【正文】 大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究摘 要大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究是一個(gè)重要的課題，熱力計(jì)算是變工況研究的基礎(chǔ)。對于大容量鍋爐機(jī)組，若采用我國以前的傳統(tǒng)計(jì)算方法，會(huì)出現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)有較大誤差的情況。本文以輻射換熱理論為基礎(chǔ)，建立了新的大容量鍋爐傳熱模型，并采用了新的熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)對本課題選取的機(jī)組進(jìn)行計(jì)算。新的分區(qū)段傳熱模型，將燃燒區(qū)域按實(shí)際運(yùn)行時(shí)燃燒器的投運(yùn)方式細(xì)分，并計(jì)算出燃燒器區(qū)域的溫度分布和沿爐膛高度方向上的溫度分布。輻射式過熱器和屏式過熱器的計(jì)算新方法更符合實(shí)際運(yùn)行規(guī)律。本課題以現(xiàn)有的鍋爐和傳熱學(xué)理論為基礎(chǔ)，以實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較、分析，為大容量鍋爐變工況運(yùn)行提供了參考。關(guān)鍵詞：鍋爐、變工況運(yùn)行、傳熱模型ABSTRACTVariant operation research of the highcapacity boiler is an important subject, and the heat calculation is the foundation of variant wok condition research. If we use old calculation ways to analyze the highcapacity boiler, there will be remarkable inaccuracy between calculation results and real operational data. This paper based the radiant theory establishes a new model of the highcapacity boiler heat transfer . And the new criterion of heat calculation is used to the selected unit. The new fragment model subdivides the bustor zone across the operation. So the temperature along the furnace are obtained. Radiant and platen super heater’s new method are more agree with the practice law. The paper is based on boiler knowledge and heat transfer theory and depends on practical operation data. The analysis on calculation results can provide reference for operation of the highcapacity boiler. KEY WORDS: boiler, variant operation, heat transfer model 35目 錄摘 要 IABSTRACT II第一章 緒 論 1 課題背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 國外研究現(xiàn)狀 2第二章 煤的特性及其對鍋爐工作的影響 4 概述 4 煤的常規(guī)特性 4 4 煤的成分計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算 4 煤的發(fā)熱量 5 煤質(zhì)對鍋爐設(shè)備的影響 6 煤質(zhì)對制粉設(shè)備以及制粉系統(tǒng)的影響 6 煤質(zhì)對鍋爐及輔助設(shè)備的影響 6第三章 燃燒過程的特性分析 7 概述 7 影響煤粉氣流穩(wěn)定著火的因素 7 燃燒完全的分析 7 7 8 優(yōu)化鍋爐燃燒提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 9 煤粉的燃盡程度對經(jīng)濟(jì)性的影響 9 過量空氣系數(shù)對經(jīng)濟(jì)性的影響 9 煤粉細(xì)度對經(jīng)濟(jì)性的影響 9 鍋爐煤種和負(fù)荷適應(yīng)性 9第四章 過熱器和再熱器的汽溫特性分析 10 概述 10 汽溫特性 10 10第五章 大容量鍋爐傳熱模型的改進(jìn) 12 現(xiàn)有模型的特點(diǎn) 12 前蘇聯(lián)鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn) 12 誤差原因分析 12 傳熱模型的改進(jìn) 13 杜－卜爐內(nèi)換熱計(jì)算方法（新方法） 13 爐內(nèi)換熱計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 13 屏式過熱器傳熱計(jì)算新方法 14 大屏過熱器傳熱計(jì)算新方法 16 分區(qū)段計(jì)算的目的 18 概述 18 米多爾分區(qū)段模型 18 新分區(qū)段模型的建立 18 燃燒器區(qū)域溫度的計(jì)算 20 爐膛傳熱原理 22 爐膛傳熱過程 22 火焰輻射 22 爐膛輻射傳熱公式 23 爐膛受熱面的輻射特性 24 角系數(shù) 24 熱有效系數(shù) 25 污染系數(shù) 25第八章 Bamp。WB300MW鍋爐熱力特性分析 26 分區(qū)段模型分析應(yīng)用 26 計(jì)算結(jié)果 26 計(jì)算結(jié)果分析 28 排煙溫度及排煙熱損失 28 爐膛出口煙溫特性 29 概述 29 影響爐膛出口煙溫的因素 30致 謝 32參考文獻(xiàn) 33第一章 緒 論 課題背景隨著國民經(jīng)濟(jì)在國家宏觀調(diào)控下持續(xù)快速發(fā)展，我國的電力工業(yè)發(fā)展迅猛，截至 2004 年五月底，全國發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到四億零六十萬千瓦。近年來，中國電力工業(yè)不斷實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。一九八七年至一九九五年，中國發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量先后躍過法國、英國、加拿大、德國、俄羅斯和日本，躍居世界第二位。2000年四月，中國裝機(jī)容量突破三億千瓦。在此后的幾年時(shí)間，又凈增發(fā)電裝機(jī)容量一億千瓦，成為新中國成立以來電力建設(shè)發(fā)展最快的時(shí)期。中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新一輪增長周期的上升階段，受經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展的拉動(dòng)，中國電力消費(fèi)增長速度迅速上升，電力供不應(yīng)求的緊張局面再次出現(xiàn)。由于在建能力過低，電力裝機(jī)增長速度下降，2001 年初出現(xiàn)了電力供應(yīng)短缺的苗頭，2002 年火電發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)上升到 5272，出現(xiàn)了局部地區(qū)、局部時(shí)段電力供應(yīng)短缺現(xiàn)象，2003 年夏天更是出現(xiàn)了大面積缺電的現(xiàn)象。從世界各國的電力發(fā)展史看，處在工業(yè)化加速階段的國家和地區(qū)，電力消費(fèi)增長率超過經(jīng)濟(jì)增長率是比較普遍的現(xiàn)象。20多年來，我國的電力消費(fèi)彈性系數(shù)平均不到 ，雖然支撐了我國的經(jīng)濟(jì)高速增長但是仍有長期的缺電出現(xiàn)。我國電力消費(fèi)水平仍處于較低階段，隨著電力基礎(chǔ)設(shè)施的完善，電力消費(fèi)會(huì)保持較高的增長速度。根據(jù)國際經(jīng)驗(yàn)和我國目前電力消費(fèi)發(fā)展的趨勢，今后我國的電力消費(fèi)彈性系數(shù)至少應(yīng)達(dá)到 ，電力增長才能基本滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。在電力消費(fèi)快速增長的同時(shí)，電力負(fù)荷特性也有明顯的變化。第三產(chǎn)業(yè)和民用電量的增長迅速，其中商業(yè)用電增長高于工業(yè)用電增長速度。以建筑用電為主的第三產(chǎn)業(yè)和民用用電使電力負(fù)荷出現(xiàn)季節(jié)性高峰特點(diǎn)。對電力調(diào)峰能力的沖擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對全年平均用電量增加的作用。電力峰谷差將加大，季節(jié)調(diào)峰和分時(shí)間調(diào)峰問題日益突出。電力調(diào)峰能力的需求將成為電力消費(fèi)需求增長的重要特征。社會(huì)經(jīng)濟(jì)向前發(fā)展的同時(shí)，電力負(fù)荷峰谷差將繼續(xù)擴(kuò)大，電力需求比電力增長更加迅速。從消費(fèi)端看，要加強(qiáng)需求側(cè)管理；從供應(yīng)端看，電力要加強(qiáng)調(diào)峰能力，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。我國能源資源中以煤炭資源最為豐富，儲(chǔ)藏量為 32000 億噸，已探明的儲(chǔ)量為9968 億噸，可供開采的儲(chǔ)量為 2578 億噸。但按人口計(jì)算，我國人均煤炭能源資源占有量只有 ，而美國人均煤炭資源占有量為1045噸，前蘇聯(lián)人均煤炭資源占有量為 1846噸，世界人均煤炭資源占有量為 。從以上數(shù)字能夠看出我國的煤炭資源是十分有限的。在分布上，東北、華北和西北地區(qū)煤的儲(chǔ)藏量多，煤的灰分、硫分低，熱值高，煤質(zhì)好。華東、華南、西南地區(qū)煤的儲(chǔ)藏量較少，煤的灰分和硫分高，熱值低，煤質(zhì)較差。電力體制改革不斷的深入發(fā)展，電力規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。1954 年6月，我國第一臺 6MW 發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，現(xiàn)在 300MW 和 600MW 機(jī)組已經(jīng)成為運(yùn)行中的主力機(jī)組。我國的電力建設(shè)正向著高參數(shù)、大機(jī)組，高電壓、大電網(wǎng)發(fā)展。電力負(fù)荷峰谷差不斷增大，煤炭資源有限，而且種類眾多，這些特點(diǎn)都決定了我國電力機(jī)組將經(jīng)常處于變工況條件下運(yùn)行。變工況運(yùn)行容易給機(jī)組帶來一系列問題：（1）熱工參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)值，影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。（2）燃燒工況發(fā)生變化時(shí)，尤其是入爐煤質(zhì)與鍋爐性能耦合較差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，鍋爐效率下降，以及引發(fā)滅火、放炮等事故。（3）變工況運(yùn)行時(shí)，容易出現(xiàn)再熱點(diǎn)。因此對鍋爐變工況特性進(jìn)行研究是主汽溫不足、過熱汽溫偏高、排煙溫度較高等嚴(yán)重問題。為了更好的掌握鍋爐在變工況時(shí)的運(yùn)行特點(diǎn)，使鍋爐對負(fù)荷和煤質(zhì)都有較好的適應(yīng)性。因此對鍋爐變工況特性進(jìn)行研究是十分必要的。變工況的研究是在熱力計(jì)算基礎(chǔ)之上的，80 年代前，我國一直采用前蘇聯(lián)的《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》。該《標(biāo)準(zhǔn)》是在 100MW 以下鍋爐機(jī)組實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上建立起來的，對于 100MW 以下機(jī)組，計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基本符合。但用于200MW 及以上的大容量鍋爐機(jī)組時(shí)，計(jì)算值與實(shí)際運(yùn)行值存在較大的誤差。近些年，我國的各主要鍋爐制造廠相繼引進(jìn)了世界各國的大容量、高參數(shù)電站鍋爐的設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算方法，并且以運(yùn)行反饋、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等研究為基礎(chǔ)，建立了爐膛換熱計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)性公式。這些方法在負(fù)荷和煤質(zhì)變化不大時(shí)運(yùn)行情況良好，但目前，我國機(jī)組經(jīng)常處于變工況運(yùn)行，有的機(jī)組對運(yùn)行條件變化的適應(yīng)性比較差，有的機(jī)組汽溫達(dá)不到額定值或者偏高，這些都影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀鍋爐變工況運(yùn)行特性的分析、研究是以鍋爐熱力計(jì)算為基礎(chǔ)，然后根據(jù)運(yùn)行和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。鍋爐熱力計(jì)算有整體計(jì)算和一維分區(qū)段計(jì)算?，F(xiàn)在我國尚沒有一套比較成熟的電站鍋爐行業(yè)的熱力計(jì)算方法，鍋爐的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算大都采用原蘇聯(lián)的《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》。近年來，我國又引進(jìn)了一下國外的標(biāo)準(zhǔn)，如哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)美國 CE 技術(shù)；北京鍋爐廠引進(jìn)巴威公司的技術(shù)等等。另外，各鍋爐廠還有自己的一些附加規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定都有自己的特點(diǎn)，并不統(tǒng)一，這不僅不利于鍋爐廠和電廠的交流合作。同時(shí)，這些引進(jìn)的一些標(biāo)準(zhǔn)并不能很好的適應(yīng)中國國情。這也是近年來造成我國鍋爐過熱器、再熱器超溫爆管、排煙溫度偏高等問題的原因之一。 國外研究現(xiàn)狀為了適應(yīng)峰谷差增大和入爐煤質(zhì)變化的要求，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，世界各國的大鍋爐制造公司開發(fā)了許多新技術(shù)。美國、俄羅斯、德國、日本等國家對變工況的研究工作進(jìn)行的早，也做了大量的試驗(yàn)，對這方面的研究處于領(lǐng)先地位并形成了自己的特色。近些年，我國在鍋爐工業(yè)也有很大的發(fā)展，進(jìn)行了很多技術(shù)開發(fā)與研究工作（1）機(jī)組調(diào)峰（2）擴(kuò)大煤種適應(yīng)范圍（3）提高機(jī)組自動(dòng)化水平（4）加強(qiáng)輔機(jī)配套和提高監(jiān)控系統(tǒng)（5）消化和吸收引進(jìn)技術(shù)等。但是與國外相比，我國的技術(shù)水平還有一定的差距。在變工況特性方面的研究工作做得還少，大都是應(yīng)用國外的經(jīng)驗(yàn)，因此，有必要在這方面展開研究，以適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展的需要，努力使我國鍋爐變工況運(yùn)行技術(shù)提高到新的水平。第二章 煤的特性及其對鍋爐工作的影響 概述煤的特性是鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行的基礎(chǔ)。對于不同的煤，要相應(yīng)采用不同的燃燒設(shè)備和運(yùn)行方式。煤的特性表征了煤的基本性質(zhì)，可以作為分析煤的著火、燃燒性質(zhì)和對鍋爐影響的依據(jù)。入爐煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)會(huì)有一定的偏差，會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。而煤質(zhì)的變化是鍋爐變工況運(yùn)行的一種情況。入爐煤質(zhì)的變化會(huì)帶來諸多的問題，如：鍋爐效率下降、著火不穩(wěn)定。 煤的常規(guī)特性(1) 煤是一種植物化石,主要是由碳、氫、氧和少量的氮、硫組成。另外，在煤的形成、開采和運(yùn)輸過程中，加入的水分和礦物質(zhì)(燃燒后成為灰分），也成為煤的組成成分。煤的元素分析是指對煤中C、H、O、N、S五種元素的分析的總稱。煤的元素分析結(jié)果用各種元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。在鍋爐設(shè)計(jì)、熱工試驗(yàn)和燃燒控制等方面都需掌握煤的元素分析成分組成，元素分析結(jié)果對煤質(zhì)研究、工業(yè)利用和環(huán)境評價(jià)等極為有用。(2) 在煤的著火、燃燒過程中，煤中各種成分的變化情況是：將煤加熱到一定溫度時(shí)，首先水分被蒸發(fā)出來；接著再加熱，煤中的H、O、N、S及部分碳所組成的有機(jī)化合物便分解，變成氣體揮發(fā)出來，這些氣體稱為揮發(fā)分；揮發(fā)分析出后，剩下的就是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。分析煤中水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分等四種成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，成為煤的工業(yè)分析。 煤的