毕业设计论文：我国锅炉的设计与实现.doc

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南京工程学院毕业设计

（论文）

目录

第一章绪论 2

一.1 2

1.1概述 2

1.1.1我国锅炉的发展[1] 2

1.1.2锅炉技术的发展趋势[2] 3

1.2超临界直流锅炉的设备选择[2] 5

1.2.1超临界锅炉的工作原理和基本型式 5

1.2.2燃烧设备 6

1.2.3煤粉设备 7

1.2.4蒸发受热面 7

1.2.5过热器和再热器 8

1.2.6尾部受热面 8

1.3锅炉本体设计的一般步骤 9

1.3.1确定锅炉主要规范 9

1.3.2设计条件确定 9

1.3.3锅炉热平衡及燃料消耗量计算 9

1.3.4炉膛设计 9

1.3.5尾部烟道（对流烟道、后部对流烟道）设计 9

1.3.6金属壁温计算 10

1.3.7系统设计 10

1.3.8确定辅机的规格 10

1.3.9锅炉本体设计经济性分析 10

1.4超临界直流锅炉本体设计内容说明 10

第二章锅炉本体设计原始数据 11

二.2 11

2.1锅炉容量及主要参数：

BMCR工况下主要参数、设计性能参数 11

2.2燃料特性：

煤质工业分析、灰成分分析和熔融性 12

第三章锅炉热平衡及燃料消耗量计算 14

三.3 14

3.1目的 14

3.2燃烧产物计算 14

3.3烟气特性参数计算 14

3.4烟气焓温计算 14

3.5锅炉热平衡及燃料消耗量计算 14

第四章*** 15

四.4 15

4.1 15

4.1.1 15

4.1.2 15

4.2 15

4.3 15

第五章总结 16

五.5 16

5.1 16

5.1.1 16

5.2 16

5.3 16

5.4 16

第12页

第一章绪论

一.1

1.1概述

锅炉是一种将燃料燃烧，使其中的化学能转变为热能并将此热能传递给水，使水变为有一定压力和温度的蒸汽或热水的设备。

它基本上由“锅”和“炉”两部分组成。

炉按其本意是燃料燃烧的处所，而近代的炉本身也还是一重要的传热部件。

锅不仅是盛水的容器，而且是传递热量并使水变为蒸汽或热水的部件。

因此，锅炉是一种将燃料的化学能转化成热能的设备。

锅炉是火力发电厂中得三大主机之一。

它所产生的具有一定热能的蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机转动，使热能转变为机械能。

汽轮机带动发电机，使机械能转变为电能。

用于发电厂的锅炉通常称为电站锅炉。

1.1.1我国锅炉的发展[1]

新中国成立前，我国没有电厂锅炉制造业，尽引进瑞士技术合作试制了两台与2000kW汽轮发电机组配套蒸发量为12t/h的锅炉。

1949年全国装机容量仅为1849MW（其中火电装机容量为1686MW），全国发电量为4.3TW·h。

装机居世界第21位，发电量居世界第25位，人均年占有发电量仅9.1kW·h，发电煤耗超过727g/（kW·h）。

新中国成立后在第一个五年计划期间，建立了上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂，开始生产中、高参数的中、大型电厂锅炉。

随后又建立了武汉、北京以及东方等锅炉厂，也生产电厂锅炉。

我国的火力发电经历了四个发展阶段。

1949~1960年我国自行设计、制造了6、12、25、50MW中压和高压汽轮发电机组配套的锅炉。

1961~1980年自行研制超高压125、200MW和亚临界压力300MW汽轮发电机组配套的400、670、1000t/h的自然循环锅炉和直流锅炉。

1981~1990年，从国外引进技术制造了300MW和600MW的控制循环锅炉，同时引进了300~800MW亚临界和超临界压力锅炉。

1991至今，火力发电伴随水力发电和核能发电继续加快发电，着重于努力提高火力发展的各项技术指标，尽可能达到节约能源并改善环境的目的。

我国发电装机总容量和发电量均居世界第二位。

在我国的年发电量中，火电占80%以上，是我国主要的发电方式，并且是以煤炭作为发电主要燃料。

目前，我国燃煤电站存在的突出问题是：

机组效率低，供电煤耗高，污染严重。

1.1.2锅炉技术的发展趋势[2]

蒸汽动力从19世纪开始到现在，已得到了极大的发展。

蒸汽动力中不可缺少的锅炉技术也得到了同样的、极大的发展。

目前，虽然核动力等新能源技术已有所发展，但燃用化石燃料的蒸汽动力仍是世界上能源提供的主力，并仍在迅速发展。

1.1.2.1国外锅炉技术的发展

增大锅炉容量和提高蒸汽参数是电厂锅炉的主要发展方向。

近几十年来，单台机组容量不断增长是一个总趋势。

扩大单机容量可使发电容量迅速增长以适应社会经济发展的需要，同时可以使基建投资和设备费用降低，以减少运行费用以及节约金属材料。

早在20世纪60年代初，美国、俄罗斯和日本就开始发展超临界大型机组。

超临界压力机组早期的发展的蒸汽参数定在压力25MPa，蒸汽温度（汽温）560℃左右。

20世纪80年代以后，随着金属材料的进展，辅机及系统方面的成熟，超临界技术的到迅速发展。

据2006年不完全统计，美国有169台超临界机组，俄罗斯224台，日本94台，德国10余台，意大利13台，南非、澳大利亚均有超临界机组，单机最大容量已达1200~1300MW。

目前世界上已知的超临界机组中运行效率最高的机组是丹麦于2001年投运的1台超临界机组，效率高达49%。

国际上通常把主蒸汽压力在28MPa以上和主蒸汽温度、再热蒸汽温度在580℃及其以上的机组定义为高效超临界（highefficiencysupercritical）机组或先进超临界（advancedsupercritical）机组。

之所以这样定义的原因是因为这个参数是锅炉、汽轮机只需使用现代超临界机组用钢上限，超过这个参数高温高压部件就必须采用改进或新开发的耐热钢种。

近十年来，高效超临界技术在日本和欧洲得到迅速发展，投运的高效超临界机组取得了良好的运行业绩，其经济性、可靠性和灵活性得到认可，代表了当代火力发电技术的先进水平，因而极大的增强了各国发展更先进的高效超临界技术的信心。

在已投运的高效超临界机组中，单机容量除了丹麦的3台为400MW等级以外，其余均为700~1000MW之间。

由于容量进一步增大受到螺旋管圈水冷壁吊挂结构复杂化和管带过宽热扁差增大的限制，因此，1000MW被认为是螺旋管圈水冷壁单炉膛锅炉容量的上限。

同时，单机容量的进一步增大还要受到汽轮机的限制。

应该说，现已建成的高效超临界机组尚属过渡型，随着材料技术的发展，各国计划在未来10~20年间将开发蒸汽初参数更高的两次再热高效机组，并正在付诸实施。

1.1.2.2国内锅炉技术的发展

由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤炭为主的格局。

根据我国能源资源的特点，煤炭在一次能源生产与消费中得比例将会长期保持在75%左右，而且这一比重在将来几十年内不会有根本性改变。

我国电力工业总体水平与国外先进水平相比有较大差距，能耗高和环境污染严重时目前我国火电厂中存在的两大突出问题，并成为制约我国电力工业乃至整个国民经济发展的重要因素。

国外在发展先进的大型超临界火电机组方面已经取得了很大的进展，技术日益成熟，并被广泛应用，取得了显著的的节能和环保效益。

为迅速扭转我国火电机组煤耗长期居高不下的布局，缩小我国火电技术与外国先进技术水平的差距，发展国产大容量的超临界火电机组是十分必要的。

前几年国内引进的300、500、600、800MW等多台超临界火电机组均已成功投运，取得了一些重要的调试和运行经验。

近几年来国内三大动力集团在电站设备设计和制造方面的技术、经验、能力和技术装备水平等都有了很大的进步和发展。

所以这些，都为加速我国大型超临界火电机组的研制步伐和实现批量生产，提供了必要的条件和基础。

目前我国制造的国产引进型300、600MW亚临界压力机组绝大多数采用的是直流燃烧器切圆燃烧方式。

世界各国超临界机组的起步容量各有不同，如俄罗斯定为300MW，日本定为450MW。

而考虑到我国现有的情况我国发展超临界火电机组的起步容量定为600MW；从技术性、经济性以及机组配用材料方面考虑，参数初步定为压力24~25MPa、温度538~566℃、一次再热。

随着节约能源和保护环境的要求日益迫切，在我国大力发展超临界压力机组已成为当务之急。

对超临界压力锅炉，将一次再热转为二次再热可提高效率1.5%~2%。

采用二次再热的主要问题是：

系统复杂，受热面布置较困难；初投资增加；再热汽温调节复杂。

1.1.2.3超临界火电技术的发展趋势

为进一步降低能耗和减少CO2排放，改善环境，在材料技术发展的支持下，超临界机组正朝着更高参数的超超临界的方向发展。

超超临界机组技术也正趋于成熟，国外超超临界机组发展的近期目标为1000MW级机组，参数为31MPa、600/600/600℃，并正在向更高的水平发展。

一些国家和制造厂商已经公布了发展下一代超超临界机组的计划，蒸汽初温提高到700℃，再热汽温达720℃，相应的压力也将从目前的30MPa左右提高到35~40MPa，机组效率有望达到50%~55%。

从原理上看，对于利用蒸汽循环发电的任何技术都可以采用超临界技术。

因此，目前的IGCC（整体煤气化联合循环发电）技术，FBC（流化床燃烧）技术，燃气轮机联合循环发电技术以及任何与余热锅炉有关的技术均可采用超临界技术。

当然，为了达到商业上可行的目的，这类采用超临界参数的发电方式在技术上不仅要能产生高温蒸汽，同时还需具备一定的容量规模。

据国外研究报告介绍。

随着FBC和联合循环燃气轮机技术的进步，机组容量增加，余热锅炉的温度也相应提高，在今后的5~15年内，其超临界形式可能会实现商业化。

据介绍，EDF公司正在进行600MW、蒸汽参数为27MPa、600/600℃、给水温度为290℃的超临界CFB（循环流化床锅炉的设计）。

同时，IGCC采用超临界技术仍然是未来的目标。

由于煤可以远距离运输，且能大量储存，在燃料供应上具有极好的安全保证，所以燃煤发电技术具有较强的优势。

面向21世纪，对于燃用化石燃料，特别是燃煤机组，超临界发电技术仍然是一种重要的技术选择，因此具有广阔的发展前景。

1.2超临界直流锅炉的设备选择[2]

1.2.1超临界锅炉的工作原理和基本型式

根据锅炉蒸发系统中工质的流动方式，锅炉可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉三种类型。

600MW超临界锅炉通常采用直流锅炉。

1.2.1.1超临界锅炉的工作原理

直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水一次通过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。

直流锅炉的工作原理如图1-1所示。

（朱全利14页）

在直流锅炉蒸发受热面中，由于工质的流动不是依靠汽水密度差来推动的，而是通过给水泵压头来实现，工质一次通过各受热面，蒸发量D等于给水量G，故可认为直流锅炉的循环倍率K=G/D=1。

直流锅炉没有汽包，在水的加热受热面和蒸发受热面间，及蒸发受热面和过热受热面间无固定的分界点，在工况变化时，各受热面长度会发生变化。

1.2.1.2现代直流锅炉的基本型式

目前，超临界机组的蒸汽压力已提高到25~32MPa，温度控制在540~600℃之间。

随着锅炉技术的发展，现代直流锅炉在型式上逐渐趋于一致。

现代直流锅炉三种主要型式：

一次垂直上升管屏式（UP型）；螺旋围绕上升管屏式；炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式（FW型）。

UP型直流锅炉是在本生锅炉的基础上发展而来的，锅炉压力既适用于亚临界也适用于超临界。

螺旋围绕上升管屏式直流锅炉水冷壁采用螺旋围绕管圈，由于管圈间吸热较为均匀，在蒸汽生成途中可不设混合联箱，因此锅炉滑压运行时不存在汽水混合物分配不均匀问题。

由于螺旋管圈承受荷重的能力差，有时在锅炉上部采用垂直上升屏。

该锅炉水冷壁下部采用螺旋围绕管圈，上部采用一次上升垂直管屏，两者之间采用中间混合联箱。

FW型直流锅炉的蒸发受热面采用较大管径，由于炉膛下部热负荷较高，通常下部采用2~3次垂直上升管屏，使每个流程的焓增量减少，且各流程出口的充分混合