1080t_h鍋爐燃燒系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì).pdf

大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 1080t/h鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 1080t/h 鍋爐燃燒系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要為爐膛燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在爐膛燃燒系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)中，要對(duì)爐膛、燃燒器及屏式過(guò)熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和熱力計(jì)算。對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行初步 的經(jīng)濟(jì)性分析，爐膛的設(shè)計(jì)要從燃料的選擇開(kāi)始，爐膛必須能適合燃料燃燒的要求，使燃 料充分的燃燒；屏式過(guò)熱器布置在鍋爐爐膛的上方，過(guò)熱器吸收了爐膛必需的輻射傳熱量 和對(duì)流傳熱量，并把爐膛出口煙氣溫度限制在合理范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)要充分發(fā)揮煙氣流的偏移 能起到阻尼和導(dǎo)流作用。 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 前言 鍋爐燃燒設(shè)備是組織燃料安全經(jīng)濟(jì)地燃燒的生產(chǎn)裝置。我國(guó)發(fā)電廠大型鍋爐主要是固 態(tài)排渣煤粉爐。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)煤粉燃燒器及爐膛的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，通過(guò) 一系列的計(jì)算來(lái)證明煤粉燃燒器及爐膛的合理性及經(jīng)濟(jì)性。 鍋爐使用的燃料以煤和油為主，近年來(lái)因世界油價(jià)猛漲，燃煤鍋爐的比例有所增加。 世界各國(guó)包括我國(guó)在內(nèi)，為了加快火電廠建設(shè)速度，降低火電廠每千瓦設(shè)備費(fèi)用、基建投 資、金屬耗量、運(yùn)行管理費(fèi)用，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約燃料，電廠鍋爐總的趨勢(shì)是向大 容量、高參數(shù)的方向發(fā)展。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的的主要內(nèi)容包括煤種的選擇、 鍋爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、 鍋爐燃燒系統(tǒng)的熱力計(jì)算。 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 目錄目錄 1080t/h 鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 1 前言 1 第一章 燃燒產(chǎn)物和燃燒熱平衡計(jì)算 4 11 煤質(zhì)分析. 4 111、燃料的選用 4 112、成分分析 5 12 燃料消耗量計(jì)算及熱平衡 . 5 121、燃料計(jì)算： 6 122、鍋爐的有效輸入熱量及各項(xiàng)熱損失 8 123、鍋爐的熱平衡 11 第二章 爐膛設(shè)計(jì) . 12 21 爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 211、爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（帶前屏過(guò)熱器）： 12 212、水冷壁的設(shè)計(jì) 17 22 燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 18 221、燃燒器的設(shè)計(jì) 19 222、燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 19 23 爐膛和前屏過(guò)熱器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 . 22 231、爐膛結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 22 232、前屏過(guò)熱器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 26 第三章 爐膛及后屏熱力計(jì)算 . 28 31 爐膛熱力計(jì)算 . 28 311、爐膛的熱力計(jì)算 28 32 后屏過(guò)熱器熱力計(jì)算 . 35 321、 后屏過(guò)熱器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 36 322、后屏過(guò)熱器的熱力計(jì)算 38 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 附錄一 . 44 附表一 燃料消耗量計(jì)算及熱平衡用表 . 44 附表二 爐膛設(shè)計(jì)用表 . 47 附錄二 . 50 致謝 51 參考文獻(xiàn).52 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 第一章 燃燒產(chǎn)物和燃燒熱平衡計(jì)算 燃燒產(chǎn)物和燃燒熱平衡計(jì)算的任務(wù)是確定燃料完全燃燒時(shí)所需的空氣量、燃燒生成的 煙氣量和煙氣焓等。燃燒產(chǎn)物和燃燒熱平衡計(jì)算是進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)、改造以及選擇鍋爐輔機(jī) 的基礎(chǔ)，也是正確進(jìn)行鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)整的基礎(chǔ)。 11 煤質(zhì)分析 燃料是鍋爐的糧食。鍋爐的安全運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性與燃料的性質(zhì)有密切的關(guān)系， 鍋爐的設(shè)計(jì)也只有在充分掌握燃料性質(zhì)的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。因此，對(duì)于鍋爐設(shè)計(jì)和工作運(yùn) 行人員來(lái)說(shuō)，了解燃料的組成成分、性質(zhì)及其對(duì)鍋爐工作的影響就具有十分重要的意義。 111、燃料的選用 鍋爐設(shè)計(jì)選用優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤其成分如下： 收到基水分：mar=5.0% 干燥無(wú)灰基灰分：ad=26.0% 元素分析：cdaf=91.7% hdaf=3.8% odaf=2.2% ndaf=1.3% sdaf=1.0% 收到基低位發(fā)熱量：q=26377kj/kg 干燥無(wú)灰基揮發(fā)分：vdaf=9.0% 空氣干燥基水分：mad=1.0% 煤灰熔融性： 變形溫度： 1 1400t 軟化溫度： 2 1500t 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 融化溫度： 3 1500t 112、成分分析 水分與灰分的含量常受外界影響而變化，從而引起其它成分的質(zhì)量百分含量也隨之發(fā) 生變化。因此要確切地反映煤的特性以及使各種煤的分析結(jié)果具有可比性，就不僅需要知 道煤的各種成分含量，而且還需要知道各種成分含量的基準(zhǔn)（即所處狀態(tài)和條件）是什么。 為了實(shí)際應(yīng)用和理論研究的需要，通常采用的基準(zhǔn)有以下幾種： 收到基 是包括全部水分和灰分在內(nèi)的燃料成分總量作為標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算公式為： car+har+oar+nar+sar+aar+mar=100% （1-1） 空氣干燥基 是以空氣風(fēng)干后的燃料成分總量作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算公式為： cad+had+oad+nad+sad+aad+mad=100% （1-2） 干燥基 是以干燥的即除了全部水分以外的燃料成分總量作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算公式為： cd+hd+od+nd+ad+sd+ad=100% （1-3） 干燥無(wú)灰基 是以無(wú)水無(wú)灰的燃料成分總量作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算公式為： cdaf+hdaf+odaf+ndaf+sdaf=100% （1-4） 則由（1-1） ， （1-2） ， （1-3） ， （1-4）可得所應(yīng)用煤的應(yīng)用基準(zhǔn)如下： car=64.465% har=2.671% oar=1.547% nar=0.914% sar=0.703% 12 燃料消耗量計(jì)算及熱平衡 燃料燃燒是燃料中的可燃成分與空氣中的氧氣在高溫的條件下所發(fā)生的強(qiáng)烈放熱的 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6 化學(xué)反應(yīng)。因此燃料所需空氣量可根據(jù)燃燒的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。 121、燃料計(jì)算： 燃燒計(jì)算是計(jì)算燃料完全燃燒所需的理論干空氣量、完全燃燒時(shí)的燃燒產(chǎn)物、燃燒產(chǎn) 物的焓等。如下： 1、燃料完全燃燒所需的理論干空氣量： v0=0.0889(car+0.375sar)+0.265har-0.0333oar =0.0889(64.465+0.3750.703)+0.2652.671-0.03331.547 =6.41m 3/kg （1-5） 2、燃料完全燃燒時(shí)的燃燒產(chǎn)物： 在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，是根據(jù)完全燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系來(lái)計(jì)算煙氣容積的。為便于理解， 一般先計(jì)算理論煙氣容積，在此基礎(chǔ)上再考慮過(guò)量空氣容積和隨同這部分過(guò)量空氣帶入的 水蒸氣容積，即可算出該煙氣的（總）容積。 燃料在過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)，完全燃燒生成的氮?dú)饫碚撊莘e： v0 n2=0.79v0+0.8nar/100 =0.796.41+0.80.914/100 = 5.507m3/kg （1-6） 三原子氣體容積：vro2=1.866(car+0.375sar)/100 =1.866(64.465+0.3750.703)/100 =1.2078m 3/kg （1-7） 水蒸氣理論容積：v0h2o=0.111har+0.0124mar+0.016vo =0.1112.671+0.01245.0+0.0166.41 = 0.461m 3/kg （1-8） 煙氣容積： vy=vro2+v0n2+v0h2o+(-1)v0 =1.2078+5.057+0.461+(1.20-1) 6.41 =8.328m 3/kg （1-9） 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 爐膛過(guò)量空氣系數(shù)，一般煤粉爐1.151.25。這里1.20。 3、燃燒產(chǎn)物的焓： 設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，由于不能測(cè)得煙氣中各種氣體成分的百分?jǐn)?shù)，故按完全燃燒化學(xué)反應(yīng)進(jìn) 行計(jì)算。 1kg燃料的煙氣熱焓： 0 (1) 12755.148(1.20 1) 16503.186485.8 17366.754/ yfh iii kj kg （1-10） a、其中： 222222 0000 ()()() 1.2078 27175.057 16970.461 2132 12755.148/ yroconnh oh o ivcvcvc kj kg （1-11） 2 ()coc煙氣中二氧化碳?xì)怏w在 1200時(shí)的焓為2717/kj kg，由附表一, 表得。 2 ()nc煙氣中氮?dú)庠?1200時(shí)的焓為1697/kj kg，由附表一, 表得。 2 ()h oc煙氣中水蒸氣在 1200時(shí)的焓為2132/kj kg，由附表一, 表得。 b、為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣焓： 1 固體或液體燃料燃燒所需理論空氣量在定壓下從 0加熱到所需要的熱量稱(chēng) 為理論空氣焓，單位為 kj/kg。 00( ) 6.41 1753 11236.73/ kk ivc kj kg （1-12） ()kc干空氣連同其帶入的水蒸汽在 1200時(shí)的焓為1753/kj kg，由附表一, 表得。 c、煙氣離開(kāi)爐膛帶走的飛灰折算量為：azs=1000 fh aar/qydw =10000.9524.7/26377 =0.89 (1-13) fh 飛灰份額為 0.95，由附表一，表 查得。 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 d、飛灰焓：ifh=(c)h fh aar/100 =120624.7/10024.70.95 =282.99kj/kg （1-14） 122、鍋爐的有效輸入熱量及各項(xiàng)熱損失 對(duì)于鍋爐的輸入熱量包括燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量、燃料的物理顯熱、外來(lái)熱源加熱空 氣時(shí)帶入的熱量和霧化燃油所用蒸汽帶入熱量。 1、鍋爐的輸入熱量： 2637721.6800 26398/ y rdwrwrwh qqiqq kj kg （1-15） y dw q燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量 r i燃料的物理顯熱 wr q霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量 wh q外來(lái)熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量 a、燃料的物理顯熱 1.084 20 21.86/ y rrr ic t kj kg （1-16） y r c燃料的應(yīng)用基比熱，固體燃料計(jì)算式為： cyr=cgr(100-mar)/100+4.19mar/100 =0.92(100-5.0)/100+4.195.0/100 =1.084kj/kg （1-17） r t燃料的溫度，固體燃料可選 20。 g r c燃料干燥基比熱為 0.92/kj kg b、霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量： 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 0 wr q c、外來(lái)熱源加熱空氣時(shí)的熱量 0 wh q 2、鍋爐有效利用熱量 鍋爐每小時(shí)的有效利用熱量： ()()() 1080 (3388.92 1736.35)834.11 (3540.563021.65)21.6 (2505.4 1736.35) 2234215.1/ ggrgrgszwzrzrpwpwgs qdhhdhhdhh kj h （1-18） gr d、 zw d、 pw d分別為過(guò)熱蒸汽、再熱蒸汽、排污水的流量 ： 1080 / gr dt h 834.11 / zw dt h 2%21.6 / pwgr ddt h gr h、 gs h、 zr h、 zr h、 pw h分別為過(guò)熱器出口蒸汽、鍋爐給水、再熱器出口、再熱器 入口以及排污水的焓 。 3388.92/ gr hkj kg 1736.5/ gs hkj kg 3540/ zr hkj kg 3021.65/ zr hkj kg 2505.4/ pw hkj kg 3、鍋爐的各項(xiàng)熱損失： 鍋爐的各項(xiàng)熱損失包括機(jī)械不完全損失、化學(xué)不完全燃燒損失、排煙熱損失、散熱損 失及灰渣物理熱損失等。 a、機(jī)械不完全損失： 4 4%q 可由附表一，表 查得。 b、化學(xué)不完全燃燒損失 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 3 0q 由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，固態(tài)排渣和液態(tài)排渣煤份爐 3 0q 。 c、排煙熱損失 排煙損失的熱量可由排煙與冷空氣的焓計(jì)算，即 0 4 2 ()(1) 100 4 (17366.754 1.20 12755)(1) 100 1978.32/ pypylk q qii kj kg （1-19） py i排煙焓 0 lk i理論冷空氣焓 py 排煙處過(guò)量空氣系數(shù)，可取 1.20 由上式得排煙熱損失為： 2 2 100% 1978.32 100% 26398.68 7.8% r q q q （1-20） d、散熱損失 當(dāng)實(shí)際蒸發(fā)量為1100 / t h時(shí) 55 % 1080 0.2% 1100 0.2% e e d qq d （1-21） 5 e q當(dāng)鍋爐額定蒸發(fā)量大于900 / t h時(shí)， 5 0.2% e q e、灰渣物理熱損失： aar (q y d/419) % (26377/419) % 63% (1-22) 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 11 對(duì)于固態(tài)排渣，當(dāng)% 419 y y d q a 時(shí)才考慮此項(xiàng)。 123、鍋爐的熱平衡 鍋爐的實(shí)際燃料消耗量是指每小時(shí)實(shí)際耗用的燃料量。一般可簡(jiǎn)稱(chēng)為燃料消耗量。對(duì) 于大容量燃煤鍋爐，考慮到燃料消耗量難預(yù)測(cè)準(zhǔn)，故通常是在測(cè)定鍋爐輸入熱量、鍋爐每 小時(shí)有效利用熱量以及用反平衡法求出鍋爐熱效率的基礎(chǔ)上，求出燃料消耗量。 1、鍋爐的反平衡效率 123456 100() 100(7.8040.20) 88% qqqqq （1-23） 2、鍋爐的實(shí)際耗煤量 100% 2234215 100% 88% 26398 96 / g r q b q t h （1-24） 3、鍋爐的計(jì)算燃料消耗量 4 (1) 100 4 96 (1) 100 92 / j q bb t h （1-25） 4、鍋爐灰渣量的計(jì)算 a=b(aar/100+q4q/100/32860) =96(24.7/100+426377/100/32866) =26t/h （1-26） 研究鍋爐熱平衡的目的和意義，就在于弄清燃料中的熱量，有多少被有效利用，有多 少變成熱損失，以及熱損失分別表現(xiàn)在哪些方面和大小如何。以便判斷鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行水 平，進(jìn)而尋求提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。鍋爐設(shè)備在運(yùn)行中應(yīng)定期進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)。 （通 常稱(chēng)為熱效率試驗(yàn)） ，已查明影響熱效率的主要因素，作為該機(jī)鍋爐工作的依據(jù)。 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 12 第二章 爐膛設(shè)計(jì) 煤粉爐是以煤粉為燃料進(jìn)行燃燒的，它具有燃燒迅速、完全、容量大、效率高、適應(yīng) 煤種廣、便于控制調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。因而它是目前電廠鍋爐的主要型式。 爐膛也稱(chēng)為燃燒室，它是供煤粉燃燒的地方。 固態(tài)排渣煤粉爐的爐膛結(jié)構(gòu)是有一個(gè)爐墻圍成的長(zhǎng)方體空間，其四周布滿水冷壁。爐 底是由前后水冷壁管彎曲而成的傾斜冷灰斗。爐頂一般是平頂結(jié)構(gòu)，高壓以上鍋爐一般在 平爐頂布置頂棚管過(guò)熱器。爐膛上部懸掛屏式過(guò)熱器。爐膛后方為煙氣出口。為了改善煙 氣對(duì)屏式過(guò)熱器的沖刷，充分利用爐膛容積并加強(qiáng)爐膛上部氣流的擾動(dòng)，爐膛出口的下部 有后水冷壁彎曲而成的折焰角。 爐膛既是燃燒空間，又是鍋爐的換熱部件。因此它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能保證燃料完全燃燒， 又能使?fàn)t膛出口煙溫降低到灰熔點(diǎn)以下。以便使出口以后對(duì)流受熱面不結(jié)渣。為此，爐膛 應(yīng)該滿足以下要求： 一、要有良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性。這不僅能夠避免火焰沖擊爐墻，防止?fàn)t膛水冷壁 結(jié)渣；而且還能使火焰在爐膛內(nèi)有較好的充滿程度，減少爐內(nèi)死滯漩渦區(qū)，從而充分利用 爐膛容積，以保證煤粉燃燒過(guò)程有足夠空間和時(shí)間。 二、能布置足夠的受熱面，將爐膛出口煙溫降到允許的數(shù)值，以保證爐膛出口及其后 的受熱面不結(jié)渣。 三、要有合適的熱強(qiáng)度。按熱強(qiáng)度確定的爐膛容積及其截面尺寸和高度應(yīng)能滿足煤粉 氣流在爐內(nèi)充分發(fā)展、均勻混合和完全燃燒的要求。 21 爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 211、爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（帶前屏過(guò)熱器） ： 對(duì)于一定參數(shù)、一定容量的鍋爐來(lái)說(shuō)，燃料單位時(shí)間在爐內(nèi)的放熱量是一定的。因此 qv取得越大，爐膛容積就小；qv取得越小，爐膛容積就大。爐膛容積過(guò)小，煤粉在爐內(nèi)停 留時(shí)間短，燃燒不完全，同時(shí)水冷壁面積小，爐溫過(guò)高，容積造成結(jié)渣。容積過(guò)大，爐膛 溫度過(guò)低，對(duì)燃燒不利，同時(shí)使鍋爐造價(jià)和金屬消耗量增加。因此，要合理設(shè)計(jì)鍋爐容積。 1、鍋爐的容積： 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 13 3 3 3.6 96 26377 3.6 120 10 9861 y dw l v bq v q m （2-1） v q爐膛容積熱強(qiáng)度為 33 120 10/w m，可由附表二，表查得。 2、爐膛截面積： al=(bq/3.6qf) =(9626377/3.6/4300000) =163.5m 2 （2-2） f q爐膛截面熱強(qiáng)度為 62 4.3 10/w m，可由附表二，表查得。 3、爐膛寬度 1.087 163.5 1.087 13.3 l aa m （2-3） a b 爐膛截面寬深比，選取1.087 a b 。 4、爐膛深度 163.5 13.3 12.2 l a b a m （2-4） 5、冷灰斗容積 3 (6.920) 3.141 2 (6.920 12.2) 3.141 13.3 2 399.54 hd b va m （2-5） 冷灰斗出口尺寸按0.61.4m取，這里取1.2m。冷灰斗高度可取3.141m 。 6、折焰角長(zhǎng)度 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 14 1 3 1 12.2 3 4.1 z lb m （2-6） 7、折焰角上傾角20 45 上 選取，這里選45 上 。 8、折焰角下傾角20 30 下 選取，這里選30 下 。 9、前屏管徑選用51 6dmm。 10、前屏管子總流通面積 1 2 3600 108048.6 3600 1000 0.2895 jw dd a m （2-7） jw d減溫水量 jw d是鍋爐容量的3%5% ，這里取4.5%，則 3 3 4.5% 4.5% 1080 10 18.6 10/ jwgr dd kg h （2-8） 11、前屏每根管子面積 n d為管子內(nèi)徑。 a1= (3.14/4)d2n =3.14/40.039 2 =119.310 -5m2 （2-9） 12、前屏管子總數(shù) 1 5 0.2895 119.3 10 242 a n a （2-10） 13、前屏片數(shù) 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 15 1 1 1 12.2 1 1.350 8 a z s （2-11） 1 s前屏橫向管距，按 1 5501500smm選取，這里 1 1350smm 。 14、前屏單片管子個(gè)數(shù) n1 = n/8 =242/8 =30 (2-12) 15、前屏深度 21 (1) 22 61 (30 1) 22 87 3712 qp bs nr mm （2-13） 2 s前屏縱向截距 2 1.11.25 s d 這里選取 2 1.2 s d 。 r前屏最小彎曲半徑(1.51.25)rd，這里 1.7 1.7 51 87 rd mm （2-14） 16、前屏與前墻之間距離選取1240mm。 17、前后屏之間距離選取780mm。 18、爐膛出口通流面積 2 273 3600273 92 8.3281351273 3600 6273 211 jy l ch y b v a m （2-15） y 煙氣流速選取6/ y m s。 l 爐膛出口煙氣溫度可選 1351 l c。 19、水平煙道高度 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 16 273 3600273 92 8.3281351273 3600 6 13.3273 9.5 jy l sh sy b v h a m （2-16） 20、爐膛出口高度 211 13.3 15.8 ch ch a h a m （2-17） 21、前屏高度按 ch h選定取15 qp hm。 22、折焰角高度 159.54.2 1.3 zyqpsyz hhhl m （2-18） 23、爐頂容積 12 3 () (80.724.5) 13.3 1212.2 ld vaa a m （2-19） 1 2 (1240780) (1.2400.7803.712) 15 80.7 qpqp abh m （2-20） 2 2 (1240780) 2.424 0.5 (1.2400.7803.712 12.2) 2.424 0.5 24.5 qp abb m （2-21） 24、爐膛主體高度 9861.6 1212.2399.54 2 54 lldhd lt l vvv h a m （2-22） 由計(jì)算結(jié)果可知爐膛有良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性，能夠避免火焰沖擊爐墻，防止?fàn)t膛 水冷壁結(jié)渣；而且還能使火焰在爐膛內(nèi)有較好的充滿程度，減少爐內(nèi)死滯漩渦區(qū)，從而充 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 17 分利用爐膛容積，能保證煤粉燃燒過(guò)程有足夠空間和時(shí)間；能布置足夠的受熱面，將爐膛 出口煙溫降到允許的數(shù)值，能保證爐膛出口及其后的受熱面不結(jié)渣，有合適的熱強(qiáng)度；按 熱強(qiáng)度確定的爐膛容積及其截面尺寸和高度應(yīng)能滿足煤粉氣流在爐內(nèi)充分發(fā)展、均勻混合 和完全燃燒的要求。 212、水冷壁的設(shè)計(jì) 水冷壁是吸收輻射熱量的主要場(chǎng)所，水冷壁的水管的布置和工作狀況直接影響著鍋爐 的效率。爐膛里布置水冷壁，不僅可以防止高溫火焰與爐壁直接接觸，而且可降低爐壁溫 度從而起著保護(hù)爐壁的作用。在布置恰當(dāng)時(shí)，還可以充分利用高溫下輻射熱強(qiáng)度過(guò)于對(duì)流 熱強(qiáng)度的特點(diǎn)，降低鍋爐總受熱面的金屬消耗量與造價(jià)。 1、前后墻水冷壁回路個(gè)數(shù) z1=13.3/2.5 =6 按每個(gè)回路的加熱寬度2.5m 2、左右兩側(cè)水冷壁回路個(gè)數(shù) z2=12.2/2.5 =5 按每個(gè)回路的加熱寬度2.5m 3、管徑及壁厚63.5 7.5dmm 。 4、管子截距按1.31.35 s d ，這里 1.32 1.32 63.5 83.8 sd mm 5、前后墻管子根數(shù) 1 1 13.3 1 0.0838 159 a n s （2-23） 6、左右側(cè)管子根數(shù) 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 18 2 1 12.2 1 0.0838 146 b n s （2-24） 水冷壁的水管的布置和工作狀況能保證鍋爐的效率。爐膛里布置水冷壁，可以防止高 溫火焰與爐壁直接接觸，可降低爐壁溫度保護(hù)爐壁；可以充分利用高溫下輻射熱強(qiáng)度過(guò)于 對(duì)流熱強(qiáng)度的特點(diǎn)，降低鍋爐總熱面的金屬消耗量與造價(jià)。 22 燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 煤粉爐的燃燒設(shè)備包括煤粉燃燒器、點(diǎn)火裝置和爐膛。煤粉燃燒器也稱(chēng)為噴燃器。它 是煤粉爐燃燒設(shè)備的主要組成部分，其作用是:將攜帶煤粉的一次風(fēng)和助燃的二次風(fēng)送入 爐膛,并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉能迅速穩(wěn)定的著火；同時(shí)使煤粉和空氣合理混合， 達(dá)到煤粉在爐內(nèi)迅速完全燃燒。 燃燒器的性能， 對(duì)燃燒器的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。 一個(gè)良好的燃燒器應(yīng)能滿足下列要求： 一、一次風(fēng)和二次風(fēng)出口界面要能夠保證合適的一、二次風(fēng)速比； 二、要有足夠的攪動(dòng)性，以便風(fēng)粉能很好的混合； 三、煤粉氣流著火穩(wěn)定，火焰在爐內(nèi)的充滿程度好； 四、阻力要??； 五、應(yīng)有較大的調(diào)解范圍，以適應(yīng)煤種變化的需要； 六、沿燃燒器出口界面的煤粉分布要均勻，以保證煤粉很好混合。 煤粉燃燒器的型式很多，一般可按著射流是否旋轉(zhuǎn)分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩 類(lèi)。 從燃燒器噴口出來(lái)的氣流稱(chēng)為射流。如果有直流燃燒器噴出一股不旋轉(zhuǎn)直流射流進(jìn)入 一個(gè)充滿靜止氣體的無(wú)限空間中，則稱(chēng)為直流自由射流。由于爐膛空間較大，射入爐膛的 直流射流也可近似的看成直流自由射流。當(dāng)噴射速度很大，達(dá)到穩(wěn)流狀態(tài)時(shí)，則為直流紊 流自由射流。直流燃燒器的射流自噴口射出后一般都處于穩(wěn)流狀態(tài)。 直流煤粉燃燒器的出口是由一組圓形、矩形或多邊形的噴口所組成。煤粉氣流（一次 風(fēng)） 、燃燒所需空氣（二次風(fēng)）以及由制粉系統(tǒng)來(lái)的乏氣（三次風(fēng)）分別有不同噴口以直 流射流形式噴進(jìn)爐膛。直流煤粉燃燒器大多布置在爐膛四角上，由四角的燃燒器噴出的四 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 股氣流在爐膛中心形成一個(gè)或兩個(gè)假想切圓。這種組織燃燒的方法常稱(chēng)為切圓燃燒。我國(guó) 直流煤粉燃燒器的鍋爐大都采用此種切圓燃燒。 旋流燃燒器是利用旋流器使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。旋流燃燒器中所采用的漩流燃燒器 主要有以下幾種：蝸殼、切向葉片及軸向葉片等。 221、燃燒器的設(shè)計(jì) 本鍋爐燃燒器是根據(jù)煤的 v r大小，按附表二，表選用的四角布置的直流燃燒器。因 為是大容量鍋爐，所以配風(fēng)方式選用分級(jí)配風(fēng)，并采用切圓（大小切圓直徑選取1000和 700）燃燒方式。這樣有利于加強(qiáng)爐內(nèi)氣流擾動(dòng)，使燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間增長(zhǎng)。為了加 強(qiáng)燃燒器對(duì)煤種的適應(yīng)性及適應(yīng)負(fù)荷的變化，燃燒器的噴口截面采用可調(diào)的，以調(diào)節(jié)氣流 量和火炬長(zhǎng)度。此外，噴口還可以擺動(dòng)一定角度，單個(gè)噴口的擺動(dòng)為10，聯(lián)動(dòng)時(shí)能上下 擺動(dòng)20，這樣可改變火焰中心的高度。燃燒器風(fēng)口布置 ，其中一次風(fēng)口層數(shù)為六層， 四層燃油噴口，六層二次風(fēng)噴口，氣流射出噴口后，在爐膛中央形成700和1000兩個(gè)切 圓。 222、燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 1、一次風(fēng)口面積（單只） 0 1 1 1 1 2 273 100 33600273 22 1.2 6.41 92273340 100 3 4 3600 23273 0.3268 lj rv b t a z m （2-25） 1 一次風(fēng)速為23/m s，可按附表二，表 選取。 1 r一次風(fēng)率為22%，可按附表二，表 選取。 1 t一次風(fēng)溫為340 c，由制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算確定 。 z燃燒器的數(shù)量，因?yàn)槭撬慕遣贾?，所?z 。 2、二次風(fēng)口面積（單只） 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20 0 2 2 2 2 2 273 100 33600273 57 1.2 6.41 92273330 100 4 4 3600 47273 0.348 lj rv b t a z m （2-26） 2 二次風(fēng)速為47/m s，可按附表二，表 選取。 2 r二次風(fēng)率為57%，可按附表二，表 選取。 2 t二次風(fēng)溫為330 c 。 3、三次風(fēng)口面積（單只） 0 3 3 3 3 2 273 1003600273 57 1.2 6.41 92273330 100 4 3600 47273 0.298 lj rv b t a z m （2-27） 3 二次風(fēng)速為47/m s，可按附表二，表 選取。 3 r二次風(fēng)率為21%，可按附表二，表選取。 3 t二次風(fēng)溫為100 c 。 4、燃燒器矩形對(duì)角線長(zhǎng)度 22 22 2 12.213.3 18048 j iba mm （2-28） 5、特性比12 r r h b ,初步選定。 6、特性比值 0.583 0.583 2 9.438() 9.438 12 26.8 j r rr i h bb （2-29） 7、燃燒器噴口寬度 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 21 2 2 18.048 26.8 0.673 j r j r i b i b m （2-30） 8、一次風(fēng)噴口高度 1 1 0.3268 0.673 0.486 a h br m （2-31） 9、二次風(fēng)噴口高度 2 2 0.348 0.673 0.517 a h br m （2-32） 10、三次風(fēng)噴口高度 3 3 0.298 0.673 0.443 a h br m （2-33） 11、燃燒器高度 按 1 a、 2 a、 3 a的要求，得7.730 r hm；核算 7.73 0.673 12.3 r hr b 接近原定值，不必重算。 12、最下一排燃燒器的下邊緣距離冷灰斗上沿的距離，按(45) r lb選取，這里 4.5 4.5 0.673 3.02 r lb m （2-34） 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 22 13、條件火焰長(zhǎng)度 28 hy lm 的計(jì)算結(jié)果符合規(guī)定 ，爐膛實(shí)際高度合理。 燃燒器應(yīng)能滿足要求：一、一次風(fēng)和二次風(fēng)出口界面有合適一、二次風(fēng)速比；二、有 足夠的攪動(dòng)性，能使風(fēng)粉能很好的混合；三、煤粉氣流著火穩(wěn)定，火焰在爐內(nèi)的充滿程度 好；四、阻力?。晃?、有較大的調(diào)解范圍，能適應(yīng)煤種變化的需要；六、沿燃燒器出口界 面的煤粉分布均勻，保證煤粉很好混合。 23 爐膛和前屏過(guò)熱器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 過(guò)熱器是鍋爐的重要部件，其受熱面金屬溫度是鍋爐個(gè)受熱面中最高值，其出口氣溫 對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有十分重要的影響。過(guò)熱器設(shè)計(jì)與運(yùn)行的原則有： 一、防止受熱面金屬溫度超過(guò)材料的許用溫度； 二、過(guò)熱器溫度特性好，在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)能通過(guò)調(diào)節(jié)維持額定氣溫； 三、防止受熱面管束積灰、磨損和腐蝕。 過(guò)熱器是將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過(guò)熱蒸汽的部件；過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽 又稱(chēng)為主蒸汽。過(guò)熱器分為：對(duì)流過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和壁式過(guò)熱器。 屏式過(guò)熱器有大屏、前屏及后屏三種，大屏和前屏過(guò)熱器布置在爐膛上前部，屏間距 離較大，屏數(shù)較少，吸收爐膛內(nèi)高溫?zé)煔獾妮椛鋫鳠?。后屏過(guò)熱器布置在爐膛出口處，屏 數(shù)較多，屏間距較小，它既吸收爐膛內(nèi)的輻射傳熱，又吸收煙氣沖刷受熱面時(shí)的對(duì)流傳熱， 故稱(chēng)半輻射過(guò)熱器。 現(xiàn)在大型鍋爐廣泛采用屏式過(guò)熱器主要是以下原因： 一、屏式過(guò)熱器吸收爐膛內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的輻射熱量，適應(yīng)大容量高參數(shù)鍋爐過(guò)熱器吸熱 量相對(duì)增加、水冷壁吸熱量相對(duì)減少的需要，他補(bǔ)充了水冷壁吸收爐膛輻射熱的不足，實(shí) 現(xiàn)了爐膛必需的輻射傳熱量，把爐膛出口煙氣溫度限制在合理范圍內(nèi)。 二、對(duì)于燃燒器四角布置切圓燃燒方式的爐膛，由于爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在爐膛出 口處會(huì)發(fā)生流動(dòng)偏轉(zhuǎn)、速度分布不均、煙溫左右偏差。屏式對(duì)煙氣流的偏移能起到阻尼和 導(dǎo)流作用。 231、爐膛結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 1、側(cè)墻面積 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 23 1234 2 80.724.5662.530.0 797.9 c aaaaa m （2-35） 式中 1 a、 2 a、 3 a、 4 a可由以下公式得： 1 2 (1.243.7120.78) (1.243.7120.78) 15 80.7 qp ah m （2-36） 2 2 0.5 (1.243.7120.78) 2.424 0.5 (1.243.7120.78 12.2) 2.424 24.5 ab m （2-37） 3 2 13.3 54.337 662.5 lt aah m （2-38） 4 2 0.5 (6.928) 3.141 0.5 (6.928 12.2) 3.141 30.0 ab m （2-39） 2、前墻的面積 2 0.5 (12.26.9287)6.9287 69.337 13.3 cos502 1022.7 q a m （2-40） 3、后墻的面積 2 6.9287 13.3 (4.84954.3374.099) 2 887.8 h a m （2-41） 4、爐膛出口煙窗面積 2 (12.25.354.849 sin6015) 13.3 234.8 ch a m （2-42） 5、爐頂包覆面積 2 (1.243.7120.78) 13.3 71.16 ld a m （2-43） 6、前屏面積 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 24 2 2 8 3.172 15 890 qp a m （2-44） 7、燃燒器面積 2 4 2 13 104 r a m （2-45） 8、整個(gè)爐膛的平均角系數(shù) 2 2 2 797.9 1.0 1022.7 1.0887.8 1.0234.8 1.071.16 0.96890 0.98 2 97.9 1022.7887.8234.871.16890 0.995 cqhchchldldqpqp cqhchldqp a xa xa xa xa xa x x aaaaaa （2-46） x按模式水冷壁選取1.0。 ld x爐頂角系數(shù)得0.98。 qp x前屏角系數(shù)得0.96。 ch x爐膛出口煙窗處角系數(shù)取1.0。 9、前屏區(qū)的側(cè)面積 , 2 2 2 15 3.712 111.25 pq cqpqp ah b m （2-47） 10、前屏區(qū)的爐頂面積 , 2 13.3 3.712 49.37 pq ldqp aab m （2-48） 11、前屏區(qū)的爐墻面積 ., 2 111.2549.37 160.73 pqqp cqp ld aaa m （2-49） 12、爐膛自由容積的水冷壁面積 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 25 , 2 11 2()() 22 11 1022.7887.82 (797.938.4111.25)(71.1649.37) 22 3613 zyqhcrqp cchldqp ld aaaaaaaaa m （2-50） 13、爐膛容積 3 797.9 13.3 10612 lc va a m （2-51） 14、前屏占容積 3 3.712 13.3 740.5 pp vh a m （2-52） 15、爐膛的自由容積 3 10612740.5 9872 zylp vvv m （2-53） 16、前屏區(qū)與爐膛的水平分割面積 , 2 3.712 13.3 49.37 f shqp ab a m （2-54） 17、前屏區(qū)與爐膛的垂直分割面積 , 2 2 2 3.712 13.3 399 f chqp ah a m （2-55） 18、自由容積的輻射層有效厚度 3.6 3.6 9872 3613 8.84 zy zy zy v s a m （2-56） 19、前屏間容積的輻射層有效厚度 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 26 , 3.6 3.6 740.5 160.7389049.36399 1.78 p qp qppqf shf ch v s aaaa m （2-57） 20、爐膛的輻射層有效厚度 3.6 (1) 3.6 106128909872 (1) 160.7389036133613 160.73 10612 9.89 qpzy l qppqzyzypql av v s aaaaav m （2-58） 21、燃燒器相對(duì)高度 10.371 54.337 0.142 r l h h （2-59） r h燃燒器中心線高度為10.371m。 l h爐膛高度為54.337m。 22、火焰中心相對(duì)高度， l x為0.142。 232、前屏過(guò)熱器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 1、蒸汽流通截面積 2 1 1 2 2 0.785 0.785 0.0398 30 0.287 n ad z n m （2-60） 管徑及壁厚51 6dmm、 單片管子根數(shù) 1 30n 、 前屏片數(shù) 1 6z （由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可知） 。 2、蒸汽質(zhì)量流速 3600 1080 16.8 3600 0.289 1002.9/ j dd a m s （2-61） 3、蒸汽流速 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 27 1002.9 0.013 13.04/ pj wv m s （2-62） 4、前屏輻射受熱面積 1 2 210 2 8 3.712 10 0.98 873.06 qpqpqp az bx m （2-63） 屏式過(guò)熱器吸收爐膛內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的輻射熱量，適應(yīng)大容量高參數(shù)鍋爐過(guò)熱器吸熱量相 對(duì)增加、水冷壁吸熱量相對(duì)減少的需要，他補(bǔ)充了水冷壁吸收爐膛輻射熱的不足，實(shí)現(xiàn)了 爐膛必需的輻射傳熱量，并把爐膛出口煙氣溫度限制在合理范圍內(nèi)。燃燒器四角布置切圓 燃燒方式的爐膛，由于爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在爐膛出口處會(huì)發(fā)生流動(dòng)偏轉(zhuǎn)、速度分布不 均、煙溫左右偏差。屏式對(duì)煙氣流的偏移能起到阻尼和導(dǎo)流作用。 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 28 第三章 爐膛及后屏熱力計(jì)算 31 爐膛熱力計(jì)算 爐膛的熱力計(jì)算是鍋爐校核的基礎(chǔ)，有了鍋爐的熱力計(jì)算就能夠更好的節(jié)約燃料，提 高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。 311、爐膛的熱力計(jì)算 1、空預(yù)器出口過(guò)量空氣系數(shù) () 1.2(0.050.06) 1.09 kyllzf （3-1） l 爐膛漏風(fēng)系數(shù)，可由附表二，表 查得。 zf 制粉系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)，可由附表二，表 查得。 2、空氣帶入爐內(nèi)熱量 00 () 1.09 129.6(0.050.06) 129.6 2317.6/ kkyrklzflk qhh kj kg （3-2） 0 rk h理論空氣焓。 0 lk h理論冷空氣焓。 3、1kg燃料帶入爐內(nèi)的熱量 346 4 100 100 100040 263772317.6 4 2868.7/ lrk qqq qqq q kj kg （3-3） 4、煙氣的平均熱容量 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 29 / 2868.7 12091 2400 1351 12.5/() l pj al qh vc kjkg c （3-4） a 理論燃燒溫度。 l 爐膛出口煙溫，假定 1351 l c。 5、三原子氣體輻射減弱系數(shù) 2 0.78 1.6 10(0.1)(1 0.37) 100010 0.78 1.6 0.05991351 10 (0.1)(1 0.37) 100010 0.0206 9.989 1 3.3 h o l y n r t k p s m mpa （3-5） 2 h o r水蒸氣容積份額為0.0599，查附表二，表 得。 n r三原子氣體容積份額為0.2013，查附表二，表 得。 p爐膛壓力為0.098mpa。 n p三原子氣體分壓力 0.098 0.2103 0.0206 nn ppr mpa （3-6） 6、灰粒子輻射減弱系數(shù) 322 3262 55900 55900 1351(1.3 10 ) 1 84 h lh k t d m mpa （3-7） h d灰粒的平均直徑，取13 h dm。 7、半發(fā)光火焰輻射減弱系數(shù) 大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 30 12 3.3 0.210384 0.0289 10 0.5 0.1 1 4.41 y nhhj kk rkk x x m mpa （3-8） j k焦碳灰粒子輻射減弱系數(shù)，選用 1 10 m mpa 。 1 x、 2 x考慮火焰中焦碳粒子濃度影響的無(wú)因次量，可選取0.5、0.1。 h 灰離子的份額，可查附表二，表 得。 8、爐膛火焰有效黑度 4.41 0.098 9.989 1 1 0.95