电站热力系统设计(锅炉部分)课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电站热力系统设计（锅炉）,目 录,一、锅炉分类,二、锅炉的典型布置,三、影响锅炉布置的因素,四、主要设计参数的选择,五、锅炉热力计算的程序和方法,六、锅炉热力计算的专题分析,第一节 锅炉的分类,目的：,生产、运行、管理的标准化、规范化,方法：,按工质参数、燃烧方式、设备布置、,用途等进行分类。,一、按容量和参数分类,1,、按容量（最大连续蒸发量,D,）分类,D670t/h,：小型（对应,1000t/h,：大型（对应,300MW,发电机组）,锅炉的出力（蒸发量）分有：,1,）,BMCR(boiler maximum continuous rating),-,锅炉最大连续出力；,2,）,BRL(boiler rated load)-,锅炉额定负荷（出力）；,3,）,ECR(economical continuous rating)-,经济连续出力。,2,、按参数（额定工况过热蒸汽压力,）,低压锅炉（,2.45 MPa),中压锅炉（,2.94 4.92 MPa),高压锅炉（,7.8 10.8 MPa),超高压锅炉（,11.8 14.7 MPa),亚临界压力锅炉（,15.7 19.6 MPa),超临界压力锅炉（,22.12 MPa),超超临界压力锅炉（,26 MPa),3,、锅炉型号,一般由,5,个部分组成。举例说明,：,SG1910/25.4M951,SG,上海锅炉厂制造,1910,最大连续蒸发量,BMCR,（,t/h,）,25.4BMCR,过热蒸汽压力（表压，,MPa,）,M,燃煤（燃油,Y,，燃气,Q,，其它,T,）,951,设计序号,HG1952/25.4,YM1,HG,哈尔滨锅炉厂制造,1952,最大连续蒸发量,BMCR,（,t/h,）,25.4BMCR,过热蒸汽压力（表压，,MPa,）,YM,设计燃料为烟煤,1,设计序号,DG,670/13.7,540/540,5,DG,东方锅炉厂制造；,670,最大连续蒸发量,BMCR,（,t/h,）；,13.7BMCR,过热蒸汽压力（表压，,Pa,）；,540,过热蒸汽温度（）；,540,再热蒸汽温度（）；,5,设计序号。,二、按燃烧方式分类,1,、室燃炉,2,、层燃炉,3,、流化床炉,4,、旋风炉,三、按水循环方式分类,（,1,）自然循环锅炉：,K1,，循环动力,完 全,依靠,汽水密度差；,（,2,）控制循环锅炉：,K1,，循环动力,主要,依靠,炉水循环泵；,（,3,）直流锅炉：,K=1,：工质一次通过蒸发区，没有循环；,（,4,）复合循环锅炉：,低负荷时多次循环，高负荷 时纯直流。,上述（,1,）（,2,）：只能适用于临界压力以下；,（,3,）（,4,）：适用于任何压力。,四、其它分类法,（,1,）燃料种类,燃煤、燃油、燃气、生物质、垃圾、余热,（,2,）用途,电站、工业、船用、机车,（,3,）排渣方式,固态、液态,（,4,）炉膛压力,微负压、微正压、正压（增压）,第二节,锅炉的典型布置,不同布置结构特点比较：,1,、受热面热偏差、逆流传热；,2,、受热面磨损、积灰；,3,、安装、维修方便程度；,4,、钢架承重；,5,、占地面积、受热面布置空间；,6,、管道长度、通风阻力。,第三节 影响锅炉布置的因素,影响因素可分为：,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,Q,a1,Q,a3,Q,b1,Q,b3,S S,Q,a2,Q,b2,i,t,b,(,过热汽温,b),t,a,(,过热汽温,a),Q,a3,Q,b3,i”,Q,a2,Q,b2,i,Q,b1,Q,a1,i,gs,(,给水,),p,由以上,2,图可知：,1.,对于中低参数锅炉：,蒸发吸热量占的比例大,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。,2.,对于高参数锅炉：,过热、再热吸热量占的比例大,在炉膛上部布置,辐射式,过热器、再热器,。,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,q,v,降低；,b,水冷壁工质质量流速,w,增加。,原因：,（炉膛尺寸（宽、深、高）用符号,L,表示）,面积热强度,与,L,2,（面积）成反比；,容积热强度与,L,3,（体积）成反比；,w,与,L,（周长）成反比。,2,、,为了不使炉膛容积增加太多,炉膛截面热强度、壁面热强度增加,炉膛出口烟温增加,布置屏式受热面，降低出口烟温。,3,、对流受热面采用,多管圈,结构，,以防止工质流速太高。,第三节 影响锅炉布置的因素,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；,投资费用。,第四节 主要设计参数的选择,一、炉膛热强度,1,、容积热强度,kW/m,3,q,v,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，,q,v,取小）,2,、断面（截面）热强度,kW/m,2,q,A,对锅炉运行的影响：,影响燃烧区域温度水平，从而影响：,（,1,）结渣；,（,2,）,NO,x,生成量；,（,3,）燃料着火、燃尽。,3,、燃烧器区域壁面热强度,kW/m,2,q,B,对锅炉运行的影响：,影响燃烧器区域温度水平，从而影响：,（,1,）结渣；,（,2,）,NO,x,生成量；,（,3,）燃料着火、燃尽。,4,、燃尽区容积热强度,kW/m,3,q,bo,对锅炉运行的影响：,类似于,q,v,，但更侧重于,燃尽,过程。,5,、炉膛壁面热强度,kW/m,2,对锅炉运行的影响：,（,1,）结渣；,（,2,）,NO,x,生成量；,（,3,）燃料着火、燃尽；,（,4,）炉膛出口烟温；,（,5,）传热恶化。,6,、各热强度之间的相关性,例如：,q,V,一定时，,q,A,取大：,（,瘦高型炉膛）,a.,换热面积大，出口烟温低；,b.,热强度高、烟气行程长，适用于,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。,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,t,1,）,低限：,锅炉受热面换热强度不要太低；,出口蒸汽温度要达到设计要求。,四、排烟温度,exg,选择,exg,时，主要考虑的因素：,降低,exg,，则,1,）排烟热损失降低,（经济性提高）,2,）制粉系统磨煤、通风电耗减少。,（经济性提高）,3,）传热面积增加,（经济性降低）,金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。,4,）低温腐蚀增加,（经济性降低）,漏风量增加、检修费用增加。,五、热风温度,t,ha,选择,t,ha,时，主要考虑的因素：,提高,t,ha,，则,1,）改善燃料的着火、燃烧条件,（经济性提高）,2,）传热面积增加,（经济性降低）,金属耗量、占用空间增加，通风电耗增加。,六、工质质量流速,w,选择,w,时，主要考虑的因素：,提高,w,，则,1,）传热加强：,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；,给水泵电耗增加。,七、烟速,w,g,选择,w,g,时，主要考虑的因素：,提高,w,g,，则,1,）传热加强，且积灰减少；,2,）流动阻力增加，且受热面磨损加剧,。,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和尺寸。,2,、校核计算的任务,根据已知的锅炉受热面布置和尺寸，计算各受热面的烟气和工质参数、传热量等。,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,（,1,）燃料与燃烧计算,1,）空气量、烟气量计算；,2,）三元子气体、灰浓度计算；,3,）空气、烟气焓温计算,【,焓温表,I=,f,(,、,)】,。,（,2,）锅炉总体热平衡计算,根据工质所需吸热量、燃料发热量、,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）,2,、各级受热面热力计算,按烟气流程，从炉膛开始对各级受热面进行计算。,（炉膛热力计算用的,热风温度，先假设，,最后校核）,（,1,）已知条件,a,受热面结构布置；,b,烟气进口温度、焓、流量；,（烟气侧输入热）,c,漏风系数；,d,工质进口（或出口）的温度、焓、流量。,（,2,）被求量,a,传热量；,b,烟气出口温度、焓；,c,工质出口（或进口）的温度、焓。,（,3,）计算流程,（假设 计算 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,3,、锅炉整体计算误差检验,（,1,）假设值与计算值的误差限：,排烟温度 ,热风温度 ,（,2,）整体能量平衡的误差限：,式中：,kJ/kg,（工质总的吸热量 各级受热面工质吸热量之和）,（,3,）误差超限时的处理,a,若,排烟温度,的误差超限，则：,重新假设排烟温度，回到锅炉,热平衡,计算；,b,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；,c,若排烟温度、热风温度的误差,都不超限,：,若 成立：计算结束；,若 不成立：检查,数学运算,错误。,4,、计算结果整理,建立整个热力计算中各项和最终结果的汇总表。,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：,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,。,解决办法：,（,1,）高温省煤器,根据锅炉总体能量平衡：,式（,12-2,）,得到高温省煤器工质出口焓假设值：,式（,12-3,）,解决办法：,（,2,）高温级空气预热器,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,？,误差超限时：,需重新假设、计算,。,四、尾部竖井,分隔,为前后烟道布置时的校核计算,程序和方法,1000MW,超超临界压力锅炉,四、尾部竖井,分隔,为前后烟道布置时的校核计算,程序和方法,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,gB,cal,。,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,第六节,锅炉热力计算的专题分析,1,、燃料与燃烧计算所用的过量空气系数,（,1,）,H,2,O,体积、烟气体积计算,（,2,）三元子气体,RO,2,、,H,2,O,浓度,（,3,）烟气质量、飞灰质量浓度,（,4,）焓温表,2,、,1kg,收到基燃料带入的热量,（,1,）锅炉热平衡,1kg,收到基燃料的输入热量,Q,ar,net,：燃料的化学能（发热量）,；,Q,ph,：燃料的物理显热；,Q,ex,：本锅炉烟气侧以外的热源加热空气带入的热量；,Q,at,：燃油雾化所用蒸汽带入的热量。,（,2,）炉膛热力计算,1kg,收到基计算燃料在炉膛放出的热量,Q,ef,：,3,、炉膛热力计算与单相受热面热力计算,（,1,）炉膛热力计算,基本方程：,1,）传热方程；,2,）烟气热平衡方程,（式,9-55,）,（式,9-55b,）,（式,9-66,，,67,）,允许误差：,（炉膛出口温度：,引入烟气对壁面辐射力修正）,3,、炉膛热力计算与单相受热面热力计算,（,2,）对流受热面热力计算,基本方程：,1,）传热方程,传热量,（式,10-1,）,2,）烟气热平衡方程,放热量,（式,10-2,）,3,）工质热平衡方程,吸热量,（式,10-5,）,允许误差：,（,3,）半辐射受热面热力计算,（考虑烟气对屏后受热面的辐射,）,烟气热平衡方程,4,、误差超限时的重新,假设,（,1,）炉膛：,出口烟温误差,（,2,）单相受热面,热量误差,（,3,）尾部受热面两级布置,1,）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,（,4,）排烟温度误差,（,5,）热风温度误差,4,、误差超限时的重新假设,（,6,）减温水量,误差,II,级减温器,II,级减温水量,过热,蒸汽总,吸热,总减,温水,量,（,7,）工质总吸热量误差,5,、各级受热面计算误差 与锅炉总体热平衡计算误差,6,、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：,7,、汽包锅炉蒸发区产汽量,（,1,）减温水量,（,2,）省煤器,8,、直流锅炉,（,1,）蒸发区产汽量,（,2,）水冷壁出口焓值,9,、三分仓回转式空气预热器热力计算,（,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：,（,x,1,、,x,2,：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）,9,、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,）空气吸热方程,（一次风、二次风吸热量之和）,式（,10-79,）,式（,10-80,）,3,）传热方程,式（,10-1,）,9,、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：,a,）假设出口烟温温度，求得对应的出口烟气焓 ；,b,）根据,，由式（,10-77,、,79,）求：,一、二次风平均出口焓,、平均出口温度,；,c,）传热方程计算,d,）误差检验,e,）根据出口风温平均值，计算一、二次风各自出口温度。,（,2,）三分仓回转式空气预热器,方法,2,（能量平衡与传热量联立求解,）,1,）流体,（,1,）,2,）受热面,（,2,）,（,2,）三分仓回转式空气预热器,方法,2,（能量平衡与传热量联立求解,）,式（,1,，,2,）符号说明：,：,保温系数，与锅炉热力计算的定义一致，,只在烟气侧使用，在计算一、二次风时取,=1,；,c,f,和,c,m,：,流体和受热面的比热；,w,f,和,f,：,流体的流速和密度；,a,：,单位角度,的流体流通面积；,：,非稳定换热影响系数；,f,：,流体与换热面之间的换热系数；,h,和,m,m,：,单位角度,、,单位高度,l,的换热面积和受热面质量；,n,：,转子的角度转动速率；,t,m,和,t,f,：,受热面和流体的温度。,3,）,对式（,1,、,2,）在三个分仓内分别进行离散化,（,3,）,（,4,）,式中：,下标：,j,：分仓的编号（,1,，,2,，,3,）；,i,、,o,：进出口,4,）转动的各分仓（,1,，,2,，,3,）受热面温度接口：,（,5,）,5,）联立求解：,式（,3,4,5,）,3,9,个方程,三个分仓流体出口温度 以及受热面温度,结 束,!,