锅炉本体的设计和布置

Leabharlann Baidu 对炉膛结构的影响 对尾部受热面布置的影响
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炉膛容积热强度qv
qv
B Qar ,ne t Vl
kW / m3
qv的大小与燃料、烟气在炉内的停留时间（τ）有关，
即qV越小，停留时间越长。（热量相应于一定的烟气
量）
qV太大，意味着炉膛容积小，所能布置的水冷壁面积 小，炉膛出口温度太高，使过热器结渣
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型布置的优点
锅炉高度低、安装方便 受热面易布置与烟气成逆
流形式 尾部烟道烟气向下流，易
吹灰 送、引风机、除尘器等锅
炉辅机可以布置在地面上
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型布置的缺点
占地大 烟道转弯引起灰浓度分布
不均匀，磨损大 转向室空间浪费，尾部受
热面布置空间小 大容量锅炉燃烧器布置受
限制-前后墙布置复杂； 尾部烟道与炉膛的截面和
炉内布置顶棚过热 器、屏式过热器； （辐射式过热器）
蒸发吸热50%，过 热30%
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超高参数锅炉（<13.7MPa,540 ℃)
蒸发受热面进一 步减少，过热器 进一步增加，增 加前屏过热器。
增加再热器 蒸发吸热36%，
过热30%，再热 14%
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亚临界参数锅炉(<19MPa,540℃)
由于随容量增加炉膛宽度相对减少，过热器 等布置宽度也相对减少，所以从单圈管—— 到多圈管；
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容量对省煤器和空气预热器的影响
主要内容： 对省煤器布置的影响 不同容量锅炉的空气预热器布置不
同 一般把工质温度高的受热面布置在
烟气温度高的区域
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中小容量锅炉（中低压力参数）
布置管式空气预热器 烟道最下方 当热空气温度低于
水冷壁面积进一步 减少，过热器再热 器增加，炉内布置 墙式再热器
600MW机组，蒸 发吸热24%，过热 35%，再热19%
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超临界压力参数（>22MPa）
无蒸发受热面， 采用直流锅炉
加热吸热量比 例30%，过热 再热70%
2650t/h 800MW 25MPa
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容量对锅炉本体布置的影响
没有汽包
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直流锅炉
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蒸汽参数对受热面布置的影响
对锅炉省煤器、水冷壁、过热器、 再热器都有影响
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锅炉内工质吸热
锅炉给水加热到过热蒸汽一般经过： 亚临界参数：
加热——蒸发——过热
超临界参数： 加热——过热
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亚临界参数吸热阶段
加热：由给水温度加热到饱和水温度 （由省煤器完成）
蒸发：在饱和温度下，吸热由饱和水加 热到饱和蒸汽 由蒸发受热面完成（水冷壁等）
过热：饱和蒸汽吸热加热到过热蒸汽 （过热器完成）
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蒸汽参数对吸热比例的影响
随着蒸汽压力升高，蒸发吸热比例下降，过热 吸热比例则大幅增加，加热水的比例增加不多
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吸热比例变化对锅炉布置的影响
吸热比例变化直接影响省煤器、蒸发受 热面、过热器的布置；
影响炉膛结构、过热器的面积及布置等
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低参数小容量锅炉(≤1.47MPa)
高度必须配合
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型布置的改进型—无水平烟道型
针对占地大缺点 结构紧凑、密封好、包墙管系统简单 200MW以下锅炉用的较多
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型布置的改进型—双折烟角型
改善水平烟道 内烟气流动， 利用转弯烟道 布置受热面
右图，浙江绍兴 钱清发电厂 125MW机组
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型布置的改进型—T型布置
锅炉两侧布置尾部烟道，解决受热面布 置空间问题，并降低出口烟窗高度
主要是蒸发受热面：水冷壁、锅炉管束 蒸发吸热约70%，过热14%
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中参数锅炉（≤3.9MPa, 450℃)
蒸发比例减少， 水冷壁可满足
水平烟道内布置 过热器
蒸发吸热63%， 过热20%
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高参数锅炉（≤9.8MPa,540 ℃)
蒸发受热面少，炉 内需布置其他受热 面，开始有顶棚过 热器、后屏过热器；
炉膛容积热强度的确定
按烟气的冷却条件来选取容积，即V的数值应保证炉 内布置有足够的水冷壁受热面积
qv一般在100~175kW/m3之间，大容量锅炉小些
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炉膛截面热强度qa
qa
BQar ,ne t A
kW / m2
炉膛截面单位面积上的热功率
反映燃烧器区域的温度水平
如qa过高，则表明在燃烧器区域燃烧放出的热 量没有足够的水冷壁受热面来吸收，使燃烧器 区域局部温度过高，引起该区域结渣。
炉膛断面热强度的确定
与燃料性质、排渣方式、燃烧器形式及布置
灰熔点高， qa可稍大， 100MW以上，一般在3～4.5MW/m2之间
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燃烧器区域壁面热强度qr
qr
B Qar ,ne t uHr
kW / m3
qr越大，说明火焰集中，燃烧器区域温度水平就 越高，对燃料着火和维持燃烧的稳定性是有利的，
含硫量大的煤，使烟气露点温度提高 易发生受热面低温腐蚀和堵灰； 易发生高温腐蚀、结垢 SO2污染大气，需采取脱硫措施
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§13-2 主要设计参数的选定
排烟温度 热风温度 炉膛出口烟温 工质流速
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一. 排烟温度
排烟温度低，排烟热损失少，热效率高 尾部烟道传热温差低，增加受热面积
但占地更大，系统复杂，一般用于劣质 煤
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T型布置
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2.塔型布置
烟气一直向上 流动，炉膛呈 正方形，适用 于褐煤、高灰 分劣质烟煤
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塔型布置的优点
占地面积小，烟道短，锅炉小 水平悬吊受热面，便于疏水， 烟道短， 烟气流动均匀、向上流动，磨
损小、可取较高烟气速度 煤粉管道、燃烧器布置方便 热膨胀解决容易（全悬吊结构，
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容量对炉膛结构的影响
由于炉墙面积增加比容积增加的慢，所 以随着容量增加，就显得水冷壁面积不 够，有时需在炉内增加水冷屏；
为维持水冷壁管内的工质流速，水冷壁 管径也需与容量相匹配。容量越小，水 冷壁管内工质质量流速越小。
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容量对尾部受热面的影响
随着容量增加，尾部烟道尺寸逐渐接近炉膛 尺寸，甚至超过炉膛尺寸，所以出现T型布 置
燃料对锅炉的结构、布置影响大； 受热面位置、结构都受影响
燃料种类 挥发份 灰分 灰渣特性 水分 含硫量
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燃料种类
燃油、燃气锅炉由于火焰集中、火焰较短，炉膛 呈矮胖，燃煤锅炉则相反
油、气中灰量极少，无磨损，受热面烟气流速很 高，受热面布置紧凑
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挥发分
低挥发分的煤不易着火和燃烬，需要在燃烧区 域布置卫燃带，用瘦长炉膛，保证有足够燃烧 区域
低挥发分煤需较高的热空气温度，需多的空预 器受热面面积
低挥发分煤不易燃尽，需稍高的过量空气系数， 炉膛出口温和烟气流量增加，影响对流受热面 的布置
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灰分的影响
灰分决定磨损： 灰分多，烟气流速低 布置防磨措施 需要吹灰装置
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灰渣熔融特性
影响炉膛结渣和沾污 软化温度低的煤，炉膛容积热负荷低，炉膛出口 温度低 如ST≤1350℃时，qV ≤ 140KW/m3 ST>1350℃时，qV=150~190KW/m3 要求炉膛出口温度低于变形温度DT 50~100℃
检修困难
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其他炉型—U型
燃烧器布置 在顶上
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其他炉型—N型
20
其他炉型—L型
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燃烧方式选择
燃烧方式决定锅炉炉膛结构 三类燃烧方式： 层燃燃烧（火床炉） 流化床燃烧 悬浮燃烧（火室炉）
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悬浮燃烧（火室炉）
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煤粉炉典型结构
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层燃炉燃烧（火床炉）
25
链条炉典型结构
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中小容量锅炉-空预器多级布置
要求：
低温级空预器出口空气温 度比给水温度高10~20 ℃， 使吸热量分配合理；
适当的低温级省煤器吸热 量，以保证高、低温空预 器的传热温差，节省空预 器受热面积；
高温级空预器入口烟温不 超过480~500℃；
低温级省煤器出口有40~50 ℃的过冷度，水不汽化， 避免高温级省煤器进口分 配不均
用于烧多灰劣质煤
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3.箱型布置
广泛应用于中 大容量的燃油、 燃气锅炉
各受热面都布 置在一个箱型 炉体内
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箱型布置优缺点
优点： 布置紧凑、占地小、表面积
小、密封好、 对流受热面全部水平悬吊、
便于疏水 缺点： 锅炉较高、炉膛截面与烟道
截面需配合 过热器辐射特性差 受热面支吊结构复杂、安装
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自然循环锅炉
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强制循环锅炉
压力的升高，使汽 水密度差非常小， 自然循环不可能
借助循环泵使汽水 混合物循环
小于19.62MPa可 用
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强制循环锅炉
炉水循环泵
600MW 锅炉 总体布置图 SG2028/17.5-M9 XX
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直流锅炉
接近临界压力（22.12MPa)或超临界压 力时,汽水混合物密度几乎一样，汽水分 离很难实现，只能采用直流锅炉
锅炉容量（0~4000t/h） 蒸汽压力（0~35MPa） 蒸汽温度 （100~680℃） 不同参数、不同容量的锅炉结构布置都
不同
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蒸汽参数决定水循环系统
自然循环 强制循环 直流锅炉
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自然循环锅炉
自然循环的动力是水与 水汽混合物的密度差
压力越低，越可靠 可以应用到亚临界锅炉 小于18.15MPa
燃烧方式 炉膛 受热面 总体结构
3
一.锅炉本体布置的典型结构
依据燃料种类、 燃烧方式、 锅炉容量 循环方式 厂房布置条件 目标：锅炉安全可靠、金属耗量少，便
于运行操作与维修，且系统布置合理。
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典型的布置炉型
型布置 塔型布置 箱形布置 其他锅炉布置形式
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1.型布置——应用最广泛
但造成燃烧器区域局部温度过高，容易造成燃烧
器区域的壁面结渣。
反映燃烧器区域的温度水平。难着火的煤，qr取 大些
烟煤在1.28~1.4MW/m2
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炉膛壁面热强度qf
qf
BjQ F
kW / m3
Q为炉膛辐射吸热量，kJ/kg 单位炉膛壁面所吸收的炉内辐射热量的平均值 qf 炉膛辐射受热面的热强度（热流密度） 表示单位受热面的吸热量 qf越高，炉内烟气温度越高。过高，易引起炉
300℃时，单级布置
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中小容量锅炉-空预器多级布置
热空气温度高于300 ℃时， 空预器采用双级布置；
仍用单级布置时，热风出 口处的烟风温差变小，需要的 传热面积增大，投资增大。 从经济合理利用受热面积 角度考虑，一般要求烟气进口 处的温差不小于25~30 ℃。 这就需要用较高烟温的烟气加 热空气； 经过一级空预器冷却的烟 气与给水仍有较大的温差，布 置低温级省煤器
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大容量锅炉的尾部受热面布置
大容量锅炉，由于预热空气量大，采用回转式空气 预热器，
管式空气预热器受热面积多，重量大，布置困难
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布置回转式空预器的大容量锅炉
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锅炉热力计算
燃料特性对锅炉本体布置的影响
燃料对锅炉的结构、布置影响大； 受热面位置、结构都受影响
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三.燃料特性对锅炉本体布置的影响
只向下膨胀） 密封好（受热面管可在一侧集
中穿墙）
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塔型布置的缺点
锅炉很高，安装和检修难度 高
烟风管道长，成本高 炉膛和受热面截面匹配要求
高 空气预热器及送、引风机布
置在炉顶，加重钢架的负荷 和要求
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塔型布置的改进—半塔型布置
塔型和型相结合
把空气预热器和送、 引风机、除尘器移 到地面上
灰熔点 将影响炉膛出口温度选择及对流受热面的吸热量 比例； 也影响对流受热面的布置和结构尺寸
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水分含量
水分含量高，烟气体积大， 消耗更多的热量使水分加热、汽化并过热，将
使炉膛燃烧温度下降 使得炉膛吸热量减少，尾部对流受热面吸热量
份额增加； 水分高需要较高的热风温度，才利于着火
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含硫量
内结渣 对烟煤、无烟煤，取140kW/m2
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容量对炉膛结构的影响
假设炉膛截面热强度随容量不变，则：
截面积 周长： 炉膛容积
A ab D
1
U 2(a b) D 2
3
Vl abh D 2
随锅炉容量增加，A，U，V都增加，而且炉膛 容积增加得比截面积A，周长U增加得快；
容积热强度随容量增加而降低
第十三章 思考题
1．简述决定炉膛出口烟温需考虑的因素。 2．简述影响热空气温度选择的主要因素。 3．简述烟气流速选择需考虑的因素。 4．简述煤的水分对锅炉布置的影响。
1
第十三章 锅炉本体的设计和布置
§13-1 锅炉本体布置 §13-2 主要设计参数的选定★ §13-3 锅炉热力计算方法
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§13-1 锅炉本体布置
流化床燃烧
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循环流化床锅炉典型布置形式
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循环流化床锅炉典型布置形式
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依据燃料等方面来选择燃烧方式
油、气等燃料选择悬浮燃烧 小型炉及优质煤可选用层燃烧 大型锅炉及优质煤可选用煤粉炉 劣质燃料或不配专门脱硫装置的电厂可
选用循环流化床锅炉
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二.蒸汽参数和锅炉容量对锅炉本体布 置的影响