热能动力毕业设计.doc

摘 要在借鉴已有相关文献的基础上，以炉型和煤种为约束条件，进行了130t/h煤粉锅炉全面的热力计算，同时在对锅炉进行简述及部件说明的基础上，对锅炉的系统布置，汽包、燃烧器、过热器、省煤器、空气预热器等结构和进行了系统说明，对锅炉重要辅助设备进行优化设计，重点讨论了锅炉设备在运行方式以达到节能增效。锅炉的燃烧工况在很大程度上影响着锅炉设备和整个发电厂的经济性和安全性。对于现代火电发电机组，锅炉热效率每提高1%将意味着整套机组效率提高0.30.4%，标准煤耗可下降34g/kWh。关键词：煤粉锅炉；热力计算引 言火力发电厂是电力工业的重要组成部分。目前在世界多数国家及我国电力工业中，火力发电占总发电量的70%。锅炉是利用煤、油、天然气等能源的热能或工业生产中的余热，将工质加热到一定温度和压力的换热设备。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，因此，锅炉工业的任务也是巨大的。目前，我国正在积极进行亚临界及超临界压力电站锅炉的设计、研究、制造、以及与之有关的试验研究工作。目前，为了进一步提高火电的安全经济运行，继续发展高参数、大容量、高效率、高可靠性、调峰性能高和低污染的机组，积极开发大容量超临界机组，开发新型清洁煤燃烧发电技术，均都是锅炉的重大研究课题。随着国民经济的发展锅炉工业必将在实现我国四个现代化中发挥愈来愈重要作用。一 绪论(一)研究的目的和意义我国是煤炭大国，结合我国的能源资源状况和电力技术发展的实际水平等具体因素，认为在相当长的时间内燃煤火力发电仍将在我国发电领域占主导地位。随着生产的发展蒸汽锅炉在热力发电厂或工业生产中的使用越来越多，在国民经济中的地位也更为重要。目前全国火电机组供电的标准煤耗为350g/(kwh)，然而我国一次能源相对短缺，能源问题已经影响21世纪的今天，世界各国对于能源的可持续发展战略和保护我们的地球这样一个发展主体愈加重视，并相应制定了一系列提高环保水平的措施，控制污染排放的标准也愈来愈高。因此，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已经刻不容缓。对于电力行业来说，当前积极发展作为洁净煤发电技术之一的超临界火电技术是很有必要的，大容量超临界机组具有良好的启动特性、运行效率高、负荷适应性强等特点，是中国未来大型锅炉的发展方向，具有广阔的发展前景。在市场经济的新形势下，锅炉行业也在考虑节约燃料，提高热效率而进行燃烧调节。因为炉内燃烧过程得好坏，不仅直接关系到锅炉的生产能力和生产过程的可靠性，而且在很大程度上决定了锅炉运行的经济性。进行燃烧调节的目的是：在满足外界电负荷需要的蒸汽数量和合格的蒸汽品质的基础上，保证锅炉运行的安全性和经济性。具体可归纳为：保证正常稳定的汽压、汽温和蒸发量；着火稳定、燃烧安全，火焰均匀充满炉膛，不结渣，不烧损燃烧器和水冷壁、过热器不超温；使机组运行保持最高的经济性；减少燃烧污染物排放。燃烧过程的稳定性直接关系到锅炉运行的可靠性。燃烧过程的经济性要求保持合理的风煤配合，一、二次风配合和送风机配合和送引风配合，此外还要求保持适当高的炉膛温度。合理的风煤配合就是要保持最佳的过量空气系数；合理的一、二次风配合就是要保证着火迅速、燃烧安全；合理的送引风配合就是要保持适当的炉膛负压、减少漏风。当运行工况改变时，这些配合比例如果调节适当，结可以减少损失，提高锅炉效率。对于煤粉炉，为达到上述燃烧调节的目的，在运行操作时应注意燃烧器的除空一、二、三次风速、风率，燃烧器之间的负荷分配和运行方式，炉膛风量、燃烧量和煤粉细度等各方面的调节，使其达到较佳数值。电力生产要以经济效益为中心，衡量电站锅炉和机组运行经济性的重要指标锅炉热效率。影响电站锅炉热效率的最主要一项损失是锅炉排烟带走的热量，其次是固体未燃尽而损失的热量。一般情况下，在锅炉的各项热损失中，此两项热损失与锅炉的运行状况密切相关，因此，提高锅炉热效率就是研究降低热损失的途径和方法。(二)国内外研究现状提高火电的安全经济运行，继续发展高参数、大容量、高效率、高可靠性、调峰性能高和低污染的机组，积极开发大容量超临界机组，开发新型清洁煤燃烧发电技术，均都是锅炉的重大研究课题。1.国内现状截止到70年代初开始设计配300MW机组的直流锅炉，至80年代初从美国燃烧工程公司（CE）引进了亚临界压力300MW、600MW级的控制循环锅炉技术，并开发了亚临机界压力配300MW机组的自然循环锅炉。现今300MW、600MW亚临界压力锅炉在电站中已起着主力机组的作用。至80年代末90年代初，进口超临界压力配600MW机组的直流锅炉，对于超临界的锅炉技术发展起了有力的推动作用，目前超临界技术还处在起步的阶段，尚不成熟。2.国外现状对大容量机组目前全世界相当一部分国家还是以亚临界整蒸汽参数为主，但由于近年来超临界压力机组可靠性不断提高，使超临界机组发展有上升的趋势。从燃料性质可靠性、辅机配套等要求看多数机组容量在600MW800MW之间，压力在2527MPa，温度在540/550但有上升趋势。进十余年，高效超临界技术吸引了各国的广泛关注。二 锅炉总体设计本锅炉为自然循环锅炉，采用型布置单锅筒、前吊后支、固态排渣。制粉系统为中储仓，球磨机，热风送粉。本锅炉采用直流式煤粉燃烧器。前墙两角加预燃室，正四角布置。炉膛水冷壁采用光管密节距布置，省煤器和空气预热器均为两级，下级省煤器和下级空预器均为两层，支承在尾部钢架上。空气预热器为管式立式布置。钢架柱子采用圆钢管混凝土结构，按度地震，露天布置设计。敷管炉墙和轻型炉墙结构。锅筒内的汽水分离采用旋风分离器，加钢丝分离器。集中下降管。两极过热器之间采用自制冷凝水喷水减温装置。锅炉设计煤种其特性如下：% % % %灰分变形温度： 蒸汽品质、给水含盐量应符合水电部修订的火力发电厂水、汽质量监察规程中的规定。（一）工作参数额定蒸发量 130过热蒸汽压力 3.82MPa 汽包中工作压力 4.22MPa过热蒸汽温度 450给水温度 154热风温度 340排烟温度 145锅炉效率 91.6% 燃料消耗量 5.739kg/s（二）基本尺寸炉膛宽度（二侧水冷壁中心线间距离） 6336mm炉膛深度（前、后水冷壁中心线间距离） 6336mm锅炉运转层标高 8000mm锅炉最高点标高 32900mm锅炉宽度（左、右两柱中心线间最大距离） 9300mm锅炉深度（柱中心距） 9500mm 1900mm 3990mm 15390mm 锅炉周界深度（包括平台楼梯） 19725mm锅筒中心线高 28880mm锅炉周界宽度（包括平台楼梯） 17540mm三 锅炉结构（一）锅筒及锅筒内部设备1锅筒锅筒是自然循环锅炉的主要部件之一，它与下降管、水冷壁管及导汽管等组成锅炉水循环回路。2.锅筒结构锅筒内径为，筒壁厚度，筒身部分长度，加封头后总长，用号钢板制造，锅筒通过两对吊架吊在顶板上。锅筒的正常水位在锅筒中心线下处。最高和最低水位在正常水位上下处。锅筒下部设有四根的集中下降管，为防止抽汽，下降管入口处装有十字板和栅格。锅筒内部设备：锅筒内部设备的设计，在给水品质符合国家标准的情况下，保证蒸汽品质符合要求。 锅筒内布置有汽水分离装置、给水清洗装置、排污加药装置等，以保证蒸汽品质。锅筒内部为单段蒸发。锅筒内共布置只旋风分离器，平均每只旋风分离器负荷为，汽水混合物进入旋风分离器进行粗分离，分离出的蒸汽布置在锅筒顶部的钢丝分离器进行二次分离，再循环管布置在锅筒水空间，自冷凝回水回到汽空间，这样可防止将炉水倒抽到喷水减温装置中去。锅筒上设有一只杠杆式脉冲安全装置及水位表、压力表等必要的监视及控制仪表。其他内部装置主要有给水管加药管、排污管、紧急放水管等等。（二）炉膛水冷壁系统炉膛是蒸汽锅炉中最重要的部件之一。在炉膛内，燃烧与传热过程同时进行，参与燃烧与传热过程的各因素互相影响，使炉膛内发生过程十分复杂。从炉膛的传热过程来看，进入炉子的燃料与空气混合着火燃烧后生成高温的火焰与烟气，通过辐射把热量传递给四周水冷壁管，到炉膛出口处，烟气温度冷却到某一数值，然后进入对流烟道。炉膛传热过程与许多因素有关，在一定的燃料量及热空气温度等条件下，炉内辐射受热面积愈大，则传热量愈多，炉膛出口烟温就愈低；反之，炉内辐射受热面积愈小，则传热量愈少，炉膛出口烟温就愈高。炉膛设计的任务是在选定了炉膛出口烟温时，确定需要布置多少受热面积。水冷壁的采用最初是为了保护炉墙，降低它的温度，提高运行可靠性，而今天它已成为锅炉的主要受热面。水冷壁有以下作用：一是保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏作用。装设水冷壁后，炉墙的内壁温度大大降低，因此炉墙的厚度可以减小，重量减轻。对于敷在水冷壁管子上的炉墙，即敷管炉墙，水冷壁也起了悬吊的作用；二是火焰对水冷壁的辐射传热已成为锅炉传热的重要方式。辐射传热与热力学温度的四次方成比例，炉内火焰温度很高，因而水冷壁的辐射吸热很强烈。炉膛横截面为的正方形，炉膛高度（自冷灰斗半腰处到出口烟窗中心）为，炉膛容积为。水冷壁采用光管，节距管子悬挂炉墙，管子中心与炉墙间距，侧墙布置100根管子，前后墙布置98根管子。后墙的水冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙的重量，斜叉管组成凝渣管和折焰角。凝渣管有72根管子，折焰角上有22根管子，另4根管直接向上与联箱连接。侧墙水冷壁向上延伸，在折焰角区域和凝渣管区域形成附加受热面。炉内燃烧器区的前、后、侧水冷壁上设有的卫燃带。煤粉燃烧器布置在炉膛的正四角上，炉膛四周密布的光管，管距为，为改善炉内烟气的充满度和对受热面的冲刷，后水冷壁上部设有折焰角。折焰角伸入炉膛，占炉膛深度的28%。折焰角之后每三根水冷壁管子中抽出一根作为后墙悬吊管，其余管子向后延伸成水平烟道斜底包墙，水平烟道侧包墙是由侧墙上部折焰角处的24根水冷壁分别引入中间集箱和两只水平烟道下集箱，然后分别引入组成折焰角上部侧墙及水冷壁烟道侧墙的包墙管。鼻区集箱内与直管相连处装有带缩口的短管代替节流圈以使弯管和直管达到合理的流量分配。后水冷壁上部四分之三的管子在炉膛出口处拉稀形成凝渣管。前后水冷壁在炉膛下部向内弯曲相承冷灰斗。前后和两侧水冷壁各有三个独立的循环回路。四根集中下降管，下端均接有的集箱，每只集箱引出六根的支管到水冷壁下集箱。每只水冷壁上集箱有六根的顶部连接管将汽水混合物引入锅筒。水冷壁下集箱均可进行定期排污。在燃烧器附近四面墙上开有看火孔（手孔）、打焦孔、点火孔、人孔等，炉膛上部也预留了蒸汽吹灰孔。 整个水冷壁被钢性梁连结成刚性吊筐式结构，整个水冷系统向下作自由膨胀。在水冷壁四周每隔3米高度布置一圈刚性带，防止由于燃烧不稳定发生炉膛爆炸时所引起的水冷壁局部变形。燃烧器外壳与水冷壁燃烧器区弯管相焊，随水冷壁向下膨胀，燃烧器中心向下膨胀量约为。设计院在设计风、粉管道时应考虑向下膨胀的影响。（三）过热器及汽温调节过热器分为高、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。随着锅炉用金属材料的发展，我国电站锅炉已普遍采用超高压（13.7MPa）和亚临界压力(16.7MPa)参数，过热汽温采用540和550按照传热方式，过热器可分为对流、辐射和半辐射三种型式。过热器为对流型，两级布置气温调节采用自冷凝喷水减温装置。蒸汽流程为：饱和蒸汽自锅筒顶部有十根管子引入第一级过热器进口集箱顶棚管和第一级过热器喷水减温器第二级过热器集汽集箱。顶棚和第一级过热器由的号钢制造，共排，混流布置。第二级过热器由的钢管制造，共排，顺流布置。两极过热器之间布置有伸缩式长吹灰器两台。从锅筒出来的饱和蒸汽先被引到凝渣管上方的蒸汽联箱，经顶棚管到第一级对流过热器入口联箱，通过悬挂的蛇形管逆流至出口联箱，最后一圈管束为顺流布置以避免出口管束与顶棚管的交叉。由第一级对流过热器出口联箱出来的蒸汽进入喷水减温器，该喷水由锅筒中引出的饱和蒸汽凝结而得，冷却水为进入省煤器前的给水。蒸汽经减温后进入第二级过热器入口联箱，蒸汽在第二级对流过热器中先逆流后顺流，此处第一圈管束为逆流，其余均为顺流，这可以使过热器出口高温蒸汽处于较低温的烟气流中。第二级对流过热器的第一、二排管组成四排错列管，使管节距增大，防止堵灰，其余均为顺列布置。由于同一组受热面内既有错列、又有顺列布置，而计算时用的平均温压是按整组受热面来计算，传热系数也要用整组受热面的平均值，因此采用加权平均法来计算下列参数：横向节距，纵向节距，烟气流通截面积，对流放热系数，灰污系数，最后算得传热系数。加权平均的方法是用错列、顺列受热面的面积来加权的。计算中的喷水减温水量是假定的，取，可以使减温幅度，相应减焓幅度。如增加减温水量，可以增加减温幅度，但同时要增加第一级过热器的受热面积。自冷凝喷水减温装置：自冷凝喷水减温装置由冷凝器分配集箱、减温器组成。冷凝器为两只的钢制集箱，搁置在顶板上，两只冷凝器出力约为，冷凝水从集水管两端用的下水管引入分配集箱。冷凝水由管子引出，喷水减温器剩余的冷凝水由两根管子引回锅筒汽空间。减温器用的钢管制成。减温水通过多孔管喷入文丘里管喉部，在额定负荷下，设计煤种时，喷水量时，减温幅度，该炉还设计有备用减温管路，当锅炉起始初期尚未产生成足够的减温水量时或在特殊的情况时可使用品质较好的给水来减温。（四）省煤器及空气预热器本设计省煤器及空气预热器均为双级布置。1.省煤器 为了降低排烟温度，提高锅炉效率，只依靠增大蒸发受热面非但不经济，而且受到很大限制。因为蒸发受热面中的工质温度等于工质在工作压力下的饱和温度，烟气温度绝不能冷却到低于或达到这一温度，必须保持一定的温差，才能有效地传递热量。正因为这样，在老式的锅炉中，不论怎样发展对流管束或增加锅筒的数目，排烟温度仍然很高，一般在300400，让这样高温的烟气排走，显然是不经济的。省煤器中的工质是给水，给水的温度要比饱和温度低得多，省煤器中的平均水温一般也要比炉水温度低几十度，因此传热温差大，特别是在省煤器为逆流布置时更为显著。其次，由于工质在省煤器中为强制流动，省煤器可以布置得很紧凑，由于其温差和传热系数的提高，使得在对流蒸发受热面的一般烟温范围内，降低同样数值的烟气温度，所需的省煤器受热面差不多仅为蒸发受热面的一半。此外，省煤器的单位受热面价格也比蒸发受热面要低。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。省煤器上部蛇行管为一个组件，省煤器下部蛇行管为两个组件。其联箱布置在侧墙，采用单面进水方式。省煤器蛇行管用的钢制成错列布置。由于所用煤种含灰分很高，故采用防磨措施。组件两侧和上边第二、三、四排管子在直管上装有防磨盖板，弯头上装有防磨板，蛇行管用支架固定在空心横梁上，横梁支承在尾部竖井的前后侧省煤器护板上。为冷却起见，上下级省煤器空心横梁一端应接到送风机入口，使其通风冷却。上级省煤器烟速，下级省煤器烟速。所由于用煤种含灰分很高，故采用防磨措施。在管组的烟气入口处的第一、二排管，管子弯头部分及靠前、后墙的两排管子都装有防磨盖板。下级省煤器设计中受热面尺寸选择的比上级省煤器大，这是为使上级空气预热器有足够的传热温压。为检修方便，下级省煤器的受热面中间留有空间，相当有两个管组，在每个管组的烟气入口处都装上防磨盖板。2.空气预热器空气预热器一般是利用烟气的热量来加热所需空气的热交换设备。由于空气预热器工作于烟气温度最低的区域，回收了烟气的热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉效率。同时也由于空气被预热，提高了燃料与空气的初始温度，强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料不完全燃烧损失，进一步提高了锅炉效率。此外，空气预热器还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热。因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要组成部分。现代电站锅炉都采用给水回热来提高电厂效率，给水温度已经很高。超高压锅炉给水温度达240，超临界锅炉更高，达280以上。因此靠省煤器受热面来降低排烟温度已很困难，如果要使排烟温度降低到100多度已不可能。而空气预热器中进来的冷空气只有20左右，因此可以把排烟温度降的很低，使锅炉效率达到90%以上。在采用煤粉燃烧时磨制煤粉需要热空气来烘干原煤和煤粉。燃烧过程中也需要热空气使煤粉气流着火稳定、燃烧快、燃烧完全。因此，在现代电站锅炉上，空气预热器已是不可缺少的受热面。在近代火力发电站中，一般都利用汽轮机抽气来预热给水。目前给水的温度相当高，而且随着工质参数的提高，采用多级给水回热加热器，给水预热的温度也在不断增高，这将对电站总经济性的提高有利。当锅炉的工作压力由4MPa提高到14MPa时，给水温度相应地由150提高到240左右。由于省煤器的进口水温度较高，它就无法将烟气冷却到合乎经济要求的温度，然而冷空气的温度低，因此可以用空气预热器来达到吸收排烟中热量的目的。空气预热器不仅能吸收排烟中的热量、降低排烟温度，从而提高锅炉效率，而且还由于空气的预热改善了燃料的着火和燃烧过程，从而减少了燃料的不完全燃烧损失，进一步提高锅炉效率，这对于燃用难着火的燃料尤为重要。例如燃用无烟煤时，要求热空气温度高达380420。在液态排渣锅炉中，也要求较高的热空气温度。此外，空气的预热，还可以强化炉膛中的辐射换热，因此，在现代锅炉中，空气预热器已成为锅炉的主要部件之一。我国目前应用的空气预热器，一般是管式空空气预热器的种类很多，按传热方式可将空气预热器分为两大类：传热式和蓄热式。在传热式空气预热器中，热量连续的通过传热面，由热源气体传给空气，热源气体和空气有各自的通路。在蓄热式空气预热器中，热源气体和空气交替地通过受热面，当烟气同受热面接触时，热量由烟气传给受热面，并蓄积起来，然后使空气与受热面接触，把热量传给空气；或热源气体把热量传给中间介质，然后由中间介质传给空气。在后一种情况中，热源气体和空气也有各自的通路，中间介质在两种气体中来回流动，传递热量。传热式空气预热器可分为板式空气预热器和管式空气预热器，热源有锅炉烟气，盘管中的蒸汽和单独炉膛。蓄热式空气预热器分为回转式、热管式、联苯式和粒状在热体式，热源有烟气和单独炉膛。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方式。单级布置较为简单，但热空气温度一般不超过300。当要求更高的热空气温度时，就必须采用双级布置。由于烟气热容量大于空气，同时烟气流量也大于空气，所以烟温的下降值小于空气温度的升高值。随着空气温度的升高，空气预热器热端的温差t逐渐变小。为传递一定的热量，温差越小，则所需的传热面积越大，这就限制了单级空气预热器中空气的温升。在采用双级布置时，应按以下原则考虑布置方案：（1）根据计算得出，取第一级空气预热器出口温度等于给水温度加105；（2）第二级空气预热器入口烟温不能超过530550，以免空气预热器上管板烧坏；（3）第一级省煤器出口水温因低于4050，以免水进入第二级省煤器时因气塞而分配不均；（4）在结构上尾部受热面不宜过长，过长时烟道布置困难，一般希望排烟烟道下缘标高在2m以上（以锅炉房地面标高为零）；（5）在满足以上几个原则下改变第一省煤器的吸热量以寻求最经济的配合方案。现代大型电站锅炉大都采用回转式空气预热器。由于回转式空气预热器传热效果好，采用单级布置就能得到较高的热风温度，所以回转式空气预热器一般都采用单级布置方式。由于回转式空气预热器的直径通常比尾部烟道的深度大，故需将回转式空气预热器布置在尾部烟道的外面。将省煤器后的烟道水平引出，一分为二，在这两条平行烟道中分别放置一台大直径的回转式空气预热器由于烟气有转向流动，部分飞灰颗粒由于惯性沉积下来，由灰斗排出，减轻了空气预热器的磨损。有的电厂只采用一台大直径回转式空气预热器，国外有的电厂锅炉在省煤器与回转式空气预热器之间放置惯性烟气除尘器的磨损。为防止空气预热器低温腐蚀和堵灰，宜按实际需要情况设置空气预热器入口空气加热系统，根据技术经济比较可选用暖风器、环境温度循环或前置式空气预热器等空气加热系统。当煤质条件较好、环境温度较高或空气预热器冷端采用耐腐蚀材料，却能保证空气预热器不被腐蚀、不堵灰时，也可以不设空气加热系统。3.对暖风器系统宜按下列要求选择（1）暖风器的设置部位应通过技术经济比较确定，对北方严寒地区，暖风器宜设置在送风机入口；（2）对转子转动式三分仓空气预热器，当烟气先加热一次风时，在空气预热器一次风侧可不设暖风器；（3）暖风器在结构和布置上应考虑防冻、防堵灰、防腐蚀要求。对年使用小时数不高的暖风器，可采用移动式结构或装设旁路烟道；（4）选择暖风器所用的环境温度，宜取冬季采暖温度或冬季最冷月平均温度。为清除空气预热器堵灰，除配置蒸汽吹灰系统外，根据技术经济比较，还可选用气脉冲装置或水力冲洗装置（停炉时用）。在采用管式空气预热器和回转式空气预热器的锅炉中，一般都装有暖风器，已达到减轻低温腐蚀的目的。热管作为一种高效传热元件,已广泛应用于各个领域,热管具有优良的性能,并显示了强大的生命力,但热管技术应用却是近几年的事。电站锅炉一般应用传统的热管式及回转式空气预热器。长期以来，空气预热器经常发生腐蚀、堵灰和漏风等问题,致使锅炉的排烟损失增大,锅炉效率降低，甚至影响锅炉的正常运行。为了降低排烟损失，提高机组的可靠性和满负荷发电的能力，保证锅炉安全经济的运行，自70年代开始，国内一些高等院校和研究机构开始对热管技术进行试验研究,并逐步商业化。南京炼油厂、抚顺石油二厂和兰州炼油厂等在有关高等院校的合作下，相继投产了热管空气预热器并取得了显著的经济效益。随后，许多火力发电厂亦对老式空气预热器进行了相应的改造。此外，有的国家用热管换热器作为烟气脱硫前的烟气降温装置，以脱硫后的低温烟气作为冷源，来降低脱硫前的烟气温度，以达到所需的脱硫温度。在我国电站锅炉空气预热器运行中，存在的主要问题是：管式空气预热器易发生低温腐蚀、堵灰和磨损问题；回转式空气预热器虽然结构紧凑，较为合理，但大多漏风量大，一般在10%以上，有的达到30%左右。但VN回转式空气预热器很好的克服了这一弱点，使回转式空气预热器优势更为突出。空气预热器为管式，用有缝钢管制成，立式布置，上级空气预热器管箱高度为，下级空气预热器分为上下两部分，管箱高度分别为和，为更换方便，下管箱单独搁置在尾部钢架的中间横梁上。为防止烟气冲刷对管子的磨损，在管箱上部烟七入口处均装有防磨套管，套管间填充厚的耐火塑料。上级空气预热气有一个管组，由四个并列管箱组成。下级空气预热器上段、下级省煤器两组件、上级空气预热器和上级省煤器叠置在尾部钢架上。各部分之间均留有足够的检修空间。下级空气预热气有两个管组，每个管组由四个并列管箱组成，下管组处在低温烟气区，如发生低温腐蚀，可更换下管组。为了便于更换，下管组放在立柱之间，所以其深度方向的尺寸选择较小，下级空气预热器空气行程为二行程。省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量；也为了减少价格较贵的蒸发受热面及改善燃烧与传热效果。因此，设计省煤器和空气预热器时，应抓住节约燃料与节约钢材等投资之间的矛盾，以达到用较少的投资而能节约更多的燃料。省煤器和空气预热器工作于较低的烟温区域，工作条件虽然已不像过热器那样严重，而如果不重视它们的设计制造和运行要求，亦常产生影响锅炉可靠性方面的问题。例如省煤器常因制造工艺及安装施工上的缺陷，发生焊缝渗漏等迫使停炉的事故。事实上，对于现代大型锅炉，防止和减轻省煤器的磨损和结灰，防止和减轻空气预热器的腐蚀和堵灰，以及解决回转式空气预热器的漏风等问题，已成为设计和运行中的主要问题。这些问题对整台锅炉的可用率及热效率均有很大影响。（五）钢架结构本锅炉炉膛部分用四根钢管混凝土柱，横梁及斜拉撑由型钢制成，整个顶板置于四根钢管混凝土柱顶上，本构架按度地震设计，但小于度地区不允许将斜拉撑去掉。柱上部两侧设有风撑衍架，拉杆用槽钢双拼而成，顶板由大板梁和大型型钢组成，顶板自柱向后伸出悬臂，承受顶护板、炉墙和部分过热器的重量。尾部钢架采用六根型钢柱，槽钢双拼而成。断面为型钢柱，型钢材料为，条板材料为。锅炉钢架按度地震露天，室内通用布置设计。刚性梁为搭接式，按的爆炸力，挠度设计，由张紧角钢工字钢和角部装置组成，沿锅炉高度方向每隔左右布置一圈，共八圈，并在炉膛顶部布置一道。护板包括炉顶，水平烟道及转向室部分，用工字钢吊杆悬吊到顶板上，主要起密封及支撑炉墙的作用。 锅炉构架的形式和整个锅炉和它各部分的结构有很大的关系，尤其和锅炉炉墙的型式密切有关。设计时，对锅炉构架的要求是：保证构架有足够的强度和最少的材料消耗以节省投资费用；构架的结构要便于制造、运输和安装，尤其要考虑构架的组件能用火车运输；要便于锅炉个部件的检修、更换和运行操作，柱梁斜撑应不妨碍这些工作；构架要有足够的刚性，不致因构架变形而引起锅炉各部件的相对位移和破坏连接处的严密性。平台和楼梯均采用栅格结构。平台的有效载荷以计，但同时承载不得超过锅炉本体平台总面积的%。楼梯的有效载荷以以楼梯的水平投影面积按计，栏杆扶手的水平推力按计。为运行和维修方便，沿锅炉高度方向设有层平台，锅炉处的平台较宽，供设置用水小室用，在炉室两侧标高处设有过热器吹灰平台。炉室平台支承在钢架上，尾部平台支承在尾部护板框架上，随尾部护板的热膨胀向上位移。本炉架在设计时考虑了风荷载、地震烈度的影响。炉顶的混凝土大屋顶可防风遮雨雪。在锅筒部位设有司水小室。楼梯的斜度均为，除前墙标高、标高、标高平台及楼梯仅单侧有外，平台楼梯在锅炉两侧对称布置。给锅炉的检修，运行提供良好的有利条件，另外还可以防雪雨。锅炉本体采用金属波形外护板，栅格结构的平台和楼梯，尽可能的在需要操作巡视和检修，吹灰器，测量点处布置平台，钢平台的有效载荷为。运转层燃烧器操作平台为型钢结构。表面铺有的花钢板，围绕炉室设置在四根型钢柱之间，外接运转层水泥平台，炉前平台有四个孔，供集中下降管穿过，炉后及两侧平台下悬挂弹簧吊架，悬吊从集中下降管到水冷壁下集箱的连接管，平台载荷不允许超过。（六）燃烧系统1.制粉系统锅炉采用钢球磨，中间粉仓制，热风送粉系统。按每台锅炉配有两台钢球磨煤机，选用%。煤种的可磨系数K=1.15，燃料最大煤块粒度d=20mm，锅炉的燃煤量为B=20.3T/h，磨煤机的备用系数为1.33。磨煤机以负压运行，干燥剂来自热风和再循环。预热器热风温度340，冷风温度30，一次风份额30%。2.煤粉燃烧器煤粉燃烧器采用直角正四角布置，前墙两角各加一个预燃筒，燃烧器的各次风口布置如上图所示，气流在炉内形成一个的假想切圆。为了便于组织燃烧及适应一定的煤种变化，上二次风喷口和三次风喷口设有调节机构，可摆动，以便于燃烧调整，组织最佳燃烧工况。3.油燃烧器下二次风喷口内设有供点火和稳燃用的机械雾化内回油喷嘴，油喷嘴流量。喷口材料均为。油枪停用时，应将油枪缩回风管内，以免烧坏。4.高能点火装置本燃烧器上八只油枪,均可配程序控制自动点火系统,该装置可以远方操作,也可以就地操作.高能点火装置的工作参数，单次贮能焦耳，火嘴火花频率，输入电压，输出电压，电嘴使用寿命为打火的，每套装置配有一套电动机械执行器，电嘴停用时应缩回风管内以免烧坏，详细可见高能点火装置说明书。5.油系统本锅炉的油燃烧配一套油系统管道，采用重柴油为点火燃料，其系统布置 及阀门布置见油系统布置图，油系统中也包括蒸汽吹扫管路参数；油管路额定油压,流量。汽管路蒸汽压力汽温。燃烧器的设计，制造和安装的质量直接影响炉内工况，因此各个环节都应力求正确无误，最后经过反复调试才能得到满意的结果。(七)锅炉范围内管道及本体附件锅炉为单母管给水，给水经操作台有三套给水管路，一路为，一路为，一路为。在正常情况下使用管路，如调节阀出故障该为管路运行生火启动时用管路。给水经操作台后，引入冷凝器作为冷却水（一般为%给水通过冷凝器）。冷却水量由调节阀和和电动阀进行调节。减温器进出口和集汽联箱上都装有读数用和自控用的热电偶。为了适应锅炉露天布置特点，所有暴露在外的管道都必须严格采取防冻防水措施，特别是管道穿过护板等处防护更应严密，以免雨水从保温层缝隙处渗入。较小直径的管道可以和下水管集束保温，以利防冻。再循环管是连接锅筒与省煤器入口集箱的管路，作为生火时保护省煤器之用。在集汽集箱上装有两只的杠杆式脉冲安全装置。其中一只安全阀的冲量取自锅筒，该安全阀作为工作安全阀使用，另一只安全阀的冲量取自集箱本身，该安全阀作为控制安全阀使用。控制安全阀的开启压力低于工作安全阀的开启压力。紧急放水阀应布置在运转层操作室附近，以便遇紧急事故时操作。在锅炉汽水管道的最高点都装有放汽阀门，过热器，省煤器，再热器集箱都装有疏水阀门，锅筒设有的连续排污管道，管道上设有电动截止阀和调节阀门，每组水冷壁下集箱装有定期排污管道。前、后及两侧墙各有一个集中排污管，在管道上装有电动排污阀，反冲洗阀门。（八）炉墙及密封装置1.炉墙炉膛部分采用敷管炉墙结构。水平烟道及转向室部分因无受热面覆盖，采用耐火砖及耐热混凝土轻型炉墙结构，两种结构在后水冷壁区集箱上部交界，该处设有能满足三向膨胀的上部密封装置，尾部竖井中的省煤器区亦采用轻型炉墙。敷管炉墙在炉室部分厚度为，在炉顶部分厚度为，轻型炉墙在水平烟道部分为，在转向室后墙部分为。锅炉炉墙的作用归纳起来有三点:（1）防漏防止外界的冷空气漏入炉内。锅炉在施工和运行中会产生缝隙，负压运行时，内外压差使冷空气漏入，从而使锅炉效率下降，影响锅炉的经济性。防止高温烟气漏出炉外。由于燃烧的不稳定，即使负压锅炉，有时炉内也会出现正压现象，这时就会产生高温烟气漏出炉外，使热量散失，从而使锅炉散热损失增加；高温烟气的外漏还会危及工作人员的安全，破坏环境卫生。对于微正压燃烧的锅炉，防止高温烟气外漏具有更重要的意义；（2）保温热量由高温向低温传递，为了防止热量从锅炉各受热面向外散失，就需要对这些部件进行保温。锅炉散热损失的减少，有助于提高锅炉的热效率，降低炉墙表面的温度，改善工作人员的劳动条件；（3）组成烟气的通道锅炉炉墙和受热面有机的结合，使烟气沿一定的通道流动，完成热交换过程，要求烟气流动通道尽量避免死角、过多的拐弯和急剧的截面变化。总之，锅炉炉墙的作用是：使烟气沿一定的通道流动，并保证和提高锅炉运行的经济性、安全性和可靠性。为了保证炉墙的上述作用，炉墙必须满足以下要求：耐热性、保温性、严密性、抗熔渣和防磨损等等。2.密封装置锅炉密封是指锅炉本体加装的金属密封件。防止炉内烟灰向外泄露，冷空气漏入炉内。锅炉本体按负压设计，但密封装置的设计按微正压考虑。锅炉为获得长期良好的密封性能。本锅炉精心设计密封件同时要求在安装时也应精心按图纸施工，杜绝泄露的根源，在运行时应防止炉膛“放炮”，以免破坏原来的密封元件及其焊缝。（九）除渣装置除渣设备是电站诸设备中的重要设备之一。随着锅炉容量的日趋增大，燃用锅炉容量的日趋增大，燃用高灰劣质煤的锅炉越来越多，锅炉的除渣问题显得日益重要。因此，能否正确的选择、设计和使用好锅炉的除渣设备，对电厂的安全、经济生产关系甚大。在炉膛顶部设有排污水吹灰装置，沿炉膛宽度方向有只排污水吹灰器利用锅筒的排污水对凝渣管下部进行吹灰。锅炉的连续排污和定期排污的系统及设备按下列要求选择：1.对汽包锅炉，宜采用一级连续排污扩容系统。对高压热电厂的汽包锅炉，根据扩容蒸汽的利用条件，可采用两级连续排污扩容系统；连续排污系统应有切换至定期排污扩容器的旁路。2.125MW以下的机组，宜两台锅炉设一套排污扩容系统；125MW及以上机组，宜每台锅炉设一套排污扩容系统。3.定期排污扩容器的容量，应考虑锅炉事故放水的需要；当锅炉事故放水量计算值过大时，宜与锅炉厂共同商定采取合适的限流措施。4.对亚临界参数汽包锅炉，当条件合适时，可不设连续排污系统。本设计采用一级连续排污扩容系统，且每两台锅炉设一套排污扩容系统在两极过热器之间处的两侧墙上，各设有一只型长伸缩式吹灰器，将锅筒引出的饱和蒸汽经减压后对过热器进行吹灰。吹灰器的行程为，吹灰半径。另外，在炉膛和尾部竖井均留有吹灰孔，以便临时进行吹灰。冷灰斗下设有水力排渣槽，出渣口在锅炉左右两侧出渣口下留有高的空位，供用户配置碎渣机。锅炉向空排汽的噪声防治满足环保要求。向空排放的锅炉点火排汽管及压力释放阀排汽管应装设消声器。起跳压力最低的汽包安全阀和过热器安全阀，及中压缸启动机组的再热器安全阀排汽管宜装设消声器。定期排污扩容器排汽管可装设消声器，在严寒地区宜装设排汽管汽水分离装置。本锅炉采用湿式除渣装置，采用水力排渣方式，配备设备有熄火水喷嘴、碎渣机、虹吸式除渣装置。渣落入炉底渣斗，用水喷嘴冲熄并落至斗底，定期开门排渣进入渣斗外的碎渣机，破碎后落下至灰沟用压力水冲走或将排出渣直接冲走后集中破碎。锅炉灰斗内部可设置熄火喷嘴、冲渣喷嘴，还可在出渣门外装置摆动的水力喷嘴，这种排渣方式可根据灰渣情况确定是否配备碎渣机。排渣槽与锅炉水冷壁下集箱的密封一般采用水封、砂封和膨胀节封结构三种方式。目前广泛采用的仍是水封结构。砂封虽然简单方便，但当冷灰斗处内外压差高达200Pa以上时，砂子会被抽走。膨胀节密封结构的膨胀量小于90mm，而且膨胀节的四角易拉裂。水封结构存在的主要问题是水封槽底部积灰，结垢，水封板变形、腐蚀、漏泄。但可以采用循环水、改进水质和定期排污等方法解决。需要两只排渣槽，优先采用纵向布置方式使运行人员操作维护比较方便。优点：结构简单；耗水量小；设备不必连续运行（省电、磨损小）；可以人工捅焦（排渣不长时）。较适用于中小容量的锅炉及焦渣松软的大容量锅炉。缺点：需容渣室，且尺寸较大，渣门启闭不灵活，密封性差，排渣不通畅时需人工捅渣，虹吸式水压不高，管道内易结垢，渣门漏风较大。（十）吹灰和除灰吹灰器是指用流体作吹扫介质，通过喷嘴的作用，形成高速射流，来吹扫锅炉受热面烟气侧沉积物的一种锅炉辅机。其除灰原理是利用射流的能量将干灰分离，吹扬，然后由烟气流带走。使用吹灰器存在如下一些利弊：使用吹灰器，可以提高锅炉的传热效率和可用率；利用吹灰器的投用与否及改变投用顺序和间隔时间，可以起到调温作用；如计及吹灰后提高了受热面的清洁度，可以减少受热面的金属设计用量；吹灰器的吹扫介质，不能回收，是一项能量耗费；吹灰器吹扫，会加重受热面的磨损和冲蚀；吹灰器大多是湿式除灰，携入的水分会加剧锅炉尾部受热面腐蚀、瞬时降低烟气温度和干扰烟气流场；吹灰器的工作条件恶劣，运行、维护要求高，备件和维护费用也较高。电站锅炉对吹灰器的基本要求：配用的吹灰器应能在预定的烟气温度条件下工作，并能完成预期的吹扫任务；配用的吹灰器应具有较广的适应性。如：吹扫压力可以方便地调整，吹灰管或喷嘴无需拆除，其位置可进行调整，起喷位置、长吹灰管挠度也可调整，吹扫角度和吹扫轨迹等可以改变；吹灰器要附带穿过炉墙的密封箱或连接套管，它既是密封组件，又是吹灰器前端的支承结构。长吹灰器要附供后部悬吊组件；在锅炉热态时，炉膛吹灰器应能随炉膛一起膨胀。长吹灰器前端与炉墙之间应采用铰链结构，以保证膨胀时不影响吹灰器的工作。且仍保持长吹灰管前倾，以利疏水；吹灰器的零部件应具有相应的耐热、耐磨、耐腐蚀、耐冲蚀及自润滑性和可靠的密封性。电气配件要有良好的绝缘性能，动作安全可靠以适应露天、多灰和高温、水汽、烟气腐蚀等恶劣工况下使用；吹灰器配用的介质导入阀应通径适当、开启力小、启闭灵活、关闭严密、复位性能好，密封面能耐腐蚀和冲蚀。并附供配对法兰、垫片、紧固件等；每台吹灰器要配供单向空气导入阀。炉内负压时，可自行吸入冷空气 ，正压时靠该阀接入的高压空气供冷却和清扫之用；吹灰器既要就地手动，又能就地电动和远方遥控或接入自动程序控制；吹灰器配用的填料和填料函应是调节型。以防泄露；以蒸汽为吹扫介质的吹灰器喷嘴，设计上应同时考虑能用压缩空气吹扫。用户有要求时，吹灰器也可用作水力清洗的设备。（十一）蒸汽温度调节本锅炉采用喷水降温来调节过热汽温，它是用冷却水间接或直接冷却蒸汽的办法来达到减温目的。喷水减温器又称混合式减温器，是将减温水直接喷入过热蒸汽，经喷嘴雾化的减温水滴从蒸汽吸收热量、升温、汽化、与蒸汽混合，从而降低蒸汽温度。在减温器内蒸汽只能降温，不能升温，因此减温器是单向的蒸汽温度调节设备。减温器在过热系统中的位置需综合考虑气温调节的灵敏性和对过热器的保护。减温器布置在过热器系统的前部，可保护过热器，但汽温调节的延迟比较大；减温器布置在过热器后部，汽温调节灵敏，但过热器得不到保护。因此，在大型电站锅炉上常见的方式是将过热器系统分成串联的几级，减温器布置在两级过热器之间和末级过热器前。喷水减温器的特点是：减温幅度可达到100以上；蒸汽经过减温器的阻力小，一般小于50kPa；汽温调节灵敏，减温器出口的气温延迟时间为510s；设备简单，常利用过热系统的中间集箱作为减温器外壳。另外，由减温水直接喷入蒸汽，这就对减温水品质要求特别严格，不能低于蒸汽品质。四 锅炉基本结构及计算（一）锅炉基本结构的确定锅炉总体结构上采用单锅筒型布置，上升烟道为燃烧室和凝渣管两部分，水平烟道内置布置两级悬挂对流过热器，垂直下行烟道中布置两级省煤器和两级管式空气预热器。锅炉炉膛全部布满光管水冷壁，炉膛出口凝结管簇由锅炉后墙水冷壁延伸组成，在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好地充满炉膛。对流过热器分两级布置，由悬挂式蛇形管束组成，两级过热器之间装有锅炉自制冷凝水喷水减温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器。 省煤器和空气预热器采用两级配合布置，以节省受热面并减少钢材的消耗量。锅炉采用四根集中下降管，分别供水给12组水冷壁系统。锅炉的燃烧方式采用四角布置直流燃烧器。按照煤种特性选用中速磨煤机负压直吹系统。（二）全面热力计算热力计算过程见附录。五 辅助设备选择（一）锅炉燃烧制粉系统应与锅炉本体设计与锅炉安全保护监控系统相适应，并必须符合DL435火电厂煤粉锅炉燃烧突防爆规程的规定。1.煤粉制备（1）磨煤机和制粉系统型式应根据煤种的煤质特性、可能的煤种变化范围、负荷性质、磨煤机的适用条件，并结合锅炉炉膛结构和燃烧器结构形式等因素，经过技术经济比较后确定；对无烟煤、低挥发分贫煤、磨损性很强且易暴的烟煤等煤种，当技术经济比较合理时，可选用双进双出钢球式磨煤机；当采用常规钢球式磨煤机制粉设备时，应采用贮仓式制粉系统。（2）钢球式磨煤机贮仓式制粉系统的磨煤机台数和出力，按下列要求选择：每台锅炉装设的磨煤机台数不少于两台，不设备用。本设计每台锅炉设两台磨煤机。每台锅炉装设的磨煤机按设计煤种的计算出力（大型磨煤机在最佳钢球装载量下），应不小于锅炉最大连续蒸发量时所需耗煤量的115%；在磨制校核煤种时，亦应不小于锅炉最大连续蒸发量时所需耗煤量。当一台磨煤机停止运行时，其余磨煤机按设计煤种的计算出力应能满足锅炉不投油情况下安全稳定运行的要求。必要时，可经输粉机由邻炉来粉。2.送风机（1）大容量锅炉的送风机宜选用动叶可调轴流式风机，也可采用静叶可调轴流式风机或高效离心式风机。当采用双速离心式风机时，其低速档宜满足汽轮机带热耗保证工况（THA）负荷，并处于高效区运行。当技术经济技术比较合理时，也可采用其他调速风机