电站锅炉制粉系统及燃烧系统的设计中期报告-学位论文.doc

河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）中期报告
河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）
中期报告

毕业设计题目：电站锅炉制粉系统及燃烧系统的设计
专业：热能与动力工程
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报告提交日期：

根据设计任务书要求，从开题以来，本人按计划进行了毕业设计的工作，汇报如下：
一．按照设计任务要求，对给定的燃料成分，进行了燃料燃烧计算：
根据给定的锅炉设计参数与设计煤种进行计算
670t/h额定蒸汽量 200MW机组容量（该值自己设定）
锅炉额定压力14MPa，过热蒸汽温度540℃，给水温度240℃，冷风温度30℃，热风温度350℃，排烟温度148℃，锅炉效率92%；燃料为包头长汉沟矿烟煤，收到基成分：Car＝64.85，Har＝4.45 ，Oar＝3.71，Sar＝0.31，Nar＝1.22，Aar＝20.06，Mar＝5.4，收到基低位发热量Qnet,ar＝25812 kJ/kg,干燥无灰基挥发分Vdaf＝40.32。
空气消耗量的计算：
理论空气需求量：===6.82 m3/kg
实际空气需求量：
在设计煤粉锅炉时，过量空气系数推荐值：1.20～1.25
=β=8.32m3/kg (β计算实际空气需要量时需要选择β的值，这里取β= 1.22)
烟气量的计算：
理论烟气中的三原子气体体积：
=0.01866(+ 0.375) =0.01866(64.85+ 0.375*0.31)=1.21
理论烟气中N2体积
=0.79 + 0.008=0.79*6.82 + 0.008*1.22=5.41
理论烟气中的水蒸汽体积：
=0.111+ 0.0124+ 0.016 =0.111*4.45+ 0.0124*5.4+ 0.016*6.82 =0.67
理论烟气量:=++=1.21+5.41+0.67=7.29m3/kg
锅炉通常是负压运行，由于系统不严密，有空气漏入，计算烟气量需考虑漏风系数△α，查文献《电站锅炉手册》[5]中的表3-25，选用固态排渣煤粉炉，具有砖墙及护板的炉膛，漏风系数△α=0.07；
凝渣管束，漏风系数△α=0；
过热器，漏风系数△α=003；
再热器，漏风系数△α=0.03；
省煤器，选用一级，漏风系数△α=0.02；
回转式空气预热器，漏风系数△α=0.2；
旋风除尘器，漏风系数△α=0.05；
砖墙砌的烟道，漏风系数△α=0.05；
可知进入烟道的过量空气系数：
α=β+∑△α=1.15+0.07+0+0.03+0.03+0.02+0.2+0.05+0.05=1.60
烟道排出的烟气量，由文献《电站锅炉手册》[5]中的3-37式得：
=+（α -1） +0.0161（α-1）=7.29+4.092+0.066=11.45 m3/kg
查水蒸汽性质表:
P=14Mpa，tgq =540 ℃，(过热蒸汽焓)igq =3432.1kJ/kg 。
P=14Mpa，(饱和水焓)ips =2637kJ/kg。
P=14Mpa，tqs =240 ℃，(给水焓)igs =923.11kJ/kg。
查文献《电站锅炉手册》[5]表8-3排污率p取 p=1%
锅炉有效利用热量：
=D(igq-igs) ×103+Dps(ips-igs) ×103=670×(3432.1-923.11)×103+0.01×670×(2637-923.11)×103=1692506363kJ/h
小时燃料消耗量：
B=×100%=71272.31kg/h
q4 按燃料种类和燃烧方式选用，查文献《电站锅炉手册》[5]，热力计算的推荐值，对固态除渣煤粉炉，烟煤q4 =2% 计算燃烧消耗量：
BJ =71272.31×（1-）=69846.86kg/h
二．参考了《锅炉设计手册》［5］对制粉系统型式进行了选型。具体选择考虑：
1.磨煤机的选型：
磨煤机：磨煤机的选择主要依据煤的特性，其中以挥发分Vdaf 、水分Mar、可磨性系数Kkm及由它们决定的磨制煤粉的细度R90为主要选择。根据文献《电厂锅炉原理》[13]，表4-6和文献《电站锅炉手册》[5]表4-6选得：碗式磨煤机，属于中速磨煤机--HP943。对机组配4台磨煤机。基本出力60t/h。
2.给煤机的选型：
对给煤机的要求：
（1）能够按锅炉负荷与磨煤机出力连续不断的给煤，运行可靠不易卡堵；
（2）调节灵活方便；
（3）密封性好。
给煤机的形式按煤质（水分），原煤颗粒度，制粉系统和磨煤机类型以及制粉系统布置，锅炉负荷调节要求结合给煤机的性能特性来选用。依据文献《电站锅炉手册》[5]，采用中速或高速磨煤机的直吹式制粉系统，宜选用称重式皮带给煤机或刮板式给煤机。选取刮板式给煤机。
BM=B×fH×fR×fM×fA×fg×fe=77.6903
给煤机需要出力：BM×120%=77.6903×1.2=93.2284 t/h，
依据表4-25：
选取两台MGF-55型给煤机，最大出力55t/h，
选取电动机：JZT42-4，功率：5.5kw。
3.原煤仓的选型：
原煤仓应该按照煤的特性和煤的水分，黏附性和压实性等进行设计，必须满足以下要求：
(1)煤仓的容量能满足在电厂上煤制度下锅炉运行的要求；
(2)在控制的煤流量下，保持连续的煤流；
(3)煤仓内不会出现搭拱和漏斗状的现象；
为了保证满足上述要求，应采取以下措施：
(1) 煤仓的形状表面应有利于煤流排出，不易积煤。大容量锅炉的原煤仓宜采用 钢结构的圆筒仓型，下接圆锥形或双曲线型出口段，其内壁应光滑耐磨。双曲线形出口段截面不应突然收缩，圆锥形出口段与水平面交角不应该小于60，否则壁面应磨光或内衬光滑贴面；两壁间的交线与水平夹角应不小于55；对于褐煤及黏性大或易燃的烟煤，相邻两壁交线与水平面交角不应小于70。相临壁角的内侧，宜作成圆弧形。
对于水分大的煤也可以采用双曲线形煤仓。
(2) 原煤仓下方的金属小煤斗出口截面不应太小。其下方采用双曲线形小煤斗时，截面不应突然收缩。非圆形截面的大煤斗，其壁面倾角应大于70。金属煤斗外壁宜设震动装置或其他防堵装置。
(3) 煤仓内壁应光滑，不应有任何凹陷和突出部位和物件。
煤仓应由非可燃的材料制作，一般为钢结构或钢筋混凝土结构。对于水分大，易黏结的煤，在原煤的出口段可采用不锈钢板或内衬。
对于烟煤，依据文献《电站锅炉手册》[5]的4-61式可得，除去矿物质（灰分）的“纯煤”的真密度：
t/m3
按4-59式可得，烟煤的真密度：
t/m2
按4-58式可得，烟煤的视密度：
t/m3
按4-57式可得，原煤的堆积密度：
t/m3
原煤仓的容积V按4-56式设计，
即：式中：
T——煤仓储煤量供锅炉工作的小时数，对于直吹式制粉系统，T选8～12，低热值煤取下限，高热值煤或每台炉设置两台磨煤机时取上限值，取T=10。
——锅炉最大连续蒸发量时的燃煤量，取=69.85t/h。
——原煤仓充填系数，取决于煤仓上部尺寸，进煤口位置和煤的自然堆积角，可取=0.8
——除备用磨煤机所对应的原煤仓外的原煤仓数目=2；
——堆积密度t/m
4.空气预热器的选型：
随着电站锅炉蒸汽参数提高和容量增大，管式空气预热器体积和高度显著增大，给尾部受热面布置带来很大困难，因而只在200MW以下锅炉机组中使用，而配300MW以及更大容量的锅炉，通常都采用结构紧凑、重量较轻的回转式空气预热器。回转式空气预热器与管式空气预热器相比：
（1） 回转式预热器结构紧凑，占地面积小，除节约金属耗量外，还简化了锅炉尾部受热面的布置。因此，被广泛应用于大容量锅炉上。
（2） 回转式空气预热器中，烟气与空气不是同时与受热面接触，烟气与受热面接触时温度较高，低温腐蚀的危险性较小。
（3） 回转式空气预热器的受热面允许有较大的磨损量，即便个别受热无件被磨穿孔，也不会像管式空气预热器那样，导致漏风而影响正常运行。
（4） 回转式空气预热器结构较复杂，制造工艺要求高。
（5） 回转式空气预热器漏风量较大，密封性能良好的漏风率约为5%—8%，制造工艺不良或维护不好时漏风率可达20%或更高。漏风严重时，会影响锅炉出力。
综合权衡锅炉的容量以及相关参数拟选取回转式空气预热器。
三分仓式回转式空气预热器用于采用冷一次风机的正压制粉系统，它将高压一次风和压力较低的二次风分隔在两个仓内进行预热，二次风可也用低压头风机，以降低送风机电耗。此外，以冷一次风机代替二分仓的热一次风机，可选用体积小、电耗低的高效风机，提高制粉系统运行的可靠性和经济性。
但由于回转式空气预热器漏风率较大，一般管式空气预热器漏风率不超过5%，而回转式空气预热器漏风率为5%～10%，且制造工艺或维护不好时常达20％或更高。因此，如何降低回转式空气预热器漏风率，发挥其自身性能优势成为各制造厂家和电厂努力解决的问题。可以采用下列措施降低漏风：
（1）采用双向密封技术是降低回转式空气预热器漏风的关键，它可使直接漏风量下降30%左右。
（2）采用中心驱动方式能使回转式空气预热器运转可靠，可改善和保证转子受热膨胀后的最小间隙，并将中心轴公差降至最低。
（3）采用高效传热元件，可降低回转式空气预热器高度和重量，进而降低其漏风。
（4）采用接触式的漏风自动控制系统，会不同程度地带来二次漏风。
（5）采用侧柱与上、下部框架间链接的方式，非常适合回转式空气预热器的蘑菇状变形，较好地控制了空气预热器热端在各种负荷下的径向间隙，这种结构的空气预热器简单、实用，值得借鉴开发。
（6）运行中应合理使用吹灰器，保证投入率，防止空气预热器积灰和腐蚀。
（7）运行中应保持合理的一次风压，避免盲目地节流而提高一次风压，增加空气预热器漏风。
依据文献《电站锅炉手册》[5]的表2-12，选取型号为25的回转式空气预热器。热风温度高于350℃，选取双级，所以选取单级回转式空气预热器。查表2-11，25型回转式空气预热器：转子内径（64型），7620mm；扇行仓格角度30°，每个扇行仓格自由流通截面积，3.2605m2；转子转速（Ⅵ型），1.42 r/min.
依据一、二次风量，一次风进入空气预热器占用一个30°的扇行仓格。二次风进入空气预热器占用四个30°的扇形仓格。
5.一次风机的选型:
一次风机是燃煤锅炉的主要辅机，也是保证机组安全和经济运行的关键设备之一，因而合理选择风机的型式是电站设计的主要内容之一。对于一次风机，可供选择的型式有2种：离心式风机和动叶可调轴流式风机。与中速磨煤机匹配的一次风机采用动叶可调轴流式风机的较多；与钢球磨煤机匹配的一次风机大多采用离心式风机。采用哪种型式更为合理，宜根据工程具体条件通过技术经济比较后确定。
对一次风机的适应性比较:
a 离心式风机:
对于一次风机，离心式风机除调节特性较差，且670t/h锅炉的一次风机要求的压头较高，属于鼓风机压头范围，若按以往产品改型设计风机，必然以牺牲效率来满足性能要求。这使离心式风机的运行经济性更差。
b 动叶可调轴流式式风机:
对一次风机而言，由于考虑到磨煤机的切换、空气预热器漏风率的增加、煤质变化等因素，在选择时风量和压头都留有较大的裕度，这样选用动叶可调轴流式风机可显示其优越性。
选用动叶可调轴流式风机存在的问题有：一次风机所需压头较高，风机需采用双极叶轮；轴流式风机在小流量区易出现喘振现象。这些问题使人们在一次风机选型时持有不同意见。
在装设中速磨煤机的制粉系统中，由于中速磨煤机的阻力和煤粉管道的阻力都较大，因而要求一次风机有较高的压头。对于动叶可调轴流式式风机，必须采用双级叶轮才能满足要求。采用双级叶轮带来的问题是增加风机的价格和检修工作量。价格的增加可通过经济比较来确定；检修工作的复杂性也只是相对单级叶轮而言；同时在风机结构设计及电厂设计时都为风机的检修提供必要的设施。因此综合所需压头和流量选取风机型号
热一次风输送的是经空气预热器加热过的热空气。由于介质温度高（约350℃），比体积大，因此热一次风机较之输送同样质量空气的冷一次风机尺寸大，能耗高，风机运行效率低，且存在高温腐蚀。冷一次风机输送的是冷空气，其工作可靠性高于热一次风机，而且冷空气比体积小，通风电耗低。由于冷一次风机要求有较高的压头以克服流程阻力，该压头要比二次风的送风机压头高的多。一次若由送风机兼供压头悬殊的一、二次风，显然是不经济的。为此，采用冷一次风机专门输送一次风。
对于冷一次风机，干燥剂的冷空气来自冷一次风风机的风道，依据文献[10]，表3-25，选用回转式空气预热器，ψle，AH=0.2，空气在t=30℃，取ρla=1.165kg/ m3,一次风机台数ZFan=3
冷一次风机风量：Qcal=×[1.1823×1]=28746.2 m3/h
按文献[10]中的8.13.6条2款确定风量裕量系数取KQ=140%，可得一次风机的设计通风量： =KQQal=25066.8526×1.4=40244.6 m3/h
根据设计通风量：＝40244.6 m3/h选取一次风机型号为：2518AZ/842.主要技术参数: P=20250 Pa; Q=186336 m3/h;n=1480 r/min.
电动机型号:559.902.335-491;功率: 1231 kW
6.密封机的选型
密封风机用于正压运行的磨煤机和和给煤机，来防止含粉气流的外漏而造成工作条件的恶化，所以对于正压运行的制粉系统要设置密封风机，从而有效地降低磨煤间空气中煤粉的浓度。
密封风机运行时向磨煤机磨盘转动部位(动、静相对运动部位) 输送一定压力的密封风,当密封风压力高于磨煤机内部压力时, 就可以保证磨煤机内的煤粉不能外漏, 同时还有冷却磨辊测点引线和给煤机轴端密封使用[14]。
中速磨的良好运行必须建立在密封风机及其装置提供的洁净高压头密封风的基础上，中速磨的可靠性指数为1，密封风机及其装置的可靠性运行指数应该是1.2。磨煤机密封风压低容易造成磨煤机磨辊轴承进煤粉、液压拉杆密封件磨损漏煤粉、关节轴承脱出等重大缺陷。密封风机存在的问题有：轴承使用周期短；密封管路采用软联接；噪音缺陷（因旋转产生的机壳辐射噪音也无法消除）；未设置逆止阀；中速磨漏粉等等。其中中速磨漏粉存在密封风压不足；风机出口管路系统设置不合理；密封风机喘振等问题，这些都是密封风机选型时，需要考虑的因素。
依据文献[10]，HP型中速磨煤机的密封风质量流量：qm，s=0.05qm=0.05×23.5=1.175 kg /s
工作气体空气的温度t=30℃，对应的密度=1.165 kg/m3
密封风机提供的总风量：Q= = m3/h
管道温度取t=30℃，对应的=1.165 kg/m3，ν=16.00×10-6 m2/s
密封机台数：选取=3
流量q= m3/h
查文献《电站锅炉手册》[5]，表4-48，通往磨煤机、高温干燥管风机和热一次风机的压力冷风道，推荐流速：15～25 m/s,选取w=16 m/s，
管道直径：D= m选取De=0.15 m
设计流速：w= m/s
雷诺数：Re==
选取钢板制成的管子，查表4-49绝对粗糙度△=0.33 mm
相对粗糙度==可得=
管道按水力光滑管处理，因4000＜Re＜，纯气体的摩擦阻力系数可按4-154式确定，即λ0=[1.8lgRe-1.64]-2=[1.8×lg（1.78×105）-1.64]-2=0.0164
管道摩擦阻力：△pf0=λ0 =0.0164× Pa
气体中不含粉的局部阻力按式4-159计算，即△pζ0=ζ0 Pa
采用圆截面缓转弯管时，阻力系数对于纯空气按式4-162计算，=KθKhζ△0式中Kh=1.0，ζ△0按图4-58确定， Kθ按图4-56确定，当θ=90时，Kθ=1.0
查表4-55查取部件阻力系数
依据文献[10]中的表7.3.9查取由于截面变化所引起的阻力系数。
风道的局部阻力计算见表1：
表1 风道的局部阻力计算表
序号
名称
阻力系数ζ
空气流速w
局部阻力△pζ
1
送风机进口
0.7
16
104.4
2
送风机出口前渐扩管道
0.16
18
30.2
3
两个90℃的缓弯头（圆管）
0.135
19.0
56.8

合计

191.4
管路总阻力
设计计算时，按磨煤机入口压力和密封机入口压力相等计算，可得密封系统的管道阻力：∑p=∑△pf+∑△pζ=138.0×3+191.9×3=988.2 Pa
依据文献《电站锅炉手册》[5]每台锅炉设置的密封风机台数不低于2台，其中一台为备用。当每台磨煤机均设单独的密封风机时，可不设备用。选取密封机台数ZFan=3台，
对于密封风机，依据文献[10]风量裕量不低于10%，压头裕量不低于20%，
风压裕量系数取KQ=1.3
每台密封机的设计全压：=KQP=1.3×988.2=1284.7 Pa
风量裕量系数取KP=1.2
每台密封机的设计流量：Q0=KPq=1.2×1210.3=1452.4 m3/h
依据设计全压为=428.2Pa和设计通风量：Q0＝1452.4 m3/h选取密封风机型号为：FB4-72No.3.2.主要技术参数:风量Q=1688 m3/s;全压P=1300 Pa;转速n=2900 r/min.
电动机型号:Y90L-2;功率: 2.2 kW
7.粗粉分离器的选型
粗粉分离器的作用是将磨煤机磨制的煤粉按粒度进行分选，把粗颗粒分离出来返回磨煤机，而把符合细度要求的煤粉送出，它的另外一个作用是可以调节煤粉细度供锅炉燃用。各种分离器结构、性能及配制
(1)离心式分离器，利用离心分离的原理，使粗细粉得到分离。挡板开度的改变，使离心力改变，从而达到调节煤粉细度的目的。特点：细度调节范围大，阻力比较大，可配制于各种磨煤机的系统中。
配钢球磨煤机的粗粉分离器，有两种型式，即回粉双回路型和带撞击锥的改进型。
(2)惯性式分离器特点：结构简单，阻力小，但调节幅度较窄，且煤粉细度受风量变化影响大。主要用于挥发分高的褐煤和页岩，也用于烟煤。撞击式（双流向）惯性分离器。由于有撞击板而得其名，主要由撞击板和调节挡板组成。从磨煤机出来的煤粉经撞击分离后流向两侧，经挡板再次分离，合格的煤粉跟随气流带出分离器，故又有双流向惯性分离器之称。
(3)轴向式分离器特点：该种分离器是在离心式分离器的基础上发展起来的，故其外壳内外锥体及回粉管与离心式相似，但外壳直圆柱部分较高，调节挡板为轴向式。
(4)重力式分离器特点：结构简单，只有外壳，内部无调节挡板，阻力小（50～100 Pa），但煤粉较粗，且煤粉细度与一次风量有严格的关系。
(5)回转式分离器，它主要是利用气流离心分离效应，因此也属于离心式分离器范畴。该型分离器结构复杂，主要由外壳、转子和无级变速驱动电机组成，转子由角钢或扁钢制成。叶片磨损快，维护工作量较大，采用不多。
老式仿苏粗粉分离器，属最原始的离心式分离器。若按挡板类型分类，属切向式粗粉分离器。一般情况下，分离效率很难达到60%。目前看来，无论从性能还是从结构方面比较都较落后。另外比较重要的原因是：机组实际运行当中，由于煤种、煤粉细度、通风量偏离设计值，直接影响粗、细粉分离器效率。因此，对原配置的粗粉分离器进行改造时，必须依据实际运行参数核算，从而确定粗粉分离器结构数据。
粗粉分离器的选型可分为类型的选择和参数的选择两部分。类型的选择是根据要求的煤粉细度及两种基本类型粗粉分离器的运行特性、金属消耗量和布置的紧凑性等选取合理的粗粉分离器类型。而参数的选择则是在选定具体的分离器类型后，根据以下所推荐的容积强度值，选定分离器的规格。
磨煤机出来的气粉混合物经过粗粉分离器时,不合格的煤粉通过回粉管道返回到磨煤机重磨,合格的煤粉和空气进入细粉分离器。粗粉分离器的工作性能直接关系到煤粉的细度、制粉系统的效率、电耗,从而严重影响着整个锅炉机组的安全、经济运行。因径向离心式粗粉分离器由于设计上存在着:
①进口煤粉气流速度偏高,分离器的磨损严重。细度不均匀;
②整个粗粉分离器外壳周围只依靠重力分离,煤粉气流本身不旋转,缺少离心分离效应,分离效率低;
③煤粉气流进入径向叶片后,由于煤粉气流90度转弯,阻力很大,导致气流切向速度大幅度下降,其后煤粉的离心分离作用大大降低;
④内锥体内部锥形帽四周设有二次回粉开口,但二次回粉又迅速被冲上气流携带,并不能起到分离作用。
由此造成传统径向分离器分离效率低、循环倍率高、设备阻力大、粉仓煤粉过粗和制粉系统出力不足等问题。综合权衡选取轴向离心式粗粉分离器。
在选择粗粉分离器参数时，先根据煤种所要求的煤粉细度和选定的分离器类型，从文献《电站锅炉手册》[5]表4-31～表4-33中选取相应的容积强度，在根据系统通风量和式4-76计算出所需的分离器容积，用式4-77计算出分离器直径，在根据各种类型粗粉分离器的技术规格选定分离器的规格。最后，还应核算分离器阻力，
若阻力过高（△p＞1000～1200Pa时），则应重新选取其他类型及规格。
容积强度q = m3/( m3·h)　　　　
容积V = kD3 m3
分离器的结构系数，与分离器结构形式有关。对轴向型HW系列k=0.79
依据煤粉细度R90=26.176%，查表4-33，选q=1600 m3/（ m3·h）
可得D===4.0862m
依据文献[10]表H.20,选取技术规格：φ4000，其中，规格尺寸为：单位（mm），
Da，4000；，2600；D2，2338；，1320；a，322；b，687；H，9100；H1，784；H2，2000；H3，3167；h1，690；h2，310；h3，1000；e，309；f，1368。折向门数量，30；防爆门数量，6；防爆门直径，650mm；分离器容积，50.6m3；分离器净重，10721kg。粗粉分离器的工作温度tg=t2=70℃，取ρg=1.029kg/m3，流速查表4-48取w=17m/s,
ξ0查表4-55取ξ0=3.2，K=0. 粗粉分离器的阻力:
△pξ=ξ0（1+Kμ）=3.2×（1+0）=475.8 Pa＜△p，型号合适。

三．参考了《锅炉设计手册》［5］对燃烧系统型式进行了选型。具体选择考虑：
1．空气预热器的选型：
依据文献[10]表2-12，选取型号为25的回转式空气预热器。热风温度高于
350℃，选取双级，所以选取单级回转式空气预热器。查表2-11，25型回转式空气预热器：转子内径（64型），7620mm；扇行仓格角度30°，每个扇行仓格自由流通截面积，3.2605m2；转子转速（Ⅵ型），1.42 r/min.依据制粉系统的一次风量可得，二次风进入空气预热器占用四个30°的扇行仓格。
2．二次风机的选型：
风机是火力发电厂的三大重要辅机之一 ,其耗电量约占厂用电的 25 %～30 %,但目前火电厂风机的运行效率大大低于风机的额定效率。据调查 ,我国 50MW以上的机组风机运行效率低于 70 %的约占一半 ,低于50 %的占12 %。提高电站风机运行水平 ,对提高电厂经济效益有着重要的意义。风机运行优化可以从三方面考虑：
（1）运行煤种与风机效率
一般情况下 ,煤种的发热量越高 ,理论燃烧空气量越低。而同样发热量的烟煤 ,由于煤种不同 ,其理论燃烧空气量可能相差 10 %。但由于锅炉的煤种适应性有限 ,燃用煤种的煤质特性变化不会太大 ,锅炉效率、过量空气系数等参数在负荷相同时也不会发生太大变化。实际上燃料燃烧所需风量对燃用煤种变化的敏感程度不会高达 10 %。在煤种改变时大幅度地改变送风量不会提高风机运行水平 ,最佳方法是根据煤质分析数据进行简单的风量计算之后确定送风机运行状态。
（2）风量调节
为了满足各种负荷对风量的不同需要 ,电厂要采用一定的方法对风量进行调节。调节方法大致可分为以下2 种:一是调节管路中的挡板 ,以改变管路系统阻力达到风量调节的目的 ,称为节流调节。二是改变风机的转速 ,通过改变风机的运行特性来实现风量调节 ,称为变速调节。变速调节多采用变速电机或液力耦合器来实现。
节流调节和变速调节都可以达到调节风量的目的 ,但变速调节比节流调节的经济效益好得多。因为节流调节是以压力损失来换取风量和风压的调节 ,且节流装置后会出现涡流区 ,其开度愈小涡流区愈大 ,风速分布严重不均。而风机风量与转速成正比 ,电耗大致与转速的3 次方成正比 ,因此建议电厂送风机在不同负荷运行时 ,采用变速调节方式调节风量 ,不得已时再采用挡板调节。
（3）低负荷单台风机运行
火电厂锅炉一般配有2 台送风机。低负荷运行时由于需要风量较少 ,2 台送风机出力均很小 ,处于低效运行的不经济状态。如能单机运行 ,则效率将有很大提高。风机在选型时应考虑低负荷单台风机运行 ,此时将其风量定在风机额定风量的 50 %～65 %左右较为经济。这样既能保证风机余量适中 ,高负荷时风机效率处在额定效率附近 ,又能兼顾低负荷时风机效率 ,从而保障风机高效运行。
风机的运行效率不仅取决于风机性能 ,还取决于风机的实际运行状态 ,与管道阻力、运行煤种、调节方式等密切相关。只有采用以下正确的运行方式 ,才能保障风机高效运行[18]。
3．二次风管道的总阻力计算:
1）管道摩擦阻力:
适用于气体中不含粉的管道的计算公式为：△pf0=λ0 Pa
a.冷风道摩擦阻力
管道温度取t=30 ℃，=1.165 kg/m3，ν=16.00×10-6 m2/s
设计流量q=2=2×112492.7050＝224985.4 m3/h
查文献[5]，表4-48，通往磨煤机、高温干燥管风机和热一次风机的压力冷风道，选用方管。推荐流速：15～25 m/s,选取w=16 m/s，
管道边长：L===1.976 m选取Le=2.0 m
当量直径De===Le=2.0 m
设计流速：w===15.6 m/s
雷诺数：Re===2.0×106选取钢板制成的方管，
查表4-49绝对粗糙度△=0.33mm
相对粗糙度===0.00017，可得==3.4×106
管道按水力光滑管处理，因4000＜Re＜，纯气体的摩擦阻力系数可按4-154式确定，即λ0=[1.8lgRe-1.64]-2=[1.8×lg（2.0×106）-1.64]-2=0.0107
管道摩擦阻力：△pf0=λ0=0.0107×× =9.1 Pa
b.热风道摩擦阻力
四列管道分别通向炉膛四角，前墙两列管道取L=23 m，后墙两列管道取L=11 m。
管道温度取t=350 ℃，=0.566 kg/m3，ν=55.46×10-6 m2/s
设计流量q= = =25.0 m3/s
查文献[5]，表4-48，通往磨煤机、高温干燥管风机和热一次风机的压力热风道，推荐流速：20～25 m/s,选取w=24 m/s，
管道直径：D===1.152 m选取De=1.20 m
设计流速：w===22.1 m/s
雷诺数：Re===4.8×105
选取钢板制成的管子，查表4-49绝对粗糙度△=0.33 mm
相对粗糙度===0.00028，可得==2.0×106
管道按水力光滑管处理，因4000＜Re＜，纯气体的摩擦阻力系数可按4-154式确定，即λ0=[1.8lgRe-1.64]-2=[1.8×lg（2.0×106）-1.64]-2=0.0136
前墙管道摩擦阻力：
△pf0=λ0 =0.0136×× =36.1 Pa
后墙管道摩擦阻力：
△pf0=λ0 =0.0136××=17.3 Pa
2）.局部阻力:
气体中不含粉的局部阻力按式4-159计算，即△pζ0=ζ0 Pa
采用圆截面缓转弯管时，阻力系数对于纯空气按式4-162计算，=KθKhζ△0式中Kh=1.0，ζ△0按图4-58确定， Kθ按图4-56确定，当θ=90时，Kθ=1.0
方截面缓弯管的阻力系数。纯气体下正方截面缓转弯管的阻力系数ζ0按式4-162计算，即，=KθKhζ△0。式中Kh=1.0，ζ△0按图4-60确定。
查表4-55查取部件阻力系数
依据文献[10]中的表7.3.9查取由于截面变化所引起的阻力系数。
风道局部阻力计算见表2。

表2 风道局部阻力计算表
序号
名称
阻力系数ζ
空气流速w
局部阻力△pζ

冷风道（两风道）

1
喇叭型吸风口（无挡板）
0.20
14
22.8
2
送风机进口
0.7
14
79.9
3
送风机出口前渐扩管道
0.16
16
23.9
4
缓弯头（方管）
0.12
16
15.7

热风道（四风道）

1
六个相同的90度弧形弯头
0.153
22.1
21.2
2
进风管转动挡板
0.1
22.1
13.8

合计

546.5
3）.管路元件阻力:
1)燃烧器中二次风阻力
选用的是旋流燃烧器，轴向可动叶轮，其中，tg =350 ℃，取ρg=0.566 kg/m3，流速查表5-22，取w=30 m/s,ξ0查表4-55取ξ0=5.0，K=0.8，μ=0
二次风阻力： △pξ=ξ0（1+Kμ）=5.0×（1+0.8×0）×=899.8 Pa
2)空气预热器中二次风阻力
一次风在空气预热器的进口t1=30 ℃,出口t2=350℃，选取t===190 ℃，=0.7625 kg/m3，ν=33.67×10-6 m2/s
将30°的扇行仓简化为64个等流通截面的小仓格，选取中间的一个小仓格作为一个计算单位,当量直径:De== m
雷诺数：Re===3.14×104
查图4-55,选取光滑管路的摩擦阻力系数λ=0.023,选取波形板与波形定位板查表13-2单位(mm)可知a,2.4;b,2.4;c,3.0;s,30.5;(a+b),5.24;deq,9.6.
无因次粗糙度===0.172,可得:
λ0=λ(1+1.1)=0.023×(1+1.1×0.172)=0.027
摩擦阻力:△pf0=nλ0=64×4×0.027××=727.3 Pa
4).总阻力：
二次风道总阻力计算式为：∑p=∑△pf+∑△pζ+∑△pε Pa
式中，∑△pf，∑△pζ和∑△pε——系统摩擦阻力、局部阻力、和所有设备阻力的总和
二次风道总阻力：∑p=∑△pf+∑△pζ+∑△pε Pa
=（9.1×2+36.1×4）+546.5+（1224.7×16+727.3190.3）
=15933.7 Pa
依据文献[10]送风机的全压头裕量取1.2
一台送风机的设计全压为P=KQ=1.2×15933.7=19120.4 Pa
一次风总流量Q1= Qcal ZFan=28746.1717×3=86238.5 m3/h
总风量：Q=B=67981.3042×7.8876=536209.3 m3/h
送风机总风量Q2=Q-Q1=536209.3350-86238.5150=449970.8 m3/h
送风机台数ZFan=2
每台的通风量：===224985.4 m3/h
按文献[10]8.13.6条2款确定风量裕量系数取KQ=1.1，可得二次风机的设计通风量：
＝KQ＝1.1×224985.4＝2478484.0 m3/h
依据设计全压P=19120.4 Pa和设计通风量＝2478484.0 m3/h，选取二次风机型号为：2008B/1190.主要技数参数：Q=282744 m3/h;P=19176 Pa;n=1480 r/min.
电动机型号:YKK5601-4;功率:1250 kW
4.燃烧器的选型:
燃烧器作为煤粉燃烧系统中的关键设备，其性能对锅炉运行的可靠性和经济性起主要作用。在燃烧器的设计及运行中，合理地组织好煤粉气流的燃烧过程是满足煤粉高效、稳燃的有效途径[19，20]。
包头长汉沟煤的成分， =40.32 % ，Qar，net=25812kJ/kg 因旋流燃烧器适宜Qar，net≥20 MJ/kg，≥25%的烟煤。所以选择旋流燃烧器。
（1）旋流燃烧器的转向：相邻两燃烧器的气流旋转方向宜彼此对称，反向旋转，使燃烧器出口合成气流的旋转方向相对称，这样可以防止气流向一个方向偏斜。
（2）旋流燃烧器的间距：依据表5-14选取h=2m
（3）旋流燃烧器的选型：
随着锅炉容量的增大，单只燃烧器的出力或热功率按理也应该相应的增加，但是根据国内外的经验，从防止炉内结渣、控制NOx生成及提高锅炉低负荷适应能力方面，单只燃烧器的热功率不宜过大。
依据表5-25选取Zbur=16个，其中炉膛热功率Qf=608 MW，燃烧器直径1150～1350mm，取D=1200 mm.
单只燃烧器的出力：Bbur= = = 1.18 kg/s
单只燃烧器的热效率：Qth=Bbur Qar，net×10-3 =1.1802×25812×10-3=30.5 MW
选取具有高能点火器的EI-DRB型双调风旋流燃烧器或XWD型旋流浓淡燃烧器。
秦皇岛热电厂 2号锅炉采用的EI-DRB旋流燃烧器通过对锅炉运行现场进行实地考察发现，这种旋流式燃烧器燃烧不稳定，严重脱火，在燃烧器出口形成一条黑龙，这是锅炉燃烧不稳定和燃烧效率低的主要原因。
旋流燃烧器不稳定的问题关键是由于燃烧器的一次风管道结构不合理造成的。煤粉稳定燃烧技术的关键是加速燃烧初始阶段的反应。为了强化旋流燃烧器的煤粉着火过程，提高其低负荷稳燃能力，针对旋流燃烧器的特点和目前运行情况，经过在分析大量冷态模化试验结果基础上的反复论证，改造方案主要是在一次风管道内安装带有旋流叶片的中心管和在一次风出口处沿圆周安装齿形煤粉增浓器。秦皇岛热电厂 2号锅炉改造后，投入运行，通过理论分析和实践表明，在旋流燃烧器一次风出口加装齿形煤粉增浓器，可以实现浓淡分离燃烧，改善煤粉的着火条件，使锅炉得到良好的低负荷稳燃性能和较高的效率，达到了预期的目的和要求。这种改造方法简单易行，可以推广应用于旋流燃烧器的技术改造。由于一次风旋流叶片用于煤粉气流中，应具有良好的耐热耐磨性能，在改造时要予以考虑[21]。综上可得燃烧系统，如图3所示。
燃烧方式
墙式布置旋流燃烧方式与四角布置直流燃烧方式是目前火力发电厂锅炉最主要的两种燃烧方式[22]。这两种燃烧方式各有其特点,国外及国内的各个设计制造厂都有自己的设计和制造经验。这两种燃烧方式的优劣很难一概论定,具体采取哪种燃烧方式则要根据制造厂的设计及制造经验,并考虑使用单位的运行经验,根据燃料特性、炉膛形式、制粉系统等各方面因素综合考虑加以确定。
墙式布置旋流燃烧方式与四角布置直流燃烧方式比较
　　燃烧方式的优劣主要由以下几方面决定:煤种适应性及燃烧效率,着火和稳燃能力,结渣及高温腐蚀特性,烟温偏差,NOX 排放,气温调节特性等。下面就这几个方面加以分析比较。
（1） 煤种适应性及燃烧效率
众所周知,直流式四角燃烧方式对煤种适应性广,合理组织炉内空气动力场,保证煤粉及时着火和炉内稳定燃烧,具有较高的燃烧效率,同时可以采取多种手段促进煤种适应性和强化燃烧,例如可采用敷设卫燃带、热风送粉、浓淡WR 型宽调节比燃烧器、PM型燃烧器、钝体等技术。直流式燃烧器可燃用劣质煤及挥发分较低的无烟煤。而旋流式燃烧方式早期煤种适应性较窄,近年来旋流燃烧技术得到了很大发展,例如径向浓淡旋流技术、PAX 型燃烧器、双调风燃烧器等技术不断地应用和发展,使旋流燃烧方式对煤种适应性不断拓宽。现在直流式四角燃烧方式和旋流燃烧方式在煤种适应性及燃烧效率方面的差距不断缩短。
（2）着火及稳燃能力
切圆燃烧煤粉气流靠邻角热烟气加热着火,整体组织燃烧。在锅炉低负荷运行时,由于燃烧强度的减弱会影响燃