于附录表5。本设计的制粉系统为中速磨煤机直吹式制粉系统。点火系统采用雾化重柴油外混式喷嘴，点火油喷嘴放在上中二次风喷口之中，用电弧自动点火装置点火，燃烧器采用与水冷壁固定连接方式，在每只燃烧器上分配有专门的吊挂装置，把燃烧器挂于炉膛水冷壁上。在热态运行时，燃烧器随水冷壁一起向下自由膨胀，为保证燃烧器切圆的形状和位置，要求与燃烧器相连的二次风道要采取相应的吸收膨胀的措施。2.2.4 蒸汽过热器及汽温调节过热器是将主蒸汽从饱和温度加热到额定过热温度的受热面。按照传热方式，过热器可分为对流、辐射及半辐射三类。按所处的位置及结构，过热器又分为布置在炉膛水冷壁上墙式过热器、布置在炉膛上部的分隔屏和后屏过热器、布置在对流烟道中的垂直式过热器、水平式过热器、炉膛顶棚及水平烟道与尾部烟道的包覆过热器。现代大型锅炉采用了多种形式的过热器。有效的过热器设计要求解决几个问题。突出要解决的是：1. 要求的蒸汽温度；2. 达到这一蒸汽温度所需的过热器受热面面积；3. 要放置受热面的炉烟温度区；4. 最适于制造受热面和支吊架的钢，合金钢或其他材料的种类；5. 流过管子的蒸汽流速（质量流速），这受到允许蒸汽压降的限制，但反过来，它又是控制管金属温度的主要因素；6. 受热面的布置要满足指望使用的燃料特性的要求，特别是关于管距，要避免积灰和结渣，或者采取措施将这样的形成物在其形成的最初阶段除去；7. 过热器作为一种构架本身的设计和型式。前6项中的任何一项发生变化，都会使其它各项随之而变化。先进电站设计所要求的蒸汽温度使过热器设计人员和制造厂可以生产的经济结构的最高温度。在这种情况下，经济要求对下述相互有关的两个因素要作出决定。这两个因素使：初始费用，也就是初投资和以后的维修费用（为使运行故障，停机和更换都减少到最少程度）。如果维修费用能大量减少，并在一段合理的合理的时间内抵补超出的那部分初始费用，则较大的初始投资是有根据的。因此，要求的蒸汽温度这一因素是根据对对其它五项因素组合的最佳值的计算和特定工程需要的现有的全部配合认识而定的。最近几年的运行经验使得购买来安装在美国的几乎全部的大型机组都采用1000左右的蒸汽温度作为主过热和再热的蒸汽温度。要求的蒸汽温度具体确定或规定下来以后，下一步需要考虑的就是达到这一过热度所需要的受热面积。需要的过热器受热面面积。需要的过热器受热面面积方法决定于余下的四项因素，由于相互关系不是单一的，所以受热面面积必须通过试布置的方法来确定，即将它放置在看来令人满意的炉烟温度区。在所谓的标准锅炉里，通过实际布置和通过先占据的过热器受热面空间就能很好地确定这一区域。在确定了试布置的和试规定管距的受热面面积以后，就可以计算蒸汽质量流蒸汽压降和过热器管金属温度。然后为管子，联葙和其他部件选择合适的材料，还可能需要对几种布置进行比较，以便获得最佳组合。它们应考虑到以下几点：1 需要成本较低的合金；2 在不危及管子温度的情况下，得到一个较为合理的蒸汽压力；3 使蒸汽质量流速较高，以便降低管子温度；4 采用不同的管距，在燃料种类不定的情况下，那将更好地防止积灰；5 在知道了供给地燃料较为有利时，允许采用更小的管距，以便使布置更为经济；6 在通风阻力值很紧要的地方，管子将布置成能减少装置的通风阻力；7 允许过热器受热面位于炉温较高的区域，从而节约一些受热面，与标准布置之差就可以得到补偿。采用最佳的经济和运行特性，采用比较满意的各种标准，就可能完成实际的设计。但是，还需要大量的经验，并使用正确的实际原则，才能获得令人满意的结果。辐射式过热器布置在炉壁上，结构与水冷壁相似，如包墙管、顶棚管过热器等。半辐射式过热器通常称为屏式过热器，是由节距很小的处于同一平面内的一排管子组成的管屏，它既吸收热炉膛内的辐射热，也吸收烟气的对流热，一般布置在炉膛上方。炉膛前上方的屏称前屏，布置在炉膛后上方的屏称后屏、布置在炉膛整个上方的成为大屏。屏式过热器可垂直放置，也可水平放置。水平放置时疏水容易，但固定困难；垂直放置时则正好相反。我国多采用垂直放置。对流过热器分为高、低温二级。高温过热器在前，悬挂在鼻区上方。低温过热器在后，悬吊在水平烟道内，过热器均为蛇形管组。过热器是将蒸汽从饱和温度加热到额定的过热温度。在锅炉负荷或其它工况变动时，应保证过热温度的波动处在允许的范围之内。在现代电站锅炉中，蒸汽过热器是锅炉的一个必备的重要部件，在很大程度上影响着锅炉的紧急性和运行安全性。在电站锅炉中，提高过热蒸汽的参数是提高火力发电站热经济性的重要途径。过热蒸汽参数的提高受到金属材料的限制。过热器的设计必须确保受热面管子的外壁温度低于刚才的抗氧化允许温度并保证其机械强度。本设计的屏式过热器为：垂直放置，共14片，每片屏上有40根，横向节距为700mm，纵向节距为50mm，每根的尺寸为：外径42mm，壁厚5mm。具体结构数据见附录表8，热力计算过程见附录表9，屏式过热器简图见附录图2。高温对流过热器分为冷段和热段两部分，工质在冷段逆流，在热锻顺流，外径为42mm，壁厚为5mm，具体结构数据见附录表10，热力计算过程见附录表11，高温对流过热器结构简图见附录图3。低温对流过热器采用的是纯逆流布置，外径为42mm，壁厚为5mm，具体结构数据见附录表12，热力计算过程见附录表13.汽温调节采用两级冷凝水减温，因为喷水减温是将水直接喷入过热蒸汽中，使其雾化、吸热蒸发，达到降低蒸汽温度的目的。其特点是结构简单，调节灵敏，减温器出口的汽温延迟时间仅为510s，调节幅度可达100以上，压力损失小。其中一级减温为粗调，二级为细调，第一级喷水量为8200kg/h,第二级减温水量为5800kg/h，具有足够的调节幅度，可以保证锅炉在70%负荷运行时，汽温仍可以达到额定参数。全部过热器和集箱都通过吊杆装置悬挂在锅炉顶板梁上。蒸汽流程如图所示：二次喷水减温一次喷水减温汽包顶棚管低温对流过热器屏式过热器高温对流过热器冷段高温对流过热器热段汽轮机图3 蒸汽流程2.2.5 省煤器省煤器的作用主要是：（1）降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料；（2）充当部分加热受热面或者蒸发受热面。所以在现代锅炉中，省煤器已成为不可缺少的一部分。在低压锅炉中，装设省煤器主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，一般仍不可能取消对流锅炉管束。在中压，特别是高压和超高压锅炉中，由于给水温度高，并采用了空气预热器，因此，省煤器的应用主要是为了减少蒸发受热面，以低廉的省煤器受热面来代替价格昂贵的蒸发受热面。此外，对锅筒式锅炉而言，尤其是工业锅炉，给水经省煤器提高温度后再进入锅筒，也减轻了锅筒所承受的热应力影响。省煤器按材料可以分为铸铁式和钢管式；按出口是否沸腾可分为沸腾式和非沸腾式。铸铁式省煤器是由一系列外侧带有方形肋片的铸铁通过180铸铁弯头串接组成。其优点是耐腐蚀、耐磨损。低压锅炉一般都没有装置良好的给水除氧设备，内部容易发生氧腐蚀；同时由于给谁进省煤器时水温很低，管外壁容易结露，烟气中的SO2和SO3达露点后就在管外壁形成酸液而发生外部酸腐蚀。铸铁式省煤器的缺点是：不能做成沸腾式。否则容易发生水击，损坏省煤器；铸铁省煤器管壁较厚，体积和质量都较大；肋片间易积灰、堵灰；弯头多，易渗水漏水。因此大部分低压锅炉都采用铸铁式省煤器。中压锅炉及以上或容量较大的低压锅炉常采用钢管式省煤器。钢管式省煤器一般都是蛇形管，可做成沸腾式，也可做成非沸腾式。管子可错列，也可顺列布置，钢管直径一般在2838mm，每组高度不超过1.5m，以便于检修和吹灰。蛇形管的平面可平行于前墙，也可以垂直于前墙。当平行于前墙时，省煤器收到磨损时更换容易，并且只需要更换几排，故多采用。对于含灰量高的劣质燃料，省煤器受热面设计应该采用防磨措施，才能有效的解决磨损问题，这除了在省煤器受热面设计中采用大直径的厚壁管和管束做顺列布置外，主要是针对容易引起磨损的部位，装设各种形式的防磨装置。具体到本设计是：省煤器装在尾部竖井部分，采用双级交叉布置，错列逆流。上下级省煤器都是支撑结构，和空气预热器相交错顺次布置在运转平台上方，每两个受热面上是通过钢梁支撑的，蛇形管通过支撑梁传重到两侧炉板上。支撑梁的一端接鼓风机的吸风管使通风冷却。为减轻烟气中含灰对受热面的磨损，在省煤器上下级每组管束上二三排和两侧靠炉墙的管子上加装防磨盖板。考虑到燃用煤种的不同，省煤器与空气预热器之间留有一定的空间，以便可以调整相应的受热面。上级省煤器沿烟道深度方向为一体，而下级省煤器分为上下两部分，中间留有1000mm的检修空间；上下级省煤器沿烟道宽度方向均为左右对称的两部分，为双面进水，蛇形布置，为钢管式、沸腾式省煤器。上级省煤器共有20排，下级省煤器共有48排，上级省煤器纵向节距为60mm，下级省煤器的纵向节距为60mm，所用蛇形管外径32mm，壁厚4mm。具体高温省煤器结构数据见附录表17，其热力计算过程见附录表18，其结构简图见附录图4。下级省煤器结构数据见附录表21，其热力计算过程见附录表22，其结构简图见附录图6.2.2.6 空气预热器空气预热器的作用：（1）降低排烟温度提高锅炉效率。（2）改善燃料的着火条件和燃烧过程，降低燃烧不完全损失，进一步提高锅炉效率。对于着火困难的燃料，如贫煤、烟煤，常将空气的预热温度达到400左右。（3）热空气进入炉膛，提高理论燃烧温度，强化炉膛的辐射传热，进一步提高锅炉的热效率。（4）热空气还作为煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输粉介质。鉴于以上几点，现代锅炉中空气预热器已经成为锅炉不可缺少的部件。按空气预热器的工作原理，空气预热器可以分为间壁导热式和再生式两种。间壁导热式空气预热器是烟气和空气轮流地流过一种中间热载体（金属、陶瓷、液体等）来实现传热，当烟气流经中间载热体时，把再热体加热；当空气流经载热体时，载热体本身受到冷却，而空气却得到加热。间壁导热式空气预热器可以分为管式和板式，再生式空气预热器可分为转子转和风罩转等型式。管式空气预热器是由许多薄壁钢管装在上下级及中间管板上形成的管箱。最常用的电站锅炉管式空气预热器分为有立式和卧式两种。管式空气预热器按结构形式可分为立式和卧式两种;按材料可分为钢管式、铸铁管式和玻璃管式等几种。管式空气预热器以立式钢管空气预热器应用最多。其优点为结构简单、制造方便、漏风较小。其缺点为体积大、耗钢材多,在大型锅炉尤其是空气预热温度要求较高时由于其体积大而引起尾部受热面布置困难。管式空气预热器有单级布置和双级布置两种