煤粉锅炉设计设计

中国矿业大学徐海学院
本科生毕业设计姓名：学号：
专业：热能与动力工程
设计题目： 75t/h煤粉锅炉设计
专题：
指导教师：职称：讲师
2015 年6月徐州
中国矿业大学徐海学院毕业设计
任务书
专业年级学号
学生姓名
任务下达日期：2014年12月20日
毕业设计日期：2015年 1 月 20日至2015年 6 月10 日毕业设计题目：75t/h煤粉锅炉设计
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
1.完成75 t/h锅炉热力计算；
2.完成锅炉设计图A0图纸2张；
3.完成外文文献翻译，中文译文不少于3000字；
4.完成毕业设计论文1本（不少于15000字）。

指导教师签字：
郑重声明
本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。

所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本论文属于原创。

本毕业设计的知识产权归属于培养单位。

本人签名：日期：
指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；
③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：指导教师签字：
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：评阅教师签字：
年月日
答辩及综合成绩
摘要
本次设计以小型火电厂的煤粉锅炉为对象，设计蒸发量为75t/h，机组寿命为15年，本炉设计为四角切圆燃烧，中间无再热过程。

本炉的设计煤种为鹤岗烟煤，热值较高，煤质较好，不过为了适应其他煤种，设计中保留了较大的裕度，以适应紧张的煤炭供应局面。

本炉过热器系统设计为辐射—对流组合，有较好的汽温特性。

过热器分三级，分别为：炉顶及包覆过热器、低温过热器和高温过热器，同时设置喷水减温系统。

燃烧器设计为直流摆动式，四角切圆燃烧。

风煤系统采用直吹式正压热风送粉，使用中速磨两台。

采用单级回转式空气预热器两台。

本炉使用气力除灰，灰库拟设在离厂区3.5km处。

设电除尘器两台，除灰率达到99％以上。

在设备选择上，本设计全部采用国产设备，以降低设备投资。

关键词：75t/h；四角切圆；锅炉设计
ABSTRACT
The title of this design is the boiler of some small fossil-fired power plant. The designing evaporation capacity is 75t/h and the life-span is 15. The boiler is designed as four circle contact .The design coal of this boiler is the bituminous coal of He Gang whose calorific value is relatively high. But in order to adapt to other coal to meet the tense situation of coal supplying, I have kept greater abundant degree in the design.The boiler’ superheater system are designed as radiate- convection association , so they have better vapors characteristic .The superheaters contain three parts, including: the superheaters which are placed on the furnace wall and the furnace roof ,the low temperature superheater and the high temperature superheater. At the same time, it sets the sprinkler temperature system.The firing system for pulverized coal have two major equipment components, two pulverizer and burner. They are two the single stage rotary air preheater . The furnace using pneumatic ash, ash storage in the plant from 3.5km.The efficient of the electro-static precipitators can raise up to 99%. In the choice of equipment, the design of all domestic equipment, to reduce equipment investment.
Keywords：75t/h; four circle contact; the design of boiler
目录
1 绪论 (1)
1.1锅炉的作用 (1)
1.2电厂煤粉锅炉的设备组成及其工作过程 (2)
1.3煤粉锅炉的内部系统简介 (3)
1.3.1煤粉制备系统 (3)
1.3.2锅炉燃烧系统 (4)
1.3.3锅炉汽水系统 (4)
1.3.4锅炉烟气系统 (5)
1.4我国电厂煤粉锅炉的发展历程及其现状 (5)
1.5电厂煤粉锅炉技术的发展趋势 (6)
2设计任务与燃料特性参数 (8)
2.1锅炉设计任务书 (9)
2.2煤的元素分析与煤种校核 (9)
3 燃烧产物和锅炉热平衡计算 (11)
3.1燃烧产物的计算 (11)
3.2 烟气特性表 (12)
3.3 烟气焓温表 (14)
3.4 锅炉热平衡及燃料消耗量计算 (18)
4 炉膛设计和热力计算 (19)
4.1 炉膛结构设计计算 (19)
4.2 燃烧器的结构设计 (21)
4.3 炉膛热力计算 (24)
4.4凝渣管结构设计 (27)
4.5凝渣管传热计算 (28)
4.6高温对流过热器的设计 (30)
4.7高温过热器结构尺寸数据 (32)
4.8高温过热器及炉顶包覆面的传热计算 (33)
4.9低温对流过热器结构设计 (35)
4.10低温对流过热器热力计算 (36)
4.11第二级省煤器结构设计 (38)
4.12第二级省煤器热力计算 (40)
4.13第二级空气预热器结构设计 (42)
4.14 第二级空气预热器热力计算 (42)
4.15第一级省煤器结构设计 (44)
4.16第一级省煤器热力计算 (46)
4.17第一级空预器结构设计 (48)
4.18第一级空预器热力计算 (49)
5 热力计算数据的修正与计算结果汇总 (50)
结论 (54)
翻译部分 (56)
英文原文 (57)
中文译文 (72)
致谢 (83)
1 绪论
1.1锅炉的作用
将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。

燃烧设备以提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能，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，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。

锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和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。

提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。

产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

锅炉是国民经济中重要的供应蒸汽的设备。

电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等工业都需要大量的蒸汽但各种行业的规模不同，生产性质也不同，因此所需要的供应蒸汽的锅炉的容量、蒸汽参数、结构、性能也不相同。

现代电力工业是规模巨大、发展迅速的行业。

电力工业是国民经济发展的基础工业，也是衡量国家现代化水平的重要标准。

目前发电的形式很多，如火力发电、核能发电、太阳能发电、地热能发电、风力发电、水力发电和潮汐能发电等。

而当今世界最主要的是火力发电、水力发电和核能发电三种发电形式。

从世界范围上来讲，火力发电仍然是世界上最主要的发电形式，在富煤的我国更是如此。

电站锅炉一般容量巨大、蒸汽参数（压力、温度）高，要求性能好，是火力发电厂的三大核心设备之一，是最基本的能量转换设备。

我国电力工业在改革发展以来发展迅速，总安装容量已居世界之首。

而我国在电站锅炉的设计、制造、运行等方面也都达到了很高的水平，我国已经能设计、制造、运行容量巨大的，每小时蒸发量2000t、发电容量达
600MW的巨型电站锅炉。

除电站锅炉外，化工、纺织等工业锅炉也比较大，都常用既供电又供热的。

这些工业的自备电厂也称为电热联产电站。

这种自备电厂的规模也很大，可以和中型火力发电厂相比，所用的锅炉容量和参数与电站锅炉相差也不大。

无论是工业锅炉还是电站锅炉，锅炉都是将燃料的化学能转换为蒸汽的热能，也就是让燃料在炉内燃烧放热，并将炉内的介质水加热成一定数量和一定质量的高温高压的蒸汽供汽轮机使用。

煤粉锅炉以其高效节能启停简单的特点在电厂中有着举足轻重的地位。

正是高效节能环保锅炉的不断改革创新，推动了现代化电厂的飞速发展。

1.2电厂煤粉锅炉的设备组成及其工作过程
煤粉锅炉一般先将煤磨制成煤粉，然后再在锅炉中燃烧放热并产生过热蒸汽。

在炉膛中进行着化学能转化为热能的同时，还进行着四个相互关联的工作过程，就是煤粉制备过程、燃烧过程、通风过程和生产过热蒸汽的过程。

随着这几个工作过程，锅炉又被分为制粉和燃烧系统、烟风系统和汽水系统。

煤粉制备过程的任务是将煤粉磨成符合锅炉煤粉燃烧细度的细小煤粉颗粒，供锅炉燃烧。

燃烧系统是将煤粉在炉内燃烧，产生火焰和烟气。

为了燃烧稳定持续的进行下去，燃烧的同时必须向炉内引入大量的助燃氧气和把多余的烟气抽吸出去，这也就是烟气系统来完成的工作内容。

汽水系统的任务是通过炉内的换热设备将火焰和高温烟气的热量传递给炉内的介质。

一台煤粉锅炉主要由水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气过热器、汽包、磨煤机、给煤机、燃烧器、送风机、引风机和除尘器等设备组成。

锅炉内燃烧的煤是由原煤首先从煤仓落下，然后经过给煤机送入磨煤机磨成细细的煤粉，在煤粉磨制的过程中，还需要不断的通入用于干燥煤粉的热空气。

送风机将冷空气送入锅炉尾部的空气预热器加热，从空气预热器出来的热空气一部分经排粉风机进入磨煤机中，用于对煤粉的加热与干燥，同时这部分热空气也是输送煤粉的介质。

从磨煤机排出的煤粉和空气混合物经煤粉燃烧器进入炉膛燃烧。

经空气预热器带来的另一部分热空气直接进入炉膛参与与煤粉的燃烧。

这就是煤粉锅炉的工作过程。

1.3煤粉锅炉的内部系统简介
锅炉内部系统大致被分为四大系统：制粉系统、燃烧系统、烟风系统和汽水系统。

煤粉制备系统的主要任务是将煤粉磨成符合锅炉煤粉燃烧细度的细小煤粉颗粒，供锅炉燃烧。

燃烧系统是将煤粉在炉内燃烧，产生火焰和烟气。

为了燃烧稳定持续的进行下去，燃烧的同时必须向炉内引入大量的助燃氧气和把多余的烟气抽吸出去，这也就是烟气系统来完成的工作内容。

汽水系统的任务是通过炉内的换热设备将火焰和高温烟气的热量传递给炉内的介质。

1.3.1煤粉制备系统
煤粉制备系统将合格的煤粉供应给燃煤锅炉。

煤粉制备系统是将原煤磨制成粉，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需要的设备和相关连接管道的组合，通常简称为制粉系统。

煤粉制备系统可分为直吹式和中间储仓式两种。

原煤经磨煤机磨成煤粉后直接吹入炉膛燃烧的系统叫做直吹式系统；而中间储仓式煤粉系统是将磨制好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后根据锅炉负荷的需要，从煤粉仓经给煤机送入炉膛燃烧。

（一）直吹式制粉系统
直吹式制粉系统中，磨煤机磨制的煤粉全部送到锅炉炉膛中燃烧。

因此，锅炉煤耗量在任何情况下都等于每台锅炉所有的磨煤机磨制煤粉的总和。

所以磨煤机磨煤量随着锅炉负荷的变化而变化。

普通的筒式钢球磨煤机不适用于直吹式制粉系统，因为普通的筒式钢球磨煤机在低负荷下或变负荷运行不经济。

配备中速磨煤机的直吹式制粉系统有正压和负压两种联系方式。

按照其工作流程，排粉风机在磨煤机之后，整个系统处于负压下工作，称为负压直吹式制粉系统；反之，排粉风机在磨煤机之前则称为正压直吹式制粉系统。

国内采用带风扇磨煤机的直吹式制粉系统磨制烟煤时，大多数利用热风作为干燥剂；而磨制高水分褐煤时则利用热风掺炉烟作为干燥剂。

（二）中间储仓式制粉系统
在中间储仓式制粉系统中，磨煤机磨煤量不需要与锅炉的燃煤量保持一致，磨煤机的运行方式在锅炉中有着一定的独立性，并可保持在经济负荷下运行。

因此，对于调节性能较差的普通筒式钢球磨煤机大多采用这种制粉系统。

由于球磨机密封性不好，不宜正压运行，因此配球磨机的中间储仓式制粉系统都是负压的系统，且要求球磨机进口维持在200Pa的负压。

与直吹式系统相比，由于气粉分离及煤粉的储存、转运、调节的需要，中间储仓式制粉系统增加了细粉分离器、煤粉仓、螺旋输送机、给粉机等设备。

1.3.2锅炉燃烧系统
（一）燃烧系统简介
锅炉燃烧过程是一个将燃料的化学能转化为热能，以蒸汽形式向负荷设备提供热能的能量转化过程。

原煤由皮带输送到锅炉车间的煤斗，进入磨煤机磨成煤粉，然后与经过预热器预热的空气一起喷入炉内燃烧，将煤的化学能转化成热能，烟气经除尘器清除灰分后，由引风机抽出，经烟囱排出大气。

灰渣和除尘器下面的细灰由灰渣泵排至灰场。

（二）燃烧过程控制系统的任务
燃烧过程控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。

具体控制任务因燃料种类、制粉系统类型、燃烧设备的结构以及锅炉的运行方式不同而有所区别，具体可归纳为以下几个方面：
（1)维持蒸汽压力稳定
（2)保证锅炉燃烧过程的经济性
（3)维持炉膛压力稳定
（4)维持燃烧系统的正常运行
1.3.3锅炉汽水系统
锅炉汽水系统流程：从汽包开始--下降管-水冷壁--水冷壁出口集箱（此时为汽水混合物）--汽包（进行汽水分离，水部分进入下降管再循环，汽部分出汽包）--后包墙过热器-低温过热器--前屏过热器--后屏过热器-高温过热器--主气管-汽轮机高压缸--再热冷段--壁式再热器--中温再热器--高温
再热器--再热热段管--汽机中压缸--低压缸-凝汽器（凝结成水）--凝结水泵--低加--除氧器--给水泵--高加--主给水管--省煤器-汽包，到这里完成一个整体循环，最初汽包里的水是从锅炉补给水系统来的。

1.3.4锅炉烟气系统
发电厂锅炉烟气系统过程：煤粉在炉膛中燃烧会产生大量的高温烟气，这些高温烟气会在炉膛中不断上升，上升的高温烟气会将大量的热量传递给凝渣管簇和过热器等受热面，高温烟气在经过受热面的层层吸热后，最后通过吸风机作用下进入尾部烟道，继续向省煤器和预热器传递热量，然后烟气再进入除尘设置，最后烟气经过吸风机通过烟囱排入高空。

1.4我国电厂煤粉锅炉的发展历程及其现状
新中国成立前，我国没有电厂锅炉制造业，仅仅引进了瑞士技术尝试制造了两台蒸发量为12t/h的锅炉。

1949年全国装机总容量仅1849MW,其中火电装机容量为1686MW，装机居世界第21位，发电量居世界第25位，人均占有发电量仅9.1kw.h。

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

随后又建立了武汉锅炉厂、北京锅炉厂以及东方锅炉厂，也开始生产电厂锅炉。

我国的火力发电经历了四个发展阶段。

第一阶段为1949年到1960年，我国开始自行设计、制造了6、12、25、50MW中压和高压汽轮机组配套的锅炉。

在1961年到1980年的第二阶段，我国自行研制了超高压125、200MW 和亚临界压力300MW汽轮机发电机组配套的400、670、1000t/h的自然循环锅炉和直流锅炉。

在这一阶段的上世纪七十年代，国内就曾开发过煤粉工业锅炉应用技术，但因煤粉制备、锅炉自动控制、布袋除尘等配套技术不成熟或价格昂贵，专用装备的加工工艺落后，最终放弃对该技术的研发和应用。

在1981年至1990年的第三阶段，为适应我国改革开放的政策和现代化建设，火电建设得到了较快的发展。

随着工业锅炉技术进步，煤粉工业锅炉的应用初步发展。

如哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心开发的PW型旋流式小型煤粉燃烧器，具有着火稳定性好、燃烧效率高、煤种适应性广、本体不结渣、低负荷特性好等特点。

但是此燃烧器存在很多的问题，如排烟温度高
（226.9℃），空气过剩系数大（1.97），排烟热损失高（15.31％）；固体不完全燃烧热损失较高（5.2％）；由于尾部只安装了多管除尘器，因此烟尘、二氧化硫不能达标排放；技术系统不完整，辅机配置不合理，不能实现密闭制粉，外购袋状煤粉需人工注入粉仓，劳动强度大，工作环境恶劣；燃烧温度偏高，炉内有结渣，NOx排放偏高等。

在此阶段，火电装机容量也增加了一倍以上，并从美国引进技术制造了300MW和600MW汽轮发电机组配套1025t/h和2008t/h控制循环锅炉。

同时还进口了多台300MW至800MW亚临界压力和超临界压力锅炉，另外还建造了100MW级的燃气--蒸汽联合循环发电机组。

在1991年的第四阶段，火力发电伴随着水力发电和已起步的核能发电继续加快发展，着重于努力提高火力发电的各项技术经济指标，尽可能达到节约能源并改善环境的目的。

因此，循环硫化床锅炉和燃气--蒸汽联合循环发电机组得到了很快的发展。

我国借鉴德国煤粉工业锅炉技术经验，自2002年开始研究开发“高效煤粉工业锅炉”系统技术。

山西蓝天环保设备有限公司于2006年完成国内第一台新型煤粉热水工业锅炉和第一台新型煤粉蒸汽工业锅炉工业设计和装备试制。

截至目前，在山西、新疆、山东、天津、广西等省区安装该型锅炉数百台，已实现商业化运行。

1.5电厂煤粉锅炉技术的发展趋势
蒸汽动力自19世纪开始到现在，已经得到了很大的发展。

蒸汽动力中不可缺少的锅炉技术也同样得到了很大的发展。

推动锅炉技术发展的动力因素主要有三个方面：首先是对于燃料价格的不断上涨，供应短缺问题。

随着一次性化石燃料的不断开采，能源危机也会变得越来越严重，这将促使有关能源部门更加注重能源的效率利用问题，这就推动力锅炉技术发展的进程。

此外，随着煤炭的消耗，人类不得不考虑怎样燃烧劣质煤或难燃烧的煤的问题，这也推动了锅炉技术的发展。

还有一个是为了响应环保节能绿色燃烧的口号，必须大力发展锅炉技术，提高锅炉效率，减少温室气体及有害气体的排放。

随着锅炉技术的不断发展，今年来的几个发展趋势较为明显：
（一）锅炉容量与蒸汽参数
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大是一个总的趋势。

扩大单机容量可以满足国家日益增长的电量的需求，同时可以降低基础设备投资和设备费用，减少运行费用以及节约金属建材耗量。

上世纪初期，由于电力工业的飞速发展，容量和燃烧效率上占据优势的煤粉炉得到了很快的发展，大容量的机组也在不断的出现。

美国率先投运了1300MW的机组，锅炉容量为4398t/h。

其后，德国和日本也投运了单机容量超过800MW的机组，前苏联在1981年投运了一台1200MW的超临界压力直流锅炉，锅炉容量为3950t/h。

由于超大容量的机组的灵活性较差，可用率也较低，每年故障和计划检修的时间都较长，目前机组容量达到1300MW后就没有再增大。

另外，发达国家的电力工业发展已经接近饱和，它们不需要容量更大的机组。

随着锅炉容量的不断增大和节约燃料的需要，电厂更加迫切的任务就是提高热效率，提高锅炉所产生的蒸汽压力、温度和采用蒸汽再热是提高热点转换效率的有效方法。

美国在1953年就有超临界压力锅炉投入运行。

1960年前后又有多台超临界压力锅炉投运，参数大多是24.12MPa，538/538摄氏度。

前苏联从1960年开始研制超临界压力锅炉，到1971年分别有300、500、800MW超临界压力发电机组运行。

蒸汽参数一般为25MPa，545/545摄氏度。

日本1967年开始采用超临界压力锅炉，所用蒸汽为24.12MPa，温度为538/538℃。

此外，西欧在超临界压力锅炉的研究与应用也比较早。

20世纪80年代后期，我国开始采用超临界压力锅炉，如河北蓟县新建的电厂，华能南京电厂，上海石洞口第二电厂等都采用了引进的超临界压力锅炉。

它们在超临界压力锅炉的运行和维护等方面积累了许多成功的经验，为我国自主研发的超临界压力锅炉打下了良好的基础。

提高蒸汽温度可以有效提高电厂热效率，但是气温受到金属材料允许温度的限制或需要使用昂贵的金属合金钢。

目前世界上主要工业国家采用的蒸汽温度一般都在570℃之下，多采用540℃左右。

超高压以上机组多采用中间再热，采用一次再热可提高蒸汽热效率4%-6%，二次再热可提高约2%。

但采用蒸汽中间再热时，管道系统和机组
运行都较为复杂，因此大部分机组一般都采用一次再热。

热电联产是提高燃料能量利用效率的有效方法。

热电联产可以减少凝汽式电厂的凝汽损失或者根本上不存在凝汽损失，可以省去大多数的效率低的小锅炉房，既节约了能源，又保护了环境。

（二）锅炉燃烧技术
高参数大容量锅炉的发展推动力锅炉燃烧技术的进步。

燃烧技术也从层燃发展到了燃烧效率高、锅炉容量大的煤粉燃烧。

随着世界工业的发展，煤粉对世界环境的污染日趋严重，而环境保护的要求却日益严格。

这是推动锅炉发展清洁而有效燃烧技术的动力。

此外，随着煤炭数量的减少，不得不使用劣质煤和难烧的煤也推动了锅炉燃烧技术的发展。

近30年来，人们在解决锅炉燃烧生成的硫氧化物和氮氧化物的污染问题上取得了很大的进步。

循环流化床燃烧技术既能在燃烧中高效的脱硫，又能控制氮氧化物的生成，对劣质煤还有较好的适应性。

因此，受到了锅炉制造业的重视，包括我国在内的很多知名企业都在加大对这种技术的研究。

近几年来，这项技术在我国得到了很大的应用，而且锅炉的容量也在不断的增大。

（三）燃气--蒸汽联合循环机组的锅炉
我们知道，提高蒸汽参数可以提高电厂的发电效率。

但凝汽式发电机组发电技术趋于成熟，仅从提高蒸汽参数的方法使发电效率提高的幅度并不是很大，而且投资和设备运行维护费用也不少。

另一条提高发电效率的方法是采用燃气--蒸汽联合循环机组的锅炉发电。

对于燃油或然天然气的联合循环机组，蒸汽参数只需要采用高压，同时燃气轮机的燃气温度采用1100℃至1260℃的高温，则供电效率能提高到百分之四十五到百分之五十二，但由于石油、天然气资源的减少，人们把希望寄托在燃煤联合循环发电方式上。

目前燃煤联合循环发电技术主要有这样几种方式：整体煤气化联合循环，增压流化床联合循环，以及为城市既供电又供热，还供应煤气的三联供技术。

2设计任务与燃料特性参数。