锅炉系统毕业论文.doc

目 录摘 要2第一章1锅炉概述42 锅炉的工作过程43 锅炉系统及组成部件54 锅炉燃烧器概述6第二章1 燃料燃烧计算82 锅炉热效率与燃料消耗量计算163 制粉系统设计计算224 燃烧器的设计30结 论38致 谢39参考文献40摘 要燃烧器是锅炉的主要燃烧设备，它通过各种形式，将燃料和燃烧所需要的空气送入炉膛，使燃料按照一定的气流结构迅速、稳定地着火；连续分层次地供应空气，使燃料和空气充分混合，提高燃烧强度。为了适应国民经济发展的需要，国内发电厂的总装机容量有了很大程度的增加，单机容量也从中小容量向大容量、高参数的方向发展，与此相应的电网也更加庞大和复杂。随着机组容量的增大，设备结构越来越复杂，对机组的安全、经济性要求必然也越来越高2。在电力生产的过程中有大量的污染物产生，而和NOx对环境污染影响较大，同时我国对电厂尾气排放的限制越来越严格，电厂很有必要进行减排及无害化技术处理。另外不稳定燃烧问题一直困扰着我国燃煤电站锅炉。近二十几年，随着大容量机组的比例增大，锅炉不稳定燃烧问题有所缓解。但近几年来，由于燃煤质量下降，大容量机组燃煤锅炉也相继出现燃烧不稳定的问题，而且越来越严重。这不仅降低了大容量锅炉的低负荷运行能力，而且使锅炉灭真火事故的发生率明显增多。燃烧器制造本着保证锅炉燃烧器正常着火、稳燃效果良好，保证减排NOx的含量在控制范围的原则，在不改变炉膛的几何尺寸；保留原有大风箱；点火方式不变；二次风门、燃烧器摆动执行机构不变的条件下重做燃烧器本体、燃烧器风箱风道和挡板风箱，优化四角切圆燃烧方式来解决上述问题。关键词：原煤破碎；原煤干燥与磨制煤粉；输送煤粉；组织燃烧；空气加热燃料；燃烧配风。第1章 1锅炉概述锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。 2锅炉的工作过程火力发电厂生产的电能需要经过多次能量转换过程:即首先由锅炉燃料燃烧释放的化学能通过受热面使给水加热、蒸发、过热，转变为蒸汽的热能，然后由汽轮机带动发电机将机械能转变为源源不断的向外界输送的电能。因此，锅炉、汽轮机、发电机和输电设备是火力发电厂的主要设备。煤粉锅炉及其辅助系统示意图如图所示 图煤粉锅炉及其辅助系统示意图1.原煤斗 2.给煤机 3.磨煤机 4.汽包 5.高温过热器 6.屏式过热器 7.下降管8.炉膛水冷壁 9.燃烧器 10.下联箱 11.低温过热器 12.再热器 13.再热蒸气出口14.再热蒸汽进口 15.省煤器 16.给水 17.空气预热器 18.排粉风机19.排渣装置 20.送风机 21.除尘器 22.引风机 23.烟囱 3）锅炉给水由省煤器受热面加热升温由蒸发受热面（水冷壁）吸热将给水转变为汽水混合物，或直接转变为蒸汽由过热器受热面将蒸汽进一步加热到过热状态； 4）排渣、清灰、除灰、烟气排放。3锅炉系统及组成部件 3.1锅炉的系统 1）制粉系统原煤输送系统将破碎后的原煤送入原煤仓，经过给煤机，磨煤机，再经过煤粉分离，分离后合格的煤粉由空气送入炉内燃烧。 2）燃烧系统燃烧所需要的空气通过送风机引入空气预热器预热，一路热风经过燃烧器二次风喷口送入燃烧室进行燃烧，另一部分经过制粉系统携带煤粉，经过燃烧器一次风喷口进入燃烧室进行燃烧 3）汽水系统给水（凝结水和少量补给水经化学水处理，低压加热器，除氧器，给水泵，高压加热器）进入锅炉省煤器加热，再由水冷壁蒸发，通过过热器升温至汽轮机要求的进汽温度。高参数、大容量锅炉机组还有再热器系统，即锅炉生产的高压蒸汽在汽轮机高压缸做功后的排汽经过锅炉再热器二次加热后再进入汽轮机中、低压缸。 4）除渣、除灰和清灰系统燃烧产生的大块熔渣（约占总灰量的10%20%），经水冷壁冷却形成固态渣由炉底排放经碎渣器破碎。烟气中携带的细灰粒（约占总灰量的80%90%），经除尘器将细灰从烟气中分离出来，由除灰系统送往灰场。锅炉运行中沉积到受热面上的细灰由吹灰器清除进入除灰系统。 5）烟气排放系统燃烧产生的烟气由锅炉尾部的空气预热器出口排出后，经过除尘器，将烟气中的大部分细灰分离出来，排往除灰系统，以防止粉尘粒子对大气产生污染。分离出来的气体经过引风机排往烟囱。为了减少SO3、SO2和NOx等有害气体对大气的污染，现代锅炉还设有烟气脱硫设备。3.2锅炉的组成部件锅炉分为两部分，即本体设备和辅机设备，本体设备包括炉膛、燃烧器、空气预热器、省煤器、水冷壁，锅筒（汽包）或启动用汽水分离器、过热器、再热器等；辅机设备包括给煤机、磨煤机、送风机、引风机、给水泵、吹灰器，碎渣机、除尘器、灰浆泵。4锅炉燃烧器概述燃烧器是锅炉的主要燃烧设备，它通过各种形式，将燃料和燃烧所需要的空气送入炉膛，使燃料按照一定的气流结构迅速、稳定地着火；连续分层次地供应空气，使燃料和空气充分混合，提高燃烧强度。4.1煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器是燃煤锅炉的主要部件。它的主要作用是：1）向锅炉炉膛内输送燃料和空气； 2）组织燃料和空气及时、充分的混合； 3）保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，迅速、完全的燃尽。煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，使煤粉被迅速加热到着火温度，一般将煤粉燃烧器所需的空气量分为一次风和二次风。一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。4.2煤粉燃烧器的分类4.2.1 直流煤粉燃烧器直流煤粉燃烧器喷口喷出的气流是最简单的圆形或平面紊流直流射流，直接进入充满热烟气的炉膛中，由于气流所受阻力小，射程相对较远，对烟气的贯穿能力强。由于直流燃烧器一、二次风射流阻力小、穿透能力大、炉膛内形成整体空气动力场好，并且设备布置紧凑、简单，因此在大中容量锅炉燃烧器中广泛采用。 直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致分为均等配风直流燃烧器和分级配风直流燃烧器。均等配风燃烧器适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中间距离较小。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、迅速地和相邻喷口射出的热空气混合。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。因此沿高度相间排列的二次风喷口的风量分配就接近均匀。分级配风直流燃烧器适用于燃烧着火比较困难的，如挥发分较低的贫煤、无烟煤或劣质烟煤。这种燃烧器的特点是：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风喷口中心间距较大。由于一次风中携带的煤粉燃烧比较困难，一、二次风的混合较早，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，希望推迟煤粉气流与二次风的混合，所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中，这种配风方式称为分级配风。分级配风的目的是：在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉气流稳定着火、完全燃烧。4.2.2旋流煤粉燃烧器我国目前运行着的中、小型锅炉机组大多采用旋流式燃烧器，即燃烧器出口的二次风射流绕燃烧器轴线旋转，而一次风射流可为直流射流或旋转射流。能产生射程短，粗而短的火焰，发生较大旋转阻力，影响电厂运行经济性，鉴于中、小型锅炉热容量小，适用于旋转射流，因此它常被采用3。旋流燃烧器由圆形喷口由圆形喷口组成，燃烧器中装有各式各样的旋流发生器（简称旋流器）。按照旋流器结构，旋流燃烧器可分为蜗壳式、可动叶轮式、可动叶片式三大类。煤粉气流或热空气通过旋流器时发生旋转，形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。与直流射流相比，旋转射流同时具有具有向前运动的轴向速度和沿圆周运动的切向速度，这就使气流在流动方向上，沿轴向和切向的扰动能力增强，因而气流衰减速度比较快，射程短。旋转气流的主要特性表现为旋流强度。4.3煤粉燃烧器的设计方法锅炉燃烧器的设计包括燃烧器形式选择，布置方式与炉膛选型。根据所给的条件确定本次设计的锅炉燃烧器采用均等配风直流式燃烧器，四角切圆燃烧方式。燃烧器的布置方式选择一、二次风不等切圆布置，燃烧器中心线与炉膛中心一个不大的假想圆相切。制粉系统选用中间仓储式热风送粉系统。第二章1燃料燃烧的计算燃料燃烧计算以单位质量（或体积）的燃料为基础。燃料燃烧计算包括：燃烧计算、烟气特性计算、烟气焓计算。1.1 燃烧计算设计煤种：河南密县贫煤，燃煤成分及特性如表1.1所示煤粉成分特性表名称符号单位设计煤种收到基低位发热值MJ/kg24.16收到基全水份%5.0空气干燥基水份%0.46干燥无灰基挥发份%17.91收到基灰份%23.36收到基碳%63.08收到基氢%3.42收到基氧%3.26收到基氮%0.95收到基硫%0.86可磨性系数77煤粉经济细度%12燃烧计算需计算出：理论空气量、理论氮容积、RO2容积、理论干烟气容积、理论水蒸气容积等。1）理论空气量 m3 /kg 式（1.1） =0.889(63.08+0.3750.86)+0.2653.420.03333.26 =6.4342 m3 /kg式中 设计煤种的收到基碳含量，； 设计煤种的收到基硫含量，； 设计煤种的收到基氢含量，； 设计煤种的收到基氧含量，。 2）理论氮容积 m3 /kg 式 (1.2） =0.80.95/100+0.796.4342 =5.0906 m3 /kg式中 设计煤种的收到基氮含量，； 理论空气量，m3 /kg。 3）容积 m3 /kg 式（1.3） =1.86663.08/100+0.70.86/100 =1.1831 m3 /kg式中 设计煤种的收到基碳含量，； 设计煤种的收到基硫含量，。 4）理论干烟气容积 m3 /kg 式 (1.4） =5.0906+1.1831 =6.2737 m3 /kg式中 理论氮容积，m3 /kg； 容积，m3 /kg。 5）理论水蒸气容积 m3 /kg 式 （1.5） =11.13.42/100+1.245/100+1.610.016.4342 =0.5452 m3 /kg式中 每千克干空气中含有的水蒸气质量，取0.01kg/kg； 设计煤种的收到基氢含量，； 设计煤种的收到基全水分，%。 6）飞灰份额取0.9序号项目名称符号单位结果1理论空气量m3 /kg 6.43422理论氮容积m3 /kg 5.09063RO2容积m3 /kg 1.18314理论干烟气容积m3 /kg 6.27375理论水蒸气容积m3 /kg 0.54526飞灰份额0.91.2 烟气特性计算烟气特性计算需要计算出：各受热面的烟道平均过量空气系数、干烟气容积、水蒸气容积、烟气总容积、RO2容积份额、水蒸汽容积份额、三原子气体和水蒸汽容积总份额、容积飞灰浓度、烟气质量、质量飞灰浓度等。 1）炉膛、屏凝渣管，高温过热器，低温过热器，高温省煤器，高温空预器，低温省煤器，低温空预器的出口过量空气系数分别取1.22，1.25，1.31，1.33，1.38，1.4，1.45。 2）烟道平均过量空气系数为受热面进出口过量空气系数的算术平均值。 3）干烟气容积（以炉膛、屏、凝渣管为例，下同）。 m3 /kg 式 （1.6） =6.2737+(1.22-1)6.4342 =7.689 m3 /kg式中 各受热面平均过量空气系数； 理论干烟气容积，m3 /kg ； 理论空气量，m3 /kg。 4）水蒸气容积 m3 /kg 式（1.7） =0.5452+0.0161(1.22-1)6.4342 =0.567 m3 /kg式中 各受热面平均过量空气系数； 理论水蒸气容积，m3 /kg； 理论空气量，m3 /kg。 5）烟气总容积 m3 /kg 式 （1.8） =7.689224+0.56798993 =8.257 m3 /kg式中 干烟气容积，m3 /kg； 水蒸气容积，m3 /kg。 6）容积份额 式（1.9） =1.1831/8.25721393 =0.14328077式中 容积，m3 /kg； 干烟气容积，m3 /kg。 7）水蒸气容积份额 式（1.10） =0.56798993/8.25721393 =0.0687式中 水蒸气容积，m3 /kg； 干烟气容积，m3 /kg。 8）三原子气体和水蒸汽容积总份额 式（1.11） =0.14328077+0.06878711 =0.212式中 容积份额； 水蒸气容积份额。 9）容积飞灰浓度 g/m3 式（1.12） =1023.360.9/8.25721393 =25.461 g/m3式中 设计煤种的收到基灰分，%； 飞灰浓度； 烟气总容积，m3 /kg。 10）烟气质量 kg/kg 式（1.13） =1-23.36/100+1.3061.226.4342 =11.018 kg/kg式中 设计煤种的收到基灰分，%； 各受热面平均过量空气系数； 理论空气量，m3 /kg。 11）质量飞灰浓度 kg/kg 式（1.14） =0.923.36/(10011.0181395) =0.0191 kg/kg式中 飞灰浓度； 设计煤种的收到基灰分，%； 烟气质量，kg/kg。 烟气特征计算结果如表1.3，1.4，1.5所示表1.3 烟气特征表序号项目名称符号单位炉膛，屏凝渣管高温过热器1受热面出口过量空气系数1.221.252烟道平均过量空气系数1.221.2353干烟气容积m3 /kg 7.6897.7854水蒸气容积m3 /kg 0.5670.5695烟气总容积m3 /kg 8.2578.3556RO2容积份额0.1430.1417水蒸气容积份额0.06870.06818三原子气体和水蒸气容积总份额0.2120.2099容积飞灰浓度g/m3 25.46125.16210烟气质量kg/kg11.01811.14411质量飞灰浓度kg/kg0.01900.0188表1.4 烟气特征表序号项目名称符号单位低温过热器高温省煤器1受热面出口过量空气系数1.311.332烟道平均过量空气系数1.281.323干烟气容积m3 /kg 8.0758.3324水蒸气容积m3 /kg 0.5740.5785烟气总容积m3 /kg 8.6498.9106RO2容积份额0.1360.1327水蒸气容积份额0.06630.06498三原子气体和水蒸气容积总份额0.2030.1979容积飞灰浓度g/m3 24.30623.59310烟气质量kg/kg11.52211.85811质量飞灰浓度kg/kg0.01820.017729101.3 烟气焓计算烟气焓计算需要分别计算出炉膛、屏式过热器、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器等所在烟气区域的烟气在不同温度下的焓，并列出表格，作成所谓的焓温表，以备后需计算查用。计算中用到的受热面出口过量空气系数见表1.6。 1）理论空气焓 kJ/kg 式1.15）式中 1标准状态下干空气连同其携带的水蒸气在温度时的焓，由表1.6查得。 理论空气量，m3 /kg。 2）理论烟气焓 理论烟气是多种成分的混合气体。由工程热力学可知，其焓等于各组成成分焓的总 和，所以理论烟气焓的计算式为 kJ/kg 式 （1.16）式中 、理论烟气中各成分在温度时的焓值（见表1.4）。由于，且两者热比容相近，故取=。烟气特征表序号项目名称符号单位高温空预器低温省煤器低温空预器1受热面出口过量空气系数1.381.41.452烟道平均过量空气系数1.3551.391.4253干烟气容积m3 /kg 8.5578.7839.0084水蒸气容积m3 /kg 0.5810.5850.5895烟气总容积m3 /kg 9.1399.3689.5976RO2容积份额0.1290.1260.1237水蒸气容积份额0.06360.06250.06138三原子气体和水蒸气容积总份额0.1930.1880.1849容积飞灰浓度g/m3 23.00222.44021.90510烟气质量kg/kg12.15212.44612.74011质量飞灰浓度kg/kg0.01730.01680.0165013601 3）实际烟气的焓实际烟气焓等于理论烟气焓、过量空气焓和烟气中飞灰焓之和 kJ/kg 式（1.17）其中为各受热面出口过量空气系数，飞灰焓为 kJ/kg 式（1.18） 式中 1kg灰在时的焓（见表1.6）。表1.6 1m3空气、各种气体及1kg灰的焓温度二氧化碳氮气水蒸气干空气湿空气飞灰，灰渣kJ/(Nm3）kJ/(kg）100170.03129.58150.52130.04132.4380.8200357.46259.92304.46261.42266.36169.1300558.81392.01462.72395.16402.69263.7400771.88526.52626.16531.56541.76360500994.35663.8794.85671.35684.15458.56001224.66804.12968.88813.9829.74559.87001461.88947.521148.84959.56978.32663.28001704.881093.61334.41107.361129.12767.29001592.881241.551526.041257.841282.32873.910002203.51391.71722.91409.71437.398411002458.391543.741925.111563.541594.89109612002716.561697.162132.281719.241753.44120613002976.741852.762343.641876.161914.25136014003239.042008.722559.22033.922076.2157115003503.121662779.0521932238.9175816003768.82324.483001.762353.282402.88183017004036.312484.043229.322513.962567.34206618004304.72643.663458.342676.062731.86218419004574.062804.213690.372838.412898.83235820004844.229653925.630023065.6251221005115.393127.534163.253165.333233.79264022005386.483289.224401.983329.73401.6427602锅炉热效率与燃料消耗量计算 1）锅炉输入热量 kJ/kg 式（1.19）式中 设计煤种的低位发热量（见表1.1），kJ/kg。 2）排烟温度选取147。3） 排烟焓由烟气焓温表4.10中用插值法求得。 烟气焓计算结果如表4.7，4.8，4.9，4.10所示表1.7 烟气焓温表温度理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增炉膛，屏,凝渣管 高温过热器 kJ/kg kJ/kg 每1004003934.973420.164763.094865.725004989.004319.601054.036035.711272.616165.351299.606006070.705236.791081.697340.491304.777497.581332.227007179.486174.001108.788677.201336.708862.491364.848008311.807124.971132.3110040.591363.3910254.311391.979009036.928093.19725.1111001.15960.5511243.91989.60100010631.099070.291594.1612833.431832.2713105.501861.59110011816.8910060.121185.8014260.551427.1114562.381456.88120013016.3111061.931199.4115703.491442.9316035.381472.90130014231.4912071.581215.1717173.161469.6717535.371499.99140015453.2913086.641221.8018662.641489.4819055.231519.96150016686.2414110.201232.9420160.091497.4420583.371528.14160017928.8015141.471242.5521644.661484.5722098.921515.55170019181.6416175.321252.8323174.561529.9023659.841560.92180020436.6217218.301254.9824683.811509.2425200.371540.53190021699.1218262.891262.5026212.711528.8926760.521560.25200022965.5219315.461266.3927743.041530.3328322.581561.96210024243.3320366.361277.8129278.971535.9229889.901567.42220025517.3421423.951274.0030810.871531.9031453.541563.64 4）冷空气温度选取30。 5）理论冷空气焓 kJ/kg 式（1.20） =38.076.4342 =244.97 kJ/kg式中 1m3标准状态下干空气连同携带的水蒸气在温度时的焓（见表1.4）； 理论空气量，m3 /kg。烟气焓温表温度理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增低温过热器 高温省煤器 kJ/kgkJ/kg 每1003002909.022542.533752.653803.554003934.963420.161025.945070.911318.255139.361335.815004989.004319.601054.036424.471353.566510.821371.566006070.705236.791081.697811.801387.327916.541405.627007179.486174.001108.789232.861421.059356.351439.818008311.807124.971132.3110681.841448.9810824.371468.02 表1.9 烟气焓温表温度理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增高温预热器 低温省煤器 kJ/kgkJ/kg每100100942.88836.701277.811294.542001912.081682.02969.202586.801308.992620.431325.893002909.022542.53996.933930.621343.823981.421361.014003934.973420.161025.945310.321379.695378.781397.265004989.004319.601054.036726.851416.526813.211434.536006070.705236.791081.698178.371451.528283.101469.89 6）化学未完全燃烧热损失选取0.5%。 7）机械未完全燃烧热损失选取1.5%。 8）排烟处过量空气系数取低温空气预热器出口过量空气系数（见表1.3）。 9）排烟损失 % 式（1.21） =(100-1.5)(1979.4342-1.48244.9795)/2416 =6.59 %式中 机械未完全燃烧热损失，%表1.10 烟气焓温表温度理论烟气焓理论空气焓理论烟气焓增低温空预器 kJ/kgkJ/kg每100100942.88836.701336.382001912.081682.02969.202704.551368.163002909.022542.53996.934108.601404.054003934.973420.161025.945549.731441.125004989.004319.601054.037029.221479.486006070.705236.791081.698544.951515.73 10）散热损失选取0.5%。 11）灰渣损失 式（1.22） =0.0823.36/100600/24160 =0.04 % kJ/kg 式（1.23）式中 灰渣中灰分的份额，选取0.08； 1kg灰在时的焓（见表1.4），固态排渣煤粉炉可取为600。 12）锅炉总损失 % 式（1.24） =6.59+0.5+1.5+0.5+0.04 =9.13 %式中 排烟损失，%； 化学未完全燃烧损失，%； 机械未完全燃烧热损失，%； 散热损失，%； 灰渣损失，%。 13）锅炉热效率 % 式（1.25） =100-9.13 =90.86 % 14）保热系数 % 式（1.26） =1-0.5/（90.86+0.5) =0.99 %式中 锅炉热效率； 散热损失，%。 15）过热蒸汽焓为过热蒸汽在，=540时的焓值。 16）给水温度选取248。 17）给水焓为未饱和水在=17.2Mpa，=248时的焓值。 18