【正文】 熱蒸汽的過程。煤粉制備過程的任務(wù)是將煤粉磨成符合鍋爐煤粉燃燒細度的細小煤粉顆粒，供鍋爐燃燒。為了燃燒穩(wěn)定持續(xù)的進行下去，燃燒的同時必須向爐內(nèi)引入大量的助燃氧氣和把多余的煙氣抽吸出去，這也就是煙氣系統(tǒng)來完成的工作內(nèi)容。 一臺煤粉鍋爐主要由水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、空氣過熱器、汽包、磨煤機、給煤機、燃燒器、送風機、引風機和除塵器等設(shè)備組成。送風機將冷空氣送入鍋爐尾部的空氣預(yù)熱器加熱，從空氣預(yù)熱器出來的熱空氣一部分經(jīng)排粉風機進入磨煤機中，用于對煤粉的加熱與干燥，同時這部分熱空氣也是輸送煤粉的介質(zhì)。經(jīng)空氣預(yù)熱器帶來的另一部 分熱空氣直接進入爐膛參與與煤粉的燃燒。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 3 煤粉鍋爐的內(nèi)部系統(tǒng)簡介 鍋爐內(nèi)部系統(tǒng)大致被分為四大系統(tǒng)：制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、煙風系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。燃燒系統(tǒng)是將煤粉在爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生火焰和煙氣。汽水系統(tǒng)的任務(wù)是通過爐內(nèi)的換熱設(shè)備將火焰和高溫煙氣的熱量傳遞給爐內(nèi)的介質(zhì)。煤粉制備系統(tǒng)是將原煤磨制成粉，然后送入鍋爐爐膛進行懸浮燃燒所需要的設(shè)備和相關(guān)連接管道的組合，通常簡稱為制粉系統(tǒng)。原煤經(jīng)磨煤機磨成煤粉后直接吹入爐膛燃燒的系統(tǒng)叫做直吹式系統(tǒng)；而中間儲倉式煤粉系統(tǒng)是將磨制好的煤粉先儲存在煤粉倉中，然后根據(jù)鍋爐負荷的需要，從煤粉倉經(jīng)給煤機送入爐膛燃燒。因此，鍋爐煤耗量在任何情況下都等于每臺鍋爐所有的磨煤 機磨制煤粉的總和。 普通的筒式鋼球磨煤機不適用于直吹式制粉系統(tǒng)，因為普通的筒式鋼球磨煤機在低負荷下或變負荷運行不經(jīng)濟。按照其工作流程，排粉風機在磨煤機之后，整個系統(tǒng)處于負壓下工作，稱為負壓直吹式制粉系統(tǒng)；反之，排粉風機在磨煤機之前則稱為正壓直吹式制粉系統(tǒng)。 （二）中間儲倉式制粉系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 4 在中間儲倉 式制粉系統(tǒng)中，磨煤機磨煤量不需要與鍋爐的燃煤量保持一致，磨煤機的運行方式在鍋爐中有著一定的獨立性，并可保持在經(jīng)濟負荷下運行。由于球磨機密封性不好，不宜正壓運行，因此配球磨機的中間儲倉式制粉系統(tǒng)都是負壓的系統(tǒng)，且要求球磨機進口維持在 200Pa 的負壓。 鍋爐燃燒系統(tǒng) （一）燃燒系統(tǒng)簡介 鍋爐燃燒過程是一個將燃 料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能，以蒸汽形式向負荷設(shè)備提供熱能的能量轉(zhuǎn)化過程。灰渣和除塵器下面的細灰由灰渣泵排至灰場。具體控制任務(wù)因燃料種類、制粉系統(tǒng)類型、燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及鍋爐的運行方式不同而有所區(qū)別，具體可歸納為以 下幾個方面： （ 1)維持蒸汽壓力穩(wěn)定 （ 2)保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性 （ 3)維持爐膛壓力穩(wěn)定 （ 4)維持燃燒系統(tǒng)的正常運行 鍋爐汽水系統(tǒng) 鍋爐汽水系統(tǒng)流程：從汽包開始 下降管 水冷壁 水冷壁出口集箱（此時為汽水混合物） 汽包（進行汽水分離，水部分進入下降管再循環(huán)，汽部分出汽包） 后包墻過熱器 低溫過熱器 前屏過熱器 后屏過熱器 高溫過熱器 主氣管 汽輪機高壓缸 再熱冷段 壁式再熱器 中溫再熱器 高溫中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 再熱器 再熱熱段管 汽機中壓缸 低壓缸 凝汽器（凝結(jié)成水） 凝結(jié)水泵 低加 除氧器 給水 泵 高加 主給水管 省煤器 汽包，到這里完成一個整體循環(huán)，最初汽包里的水是從鍋爐補給水系統(tǒng)來的。 我國電廠煤粉鍋爐的發(fā)展歷程及其現(xiàn)狀 新中國成立前，我國沒有電廠鍋 爐制造業(yè)，僅僅引進了瑞士技術(shù)嘗試制造了兩臺蒸發(fā)量為 12t/h 的鍋爐。新中國成立后，在第一個五年計劃內(nèi)，建立了上海鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠，開始生產(chǎn)中、高參數(shù)的中、大型鍋爐。 我國的火力發(fā)電經(jīng)歷了四個發(fā)展階段。在 1961 年到 1980 年的第二階段，我國自行研制了超高壓 12 200MW和亞臨界壓力 300MW 汽輪機發(fā)電機組配套的 400、 670、 1000t/h 的自然循環(huán)鍋爐和直流鍋爐。在 1981年至 1990年的第三階段，為適應(yīng)我國改革開放的政策和現(xiàn)代化建設(shè)，火電建設(shè)得到了較快的發(fā)展。如哈爾濱普華煤燃燒技術(shù)開發(fā)中心開發(fā)的 PW 型旋流式小型煤粉燃燒器，具有著火穩(wěn)定性好、燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、本體不結(jié)渣、低負荷特性好等特點。 在此階段，火電裝機容量也增加了一倍以上，并從美國引進技術(shù)制造了 300MW 和 600MW 汽輪發(fā)電機組配套1025t/h 和 2020t/h 控制循環(huán)鍋爐。在 1991 年的第四階段，火力發(fā)電伴隨著水力發(fā)電和已起步的核能發(fā)電繼續(xù)加快發(fā)展，著重于努力提高火力發(fā)電的各項技術(shù)經(jīng)濟指標，盡可能達到節(jié)約能源并改善環(huán)境的目的。 我國借鑒德國煤粉工業(yè) 鍋爐技術(shù)經(jīng)驗，自 2020 年開始研究開發(fā)“高效煤粉工業(yè)鍋爐”系統(tǒng)技術(shù)。截至目前，在山西、新疆、山東、天津、廣西等省區(qū)安裝該型鍋爐數(shù)百臺，已實現(xiàn)商業(yè)化運行。蒸汽動力中不可缺少的鍋爐技術(shù)也同樣得到了很大的發(fā)展。隨著一次性化石 燃料的不斷開采，能源危機也會變得越來越嚴重，這將促使有關(guān)能源部門更加注重能源的效率利用問題，這就推動力鍋爐技術(shù)發(fā)展的進程。還有一個是為了響應(yīng)環(huán)保節(jié)能綠色燃燒的口號，必須大力發(fā)展鍋爐技術(shù)，提高鍋爐效率，減少溫室氣體及有害氣體的排放。近幾十年來，單臺機組容量不斷增大是一個總的趨勢。上世紀初期，由于電力工業(yè)的飛速發(fā)展，容量和燃燒效率上占據(jù)優(yōu)勢的煤粉爐得到了很快的發(fā)展，大容量的機組也在不斷的出現(xiàn)。其后，德國和日本也投運了單機容量超過 800MW 的機組，前蘇聯(lián)在 1981 年投運了一臺 1200MW 的超臨界壓力直流鍋爐，鍋爐容量為 3950t/h。另外，發(fā)達國家的電力工業(yè)發(fā)展已經(jīng)接近飽和，它們不需要容量更大的機組。美國在 1953 年就有超臨界壓力鍋爐投入運行。前蘇聯(lián)從 1960 年開始研制超臨界壓力鍋爐，到 1971 年分別有 300、 500、800MW 超臨界壓力發(fā)電機組運行。日本 1967 年開始采用超臨界壓力鍋爐，所用蒸汽為 ，溫度為538/538℃ 。 20 世紀80 年代后期，我國開始采用超臨界壓力鍋爐，如河北薊縣新建的電廠，華能南京電廠，上海石洞口第二電廠等都采用了引進的超臨界壓力鍋爐。 提高蒸汽溫度可以有效提高電廠熱效率，但是氣溫受到金屬材料允許溫度的限制或需要使用昂貴的金 屬合金鋼。 超高壓以上機組多采用中間再熱，采用一次再熱可提高蒸汽熱效率4%6%，二次再熱可提高約 2%。 熱電聯(lián)產(chǎn)是提高燃料能量利用效率的有效方法。 （二）鍋爐燃燒技術(shù) 高參數(shù)大容量鍋爐的發(fā)展推動力鍋爐燃燒技術(shù)的進步。隨著世界工業(yè)的發(fā)展，煤粉對世界環(huán)境的污染日趨嚴重，而環(huán)境保護的要求卻日益嚴格。此外，隨著煤炭數(shù)量的減少，不得不使用劣質(zhì)煤和難燒的煤也推動了鍋爐燃燒技術(shù)的發(fā)展。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)既能在燃燒中高效的脫硫，又能控制氮氧化物的生成，對劣質(zhì)煤還有較好的適應(yīng)性。近 幾年來，這項技術(shù)在我國得到了很大的應(yīng)用，而且鍋爐的容量也在不斷的增大。但凝汽式發(fā)電機組發(fā)電技術(shù)趨于成熟，僅從提高蒸汽參數(shù)的方法使發(fā)電效率提高的幅度并不是很大，而且投資和設(shè)備運行維護費用也不少。對于燃油或然天然氣的聯(lián)合循環(huán)機組，蒸汽參數(shù)只需要采用高壓，同時燃氣輪機的燃氣溫度采用 1100℃ 至1260℃ 的高溫，則供電效率能提高到百分之四十五到百分之五十二，但由于石 油、天然氣資源的減少，人們把希望寄托在燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式上。 2 設(shè)計任務(wù)與燃料特性參數(shù) 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 鍋爐設(shè)計任務(wù)書 1).設(shè)計題目： 75t/h 煤粉鍋爐設(shè)計 (1)鍋爐：蒸發(fā)量 75t/h，爐筒工作壓力 (2)過熱蒸汽出口壓力： ，溫度 485℃ (3)給水溫度： 150℃ (4)排煙溫度： 152℃ 2).燃料特性： 燃料種類： 鶴崗 煙煤 燃料成分： Cy= % Oy=% Sy= % Hy= % Ny= % Wy= % Ay= % 燃料可燃基揮發(fā)份： Vr= % 燃料的低位發(fā)熱量： Q ydww=22944kJ/kg 灰熔點： ST1350℃ 3). 燃燒方式：四角切圓 4). 制粉系統(tǒng)：直吹式中速磨，熱風送粉 煤的元素分析與煤種 校核 煤的元素成分為 100%的校核： Cy+Oy+Sy+Hy+Ny+Wy+Ay=++++++=100 % (一）元素分析數(shù)據(jù)校核 1). 可燃基元素成分與應(yīng)用基成分之間的換算因子為： Kr= 4 0 0 0 1 0 01 0 0 1 0 0 ?????? Yy Aw 則可燃基元素成分應(yīng)為： % 0 r S% 0 r N% 0 r O% 0 r H% 0 r CC rrryyr????????????????????rrrrSNOH 2). 干燥基灰分的計算： 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 %% 100100 100 ?????? yyg AWA 3). 可燃基低位發(fā)熱量的計算（實驗值）： ? ?yyyydwydw AWW ???? 100 ? ? kgkJ / 2 5 3 14 0 2 9 4 4 ????? 4). 可燃基低位發(fā)熱量的計算（門德雷也夫公式） ? ?? ?kgkJSOHCQ rrrrrdw/ 2 3 8 6 0 0 3 3 91 0 91 0 3 03 3 939。 ????? 每 1000 kJ 發(fā)熱量的灰分 ＞ 6%時 ,誤差應(yīng) ＜ 177?，F(xiàn) kJ/kg ＜ 840 kJ/kg （ Ag=＞ 6%）， 故元素成分正確。 2).折算成分的計算： ? ?? ?? ? %%22944%%22944%%22944????????????ydwyyzsydwyyzsydwyyzsQSSQWwQAA yzsA 4%，故屬低灰分煤， Syzs%，故屬低硫分煤。 2).受熱面的布置 在爐膛的內(nèi)壁面，全都用水冷壁受熱面進行布置，對于布置其他的受熱面，應(yīng)主要考慮蒸汽的各個狀態(tài)下的參數(shù)、鍋爐的容量以及燃料的性質(zhì)等。由于鍋爐 的容量不大，所 以采用比較簡單的方式進行布置各級 受熱面。 因為對于經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱過的熱風溫度有著非常高的數(shù)值要求，所以采用二級空氣預(yù)熱器在豎直的煙井中布置，二級空氣預(yù)熱器布置在主省煤器的后面。 鍋爐的落灰斗設(shè)置在主省煤器的煙道轉(zhuǎn)彎處，在轉(zhuǎn)彎處由于離心力作用，較大顆粒的 灰粒會自動的下降到落灰斗中，因此回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器不易被灰塵堵住，同時除塵設(shè)備的負擔也會大大的減輕。 受 熱 面 系 數(shù) 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 表 2 受熱面在煙道中的煙氣平均特性表 計算數(shù)值名稱 爐膛和 凝渣管 高溫過 熱器 低溫過 熱器 第二級 省煤器 進口空氣過量系數(shù) 39。? 平均空氣過量系數(shù) α kgmVV //)1( 30??? ? kgmVVV OHOH //)1( 300 22 ??? ? kgmVVVVV OHNROy//)1( 300222 ?? ??? ? ?2ROr yRO VV /2 ?OHr 2 yOH VV /2 OHROq rrr 22 ?? 03 0 0 01 VAG yy ???? yythfh GA 1 0 0/?? ? 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 14 表 2 受熱面在煙道中的煙氣平均特性表 續(xù) 計算數(shù)值名稱 第二級 空預(yù)器 第一級 省煤器 第一級 空預(yù)器 進口空氣過量系數(shù) 39。? 平均空氣過量系數(shù) α kgmVV //)1( 30??? ? kgmVVV OHOH //)1( 300 22 ??? ? kgmVVVVV OHNROy//)1( 300222 ?? ??? ? ?2ROr yRO VV /2 ?OHr 2 yOH VV /2 OHROq rrr 22 ?? 03 0 0 01 VAG yy ???? yythfh GA 1 0 0/?? ? 煙氣焓溫表 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 15 表 3 ?kH ?yH 計算表 T 2)( coct 2)( Nct OHct2)( fhH 0yH kct)( 0kH ℃ kJ/ 3m kJ/㎏ kJ/ 3m kJ/㎏ kJ/ 3m kJ/㎏ kJ/㎏ kJ/㎏ kJ/ 3m kJ/㎏ 100 170 130 151 132 200 358 260 304