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华北电力大学（保定） 硕士学位论文 西柏坡电厂300MW燃煤机组省煤器的改进研究 姓名高劲侃 申请学位级别硕士 专业动力工程 指导教师阎维平;王建华 20081215 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 节能减排和环境保护是两大全球性问题。在电力结构中，提高燃煤机组效率尤 显重要。近年来针对锅炉省煤器的技术改造，主要集中在如何扩展受热面上。本文 提出了一种新型设计，拟在省煤器传热管排中间插入具有辐射性能的板材，充分利用 辐射这种传热方式，以增强烟气与烟气侧金属管壁的传热效果。 结合西柏坡电厂B W B l 0 2 5 ／1 8 ．3 一M 型锅炉省煤器实际运行，利用数值计算程 序对现有和拟改进的省煤器进行数值模拟，研究了传热区域的速度场、温度场、热 交换系数。计算结果表明，改进后的省煤器出口给水温度可以提高4 9 ℃，排烟温 度可以降低1 5 2 9 ℃，从而使得锅炉的热效率得到改善。 关键词锅炉，省煤器，辐射，数值模拟 A B S T R A C T E n e r g y s a V i n ga n de n V i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na r et h et w om a j o rg l o b a lp r o b l e m s ．I n r e c e n ty e a r st h et e c l l I l o l o g i c a lt r a n s f o 珊a t i o nf o rb o i l e re c o n o m i z e r ，f o c u s e do nh o wt 0 e x p a n dh e a t i n gs u r f 她e ．T m sp a p e rp m p o s e san c wd c s i 印幻m a k e 憾a g eo ft h ep o t e n t i a l c a l o d f i c 豫d i a t i o na tr e a ro ft h eb o i I e rf l u cg a s ， 雒h i g h 嬲4 0 0 ℃．I ti si 船e n c ds o m e p l a t e si nt h em i d d l eo ft h ee c o n o m i z e r 豫n k s ， t 0m a k ef u Uu s eo ft h a tc a l o r i f i cr a d i a t i o n ， t h u se n h a n c eh e a tt r 柚s f e re f f ’e c t so ft h et u b ew a l la tg a s - s i d e ． T h er e s u l t0 1 t a i l l e da 北e n c o I 盯a g i n g 锄ds a t i s f l a c t o r y - T h e 咖e r i c a lr c s u l t ss h o wt 量I a tt h e f e e dw a t e r t e m p e r a _ t u r el e a V i n gt I l ee c o n o m i z e ri si n c r e 够e d5 7 0 C ，廿l en u eg 嬲l e a V e sm e e c o n o m i z e ra tt e m p e r a t l l r ea r o u n d2 0 ．3 0o C 陀d u c t i o 玛觚dt l l eo v e r a l lh e a t 仃舡l s f e rc o e 伍c i e n t i I lt h eh e a te x c l 啪g e r 、忻t hp l a t e sm s e r t e di si I l c r e a S e db ya na V e r a g eo ff o r 哆o n ep ￡r c e n t 4 l ％ ． G a oJ i nK a n T h e r m a lP o w e rE n g i n e e r i n g D i r e c t e db yP r o f ．’Y a nW e iP i n g D i r e c t e db yW a n gJ i a nH u a K E Y W O R D S b o n e r ，e c o n o m i z e r ，r a d i a t i o nh e a tt r a n s f e r ’n u m e r i c a l 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 节能减排和环境保护是两大全球性问题。在电力结构中，提高燃煤机组效率尤 显重要。近年来针对锅炉省煤器的技术改造，主要集中在如何扩展受热面上。本文 提出了一种新型设计，拟在省煤器传热管排中间插入具有辐射性能的板材，充分利用 辐射这种传热方式，以增强烟气与烟气侧金属管壁的传热效果。 结合西柏坡电厂B W B l 0 2 5 ／1 8 ．3 一M 型锅炉省煤器实际运行，利用数值计算程 序对现有和拟改进的省煤器进行数值模拟，研究了传热区域的速度场、温度场、热 交换系数。计算结果表明，改进后的省煤器出口给水温度可以提高4 9 ℃，排烟温 度可以降低1 5 2 9 ℃，从而使得锅炉的热效率得到改善。 关键词锅炉，省煤器，辐射，数值模拟 A B S T R A C T E n e r g y s a V i n ga n de n V i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na r et h et w om a j o rg l o b a lp r o b l e m s ．I n r e c e n ty e a r st h et e c l l I l o l o g i c a lt r a n s f o 珊a t i o nf o rb o i l e re c o n o m i z e r ，f o c u s e do nh o wt 0 e x p a n dh e a t i n gs u r f 她e ．T m sp a p e rp m p o s e san c wd c s i 印幻m a k e 憾a g eo ft h ep o t e n t i a l c a l o d f i c 豫d i a t i o na tr e a ro ft h eb o i I e rf l u cg a s ， 雒h i g h 嬲4 0 0 ℃．I ti si 船e n c ds o m e p l a t e si nt h em i d d l eo f t h ee c o n o m i z e r 豫n k s ，t 0m a k ef u Uu s eo ft h a tc a l o r i f i cr a d i a t i o n ， t h u se n h a n c eh e a tt r 柚s f e re f f ’e c t so ft h et u b ew a l la tg a s - s i d e ． T h er e s u l t0 1 t a i l l e da 北e n c o I 盯a g i n g 锄ds a t i s f l a c t o r y - T h e 咖e r i c a lr c s u l t ss h o wt 量I a tt h e f e e dw a t e rt e m p e r a _ t u r el e a V i n gt I l ee c o n o m i z e ri si n c r e 够e d5 7 0 C ，廿l en u eg 嬲l e a V e sm e e c o n o m i z e ra tt e m p e r a t l l r ea r o u n d2 0 ．3 0o C 陀d u c t i o 玛觚dt l l eo v e r a l lh e a t 仃舡l s f e rc o e 伍c i e n t i I lt h eh e a te x c l 啪g e r 、忻t hp l a t e sm s e r t e di si I l c r e a S e db ya na V e r a g eo ff o r 哆o n ep ￡r c e n t 4 l ％ ． G a oJ i nK a n T h e r m a lP o w e rE n g i n e e r i n g D i r e c t e db yP r o f ．’Y a nW e iP i n g D i r e c t e db yW a n gJ i a nH u a K E Y W O R D S b o n e r ，e c o n o m i z e r ，r a d i a t i o nh e a tt r a n s f e r ，n u m e r i c a l 声明尸明 本人郑重声明此处所提交的硕士学位论文西柏坡电厂3 0 0 M W 燃煤机组省煤器 的改进研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名主垒皇垡二日期之2 生箩 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即①学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；⑤同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 作者签名憋 日 期坐多． 翮虢幽 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 ．1 本课题研究的背景和意义 2 0 0 6 中国能源发展报告认为中国并不具有特别资源优势，人口众多、人均资 源不足是基本国情。多年来，依赖大量资源消耗，推动了中国经济的快速增长，与 此同时，经济增长的代价是资源消耗过渡、环境破坏严重。因此能源短缺危机与环 境约束压力同时并存I l j 。 对于火力发电厂，提高锅炉效率，既是节能的要求，也是环境保护的要求。 1 ．1 ．1 近年来西电的电煤消耗和电煤供应 改革开放以来，我国煤炭市场价格逐渐实行了市场化。从2 0 0 2 年至今，国家又 取消了电煤指导价。由于国民经济的快速发展，受供求关系影响和运输瓶颈制约， 导致电煤价格节节攀升，从而严重影响电力企业的经营状况。根据2 0 0 7 年7 月华 北电监局发布华北区域电煤供应及价格对发电企业经营影响的分析报告，对华 北地区6 4 家发电企业调研的情况显示，电煤价格水平有继续上涨的趋势，华北区 域电厂盈利空间略高于1 分钱／千瓦时，如煤价再平均提高6 0 元／吨左右，华北区域 发电企业将面临全面亏损。 表1 ．1 和表1 ．2 即可看出西柏坡电厂近年来由于燃料成本的上升，而导致发电成 本大幅攀升。 表卜l2 0 0 4 年上半年主要经营指标 指标计量单位年计划上半年实际上年同期同期比较 发电量万千瓦时 7 7 0 0 0 04 0 4 5 6 34 0 6 3 6 0- 1 7 9 7 供电标准煤耗率克／千瓦时 3 4 33 4 73 4 70 综合标煤单价元／吨 2 8 4 ．0 23 0 4 ．4 92 7 8 ．2 5 2 6 ．2 4 售电单位成本元／兆瓦时 1 9 3 ．9 51 9 5 ．0 11 8 7 ．2 7 ．8 l 发电单位成本元，兆瓦时 1 7 0 ．4 21 7 1 ．3 31 6 1 ．2 7 l O ．0 6 发电燃料单位成本元倒邑瓦时 9 7 ．4 51 0 5 ．69 6 ．5 9 ．1 华北电力大学工程硕士学位论文 表卜22 0 0 5 年卜6 月份主要经营指标 指标 计量单位年计划1 ．6 月实际上年同期同期比较 发电量 万千瓦时 7 5 0 0 0 04 0 7 4 6 0 4 0 4 5 6 3 2 8 9 7 供电标准煤耗率克／千瓦时 3 4 63 5 13 4 7 4 综合标煤单价 元／吨3 5 3 ．2 54 2 0 ．5 73 0 4 ．4 9 1 1 6 ．0 8 售电单位成本元／兆瓦时 2 l O ．4 52 2 6 ．4 51 9 5 ．0 1 3 1 ．4 4 其中发电成本元／兆瓦时 1 8 9 ．0 62 0 8 ．21 7 1 ．3 3 3 6 ．8 7 燃料成本元／兆瓦时1 2 2 ．2 41 4 7 ．61 0 5 ．6 4 2 进入2 0 0 8 年，电煤价格在2 0 0 7 年的基础上每吨上涨3 0 ．4 0 元不等，涨幅超过 l O ％。虽然我国自2 0 0 5 年起实施煤电联动政策，但是因为2 0 0 7 年开始，居民消费 价格指数 C P I 居高不下，第三轮煤电联动难以实现。 从目前各地煤炭价格来衡量，全国新增3 0 万千瓦火电机组处于盈亏边缘。我国 目前单机3 0 万千瓦以下的火电装机占全部火电装机容量的5 0 ％，因此，按目前市 场煤价来预测，2 0 0 8 年火电行业的全年亏损面积接近一半。 2 0 0 8 年一至五月，西柏坡电力有限责任公司的电煤存量严重不足，存量最少的 时候，甚至不足一天的负荷燃煤需要，因为存煤匮乏导致撑l 叫机组停运l O 次 以上。 因此，提高机组经济运行指标的重要性与紧迫性日益凸显。 节能降耗既是国家宏观调控的一项重点工作，也是实现科学发展、和谐发展、 协调发展的必然要求，更是发电企业的基础性工作。 1 ．1 ．2 降耗是节能的要求 从1 9 7 9 年国家科委在杭州召开第一次能源政策座谈会以来，我国能源界逐渐形 成了比较一致的看法，即我国面临着能源短缺，有人认为这种短缺很严重，可以称 之为能源危机。 能源政策的重点是开发还是节约，不是可以随意决定的，应建立在能源形势分 析的基础上。如果能源生产并不少，问题在于使用的浪费，则政策重点应放在节约 2 华北电力大学工程硕士学位论文 上；如果使用中已经避免了浪费，则重点应放在开发上。相反，如果问题在使用的 浪费，而将政策重点放在开发上，结果必将导致更大的浪费。根据我国近年来能源 消费及工业发展的的分析，我国能源政策的重点应该是节约，而不是开发。随着经 济发展和人民生活水平的提高，能源消耗必然随之增加，如何节约能源，提高能源 使用效率，是摆在我们面前的重要课题。以较少的能源消耗，产生更多的物质财富， 是转变经济增长方式的一项重要内容。 目前我国能源利用效率只有百分之三十二左右，比国际先进水平平均低百分之 十以上。每消耗一吨标准煤所创造的国内生产总值，只有发达国家的二分之一至四 分之一。由此可见，我国节约能源的潜力是巨大的。节约能源需要对现有的落后设 备进行技术改造，需要投入资金，但往往能够收到投资省、见效快，事半功倍之效。 近2 0 多年来，中国能源消耗所带来的经济和社会效益不断提高。以每万元G D P 人民币能耗计算，1 9 8 0 年1 3 ．3 4 t 标准煤，1 9 9 1 年5 ．1 2 t 标准煤，1 9 9 5 年4 ．0 l t 标准 煤，2 0 0 0 年2 ．6 8 t 标准煤，2 0 0 2 年2 ．6 3 t 标准煤。在过去的2 0 年里，中国经济以年均 增长9 ．7 ％的速度高速发展，而能源消费的年均增长速度为4 ．6 ％，节能工作起了巨大 作用。 “十一五”期间，中国设定了单位G D P 能耗下降2 0 ％左右的目标。不过，降耗预 定目标在“十一五”开局首年并未如期达成，2 0 0 6 年，中国能耗下降1 ．3 ％，与4 ％的 年度目标尚有不小差距，对接下来几年完成降耗预定目标造成更严峻的挑战。 节能降耗既是企业也是国家技术进步的重要内容之一。在对比和发现国内外能 源效率差距的基础上，找出能源利用技术差距，加快建立以企业为主体的技术创新体 系，组织重大技术开发，是推进技术进步，提高能源节约与资源综合利用整体技术水平 的首要任务。促进能源节约与资源综合利用科技成果的产业化；为促进能源节约与资 源综合利用技术进步，把能源节约技术开发、技术引进、技术改造、技术推广有机地 结合起来，抓好技术改造示范项目。 1 ．1 ．3 降耗是环保的要求 由于国际石油价格居高不下，各国都将调整能源使用结构，降低石油消费比例， 转而提高煤炭比重。世界能源统计2 0 0 7 指出，未来世界能源消费增长将更多的 依赖煤炭【2 1 。 现实中国的国情更加决定了煤炭是中国的主要能源，以煤为主的能源结构在未 来相当长时期内难以改变。中国的能源资源特点决定了中国以煤为基础、以电力为 中心的能源发展方针。在电力结构中，同样也是以煤为基础，煤电在中国电力装机 和发电量的比重以往一直在7 0 ％和8 0 ％以上。如前述，我国的一次能源在相当长的 3 华北电力大学工程硕士学位论文 一段时间内主要是煤，而煤的直接燃烧引起严重的环境问题。多年来，依赖大量资 源消耗，推动了中国经济的快速增长，与此同时经济增长的代价是资源消耗过渡、 环境破坏严重。 在煤的直接燃烧条件下很难解决温室气体的减排，温室气体包括C 0 2 二氧化 碳 、H 4 甲烷 、N 2 0 氧化亚氮 ，其中，二氧化碳要对温室效应负2 6 ％的责任， 由于燃烧煤炭产生的二氧化碳占当今全球二氧化碳人为排放量的4 9 ％【3 】。目前，中 国的二氧化碳排放量居世界第二位，仅次于美国，据国际能源机构预测，中国可能 在2 0 0 8 年取代美国而成为世界上第一大温室气体排放国。目前全球每年排放2 5 0 多亿吨C 0 2 ，空气中的C 0 2 浓度，从工业化l5 0 多年以来，已从2 8 0 p p m 增至3 8 0 p p m ， 目前以3 p p m ／年的速度增长。温室气体对地球将形成的灾难性后果，在经历了长期 的争论后，全世界的学者已有共识。所以，全世界都在采取多种措施减排C 0 2 ，我 国己于2 0 0 2 年成为“京都议定书”的第3 7 个签约国。总的来说，作为一个负责任 的大国，我国在不远的将来必然要承担一定量、甚至大幅度温室气体的减排任务。 对于电力企业而言，降低的煤炭消耗，可以有效的折算成减少的二氧化碳排放量。 这样，既保护了生态环境，也为减缓全球气候变化做出了积极贡献。 1 ．2 国内外锅炉设备与技术的发展 1 ．2 ．1 向大容量、超临界发展 事实表明，提高蒸汽参数并与发展大容量机组结合是提高常规火电厂效率及降低 单位容量造价最有效的途径。对水蒸汽动力装置循环理论分析表明，提高循环蒸汽的 初参数和降低循环的终参数都可以提高循环的热效率。实际上，蒸汽动力装置的发展 进步一直是以提高参数为目的的【4 J 。另外，在蒸汽参数相同的情况下，机组容量增加， 其热耗率会有所降低。 2 0 0 7 年中国超过6 0 ％的装机新订单为6 0 0 M W 或者更高产品，超临界或者超超 临界发电机份额上升，几年前的主流产品3 0 0 M W 次临界发电机将被淘汰出国内市 场。 不同容量机组的煤耗比较 1 2 M W 机组的单位供电煤耗率为5 5 2 9 ／k w h ，6 0 0 M W 和1 0 0 0 M W 机组的单位供 电煤耗率分别为3 3 9 9 ／k w h 和2 8 7 9 ／k w h 。从下表可以看出，6 0 0 M W 和1 0 0 0 M W 机 组单位供电煤耗率比1 2 M W 机组分别低3 8 ．5 9 ％和4 8 ．0 1 ％。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 表卜32 0 0 5 年我国不同结构机组供电煤耗率比较 供电煤耗率 g ／k w h ≯∥ ≯，∥，，，，。夕 ，p ’甲 I c 辩朱毒寒穷证券研究篝 机组参数的提高 随着科技的进步，煤电的蒸汽参数逐渐提高，己由低压、中压、高压、超高压、 亚临界、超临界、高温超临界，发展到了超超临界和高温超超临界；发电净效率也 由低压机组的2 0 ％，增加到了超超临界机组的4 8 ％；发电煤耗从5 0 0 克／千瓦时下降 到了2 5 0 克／千瓦时。与同容量亚临界火电机组的热效率相比，在理论上采用超临界 参数可提高效率2 ％一2 ．5 ％，用超超临界参数可提高4 ％一5 ％吲。 1 ．2 ．2 发电装备技术改进 与煤炭和石油行业相比，中国的电力行业发展较快，1 9 8 0 年至2 0 0 1 年间，发电 装机容量增长了约5 倍。 火力发电厂目前普遍存在的一个问题就是每度电的耗煤量太高，因此将来通过 提高发电厂的效率亦可以节约出大量的能源。尽管有些陈旧的小规模电厂效率极 低，但是相当多的一些新建的、大规模的电厂却依然存在技术和设备陈旧低效的问 题。发电厂的运营维修不善和自动化水平低加剧了热能利用的低效。 从我国单位产品能耗看，2 0 0 0 年电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、 纺织8 个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高4 0 ％，而火电供电煤耗高 2 2 ．5 ％。 发电装备技术改进是节能的丰富源泉，热电企业注重在这里挖掘潜力。尤其是 热电企业其装备技术一般都有设计标准，但是也有为数不少的发电设备在行运过程 暴露了一些设计上的不足之处，以及在热能利用上的疏忽。这种平时不在意的“不 5 { 弓 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ o 黜 垂| 蝴 蚕； 瑚 伽 。 华北电力大学工程硕士学位论文 足之处”和“疏忽”，就使发电企业的能源白自流失。近年来，在国家“节能减排“ 政策的巨大推动下，发电企业十分注意这方面的工作，在发电装备技术改进上挖掘 节能潜力。经常性的小改小革是企业节能的捷径。 多措并举，深入挖掘现役机组节能减排潜力。采用新技术、新工艺对现役机组 进行节能改造，对部分汽轮机、电机、锅炉进行设备改造和调控技术升级，提高设 备能耗效率，减少跑冒滴漏及污染排放。①监测和调节控制系统不断升级。如实时 监测、自动控制调节、自动分析优化等。②主、辅机设备改造。比如通过增加脱硫 设施减小烟气排放污染，增加污水处理设备实现废水零排放，加装变频器使传统的 泵与风机由挡板调节、动叶调节改为变频调节等。 1 ．3 本课题研究对象及内容 1 ．3 ．1 锅炉型式简介 西柏坡发电有限责任公司1 撑、2 撑、3 撑、4 群锅炉分别于1 9 9 3 年、1 9 9 4 年、1 9 9 8 年及1 9 9 9 年投产。均为北京巴布科克威尔科克斯有限公司制造的 B W B l 0 2 5 ，1 8 ．3 ．M 型亚临界参数、一次中间再热、单锅筒、自然循环、半露天、 单炉膛、n 型布置、平衡通风、固态排渣煤粉锅炉。 制粉系统采用钢球磨中间储仓式热风送粉系统，配置4 台M T Z 3 5 7 0 型钢球磨煤 机。 锅炉配有2 4 个E I D R B 型旋流燃烧器，采用前后墙对冲布置，分为三层排列。 在锅炉的前、后墙各有一个1 4 0 9 0 舢吸1 0 9 5 4 m m 2 4 3 8 倒m 宽高厚 的隔仓式大风 箱，每个大风箱由隔板分成3 个隔仓，分别对三排燃烧器进行均匀配风。 炉膛由膜式水冷壁组成。炉膛的宽度、深度、高度 前后培水冷壁下联箱到顶棚 管中心线的距离 分别为1 3 ．3 5 0 m 、1 2 ．3 0 0 m 、4 6 ．4 0 0 m ，由6 8 0 根膜式水冷壁管构成。 炉水由四根大直径下降管经9 2 根供水管引入最低标高为7 ．6m 的水冷壁下集箱。燃 用山西晋中贫煤，炉膛容积热强度为4 4 0 ．2 1 0 3 k J ／ m 礓 ，炉膛断面热强度为 1 8 ．2 4 1 0 6 k J ／ m 2 h 。 锅炉过热器由顶棚过热器、包墙过热器、一级过热器、屏式过热器和二级过热 器组成。锅炉尾部烟道呈倒L 布置，炉膛上部布置项棚过热器、屏式过热器和水平 烟道布置二级过热器、高温再热器。由受热面构成的中间隔墙将尾部竖井分成前后 两个烟道，前部布置低温再热器，后部布置一级过热器和省煤器，均为水平布置。 在低温再热器和省煤器的烟气出口侧装有两组烟气调温挡板。低温再热器通过过渡 管组与置于在水平烟道的高温再热器相连。 6 华北电力大学r 程硕士学位论文 主蒸汽管道和再热蒸汽管道设计为2 1 _ 制，即锅炉出口两个管路，后合并 为～路，到汽机前又分为两路进入汽机。主蒸汽的温度控制采用两级喷水减温，第 一级在一级过热器两侧出口管至屏过的导汽管上，第二级减温在屏过出口至二级过 热器的导汽管上。再热蒸汽温度调节以烟气分流挡板的开度调整为主，并设有一级 事故喷水减温装置。 设计煤种为山西晋中贫煤，校核煤种为山西阳泉无烟煤 晋中贫煤，锅炉设计、 校核煤种元素分析见表1 ．4 。 表卜4 设计、校核煤种元素分析 序号项目名称符号单位 设计煤种数值校核煤种数值 l碳 C a f ％6 4 ．8 94 7 ．4 9 2 氢 H a r ％2 ．8 3 3 ．2 5 3 氧 O a r ％2 ．4 6 ．9 7 4 氮 N a f ％ O ，9 81 ．0 2 5 硫 S a r ％ 1 ．0 81 ．0 l 6 灰 A a L r ％ 2 1 ．8 23 7 ．0 0 7 水 W a f ％ 6 ．O O3 ．2 6 8 挥发份V a r ％ 1 1 ．3 52 3 ．4 9 9 低位发热量 Q a r ．n e tK J ／l g 2 3 8 7 4 1 8 1 9 3 表卜5 锅炉热平衡计算数据汇总表 序号项目符号单位 额定参数M C R 时 1 排烟热损失 q 2 ％4 ．9 25 ．0 5 2 气体不完全燃烧热损失 q 3 ％0 ．2 90 ．2 9 3 固体不完全燃烧热损失 q 4 ％1 ．4 21 ．4 2 4 散热损失 q 5 ％O ．2O ．1 8 5 其他损失％1 ．6 91 ．6 9 6 锅炉效率 r 1％9 1 ．4 89 1 ．3 7 7 计算燃料消耗量 Bt ／l ll1 1 ．6 1 2 2 ．6 8 空气量 V 0t ／l l1 l0 1 1 2 3 0 9 烟气量∥h12 0 7l3 5 4 7 华北电力大学工程硕士学位论文 表卜6 主要设计参数 序号 项目单位额定参数M C R l 额定蒸发量 t ／h 9 10 10 2 5 2 再热蒸汽流量 t ／I l7 5 08 2 3 ．8 3汽包工作压力M P a 19 ．52 0 ．5 4 过热蒸汽压力M P a l7 ．3l8 ．3 5 再热蒸汽进口压力 M P a3 ．4 73 ．8 2 6 再热蒸汽出口压力M P a 3 ．3 23 ．6 6 7过热蒸汽温度 ℃5 4 15 4 l 8再热蒸汽进口温度℃ 3l5 316 9 再热蒸汽出口温度 ℃5 4 15 4 1 1 0给水温度 ℃2 7 22 7 8 1 l送风机进风温度 ℃2 72 7 1 2 热风温度 一次风／二次风 ℃3 2 5 ／3 3 03 3 3 ／3 3 1 1 3 排烟温度 ℃1 3 5 1 4 0 1 4 锅炉正常水容积M 3 1 5 7 ．6 l5 水压试验水容积 m 34 5 0 ．7 1 6汽水系统总阻力M P a 1 ．7 6 1 7 再热蒸汽压力降 M P a0 ．1 9 6 1 8 锅炉烟气阻力 P a2 0 9 1 9空气预热器空气阻力 P a1 5 3 ／2 1 5 2 0 锅炉效率 ％9 1 ．4 8 9 1 ．3 7 1 ．3 ．2 锅炉汽水流程 锅炉给水经给水操作台后被引至尾部烟道省煤器进口集箱，逆流向上经过水平 布置的省煤器管组进入省煤器出口集箱，通过省煤器引出管从锅筒左右封头进入锅 筒。 锅炉的水循环采用集中供水，分散引入、引出的方式。给水引入锅筒水空间， 并通过集中下降管和下水连接管进入水冷壁进口集箱。锅水在向上流经炉膛水冷壁 的过程中被加热成为汽水混合物，经上部出口集箱通过汽水引出管引入锅筒进行汽 水分离。被分离出来的水重新进入锅简水空间，并进行再循环，被分离出来的饱和 蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引出。 8 华北电力大学工程硕士学位论文 锅炉过热蒸汽流程为锅筒．分离器入口烟道．旋风分离器．尾部烟道两侧包墙．尾 部烟道前后包墙．尾部烟道中隔墙．低温过热器．一级减温器一屏式过热器．二级减温器 ，高温过热器。屏式过热器布置在炉膛内，高温过热器、低温过热器布置在尾部烟道 的后烟道内。 过热器系统采取调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手 段，整个过热器系统共布置有两级喷水减温器。一级减温器布置在低温过热器出口 的连接管道上作为粗调二级减温器布置在屏式过热器出口的连接管道上，作为细 调。 本锅炉中屏式再热器为辐射再热器，与低再 对流再热器 一起组成再热受热 面，相对于其它再热器布置方式，锅炉的再热汽温在较大的负荷范围内变化较小。 本锅炉再热蒸汽流程为汽轮机高压缸．低温再热器．微调喷水减温器．屏式再热器． 汽轮机中压缸。再热蒸汽温度以尾部烟道烟气挡板作为主要调温手段，通过调节烟 气挡板的开度，改变流经低温再热器侧的烟气量，达到调温目的。低温再热器至高 温再热器的连接管上设置了喷水减温器作为微调。低温再热器进口管道上布置有事 故喷水减温器，用于紧急状况下控制再热器进口汽温。 1 ．3 ．3 尾部烟道 尾部受热面为典型的双烟道结构，采用成熟的汽冷膜式壁包墙 下部为护板包 墙 。在包墙过热器前墙上部烟气进口及中间包墙上部烟气进口处，管子拉稀形成 进口烟气通道。中间包墙将烟道一分为二。 低温再热器布置在尾部前烟道内，而高温过热器和低温过热器布置在尾部后烟 道内，均采用光管结构，顺列逆流布置。管束通过固定块固定在尾部包墙上，随包 墙一起膨胀。 过热器和再热器侧烟气在双烟道出口处汇合在一起，继续冲刷省煤器和空气预 热器，进行换热。 省煤器采用螺旋鳍片管结构。 1 ．3 ．4 本课题的意义 一段时间以来，能源价格飙升、温室效应加剧、能源供需形势不断恶化，能源 短缺和环境问题成为全球能源问题的主题。科技在解决能源问题上发挥着越来越重 要的作用，提高能源利用效率是可以取得立竿见影效果的方法，能源问题科技化已 成潮流。 电站锅炉是将燃料的化学能转化为蒸汽热能的动力设备，所以如何降低其热量 9 华北电力大学工程硕士学位论文 损失、提高热能的有效利用率是电站锅炉运行中非常重要的一个课题。在电站锅炉 的各项热量损失中，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般约为5 ％一 1 2 ％，占锅炉热损失的6 0 ％一7 0 ％。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，一般 情况下，排烟温度每增加1 0 ℃，排烟热损失增加0 ．6 ％．1 ．0 ％，相应多耗煤 1 ．2 ％．2 ．4 ％【6 1 。所以，降低排烟温度对于节约燃料，减少温室气体排放，降低热岛效 应都具有重要的实际意义。 在本课题中，拟对锅炉省煤器提出一种增装辐射隔板的构想。在改造后，省煤 器换热量将有明显增加。通过建立物理和数学模型，利用数值模拟的方法，分析在 各种负荷情况下，给水温度较现有省煤器提高的情况。以及排烟温度降低情况。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章省煤器的改进 2 ．1 常用省煤器改造方法 省煤器和空气预热器布置在锅炉对流烟道的最后或对流烟道的下方，、进入这些 受热面的烟气温度已不高，故常把这两个部件统称为尾部受热面或低温受热面。省 煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换设备，它可以降低排烟温 度，提高锅炉效率节省燃料【7 】。一般情况下，省煤器出口水温每升高1 ℃，排烟温 度就能平均降低3 ℃左右，给水温度升高6 7 ℃，可以节省燃料1 ％。由于给水在 进入蒸发受热面之前，先在省煤器内加热，这样就减少了水在蒸发受热面内的吸热 量，因此采用省煤器可以取代部分蒸发受热面；在吸收同样热量的情况下，可以节 省金属材料；同时，省煤器的结构比蒸发受热面简单，造价也较低。此外，给水经 过省煤器后，提高了进入汽包的给水温度，减少了给水与汽包壁之间的温差，从而 使汽包的热应力降低，因此，省煤器的作用不仅是省煤，实际上已成为现代锅炉中 不可缺少的一个组成部件嗍。 按给水被加热的程度省煤器可分为非沸腾式和沸腾式两种。按制造材料分 有铸铁和钢管省煤器两种。按装置的形式分有立式及卧式两种。按排烟与给水的 相对流向分有顺流式、逆流式和混合式三种。 鳍片管、膜式管以及螺旋肋片管对流受热面都能使省煤器的受热面得到扩展， 即在不增加烟道空间、保证省煤器的吸热量基本不变的情况下，通过减少省煤器管 片数，拉大省煤器横向管排节距，使省煤器烟气流通截面积增加，从而有效降低烟 气流速，减轻省煤器受热面磨损，提高省煤器的传热效率【9 1 。 顺列布置与错列布置 错列布置由于增强了流动的扰动，使对流换热效果有所提高。但错列布置由于 气流方向改变，第二排磨损最厉害，第二排是第一排磨损量的2 倍，以后各排磨损 量比第一排高3 0 ％．4 0 ％。顺列布置第一排与错列布置相同，以后各排由于气流冲击 不到管子，磨损轻。在其它相同条件下，顺列管束的最大磨损量比错列管束减少3 ．4 倍【1 0 1 。 螺旋肋片式省煤器 螺旋肋片式省煤器，在单位长度上增加的受热面积比鳍片式和膜式多，但制造 难度大，成本高。一个很显著的问题是，螺旋片由于肋片螺旋角引导气流改变方向， 肋片管积灰比较严重；肋片与气流不平行，背面易积灰。而且，据现代电站锅炉技 华北电力大学_ [ 程硕士学位论文 术及其改造称螺旋角与烟气流之间夹角接近81 0 。，肋片根部磨损相对较重， 膜式省煤器 对于膜式省煤器，田内外进行了大量的试验研究。与光管式省煤器进行比较， 在同样条件下，膜式省煤器的金属耗村比光管式省煤器少1 0 ％左右，烟气流速低 72 ％以上，磨损速度为光管式省煤器的o8 倍以下，即可以延长使用寿命2 5 ％以上。 另外同肋片管省煤器一样，膜式省煤器可以在管排高度变化不大的情况下．增加烟 气流通截面积，降低烟气流速，使防磨效果更好，而且其沾污程度比肋片管省煤器 低得多【“】。但是，其缺点是，由于膜式省煤器整片蛇形管焊成一个整体，受热时本 身内部存在一个很复杂的热应力状况，运行时有可能对管子撕裂，同时制造较为困 难㈦。 纵向鳍片式省煤器 纵向鳍片式省煤器也可以有效的增加受热面积。 但是，纵向鳍片一般是错列布置，磨损寿命比H 型鳍片少，重量比H 型鳍片重。 另外，纵向鳍片管由于鳍片焊在积灰迎风面和背面。由于气流沿鳍片流动，气流到 管子处改变方向形成漩涡，形成积灰㈣。 鳍片式省煤器 近年来，在低温省煤器改造中，用鳍片式省煤器替代传统的光管省煤器，收到 了一定效果。根据国内外省煤器制造和改造发展趋势．用鳍片式省煤器替代光管省 煤器，可以增加烟侧换热面积，增大烟气流通截面，降低烟速，减少磨损，对于降 低温排烟温度、减少积灰优点都非常突出Ⅲ】。 在现代电站锅炉改造实践中，H 型鳍片式省煤嚣得到了较为广泛的应用。 华北l n 力大学】程硕十学位论立 船 啼删 ．．．．．．．．．．．．．．，．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．√ 图2l 常见鳍片型式 22 西电3 0
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