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1、电厂锅炉原理 课程设计说明书,1,重庆科技学院 热能与动力工程 09 2012 年 12 月,2,目录 前言.1 一、锅炉设计条件及性能数据.1 1.1 额定工况及主要参数.1 1.2 燃料.2 1.3 锅炉汽水品质.2 1.4 现场自然条件.3 1.5 锅炉运行条件.3 二、锅炉整体及系统.4 2.1 锅炉布置.4 2.2 汽水系统.4 2.3 燃烧系统.15 2.4 烟空气系统.15 2.5 出渣系统.16 2.6 调温系统.16 三、主要承压部件.17 3.1 汽水分离器.17 3.2 水冷壁.17,3,3.3 省煤器.18 3.4 过热器.18 3.5 再热器.19 四、其他设备.20
2、 4.1 钢结构.20 4.2 刚性梁.21 4.3 锅炉密封和保温.21 4.4 空气预热器.21 五、参考文献.22 锅炉设计说明书,前言 本说明书仅对锅炉的总体布置、性能、系统及主要结构等进行简要介绍。锅炉的安装和使 用详见 953-1-8602 锅炉使用说明书和 953-1-8608 锅炉安装说明书。 本工程锅炉设计着重考虑: 采用成熟、先进的超临界技术，确保锅炉具有较高的可用率； 选用合适的炉膛尺寸及热负荷指标，以保证炉膛不发生结渣； 采用先进的燃烧方式和燃烧设备，在保证炉膛不结渣的前提下，燃烧效率高、煤种适应 性强、烟气温度及速度偏差小、NOx 排放低； 采用成熟可靠的受热面布置方
3、式，使得汽温偏差尽可能小，管材选用留有足够的裕度， 有效保证受热面安全可靠； 具备较好的低负荷稳燃性能以及较好的启、停及调峰性能； 尽量采用成熟结构，增加部组件适用化程度。 1.锅炉设计条件及性能数据 本锅炉为 400t/h 再热煤粉锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、 型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，制粉系统为中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢 球磨煤机。锅炉燃用淮北洗中煤。炉后尾部布置空气预热器,4,1.1 额定工况及BCMR工况的主要参数,燃料 煤质资料 设计煤种为淮北洗中煤。 煤质分析,5,1.3 锅炉汽水品质 为确保合格的蒸汽品质，对锅炉给水及炉水严格要求按下
4、列质量标准控制。 1.3.1 锅炉给水质量标准,1.3.2蒸汽品质,现场自然条件 周围环境温度为 20 摄氏度。 锅炉运行条件 1）锅炉带基本负荷并参与调峰。锅炉在投入商业运行后，年利用小时数不少于 6500 小 时，年可用小时数不小于 7800 小时。锅炉强迫停用率不大于 2%。 2）锅炉变压运行，采用定滑定运行的方式,锅炉在燃用设计煤种和校核煤种时，能满足负荷在不大于锅炉的 30%BMCR 时，不投油长 期安全稳定运行，并在最低稳燃负荷及以上范围内满足自动化投入率 100%的要求。 锅炉最低稳然负荷不大于 30%BMCR。 锅炉负荷变化率能达到下述要求： 在 50%100%B-MCR 时，
5、不低于5%B-MCR/分钟 在 30%50%B-MCR 时，不低于3%B-MCR/分钟 在 30%B-MCR 以下时，不低于2%B-MCR/分钟 负荷阶跃：大于 10%汽机额定功率/分钟 锅炉的启动时间（从点火到机组带满负荷），与汽轮机相匹配，一般可满足以下要求： 冷态启动： 56 小时 温态启动： 23 小时 热态启动： 11.5 小时 极热态启动： 1 小时 锅炉点火方式为：高能电火花轻油煤粉。 在燃用设计煤种和 BMCR 工况下，锅炉 NOx 的排放浓度不超过 400mg/Nm3(O2=6%) 9) 过热器和再热器温度控制范围，过热汽温控制在 35%100%B-MCR、再热汽温控制在 5
6、0%100%B-MCR 负荷范围时，能保持稳定在额定值，偏差不超过5。 燃烧室的设计承压能力不小于5980Pa，当燃烧室突然灭火内爆，瞬时不变形承载能 力不低于9980Pa，锅炉在设计负荷范围内运行时，都能保证锅炉有足够的安全性和可靠性。 锅炉主要承压部件的使用寿命大于 30 年。 锅炉整体及系统 锅炉布置,合,2.1 锅炉总体简介 本锅炉为 400t/h 再热煤粉锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、 型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，制粉系统为中间贮仓式，闭式热风送粉，筒式钢 球磨煤机。锅炉燃用淮北洗中煤。炉后尾部布置空气预热器。 炉膛由膜式水冷壁组成。炉膛冷灰斗角度
7、为 55，从炉膛冷灰斗进口（标高 5700mm）到标 高 47292mm 处炉膛周围四周采用螺旋管圈，管子规格为42，节距为 63mm，倾角为 13.95。 在此上方为垂直管圈，管子规格为42 mm，节距为 60mm，螺旋管与垂直管的过渡采用中间混 集箱。 水平烟道深度为 6108mm，由后烟井延伸部分组成，其中布置有末级过热器。后烟井深度为 14112mm，布置有低温再热器和省煤器。炉膛上部布置有 6 片分隔屏过热器和 20 片后屏过热 器。分隔屏过热器和后屏过热器沿深度方向采用蒸汽冷却定位管固定，蒸汽冷却管（共 6 根， 6,7,63.5/50.8）从分隔屏过热器进口集箱引出，进入分隔屏过
8、热器出口集箱。后屏过热器、高 温再热器和高温过热器沿炉膛宽度方向采用流体冷却定位管固定，流体冷却定位管（共 4 根， 50.8）从后烟井延伸侧墙进口集箱引出，进入后屏过热器出口集箱。 锅炉燃烧系统按配中速磨冷一次风直吹式制冷系统设计。24 只直流式燃烧器分布 6 层，布 置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。最上排燃烧器喷口中 心标高为 33050mm，距分隔屏底部距离为 20500mm。最下排燃烧器喷口中心标高为 23590mm，至 冷灰斗转角距离为 5544mm。在主燃烧器和炉膛出口之间标高 41865mm 处布置有 1 组 SOFA 燃烧器 喷嘴（距上排燃烧器喷
9、口中心 8815mm）。 过热器汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制，第一级喷水布置在分隔屏过热器出口管道 上，过热器喷水取自省煤器进口管道。再热器汽温采用燃烧器摆动调节，再热器进口连接管道 上设置事故喷水，事故喷水取自给水泵中间抽头。 锅炉整体的外型-选 n 形布置 选择 n 形布置的理由如下： 锅炉排烟口在下方，送、引风机及除尘器等设备均可布置在地面，锅炉结构和厂房较低，烟 囱也可以建筑在地面上。 在对流竖井中，烟气下行流动，便于清灰。具有自身除灰的能力。 各受热面易于布置成逆流方式，以加强对流换热。 机炉之间连接管道不长。 汽水系统 省煤器和水冷壁系统 给水由锅炉右侧单路经过止回阀和电动闸
10、阀后进入省煤器进口集箱，流经省煤器管组，中 间集箱和悬吊管，然后汇合在省煤器的出口集箱，再由 2 根355.646.05mm 的连接管道汇合 为 1 根50865.1mm 的连接管道，再由 2 根355.646.05mm 的连接管道分别引入冷水壁左 右侧墙下集箱，水冷壁下集箱为四周相连通的环形集箱，外径为355.6mm，水经由前后墙下集 箱螺旋进入炉膛四周水冷壁，螺旋段水冷壁由 330 根41.3mm 的管子组成，节距为 54mm。螺旋 段水冷壁过渡连接管引至水冷壁中间集箱，经中间集箱混合后再由连接管引出，经过渡段形成 垂直段水冷壁，垂直段水冷壁由 1320 根34.93mm 的管子组成，节距
11、为 56mm。在锅炉启动阶段 和低于最低直流运行工况（30%BMCR）时，水在水冷壁内吸热形成汽水混合物，汇集至水冷壁上 集箱，通过水冷壁引出管进入汽水分离器，在汽水分离器内进行汽水分离，分离后的蒸汽引至 过热器，水则通过调节进入大气式扩容器至冷凝器等地方，进行工质的回收。在高于最低直流 运行工况（30%BMCR）时，水在水冷壁内吸热形成过热蒸汽汽水混合物，汇集至水冷壁上集箱， 通过水冷壁引出管进入汽水分离器后，直接由连接管道引至过热器，此时的汽水分离器仅作水 冷壁和过热器之间的汽水通道。其流程见图 2.2-1 省煤器和水冷壁系统图，各部件规格、材料 如下表 2.2-1 所示。 表 2.2-1
12、 省煤器和水冷壁各部件选用规格、材质,8,9,E-4 省煤器进口集箱E-6 省煤器E-7 省煤器 E-8 省煤器中间集箱E-9 省煤器悬吊管 E-10 省煤器悬吊管E-11 省煤器出口集箱E-12 省煤器出口连接管道 E-13 省煤器出口连接管道E- 14 省煤器出口连接管道F-1 水冷壁前墙下集箱F-2 水冷壁前墙进口管子 F-3 水冷壁前墙灰斗螺 旋管F-4 水冷壁前墙螺旋管 F-4.6 水冷壁前墙多通F-5 水冷壁前墙中间集箱F-5A,.B 水冷壁前 墙过渡管子F-7 水冷壁前墙垂直管下部F-7A 水冷壁前墙垂直管上部F-8 水冷壁前墙上集箱F-9 水 冷壁前墙引出管F-10 水冷壁后墙
13、下集箱F-12 水冷壁后墙灰斗螺旋管F-12A 水冷壁后墙螺旋管 F- 13，15 水冷壁后墙多通F-14 水冷壁后墙中间集箱F-14A，B 水冷壁后墙过渡管子F-17 水冷壁 后墙遮焰角管F-18 水冷壁后墙垂帘管F-18A 水冷壁后墙悬吊管F-19 水冷壁后墙上集箱F-20 水 冷壁后墙引出管 F-21 水冷壁侧墙下集箱F-22 水冷壁侧墙进口管子 F-23 水冷壁侧墙灰斗螺旋管 F-23A 水冷壁侧墙螺旋管F-24，26 水冷壁侧墙多通 F-25 水冷壁侧墙中间集箱F-25A，B 水冷 壁侧墙过渡管子 F-27 水冷壁侧墙垂直管下部F-27A 水冷壁侧墙垂直管上部F-28 水冷壁侧墙上集
14、 箱 F-29 水冷壁侧墙引出管 图 2.2-1 省煤器和水冷壁系统,10,图 2.2-2 过热器系统图,11,12,2.2.2 过热蒸汽系统 从汽水分离器引出的微过热蒸汽进入炉顶进口集箱，经前炉顶管至炉顶出口集箱，为减少 蒸汽阻力损失，在 BMCR 工况下约 36.6%BMCR 的蒸汽经旁路管直接进入炉顶出口集箱。从炉顶出 口集箱引出的蒸汽经过后炉顶管、后烟井包复、后烟井延伸侧墙，再汇总至后烟井侧墙上的集 箱，分四路引入分隔屏进口集箱，流经分隔屏后进入分隔屏出口集箱，从后屏过热器出口集箱 分二路进入后屏过热器进口集箱，通过末级过热器到末过出口集箱，再由两根末过出口集箱引 出至两根主蒸汽管道并
15、送完汽轮机高压缸。其流程见图 2.2-2。 各级过热器之间均采用大直径管道及三通连接，这使介质能充分混合，并可简化布置蒸汽 冷却定位管（共 6 根）由分隔屏过热器进口集箱引出，通过分隔屏过热器、后屏过热器，再引 入分隔屏过热器出口集箱，将分隔屏过热器和后屏过热器定位夹持，防止屏倾斜。流体冷却定 位管（共 4 根）由后烟井延伸侧墙下集箱引出经末级再热器和末级过热器再引入后烟井侧墙上 集箱 过热器系统各部件规格、材料如下表 2.2-2 所示。 表 2.2-2 过热器系统各部件选用规格、材质,13,14,2.2.3 再热蒸汽系统 自汽机高压缸排出的蒸汽分成二路经事故喷水减温器后引入低温再热器进口集箱
16、，经过定 位再热器后进入定位再热器出口集箱，再通过 2 根连接管道引至末级再热器进口集箱，经过末 级再热器出口集箱上引出至再热器 2 根蒸汽管道，送往汽机中压缸。其流程见图 2.2-3。 二级再热器间采用大直径管道端部连接。低再和末再之间通过连接管道进行左右交叉，以 减少因炉膛左右侧烟温偏差而引起的再热蒸汽温度偏差。再热器系统各部件规格、材料如下表 2.2-3 所示。 表 2.2-3 再热器系统各部件选用规格、材质汇总,2.2.4 启动系统,15,锅炉启动系统采用简单疏水大气扩容式启动系统。锅炉炉前沿宽度方向垂直布置 2 只外径/ 壁厚为812.8/87.1mm 的汽水分离器，其进口分别与水冷壁和炉顶过热器相连接。每个分离器 筒身上方切向布置 4 根不同内径的进口管接头、顶部布置有 2 根内径为231.7mm 至炉顶过热器 的管接头、下部布置有一个内径为231.9mm 疏水管接头。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流 负荷 30%BMCR 时，止回阀受热面出口的介质流经分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部管 接头进入炉顶过热器，而水则通过两根外径为324mm 疏水管道引至一个连接球体，连
