2000Th锅炉直流煤粉燃烧器的设计毕业论文.doc

南 京 工 程 学 院 说明书 专 业 热能与动力工程专业热能与动力工程专业 题 目 2000T h 锅炉直流煤粉燃烧器的设计锅炉直流煤粉燃烧器的设计 原创性声明和使用授权说明 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的 是我个人在指导教师的指导下进行的 研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加以标注和致谢的地方 外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果 也不包含我为 获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料 对本研 究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作了明确的说明 并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用 的规定 即 按照学校要求提交 的印刷本和电子版本 学校有权保存 的印刷 本和电子版 并提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布 的部分或全部内容 作者签名 日 期 学位原创性声明学位原创性声明 本人郑重声明 所呈交的是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位版权使用授权书学位版权使用授权书 本学位作者完全了解学校有关保留 使用学位的规定 同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交的复印件和电子版 允许被查阅和借阅 本人授权 大学可以将本学位的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位 涉密按学校规定处理 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 说说明明书书 中中文文摘摘要要 随着国民经济和电力负荷的迅速增长 电网容量也随之增加 我国越来越多 的采用大容量 高参数机组 燃烧器作为煤粉锅炉燃烧设备的主要组成部分 它 的性能好坏对燃烧的稳定性和经济性有很大的影响 本次的是锅炉容量为 2000 t h 的直流煤粉燃烧器 首先通过对所给煤种进行的工业分析 确定了煤种实际 的发热量 锅炉的基本参数 理论空气量和烟气量 并最终确定了炉膛燃料消耗 量等 然后 计算炉膛的结构尺寸 先假定炉膛的容积热负荷和截面热负荷 计 算出炉膛的容积和截面积以及炉膛的主体高度 并根据煤种特性来初步选定煤粉 燃烧器的类型和布置方式 针对燃烧煤种和锅炉容量选择合适的制粉系统 最后 计算燃烧器的出力 确定一 二次风的风量 在此基础上 最终确定出燃烧器的 喷口截面尺寸和燃烧器的阻力 具体得到的计算结果是 一次风喷口截面积 0 30m2 二次风喷口截面积 0 77m2 燃烧器的高度 13 27m2 一次风道阻力 536 45Pa 二次风道阻力 544 41Pa 关键词 2000t h 直流煤粉燃烧器 设计 计算 说说明明书书 外外文文摘摘要要 TitleTitle Design of Dc Pulverized Coal Burner of 2000t h Pulverized Coal Fired Boiler AbstractAbstract With the growth of national economy and power load electrical network capacity has increased rapidly in China More and more 600MW pulverized coal fired units with high capacity and parameters have been used As the main part of pulverized coal fired boiler s bustion equipment pulverized coal burner has the very tremendous influence to stability and economy of bustion The content of this graduation thesis is to design the Dc pulverized coal burner of 2000t h pulverized coal fired boiler Firstly by the industry analysis to the given coal it is identified that the actual coal heat the basic parameters of the boiler and theoretical air volume and flue gas volume and then the fuel consumption in the furnace is determined therefore Secondly calculating the structure size of the furnace By assuming volumetric heat load and sectional heat load we can calculate the volume and cross sectional area and the main body altitude of the furnace And next according to the coal properties preliminary select the type and arrangement of the burner Finally choosing the appropriate milling system on the basis of the coal properties and the boiler capacity When all the work above is finished it is possible to calculate the output of the burner and the volume of primary air and secondary air At this point we can determine the section size of the burner nozzle and the resistance of the burner definitively The specific result is that the section sizes of of the burner nozzle of the primary air and secondary air are 0 30m2 and 0 77m2 and the height of the burner is 13 27m and the duct resistance of the primary air and secondary air are 536 45Pa and 5441 41Pa Keywords 2000t h Dc pulverized coal burner Design Thermodynamic calculations 目 录 前言前言 改革开放 30 年来 电力行业走过了一条辉煌的改革发展之路 我国发电装 机容量连续保持每年新增 1 亿千瓦的迅猛势头 在此环境下 实行大电站 大 机组 高参数 环保节水的技术路线 采用超临界压力机组 坚持烟气脱硫 脱硝成为大的趋势 为适应这种大的趋势 高效环保安全的燃烧器的设计成了 当务之急 本次的是锅炉容量为 2000 t h 的直流煤粉燃烧器 通过对所给煤种 进行分析 计算出煤种的发热量和干燥无灰基挥发分成分及炉膛燃料消耗量等 来初步选定煤粉燃烧器的类型 考虑到现行的电站锅炉普遍采用的四角切圆的 燃烧方式 本次采用直流煤粉燃烧器 对炉膛的尺寸计算得到合理的假想切圆 直径 并对一 二次风量和风速进行计算 将一 二次风同送入燃烧器的空气 合理配比 从而使煤粉在炉膛内混合充分均匀 从而使燃烧更稳定 更高效 因为本设计是针对大的单元机组设计的 在设计的过程中 参数的选择会考虑 采用最新的数据 在数据计算时如果有必要 也会采用新的计算公式 目的只 有一个 就是保证设计的准确性和实际性 从而达到设计任务书的要求 第一章第一章 绪论绪论 1 1 直流式燃烧器的特点和发展直流式燃烧器的特点和发展 煤粉炉的燃烧设备包括煤粉燃烧器 点火装置和炉膛 煤粉燃烧器也称为 喷燃器 他是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分 燃烧器的性能对燃烧的稳定性 和经济性有很大的影响 目前的燃烧器主要有旋流和直流两种形式 两者主要 是由国外两大电站锅炉制造厂商 G E 和 B W 的公司生产制造 上世纪 80 年代 时 我国开始引进锅炉技术 由于在此前我国对直流燃烧器的研究较多 因此 主要引进了直流燃烧器 我国的燃烧锅炉大部分采用直流燃烧器 1 3 一 直流煤粉燃烧器的作用一 直流煤粉燃烧器的作用 煤粉燃烧器做为燃烧设备的主要部件 其作用是 1 向锅炉炉膛内输送燃料和空气 2 组织燃料燃烧和空气及时 充分的混合 3 保证燃料进入炉膛后尽快 稳定的着火燃烧 迅速 完全的燃尽 直流煤粉燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成 煤粉气流和热空气从喷 口射出后 形成直流射流 直流射流的主要特点是沿着流动方向的速度衰减比 较慢 具有比较稳定的射流核心区 且一次风和二次风的后期混合表较强 4 5 二 直流煤粉燃烧器的配风类型二 直流煤粉燃烧器的配风类型 根据燃烧器中的一 二次风喷口的布置方式 直流煤粉燃烧器大致上可以 分为均等配风和分级配风两种型式 现对这两种型式作简要介绍 1 1 均等配风直流式燃烧器均等配风直流式燃烧器 均等配风直流式燃烧器适用于容易着火的煤种 如烟煤 褐煤 这种燃烧 器的一 二次风喷口通常交替间隔排列 相邻两个喷口的中心间距较小 因一 次风携带的煤粉比较容易着火 故希望在一次风中煤粉着火后及时 迅速的和 相邻二次风喷口射出的热空气混合 5 这样 在火焰根部不会因为缺乏空气而 燃烧不完全 或导致燃烧速度降低 因而沿高度相间排列的二次风喷口的风量 分配就接近均匀 2 2 一次风集中布置的分级配风直流燃烧器一次风集中布置的分级配风直流燃烧器 分级配风直流燃烧器适用于燃烧着火比较困难的煤 如挥发分低的贫煤 无烟煤或劣质烟煤 其特点 几个一次风喷口集中布置在一起 一 二次风口 中心间距较大 由于一次风携带的煤粉着火比较困难 一 二次风的混合过早 会使火焰温度降低 引起着火不稳定 为了维持煤粉火焰的稳定着火 希望推 迟煤粉气流和二次风的混合 所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气 流中 一次风集中布置的问题在于着火区煤粉浓度高 可能造成着火区供氧不 足 延缓燃烧过程 5 6 1 2 新型燃烧器的发展新型燃烧器的发展 煤粉炉运行的经济性和安全性都与煤粉火炬的稳定性有密切的关系 为提 高煤粉火炬的稳定性首先使煤粉稳定燃烧 针对我国新经济形式对电力的需求 状况和环保的要求 保证煤粉锅炉在符合变动的情况下仍然能高效 稳定和低 污染地燃烧尽量减低对低负荷投油稳燃的依赖 在 20 世纪 90 年代后期 我国 发展了新的煤粉燃烧设备 以下简单介绍它们的原理和性能指标 1 1 WR WR 燃烧器燃烧器 美国燃烧工程公司设计的 WR 燃烧器 其全名是直流式宽调节比摆动燃烧 器 主要是为提高低挥发份煤的着火稳定和在低负荷运行时着火 燃烧的稳定 性而设计的 这种燃烧器的煤粉喷嘴是一种浓淡分离的高浓度煤粉燃烧器 煤 粉喷嘴的一次风道与煤粉管道的连接处有一个弯头 因此 WR 燃烧器时煤粉 浓淡分离的工作原理 就是利用煤粉气流通过这个管道弯头时 依靠离心离力 的作用 大部分煤粉紧贴着弯头外侧进入煤粉喷嘴 而放在煤粉喷嘴中间的水 平肋片 将使煤粉气流顺势分成两股 上部分是高浓度煤粉气流 下部是低浓 度煤粉气流 并将其保持到离开喷嘴以后的一段距离 从而提高了煤粉气流喷 嘴出口处上部煤粉气流的煤粉浓度 同时在喷嘴出口处装有一个扩流锥 它可 以在喷嘴出口形成一个稳定的回流区 实践证明 WR 燃烧器能有效地燃用低 挥发份的无烟煤和贫煤 6 2 2 水平浓淡低水平浓淡低 NONOx x燃烧器燃烧器 这种燃烧器是针对贫煤和无烟煤开发的 并以此为核心发展成了系列浓淡 煤粉燃烧技术 它的工作原理是 在一次风道内采用百叶窗式煤粉浓缩器 使 煤粉气流在流经百叶窗时发生不同程度的偏转 导致煤粉和气流惯性分离 经 分流隔板后形成浓淡两股煤粉气流射流 被分离后的浓淡煤粉气流 浓煤粉气 流的空气供应量低于挥发分燃烧所需的量 对于焦炭燃烧而言更加不足 使着 火后在燃烧器出口的 NOx生成量大大降低 随后淡煤粉气流及时混入 形成局 部区域的分级燃烧 并保证了燃烧效率 水平浓淡燃烧器布置在四角切圆的同一个水平面内 淡煤粉气流在背火侧 喷入炉膛 形成外侧假想切圆 浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛 形成内侧假想 切圆 淡煤粉气流在水冷壁附近区域形成比普通燃烧器强的多的氧化性气氛 这种布置不仅起到了稳燃和降低 NOx的作用 而且还同时避免了浓煤粉气流在 外侧燃烧时形成的还原性气氛 在烟气中含硫较高的时候对水冷壁的高温腐蚀 现象 5 6 3 3 钝体燃烧器钝体燃烧器 钝体燃烧器就是在常规应用的四角切圆布置燃烧直流燃烧器靠近一次风喷 口处安装一个三角形的钝体 它是华中理工大学的研究成果 钝体燃烧器在国内大都应用在燃用劣质烟煤 贫煤或无烟煤的锅炉上 起 到稳定火焰 改善燃烧的作用 并提高了燃烧效率 还可在额定负荷的 55 60 的 低负荷下稳定运行而不用投油助燃 其工作原理 在煤粉气流流经钝体后 在 钝体后产生一个较大的回流区 由于回流区的高温烟气反向流向火炬根部 使 煤粉气流在喷口出口附近形成一个高温区 对煤粉气流的着火非常有利 同时 煤粉空气混合物从一次风喷口喷出 遇到钝体后 由于煤粉颗粒比空气流有较 大的轴向运动惯性 使大量煤粉在回流区边缘附近集中 使这里的煤粉浓度比 原一次风的煤粉浓度增加了近 1 5 倍 形成一个高煤粉浓度区域 这个区域与 高温区同在回流区附近 使得钝体后的回流区附近 成为煤粉气流一个稳定的 着火点 另外 在钝体的导流下 一次风射流的扩展角也比原来的显著增大 射流外边界卷吸温烟气的能力也有所增加 因此 钝体燃烧器对燃烧低挥发份 的切圆燃烧方式的稳燃有很大的作用 7 1 3 燃烧器设计的思路和需要注意的问题燃烧器设计的思路和需要注意的问题 随着锅炉容量的增大 机组大型化 对燃烧器的要求已经不仅局限在过去 小容量实验数据总结的参数 这也是本机设计的初衷之一 在设计大容量锅炉 的燃烧器时 会面临一些之前没遇到的问题 设计的步骤会有些改变 煤粉燃 烧器选用和计算的主要内容有 选用煤粉燃烧器的型式和布置方式 确定每台 锅炉所用燃烧器的数目和燃烧器的热功率 计算一 二次风量 计算燃烧器出 口截面积和结构尺寸 计算燃烧器的阻力 一个性能良好的燃烧器应能满足下 列的要求 7 1 通过正确设计的燃烧器结构 在燃烧器出口处建立使煤粉气流能及时稳 定着火的空气动力场 着火以后一 二次风能合理混合 以保证煤粉燃烧的稳 定性和经济性 2 有较好的燃料适应性和负荷调节性 在煤种和负荷变化时能及时地对风 速和风量进行正确的调节 其各调节机构的传动和调节灵敏 可靠 耐用 3 通过正确的组织着火 混合和燃烧过程 燃烧器应能最大限度的降低 NOx的排放 以达到环境保护的要求 4 燃烧器的设计 材料选用 制造和安装 应能与制粉系统和炉膛合理配 合 以保证锅炉燃烧系统的可靠安全运行 具体的内容和需要注意的问题简介如下 一 设计的主要思路一 设计的主要思路 首先通过对所给煤种进行的工业分析 确定了煤种实际的发热量 锅炉的 基本参数 理论空气量和烟气量 并最终确定了炉膛燃料消耗量等 然后 计 算炉膛的结构尺寸 先假定炉膛的容积热负荷和截面热负荷 计算出炉膛的容 积和截面积以及炉膛的主体高度 并根据煤种特性来初步选定煤粉燃烧器的类 型和布置方式 针对燃烧煤种和锅炉容量选择合适的制粉系统 最后 计算燃 烧器的出力 确定一 二次风的风量 在此基础上 最终确定出燃烧器的喷口 截面尺寸和燃烧器的阻力 二 设计开始前应注意的问题二 设计开始前应注意的问题 1 应为本次设计的是 2000T h 锅炉直流煤粉燃烧器 在参数选择时应 特别注意 因为很多的参数的确定是在过去小容量的炉内传热实验数据总结出 来的 存在一定得误差 这就需要在设计时要多多的参考文献 以求得更加精 准的参数选择 2 锅炉容量是 2000T h 可以按亚临界锅炉也可以按超临界锅炉进行 设计算 在计算之前首先应该明确这一前提 否则在最后计算的结构上会有很 大的差距 3 制粉系统的选择是燃烧器选型的一个非常重要的影响因素 因为 不同的制粉系统就对应于不同的配风方式 这这将直接导致最后计算结果和燃 烧器喷口的整体布置 第二章第二章 燃料性质和燃烧计算燃料性质和燃烧计算 2 1 基本资料和燃料分析基本资料和燃料分析 燃料的主要组成都是多种碳氢化合物 从元素分析的角度来看 燃料主要 成分是 C H O N S 以及水分和灰分 由于水分和灰分这两种不可燃组分 的含量常随燃料的开采 运输 贮存及气候等外界条件的改变而变化 所以在 燃料元素分析时常采用以下四种元素分析的成分基准 收到基 空气干燥基 干燥基和干燥无灰基 8 收到基水分 Mar 13 灰分 Aar 14 8 炭 Car 56 9 氢 Har 4 4 氧 Oar 9 1 氮 Nar 1 2 硫 Sar 0 6 低位发热量 Q p 22415 kJ kg 挥发分 Vdaf 46 空气干燥基水分 Mad 3 5 一 煤的元素各成分之和为一 煤的元素各成分之和为 100 100 的校核的校核 Mar Aar Car Har Oar Nar Sar 13 14 8 56 9 4 4 9 1 1 2 0 6 100 校核表明该煤种符合标准 二 元素分析数据校核二 元素分析数据校核 1 根据元素分析成分计算燃料收到基低位发热量 门捷列夫经验公式 门捷列夫经验公式 9 如公式 2 1 所示 Q p 339Car 1030Har 109 Oar Sar 25Mar 2 1 将数值代入公式可得 Q p 339Car 1030Har 109 Oar Sar 25Mar 339 56 9 1030 4 4 109 9 1 0 6 25 13 22569 6 kJ kg 2 计算煤种的实际发热量和用门捷列夫经验公式计算出的发热量误差 Q p Q p 22569 6 22415 154 6 kJ kg 可以认为 Q p Q p 3 计算设计煤种干燥基灰分 Ad 100 100 Mar Aar 17 01 4 判断元素分析的正确性 设计煤种的 Ad 17 01 25 实际发热量与用门捷列夫经验公式计算出的发 热量的误差小于 600kJ kg 所以元素成分是正确的 三 炉膛过量空气系数和漏风系数的确定三 炉膛过量空气系数和漏风系数的确定 对固态排渣炉来说 在燃烧烟煤时 炉膛出口的过量空气系数取 1 20 1 25 本次设计是在锅炉额定负荷下进行的考虑到是固态排渣炉 屏式水 冷壁 炉膛的漏风系数 0 05 10 四 锅炉的基本特征参数四 锅炉的基本特征参数 锅炉的额定容量是 2000t h 即 De 2000t h 再热蒸汽流量 Dzr 1700 t h 主蒸汽压力取 P0 25 4Mpa 主蒸汽温度取 T0 570 查表 11 计算可得过热蒸汽焓值 h gg 3395 7 kJ kg 再热蒸汽进口温度 T zr 321 再热蒸汽进口压力 P zr 4 75Mpa 再热蒸汽进口焓 h zr 2994 38 kJ kg 再热蒸汽出口温度 T zr 569 再热蒸汽出口压力 P zr 4 56Mpa 再热蒸汽出口焓 h zr 3595 91 kJ kg 给水温度 tgs 285 低温省煤器入口的压力即给水压力 pgs 28 87 Mpa 12 查水蒸气热力表用差值法可得到给水焓 hgs 1253 64 kJ kg 锅炉的有效热量包括过热蒸汽的吸热 再热蒸汽的吸热 饱和蒸汽的吸热 和排污水的吸热 当锅炉不对外供应饱和蒸汽时 而且是直流炉时 单位时间 内锅炉的总有效利用热量 Q 计算公式如 Q 1000 De h gg hgs Dzr h zr h zr 2 2 将数值代入公式 2 2 可得 Q 1000 De h gg hgs Dzr h zr h zr 1000 2000 3395 7 1253 64 1700 3595 91 2294 38 5 306 109 kJ h 2 2 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 燃料的燃烧计算以单位质量 或单位体积 的燃料为基础 燃料计算包括 燃烧计算 烟气特性计算 烟气焓计算 10 1 燃烧计算需计算出 理论空气量 理论氮容积 RO2容积 理论干烟气 量 理论水容积等 2 烟气特性计算需计算出 干烟气容积 水蒸气容积 烟气总容积 RO2 容积份额 水蒸气容积份额 三原子气体和水蒸气容积总份额 容积飞灰浓度 等 3 烟气焓的计算需要计算出炉膛所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓值 以下是三部分具体的计算内容 一 燃烧计算一 燃烧计算 1 理论空气量 V0 1kg 收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需的空气量 称为理论 空气量用 V0表示 V0 0 0889 Car 0 375Sar 0 265Har 0 0333Oar 0 0889 56 9 0 375 0 6 0 265 4 4 0 0333 9 1 5 94 Nm3 kg 2 理论氮容积 2 0 N V 2 00 Nar 3 V0 8N 1000 79 V 0 8 1 2 1000 79 5 944 70 Nm kg 3 RO2容积 2 RO V 2 ROarar 3 V1 866C 1000 7S 100 1 86656 9 1000 70 6 100 1 07 m kg 4 理论干烟气容积 0 gy V 22 003 gyNRO V V V4 70 1 075 77 Nm kg 5 理论水蒸气容积 VH2O VH2O 11 1Har 100 1 24Mar 100 1 61 0 01V0 11 1 4 4 100 1 24 13 100 1 61 0 01 5 94 0 76 m3 kg 二 烟气特性计算二 烟气特性计算 1 实际干烟气量 Vgy 锅炉中实际的燃烧过程是在过量空气系数 1 的条件下进行的 实际干烟 气量 Vgy V0 gy 1 V0 5 77 1 2 1 5 94 6 96 m3 kg 2 烟气总容积 Vy Vy Vgy VH2O 6 96 0 76 7 72 m3 kg 3 RO2容积份额rRO2 rRO2 VRO2 Vy 1 07 7 72 0 138 4 水蒸气容积份额rH2O rH2O VH2O Vy 0 76 7 72 0 099 5 三原子气体和水蒸气容积总份额 r r rRO2 rH2O 0 138 0 099 0 237 三 空气和烟气焓的计算三 空气和烟气焓的计算 1 理论空气焓 h0 k 理论空气焓 h0 k V0 ct k kJ kg 上式中 ct k 1m3标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度 t 时的焓 值 例如 100 时 可以查文献 10 得到 ct k 132 43 所以有 100 k h132 43 5 94786 82 kJ kg 2 理论烟气焓 h0 y 理论烟气是多种成分的混合气体 由工程热力学可知 其焓值等于各组成 成分焓的总和 所以理论烟气焓的计算式为 222 222 00 yRONH O RONH O h Vct Vct VctkJ kg 式中 ct RO2 ct N2 ct H2O 理论烟气中各成分在温度 t 时的焓值 由于 VCO2 VSO2 且两者的比热容接近 故取 ct RO2 ct CO2 例如 100 时的理论空气焓 可以查文献 10 得到 ct RO2 170 3 ct N2 129 58 ct H2O 150 52 所以 h100 y 1 07 170 3 4 70 129 58 0 76 150 52 902 87 kJ kg 3 实际烟气焓 h y 实际烟气焓 h y 等于理论烟气焓 h0 y 过量空气焓 1 h0 k 和烟气中飞灰 焓 hfh之和 即 h y h0 y 1 h0 k hfh 其中飞灰的焓值较小 因此只有在满足 4187 fhAar Q p 6 时才计算 Aar 14 8 Q p 22415kJ kg 计算可得 4187 0 95 14 8 22415 2 62 6 所以 hfh不计算 例如 100 时的实际空气焓 h y h100 y 1 h100 k 902 87 1 2 1 786 82 1060 234 kJ kg 其他温度下的空气和烟气焓的计算方法同上 见附表 1 和附表 2 四 燃料消耗量的计算四 燃料消耗量的计算 1 排烟焓的计算 hpy 排烟温度主要根据燃料价格和金属耗量的经济比较来选择的 较低的排烟 温度对应于较低的排烟损失和较高的锅炉效率 燃料消耗量比较少 但是 由 于尾部受热面传热温差的降低 其金属耗量也就增加 锅炉的最佳排烟温度应 是燃料费用和尾部受热面金属费用总和的最小值岁对应的温度 此外还与锅炉 给水温度 燃料的性质 水分和硫的含量 有关 给水温度高时 尾部受热面 传热温差下降 排烟温度应高点 水分较大时 空气和烟气热容比减小 排烟 温度应高些 燃料的硫份较多时 金属壁温低于烟气露点时 还要防止低温腐 蚀 综上 排烟温度先假设选取 130 按照上述方法求在 100 和 200 时的 理论空气焓 理论烟气焓 实际烟气焓 然后运用差值法计算得到排烟焓 hpy 1401 33 kJ kg 2 锅炉热效率计算 锅炉热效率 100 q 化学不完全燃烧损失 q3和机械不完全燃烧损失 q4 本设计的对象是固态煤粉排渣炉 所用煤种的 Vdaf 46 40 是褐煤 它的 灰分含量 Aar 14 8 所以取 q3 0 q4 1 5 锅炉散热损失 q5 锅炉的散热损失 q5 qe 5 De D 当锅炉额定蒸发量大于 900t h qe 5 按 0 2 计算 7 因为本设计是在额定 负荷下进行的 因此 De D 1 所以 q5取 0 2 灰渣损失 q6 灰渣物理损失是指锅炉排出的灰渣 飞灰与沉降灰所携带的热量未被利用 而引起的热损失 当燃煤的折算灰分小于 10 即 Azs 4187Aar Qar net 10 时 固态排渣煤粉炉可忽略炉渣的热损失 4 即 q6 0 Azs 4187 0 148 2415 0 027640 的烟煤或褐煤时 也有些制造厂喜 欢用切向直流煤粉燃烧器 因为这种燃烧器对没种的适应性强 本设计虽然 Vdaf 46 40 但采用直流煤粉燃烧器 16 17 除此之外 切向直流式燃烧器对煤种的适应性好 所以现在的电站锅炉也 多采用这种燃烧器 这也是本设计将它作为研究对象的原因 二 燃烧器的布置方式二 燃烧器的布置方式 燃烧器的布置方式对炉内的空气动力工况和燃烧工况有很大的影响 为了 提高炉膛利用率应注意改善炉膛火焰充满度 采用不同的燃烧方式就会采用不同的燃烧器和燃烧方式 由于本设计采用 的是直流燃烧器 所以宜采用四角布置的切向燃烧方式 这种燃烧器的布置方 式对煤种的适应性好 在我国现行的电站锅炉中应用很广 8 18 直流是燃烧器理想的布置方案是将炉膛的横截面积设计成正方形 这一点 在上一章的炉膛结构尺寸中已经做到了 燃烧器正四角布置切圆燃烧 如图 4 如果由于炉墙 钢架布置问题而不能采用正四角布置时 也可以采用侧墙四 角布置 炉膛的宽深比应小于 1 20 燃烧器中心线和炉膛对角线之间的夹角 j 4 6 图 3 切向燃烧时直流煤粉燃烧器的布置方式 大容量锅炉燃烧器均为多层布置 布置层数 燃烧器只数和热功率可参考 文献 6 的表 8 31 根据此表 本设计的燃烧器的层数共 6 层 24 只燃烧器 即 Zr 24 燃烧器喷口总高度和宽度 Hr br在 4 6 之间 燃烧烟煤或褐煤时 高宽 比适当取得高点 大容量锅炉一般将每角上的燃烧器沿高度分成几组 每组的高 宽比约为 4 5 各组之间留有空当 空当的高度不得小于喷口的高度 每个喷 口之间应当保持有一定的间距 9 4 2 燃烧器制粉系统的选择燃烧器制粉系统的选择 制粉系统的选择应根据燃煤特性和锅炉容量等考虑 同时 系统的投资和 运行费用进行技术经济比较 最后做出决定 燃煤特性 包括 Mar Mad Aar Vdaf Q p和 Kkm 是选择磨煤机型式 和制粉系统首先考虑的问题 又是还必须考虑煤种和煤质可能的变化 首先 应根据煤种的干燥无灰基挥发分含量 Vdaf决定煤粉细度 再参考煤的可磨度 Kkm选定磨煤机的型式 然后再根据燃煤性质及磨煤机型式选择制粉系统 8 9 磨煤机及制粉系统和它能适应的燃烧器型式也有很大的关系 例如 当采 用直吹式制粉系统时 为防止磨煤机轴承向外漏粉 磨煤机中或磨煤机出口的 风压不能太大 在采用风扇磨煤机 携带煤粉的一次风压常由风扇磨煤机本身 提供 而风扇式磨煤机总提升压头一般为很小 再去掉消耗于磨煤机入口通风 阻力及出口的煤粉分离器后能用于克服燃烧器一次风阻力的压头就更小了 因 此 采用直吹式制粉系统时 常选用一次风阻力较小的燃烧器 考虑本设计煤 种是抚顺烟煤 Kkm 1 4 选择中速磨煤机 具体型号 HP 1003 19 20 磨煤机型式选定后 要结合锅炉的燃烧要求 选择相应的制粉系统 目前 普遍使用单元制制粉系统 即每台锅炉单独的配一套制粉系统 单元制制粉系 统一般分两大类 一类是直吹式制粉系统 即磨成的煤粉直接吹入炉膛 一般 配用中速和高速磨煤机 直吹式制粉系统分为负压系统和正压系统 另一类是 中储式制粉系统 即磨成的煤粉先储存在中间煤粉仓 随后再根据负荷要求再 由煤粉仓送入炉膛 考虑到本设计实际燃料消耗量大且适用的磨煤机是中速磨 煤机 所以选用正压直吹式制粉系统 4 3 燃烧器出力和风量计算燃烧器出力和风量计算 燃烧器最终尺寸的确定 先需要确定单只燃烧器的出力 一 二次风的风 量 最后通过对高宽比的合理选择来最终确定燃烧器喷口的尺寸 一 单只燃烧器的出力一 单只燃烧器的出力 B Br r 锅炉在一定负荷下需要吸收的热量是一定 锅炉热效率也是一定的 当选 定锅炉在额定负荷下运行所用的燃烧器数目后 每只燃烧器在单位时间内燃烧 掉的燃料量 Br就是单只燃烧器的出力 Br的计算公式如下 8 Br B Zr kg h 4 1 式中 B 锅炉在额定负荷下的燃料消耗量 kg h Zr 锅炉燃烧器数目 对于切向燃烧直流煤粉燃烧器 所谓的燃烧器数目是指一次风喷口的数目 本设计的燃烧器数目已经确定 即 Zr 24 锅炉在额定负荷下的燃料消耗量也 是已知的 将数值代入公式 4 1 可得 Br B Zr 257823 71 24 10728 kg h 2 98 kg s 将 Br折算为燃料在单位时间内通过燃烧器燃烧所释放的热量 Qrs 也就是单只 燃烧器的热功率 Qrs BrQar net p 2 98 22415 66887 94 kW 随着锅炉容量的不断增大 炉膛容积和单只燃烧器的出力或热功率也相应 的增大 但是根据国内外的实际经验 无论是旋流式或是直流式燃烧器 其单 只热功率的增大都是有限度的 它受以下因素影响 1 燃烧器的热功率过大会使燃烧器区受热面的局部热负荷过高 2 理论研究和实践经验均表明 对于旋流燃烧器 采用热功率较小数量较 多时 有利于在不增加机械不完全燃烧损失的情况下减少烟气中 NOx的生成量 因此 当锅炉容量增大而使炉膛截面积增大时 大容量锅炉发展趋势是不改变 炉膛深度和加大燃烧器的热功率 而是只相应增加炉膛宽度和燃烧器数目 单 只热功率不变还有利于燃烧器的设计和制造 便于采用标准化和系列化的部件 3 采用数量较大 热功率较小的燃烧器有利于防止炉膛结渣 4 在低负荷或锅炉启停时 需要切换或启停一些燃烧器 如果单只燃烧器 热功率过大 对防止炉膛火焰偏斜有不利的影响 5 单只燃烧器的热功率过大时 会使一二次风气流变厚 从而影响风粉及 时有效地混合 不利于燃烧过程的发展 二 燃烧器的空气量和一 二次风量计算二 燃烧器的空气量和一 二次风量计算 通过燃烧器的总空气量 Vr Nm3 h 或 m3 s 和通过燃烧器送入的燃料燃烧所 需的理论空气量 BjV0 Nm3 h 的比值 称为燃烧器的过量空气系数 r 4 2 r r 0 j V B V 一次风量和 V1和 BjV0 Nm3 h 的比值称为一次风供给系数 1 同理也有二 次风供给系数 2 除了用风量供给系数表示一 二次风量外 更多用的是一 二次风率表示 一次风量的确定是否合理 直接关系到喂煤系统能否正常运转 煤粉计量 的准确性 煤耗的高低 热工制度的稳定等问题 应引起注意 一次风量越大 着火热增加的越多 将使着火推迟 增加了燃成热耗 而且会造成燃烧器风粉 入口部位和支撑处容易磨损 最终影响燃烧器的使用寿命 但一次风量太小 着火阶段部分挥发分和细粉燃烧得不到足够的氧 将限制燃烧过程的发展 风 量太小也会导致煤粉出燃烧器不均匀 影响风粉的混合 造成煤粉的不完全燃 烧 此外一次风量还必须满足输粉的要求 否则会造成煤粉堵塞 形成煤脉冲 6 根据设计煤种干燥无灰基的值参考文献 22 一次风率r1k 28 炉膛漏风率 r1f rlf 0 05 1 20 4 17 二次风率 r2k 煤粉着火后 二次风的投入方式对着火稳定性和燃尽过程起 着重要的作用 对于大容量锅炉尤其二次风穿透火焰的能力 当燃用的煤质确 定 一次风量就会确定 二次风量也就随之确定 22 r2k 100 rlf rlk 100 4 17 28 67 83 磨煤机出口气粉混合温度 tm 70 一次风温度 t1k 根据煤质挥发分含量的大小 一次风温即应满足使煤粉尽 快着火 稳定燃烧的要求 又能保证煤粉输送系统的安全 一次风温过高 可 能导致爆炸或自燃 而一次风温太低 将使着火推迟 燃烧不稳定 燃烧效率 降低 导致出口烟温升高 过热器超温或汽温升高 由于本设计采用的是正压 直吹式制粉系统 一次风温度也即系统末端干燥剂的温度 9 tlk t m 70 空气预热器出口温度 t ky t ky 330 二次风温 t2k 从燃烧角度看 二次风温温度愈高 愈能强化燃烧 并能在 低负荷运行时增强着火的稳定性 但二次风温的提高受空气预热器传热面积的 限制 考虑到金属耗量多 结构庞大等因素 二次风温不会太高 因为本设计 采用的制粉系统是正压直吹式制粉系统 二次风温的计算如下公式 22 0 2kky tt1033010320 C 煤粉中的水分 9 Mmf 取 Mmf 0 8 煤在制粉系统中蒸发掉的水分 13 M armf mf MM130 8 M0 12 kg kg 100M1000 8 制粉系统的漏风率 9 Klf 选取 Klf 0 12 要保证制粉系统干燥出力和磨煤出力相适应 就必须进行制粉系统干燥计 算 即制粉系统的热平衡计算 热力计算包括干燥剂的数量 温度和组成成分 以及干燥出力等 计算时以每公斤原煤作为基础 计算系统是从原煤与干燥剂 的进口截面至系统的末端 对于负压系统 系统末端是排粉机进口 对正压系 统系统末端是粗粉分离器出口截面 每公斤原煤需要干燥剂 g1 对于直吹式系统 按着火和燃烧推荐的一次风 率r1k来确定干燥剂 g1量 对于仓储式系统 为使钢球式磨煤机在最佳工况下运 行 根据最佳磨煤通风量 Vzj tf 来干燥剂量 g1 本设计采用的正压直吹式制粉 系统 所以干燥剂 g1量可以按下面的步骤计算 9 炉膛的过量空气系数 1 20 理论空气量 V0 V0 5 94 Nm3 kg 制粉系统的漏风率 Klf 前面已选取 Klf 0 12 将数值代入下面的公式以求得每公斤原煤需要干燥剂 g1 0 1k 1 lf 1 285V r1 285 1 20 5 9428 g2 29 kg kg 100 1 K 100 10 12 大气压力是 0 1013Mpa 一次风压和二次风压均按大气压计算 也即 P1 P2 0 1013Mpa 一次风量 V1的计算公式如 4 2 所示 4 0 1kjdq 1klf 1 11lf rV BPt2731 24K V1 100 3600273pg 1K 2 将以求得的各项数值代入公式 4 2 可得 1 3 28 1 20 5 94253956 3570 2731 240 12 V11 100 36002732 29 10 12 187 20 m s 二次风量 V2的计算公式如 4 3 所示 4 0 2kjdq 2k 2 2 rV BPt273 V 100 3600273p 3 将以求得的各项数值代入公式 4 3 可得 2 3 67 83 1 20 5 94253956 35320 273 V1 100 3600273 741 07 m s 4 4 燃烧器尺寸计算燃烧器尺寸计算 一 燃烧器喷口截面尺寸一 燃烧器喷口截面尺寸 一次风速对着火过程有着一定的影响 若一次风速过高 则通过单位截面 积的流量增大 势必会降低煤粉的加热速度 使着火距离加长 但一次风速过 低时 会引起燃烧器喷口被烧坏 以及煤粉管道等故障 故有一个最适宜的一 次风速 它与煤种及燃烧器的型式有关 22 23 计算出一 二次风量后 选择喷口处一 二次风速 就可以得到喷口截面 的尺寸了 具体步骤如下 一二次风速比为 2 1 因燃烧器的型式和燃烧的煤种不同而不同 对直流 燃烧器 一二次风速比为 9 2 1 1 1 2 3 一次风速 1 一次风速不仅决定着着火燃烧的稳定性 而且还影响一次风 气流的刚度 一次风速过高 会推迟着火 引起燃烧不稳定 甚至灭火 此外 当一次风速大于火焰传播速度时 就会吹灭火焰引起脱火 而一次风速过低对 稳定燃烧和防止结渣也是不利的 一次风推荐值 1 25 35m s 之间 根据设计 煤种和锅炉的特性 选取一次风速 8 1 26m s 二次风速 2 二次风是在煤粉气流着火后混入的 由于高温火焰的粘度很 大 二次风必须以很高的速度穿过火焰 以增强空气与焦炭粒子表面的混合 故二次风速比一次风速提高一倍以上 燃烧器喷口机构不变 二次风速只随二 次风量变化 二次风推荐值 2 40 55m s 之间 根据设计煤种和锅炉的特性 选取二次风速 8 2 40m s 一次风喷口的总截面积 A1 根据计算公式 A1 V1 Zr 1 4 4 讲求得的数值代入公式 4 4 可得 A1 V1 Zr 1 187 20 24 26 0 30 m2 二次风喷口的总截面积 A2 根据计算公式 A2 V2 Zr 2 4 5 讲求得的数值代入公式 4 5 可得 A2 V2 Zr 2 741 07 24 40 0 77 m2 二 燃烧器高度的计算和校核二 燃烧器高度的计算和校核 在确定了喷口布置方式 燃烧器型式和炉膛水平截面尺寸的宽度 Hlk和深 度 Hls 也即图 4 中的 a 和 b 后 计算假想切圆的直径 9 dj 图 4 直流燃烧器正四角布置 4 6 lkls j 2 HH d 4 其中 是假想切圆直径的修正系数 9 0 05 0 12 根据设计煤种和炉膛结构 尺寸的特点 取 0 08 将数值公式 4 6 可得 lkls j 2 HH 20 08 15 6 15 6 d1 25 m 44 燃烧器中心线到假想切圆切点的距离 Lj 如果 Lj过长 则火炬不能达到相 邻燃烧器的喷口附近 则气流易冲到对墙容易产生结渣 并使相邻燃烧器喷口 烧坏 合适的 Lj长度大概是核心射流长度 射流初始段 的 2 倍 22 2 lkls j HH2 15 6 L11 03 m 22 当燃烧器的高宽比 Hr br 3 时 可以近似的将喷口作圆形喷口处理所以当燃 烧器的高宽比 Hr br增大时 2Lj br也会相应的增大 2Lj br和 Hr br的关系可以 总结如下图 5 图 5 切向燃烧直流燃烧器 2Lj br和 Hr br的关系 因此 在计算出燃烧器中心线到假想圆切点的距离 Lj后 可以先假定燃烧 器总高度与宽度的比值 Hr br 再从图 5 查出合适的 2Lj br的值 根据它和 Lj就 可以算出燃烧器的宽度 br 再假定燃烧器总的高宽比 Hr br时 对于小容量锅炉 Hr br 6 6 5 无烟煤 贫煤应比烟煤的大 容量更大的锅炉应采用更大的高宽 比 或将喷口分段 每段高宽比约为 4 5 各段之间的距离不应小于喷口宽度 本设计所选的每段燃烧器到宽比 Hr br 4 60 特性比值 2Lj br查表 5 可得 2Lj br 24 80 燃烧器喷口宽度 br br可以用下面的计算公式求得 j r j r 2L2 11 03 b0 88 m 2L 24 80 b 下层燃烧器下边缘距离冷灰斗转折点的距离 Lx Lx br 其中 是经验系数 一般 9 3 5 5 0 本设计取 3 5 因此 Lx br 3 50 0 88 3 09 m 一次风喷口高度 hr1 hr1 A1 br 0 30 0 88 0 34 m 一次风喷口高度 hr2 hr2 A2 br 0 77 0 88 0 87 m 将燃烧器分成三段 每段由两个一次风喷口和三个二次风喷口组成 因一 次风携带的煤粉比较容易着火 故希望在一次风中煤粉着火后及时 迅速的和 相邻二次风喷口射出的热空气混合 5 这样 在火焰根部不会因为缺乏空气而 燃烧不完全 或导致燃烧速度降低 参照文献上 5 的数据 每段之间的距离取 0 89m 相邻一 二次风喷口之间的距离取 0 15m 则每段燃烧器的高度 9 Hr rr1r2 H2H3H40 1520 343 0 870 63 82 m 燃烧器的总高度 Hr rr H3H20 893 3 8220 8913 27 m 燃烧器的高度校核 Hr br 4 60 4 60 3 82 0 88 4 60 4 60 0 046 0 05 符合要求 燃烧器的喷口布置草图见附图 1 三 燃烧器阻力计算三 燃烧器阻力计算 选定燃烧器的结构尺寸后 应核算一 二次风通道的阻力 燃烧器的阻力 h 常用下面的公式 8 计算 4 7 2 h Pa 2 式中 阻力系数 分别为燃烧器出口截面处的气流密度 kg m3 和气流的轴向速度 m s 在计算含煤粉的一次风通道时 应考虑含有煤粉而使混合气流的密度增大 在每公斤气体携带 公斤 阻力计算公式 8 为 4 2 h 10 8 Pa 2 8 切向燃烧直流燃烧器的阻力系数 8 1 1 1 2 本设计取 1 15 一次风密度 1 1 1 285 273 273 tlk 1 285 273 273 60 1 05 kg m3 二次风密度 2 1 1 285 273 273 t2k 1 285 273 273 320 0 59 kg m3 一次风