电站热力系统设计锅炉部分学习教案

1、会计学1电站电站(din zhn)热力系统设计锅炉部分热力系统设计锅炉部分第一页，共65页。第1页/共65页第二页，共65页。第2页/共65页第三页，共65页。：300MW300MW发电机组）发电机组）锅炉的出力（蒸发量）分有：锅炉的出力（蒸发量）分有：1 1）BMCR(boiler maximum BMCR(boiler maximum continuous rating)continuous rating)- - 锅炉最大连续出力；锅炉最大连续出力；2 2）BRL(boiler rated load) - BRL(boiler rated load) - 锅炉额定锅炉额定( dng)( d

2、ng)负荷（出力）；负荷（出力）；3 3）ECR(economical continuous ECR(economical continuous rating) - rating) - 经济连续出力。经济连续出力。第3页/共65页第四页，共65页。第4页/共65页第五页，共65页。 25.4BMCR 25.4BMCR过热蒸汽压过热蒸汽压力（表压，力（表压，MPaMPa） M M燃煤（燃油燃煤（燃油Y Y，燃气，燃气Q Q，其它，其它T T） 951 951设计序号设计序号第5页/共65页第六页，共65页。第6页/共65页第七页，共65页。第7页/共65页第八页，共65页。第8页/共65页第九页

3、，共65页。第9页/共65页第十页，共65页。第10页/共65页第十一页，共65页。ODGK蒸发管出口蒸汽流量蒸发管内工质总流量循环倍率第11页/共65页第十二页，共65页。第12页/共65页第十三页，共65页。第二节 锅炉(gul)的典型布置第13页/共65页第十四页，共65页。第14页/共65页第十五页，共65页。第15页/共65页第十六页，共65页。第16页/共65页第十七页，共65页。第17页/共65页第十八页，共65页。 不同布置结构特点比较： 1、受热面热偏差、逆流传热、管道疏水； 2、受热面磨损、积灰； 3、管道长度、通风阻力； 4、安装、维修方便(fngbin)程度； 5、钢架

4、承重； 6、占地面积 、受热面布置空间。第18页/共65页第十九页，共65页。第三节 影响锅炉布置的因素 影响因素可分为(fn wi)： 工质侧：蒸汽参数、容量 ； 烟气侧：燃料性质。一、蒸汽参数（压力、温度） T T Qa1 Qa3 Qb1 Qb3 S S Qa2 Qb2第19页/共65页第二十页，共65页。 i tb (过热汽温b) ta (过热汽温a) Qa3 Qb3 i” Qa2 Qb2 i Qb1 Qa1 igs(给水) p 第20页/共65页第二十一页，共65页。由以上由以上2图可知：图可知：1. 对于中低参数锅炉：对于中低参数锅炉： 蒸发吸热量蒸发吸热量(rling)占的比例大占

5、的比例大 除了整个炉膛受热面全部用于蒸发吸热外，除了整个炉膛受热面全部用于蒸发吸热外， 可能还要采用沸腾式省煤器。可能还要采用沸腾式省煤器。2. 对于高参数锅炉：对于高参数锅炉： 过热、再热吸热量过热、再热吸热量(rling)占的比例大占的比例大 在炉膛上部布置辐射式过热器、再热器。在炉膛上部布置辐射式过热器、再热器。 第21页/共65页第二十二页，共65页。第三节 影响锅炉布置的因素 二、容量（蒸发量 ） 锅炉型号上标示的蒸发量：过热器出口蒸汽流量。以锅炉容量增加为例： 1、在炉膛的截面热强度、壁面热强度不变的情况下： a 炉膛容积热强度qv降低； b 水冷壁工质质量(zhling)流速w增

6、加。 原因：（炉膛尺寸（宽、深、高）用符号L表示） 面积热强度与L2（面积）成反比； 容积热强度与L3（体积）成反比； w与L（周长）成反比。第22页/共65页第二十三页，共65页。 2、为了不使炉膛容积增加太多、为了不使炉膛容积增加太多 炉膛截面热强度炉膛截面热强度(qingd)、壁面热强度、壁面热强度(qingd)增加增加 炉膛出口烟温增加炉膛出口烟温增加 布置屏式受热面，降低出口烟温、增加过热热。布置屏式受热面，降低出口烟温、增加过热热。 3、对流受热面采用多管圈结构，、对流受热面采用多管圈结构， 以防止工质流速太高。以防止工质流速太高。 第23页/共65页第二十四页，共65页。第三节

7、影响(yngxing)锅炉布置的因素 三、燃料性质 1、挥发分 挥发分低，需要：（1）提高截面热强度、燃烧器区域壁面热强度；（2）降低容积热强度；（3）提高热风温度（可能需要尾部受热面双级布置）。2、水分 水分高，需要：（1）类同挥发分低时的要求；（2）更多的炉膛蒸发受热面（保证蒸发吸热量）；（3）提高排烟温度（烟气热容大、酸露点高）。第24页/共65页第二十五页，共65页。第三节 影响锅炉布置的因素 三、燃料性质 3、灰分 灰分高，需要： （1）类同挥发分低时的要求； （2）降低烟速，并采取防磨措施。 4、灰熔点 灰熔点低，需要：（1）降低炉膛各热强度；（2）降低炉膛出口烟温；（甚至(shn

8、zh)采用液态排渣）5、含硫量 含硫量高，需要：（1）合适的受热面烟气、工质温度（高温腐蚀）；（2）提高排烟温度、空预器进口风温（低温腐蚀）。第25页/共65页第二十六页，共65页。第三节 影响锅炉布置的因素 四、热风温度 燃料不容易着火、燃烧，需要采用(ciyng)较高的热风温度时 可能需要尾部受热面（省煤器、空气预热器）两级布置。 第26页/共65页第二十七页，共65页。第四节 主要设计参数的选择 锅炉各受热面布置和设计参数的总体原则： 在保证安全性的前提下，提高到经济性。 安全性： 受热面超温、磨损、腐蚀。 经济性： 传热效果（温差、流速、传热系数）； 流动阻力； 热损失(snsh)；

9、投资费用。 第27页/共65页第二十八页，共65页。第四节 主要设计参数的选择 一、炉膛热强度(qingd)1、容积热强度(qingd) kW/m3 qv对锅炉运行的影响： （1）燃料在炉内停留时间； （燃尽程度） （2）炉膛出口烟温；（炉膛出口结渣、过热汽温）（3）壁面热负荷。 （锅炉容量大， qv取小）fnetarcalVVQBq炉膛容积燃料输入的热量,第28页/共65页第二十九页，共65页。2、断面（截面）热强度、断面（截面）热强度 kW/m2 qA对锅炉运行的影响对锅炉运行的影响(yngxing)： 影响影响(yngxing)燃烧区域温度水平，从而影响燃烧区域温度水平，从而影响(yng

10、xing)： （1）结渣；）结渣； （2）NOx生成量；生成量； （3）燃料着火、燃尽。）燃料着火、燃尽。AQBqnetarcalA炉膛截面积,第29页/共65页第三十页，共65页。3、燃烧器区域壁面热强度、燃烧器区域壁面热强度 kW/m2 qB对锅炉运行的影响：对锅炉运行的影响： 影响燃烧器区域温度影响燃烧器区域温度(wnd)水平，从而影响水平，从而影响： （1）结渣；）结渣； （2）NOx生成量；生成量； （3）燃料着火、燃尽。）燃料着火、燃尽。BnetarcalBAQBq燃烧器区域壁面积,第30页/共65页第三十一页，共65页。4、燃尽区容积热强度、燃尽区容积热强度(qingd) kW/

11、m3 qbo 对锅炉运行的影响：对锅炉运行的影响： 类似于类似于qv，但更侧重于燃尽过程。，但更侧重于燃尽过程。bonetarcalboVQBq燃尽区容积,第31页/共65页第三十二页，共65页。5、炉膛壁面热强度、炉膛壁面热强度 kW/m2 对锅炉对锅炉(gul)运行的影响：运行的影响： （1）结渣；）结渣； （2）NOx生成量；生成量； （3）燃料着火、燃尽；）燃料着火、燃尽； （4）炉膛出口烟温；）炉膛出口烟温； （5）传热恶化。）传热恶化。FQBqrefcalwf炉膛水冷壁的面积炉膛总辐射热wfq第32页/共65页第三十三页，共65页。6、各热强度之间的相关性、各热强度之间的相关性 例

12、如：例如： qV一定时，一定时，qA取大：（瘦高型炉膛）取大：（瘦高型炉膛） a. 换热面积大，出口换热面积大，出口(ch ku)烟温低；烟温低； b. 热强度高、烟气行程长，适用于热强度高、烟气行程长，适用于 灰熔点高、难燃煤种。灰熔点高、难燃煤种。各热强度的大小，确定了炉膛的形状和大小各热强度的大小，确定了炉膛的形状和大小。 第33页/共65页第三十四页，共65页。二、炉膛主要尺寸（宽、深、高） a 主要取决于各项热强度和燃烧器类型。 b 切圆燃烧方式的炉膛：宽深比应该接近1。三、炉膛出口烟温 高限：炉膛出口不结渣； 对流受热面不超温。（一般要求t1） 低限：锅炉受热面换热强度不要(byo

13、)太低； 出口蒸汽温度要达到设计要求。第34页/共65页第三十五页，共65页。四、排烟温度四、排烟温度exg选择选择exg时，主要考虑的因素时，主要考虑的因素(yn s)： 降低降低exg ，则，则1）排烟热损失降低）排烟热损失降低 （经济性提高）（经济性提高）2）制粉系统磨煤、通风电耗减少）制粉系统磨煤、通风电耗减少 。（经济性提高）。（经济性提高）3）传热面积增加）传热面积增加 （经济性降低）（经济性降低） 金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。 4）低温腐蚀增加）低温腐蚀增加 （经济性降低）（经济性降低） 漏风量增加、检修费用增加。漏风量增加、检修费

14、用增加。第35页/共65页第三十六页，共65页。五、热风温度五、热风温度tha选择选择tha时，主要考虑的因素时，主要考虑的因素 ： 提高提高tha ，则，则 1）改善燃料）改善燃料(rnlio)的着火、燃烧条件（经济性提的着火、燃烧条件（经济性提高）高） 2）传热面积增加）传热面积增加 （经济性降低）（经济性降低） 金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。第36页/共65页第三十七页，共65页。六、工质质量流速六、工质质量流速w 选择选择w 时，主要考虑的因素：时，主要考虑的因素： 提高提高w，则，则 1）传热加强：防止金属超温，减少金属耗量；）传热加强：

15、防止金属超温，减少金属耗量； 2）流动阻力增加：工质的做功能力降低；）流动阻力增加：工质的做功能力降低； 给水泵电耗增加。给水泵电耗增加。 七、烟速七、烟速wg 选择选择 wg 时，主要考虑的因素：时，主要考虑的因素： 提高提高 wg ，则，则 1）传热加强，且积灰减少；）传热加强，且积灰减少； 2）流动阻力增加，且受热）流动阻力增加，且受热(shu r)面磨损加剧面磨损加剧。第37页/共65页第三十八页，共65页。第五节 锅炉热力计算的程序和方法 一、设计计算和校核计算1、设计计算的任务 根据对锅炉工质参数、容量等设计要求，计算确定受热面的布置(bzh)和尺寸。2、校核计算的任务 根据已知的

16、锅炉受热面布置(bzh)和尺寸，计算各受热面的烟气和工质参数、传热量等。第38页/共65页第三十九页，共65页。二、尾部受热面单级布置时的校核计算程序和方法二、尾部受热面单级布置时的校核计算程序和方法1、预备计算、预备计算（1）燃料与燃烧计算）燃料与燃烧计算 1）空气量、烟气）空气量、烟气(yn q)量计算；量计算； 2）三元子气体、灰浓度计算；）三元子气体、灰浓度计算； 3）空气、烟气）空气、烟气(yn q)焓温计算【焓温表焓温计算【焓温表I=f(、)】。】。 （2）锅炉总体热平衡计算）锅炉总体热平衡计算 根据工质所需吸热量、燃料发热量、根据工质所需吸热量、燃料发热量、 各项热损失、效率等，

17、求得燃料量等。各项热损失、效率等，求得燃料量等。 （排烟热损失用的排烟温度，先假设，最后校核）（排烟热损失用的排烟温度，先假设，最后校核）第39页/共65页第四十页，共65页。2、各级受热面热力计算、各级受热面热力计算 按烟气流程，从炉膛按烟气流程，从炉膛(ltng)开始对各级受热面进行开始对各级受热面进行计算。计算。 （炉膛（炉膛(ltng)热力计算用的热风温度，先假设，热力计算用的热风温度，先假设，最后校核）最后校核）（1）已知条件）已知条件 a 受热面结构布置；受热面结构布置； b 烟气进口温度、焓、流量；（烟气侧输入热）烟气进口温度、焓、流量；（烟气侧输入热） c 漏风系数；漏风系数；

18、 d 工质进口（或出口）的温度、焓、流量。工质进口（或出口）的温度、焓、流量。（2）被求量）被求量 a 传热量；传热量； b 烟气出口温度、焓；烟气出口温度、焓； c 工质出口（或进口）的温度、焓。工质出口（或进口）的温度、焓。第40页/共65页第四十一页，共65页。（3）计算(j sun)流程（假设 计算(j sun) 校核 下一级） 1）假设出口烟温，由烟气放热方程 求：烟气放热量 ； 2）由 和工质吸热方程 求：工质出（进）口温度； 3）由传热方程求：传热量 ； 4）校核误差： a 炉膛：出口温度 ； b 主受热面 c 附加受热面 100 %2rectrcrecQQQ%10rectrcr

19、ecQQQrecQrecQtrcQ第41页/共65页第四十二页，共65页。3、锅炉整体计算误差检验、锅炉整体计算误差检验 （1） 假设值与计算值的误差限：假设值与计算值的误差限： 排烟温度排烟温度 热风温度热风温度 （2） 整体能量平衡的误差限：整体能量平衡的误差限： 式中：式中： kJ/kg （工质总的吸热量（工质总的吸热量 各级各级( j)受热面工质吸热量受热面工质吸热量之和）之和） 10 40 0.5%fQQ 10011004qQQQibf第42页/共65页第四十三页，共65页。（3） 误差超限时的处理误差超限时的处理 a 若排烟温度的误差超限，则：若排烟温度的误差超限，则： 重新假设排

20、烟温度，回到锅炉热平衡计算重新假设排烟温度，回到锅炉热平衡计算(j sun)； b 若热风温度的误差超限，则：若热风温度的误差超限，则： 重新假设热风温度，回到炉膛热力计算重新假设热风温度，回到炉膛热力计算(j sun)； c 若排烟温度、热风温度的误差都不超限：若排烟温度、热风温度的误差都不超限： 若若 成立：计算成立：计算(j sun)结束；结束； 若若 不成立：检查数学运算错误。不成立：检查数学运算错误。4、计算、计算(j sun)结果整理结果整理 建立整个热力计算建立整个热力计算(j sun)中各项和最终结果的汇中各项和最终结果的汇总表。总表。0.5%fQQ 0.5%fQQ 第43页/

21、共65页第四十四页，共65页。三、尾部受热面双级布置时的校核计算程序和方法三、尾部受热面双级布置时的校核计算程序和方法 特殊问题特殊问题(wnt)： 按烟气流程，计算高温省煤器、空气预热器时，按烟气流程，计算高温省煤器、空气预热器时， 工质的进、出口温度都未知。工质的进、出口温度都未知。 解决办法：解决办法： （1）高温省煤器）高温省煤器 根据锅炉总体能量平衡：根据锅炉总体能量平衡： 式（式（12-2） 得到高温省煤器工质出口焓假设值：式（得到高温省煤器工质出口焓假设值：式（12-3）crhcshcscRbfcecoQQQQqQQ4100dsecocalcecofwecoiDBQii 第44页

22、/共65页第四十五页，共65页。 解决办法：（2）高温(gown)级空气预热器 以炉膛热力计算时假设的热风温度， 作为高温(gown)空气预热器的空气出口温度假设值。（3）附加的校核 除常规的受热面计算结果校核外，还要校核： 1）高温(gown)省煤器进口水温 低温省煤器出口水温 ？ 2）高温(gown)空预器进口风温 低温空预器出口风温 ？ 误差超限时：需重新假设、计算。10 10 第45页/共65页第四十六页，共65页。四、尾部四、尾部(wi b)竖井分隔为前后烟道布置时的校核竖井分隔为前后烟道布置时的校核计算计算 程序和方法程序和方法 第46页/共65页第四十七页，共65页。(yl)锅炉

23、第47页/共65页第四十八页，共65页。 四、尾部竖井分隔为前后烟道布置时的校核计算 程序(chngx)和方法1、烟气份额g 设经过该烟道的烟气份额为g， 那么在计算烟气流速、烟气总放热量时： 对应的燃料量是gBcal。2、分隔烟道后的受热面进口烟气焓 按烟气份额g加权平均 iiIg I第48页/共65页第四十九页，共65页。第六节第六节 锅炉热力计算的专题分析锅炉热力计算的专题分析 1 1、燃料与燃烧计算所用的过量空、燃料与燃烧计算所用的过量空气气(kngq)(kngq)系数系数 （1 1）H2OH2O体积、烟气体积体积、烟气体积计算计算 （2 2）三元子气体）三元子气体RO2RO2、H2O

24、H2O浓度浓度 （3 3）烟气质量、飞灰质量）烟气质量、飞灰质量浓度浓度 （4 4）焓温表）焓温表 第49页/共65页第五十页，共65页。2、热平衡、炉膛热力计算：、热平衡、炉膛热力计算：1kg燃料带入热量燃料带入热量（1）锅炉热平衡）锅炉热平衡 1kg收到基燃料的输入收到基燃料的输入(shr)热量热量 Qar,net ：燃料的化学能（发热量）；：燃料的化学能（发热量）； Qph：燃料的物理显热；：燃料的物理显热； Qex：本锅炉烟气侧以外的热源加热空气带：本锅炉烟气侧以外的热源加热空气带入的热量；入的热量； Qat：燃油雾化所用蒸汽带入的热量。：燃油雾化所用蒸汽带入的热量。（2）炉膛热力计算

25、）炉膛热力计算 1kg收到基计算燃料在炉膛放出的热量收到基计算燃料在炉膛放出的热量Qef ： ,far netphexatQQQQQ100*shshfwrhrhrhblfwbfBDiiDiiDiiQ3464100 ?100effaqqqQQQq00capcsfhapcsffaIIQfefcalrefIQBQ 第50页/共65页第五十一页，共65页。 3、雾化蒸汽量、雾化蒸汽量、q2,q3的的 修正修正 （1）雾化蒸汽量）雾化蒸汽量Gat 1）对热平衡的影响）对热平衡的影响 锅炉输入热量锅炉输入热量 雾化蒸汽热量雾化蒸汽热量 Gat的单位：的单位：kg(蒸汽蒸汽)/ kg(燃料燃料)； 2）对热

26、力）对热力(rl)计算的影响（烟气量、烟气成分）计算的影响（烟气量、烟气成分） （2） q2,q3的的 修正修正 1）燃料中的水分、挥发份）燃料中的水分、挥发份 2）可燃物）可燃物C、H、S ,far netphexatQQQQQatatatQGir41100q41100q第51页/共65页第五十二页，共65页。 4、炉膛热力计算与单相受热面热力计算、炉膛热力计算与单相受热面热力计算（1）炉膛热力计算）炉膛热力计算 基本方程：基本方程： 1）传热方程；）传热方程；2）烟气热平衡方程）烟气热平衡方程 （式式9-55） （式（式9-55b） （式（式9-66，67） 允许误差允许误差(wch)：

27、（炉膛出口温度：（炉膛出口温度： 引入烟气对壁面辐射力修正）引入烟气对壁面辐射力修正） fthavcalfefcalrefTTVCBIQBQ 410fthavcalsynfTTVCBTF27316 . 030 avcalthfthfCVBFTMT411Bosynff 传热热容30thcvcalFTCVBBo100 第52页/共65页第五十三页，共65页。 4、炉膛热力计算与单相、炉膛热力计算与单相(dn xin)受热面热力计算受热面热力计算（2）对流受热面热力计算）对流受热面热力计算 基本方程：基本方程： 1）传热方程）传热方程 传热量传热量 （10-1） 2）烟气热平衡方程）烟气热平衡方程

28、放热量放热量 （10-2） 3）工质热平衡方程）工质热平衡方程 吸热量吸热量 （10-5） 允许误差：允许误差：（3）半辐射受热面热力计算）半辐射受热面热力计算 （考虑烟气对屏后受热面的辐射）（考虑烟气对屏后受热面的辐射） 烟气热平衡方程烟气热平衡方程 caltrcBtKHQ01IIIQrecrcalabcQBiiDQ2%retrccrecQQQ 01recrQQIII第53页/共65页第五十四页，共65页。 5、误差超限时的重新假设、误差超限时的重新假设（1）炉膛：出口烟温误差）炉膛：出口烟温误差（2）单相受热）单相受热(shu r)面面 热量误差热量误差（3）尾部受热）尾部受热(shu r

29、)面两级布置面两级布置 1）高温省煤器进口水温低温省煤器出口水温）高温省煤器进口水温低温省煤器出口水温 2）高温空预器进口风温低温空预器出口风温）高温空预器进口风温低温空预器出口风温（4）排烟温度误差）排烟温度误差（5）热风温度误差）热风温度误差 100 2%retrccrecQQQ 10 10 10 40 第54页/共65页第五十五页，共65页。 5、误差超限时的重新、误差超限时的重新(chngxn)假设假设（6）减温水量误差）减温水量误差 II级减温器级减温器 II级减温水量级减温水量 过热蒸汽总吸热过热蒸汽总吸热 总减温水量总减温水量（7）工质总吸热量误差）工质总吸热量误差 0.5%fQ

30、Q ,IIdshdshdshdshdshD iiDiicalshdshshshdshshdshBQDDiiDiicalshshshdshshdshBQD iiDii ,II,IIdshdshdshdshdshDiDDiDi5% 第55页/共65页第五十六页，共65页。6、各级、各级( j)受热面计算误差受热面计算误差 与锅炉总体热平衡计算误差与锅炉总体热平衡计算误差7、排烟温度、热风温度、锅炉总体热平衡的误差限、排烟温度、热风温度、锅炉总体热平衡的误差限 排烟温度排烟温度 热风温度热风温度 锅炉总体热平衡：锅炉总体热平衡： 2% 0.5% retrccrecfQQQQQ 与 10 40 0.5

31、%fQQ 10011004qQQQibf第56页/共65页第五十七页，共65页。 8、汽包锅炉、汽包锅炉(gul)蒸发区产汽量蒸发区产汽量 （1）减温水量）减温水量 （2）省煤器）省煤器 9、直流锅炉、直流锅炉(gul) （1）蒸发区产汽量）蒸发区产汽量 （2）水冷壁出口焓值）水冷壁出口焓值第57页/共65页第五十八页，共65页。 10、三分仓回转式空气预热器热力计算(j sun)（1）二分仓回转式空气预热器 蓄热板在烟气侧吸热： 蓄热板在空气侧放热： （x1、x2：受热面分配系数） 得： 结合，：（灰层热阻、冲刷不均，不稳定换热） （式10-29） （系数与转速n成正比）mtHxQ111am

32、ttHxQ222QQQ21atHxxQ2211111tKHtHxxQa221111第58页/共65页第五十九页，共65页。 10、三分仓回转式空气预热器热力计算（2）三分仓回转式空气预热器 方法1：（教科书 第十章 第七节） 1）烟气放热方程 式（10-77） 2）空气吸热(x r)方程（一次风、二次风吸热(x r)量之和） 式（10-79） 式（10-80） 3）传热方程 式（10-1） 002recahacgIIQQII00ahacaQII000000111222hacahacahacaIIgIIgII trccalKH TQB第59页/共65页第六十页，共65页。 10、三分仓回转式空气预热器热力计算（2）三分仓回转式空气预热器 方法1：（教科书 第十章 第七节） 4）计算步骤(bzhu)： a）假设出口烟温温度，求得对应的出口烟气焓 ； b）根据 ，由式