1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題 目： 220t/h鍋爐部分對(duì)流受熱面設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 高楊 學(xué) 號(hào)：110504105 專 業(yè)： 熱能與動(dòng)力工程 指導(dǎo)教師： 郭麗霞 年 月 日 文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述摘要：隨著現(xiàn)代大型電站鍋爐的容量和參數(shù)不斷提高，作為鍋爐重要換熱部件的對(duì)流受熱面的運(yùn)行工況尤為被重視，而對(duì)流換熱系數(shù)是反映受熱面換熱情況的重要參數(shù)，而清潔因子綜合了工質(zhì)側(cè)和煙氣側(cè)的影響因素實(shí)時(shí)反映受熱面污染情況，因此，對(duì)流受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算以及清潔因子的計(jì)算對(duì)于鍋爐優(yōu)化吹灰周期及運(yùn)行工況程序的開發(fā)以及預(yù)測(cè)受熱面積灰結(jié)渣故障具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵字：過熱器 改造 設(shè)計(jì)1 引言 電廠是利用鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽沖

2、擊汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來發(fā)電的，過熱蒸汽的產(chǎn)生過程是這樣的：煤粉混合著空氣進(jìn)入鍋爐燃燒，與鍋爐中的管束進(jìn)行換熱，管束中的經(jīng)過省煤器預(yù)熱的水被加熱后產(chǎn)生飽和蒸汽上升到汽包。在汽包中，冷凝的水重新隨管束進(jìn)入爐膛進(jìn)行換熱，飽和蒸汽則進(jìn)入過熱器中，在鍋爐頂部與煙氣進(jìn)行換熱，加熱成過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功。過熱器的作用就是將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，是電廠鍋爐運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。對(duì)電廠運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)性等有重要的作用。2 鍋爐過熱器系統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電介質(zhì)要求是過熱蒸汽，過熱蒸汽簡單地說就是在飽和蒸汽的基礎(chǔ)上再加熱形成的高品質(zhì)干熱蒸汽。鍋爐過熱蒸汽的產(chǎn)生主要是通過過熱器等裝置實(shí)現(xiàn)的。過熱器是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸

3、汽加熱成相應(yīng)壓力下的過熱水蒸汽的受熱面。過熱器的作用就是將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，降低排煙損失，提高鍋爐熱效率。過熱器按傳熱方式一般可分為對(duì)流式、輻射式和半輻射式。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為蛇形管式、 屏式、墻式和包墻式。它們都由若干根并聯(lián)管子和進(jìn)出口集箱組成。管子的外徑一般為3060 mm12。對(duì)流式過熱器最為常用，并采用蛇形管式。它具有比較密集的管組，布置在 4501000煙氣溫度的煙道中，受煙氣的橫向和縱向沖刷12。煙氣主要以對(duì)流的方式將熱量傳遞給管子，也有一部分輻射吸熱量。屏式過熱器由多片管屏組成，布置在爐膛內(nèi)上部或出口處，屬于輻射或半輻射式過熱器。前者吸收爐膛火焰的輻射熱，后者還吸收一部分對(duì)流

4、熱量。在10 MPa以上的電站鍋爐中9，一般都兼用屏式和蛇形管式兩種過熱器，以增加吸熱量。敷在爐膛內(nèi)壁上的墻式過熱器為輻射式過熱器，較少采用。包墻式過熱器用在大容量的電站鍋爐中構(gòu)成爐頂和對(duì)流煙道的壁面，外面敷以絕熱材料組成輕型爐墻。也有按溫度分類為高低溫過熱器，它們的最大區(qū)別就是位置不同：高溫過熱器位于爐膛出口處，低溫過熱器位于水平煙道。3 過熱器布置結(jié)構(gòu)3.1 220t/h級(jí)別常規(guī)過熱器布置結(jié)構(gòu)流程：鍋筒包墻過熱器下部對(duì)流過熱器一級(jí)噴水減溫器屏式過熱器(作為中溫過熱器)二級(jí)噴水減溫器 上部對(duì)流過熱器。材質(zhì)應(yīng)用：一般低過出口溫度設(shè)計(jì)在400-4205，經(jīng)一級(jí)減溫后進(jìn)入屏過，屏過出口溫度設(shè)計(jì)在4

5、805。所以根據(jù)材質(zhì)的壁溫使用范圍，以低過最上級(jí)管排為分界，低過上級(jí)管排以后（包括低過上級(jí)管排）采用12Cr1MoVG/GB5310的材質(zhì)，低過上級(jí)管排以前采用20G/GB5310的材質(zhì)。末級(jí)過熱器最后一段采用T91材質(zhì)5。這種經(jīng)典布置結(jié)構(gòu)已為人們所認(rèn)可，并在絕大部分高溫高壓鍋爐產(chǎn)品上得到了應(yīng)用，是目前高溫高壓產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛的布置結(jié)構(gòu)。3.2 關(guān)于布置方式的探討理論上，采用全逆流的方式可以獲得最高的溫壓，即將介質(zhì)溫度越高的受熱面放置在煙氣溫度最高爐膛內(nèi)可以獲得最高溫壓，以節(jié)省受熱面。這樣將末級(jí)過熱器放置在爐膛內(nèi)是最好的方式，但對(duì)材質(zhì)及制造工藝也非?？量痰囊?，材質(zhì)須采用T91，整體制造與焊接

6、的工藝復(fù)雜，使材料與制造成本均遠(yuǎn)高于普遍應(yīng)用的12Cr1MoVG材質(zhì)。借鑒超高壓再熱產(chǎn)品過熱器布置方式，在220t/h級(jí)別高溫高壓產(chǎn)品上將低溫過熱器以屏式過熱器的方式布置在爐膛內(nèi)，材質(zhì)采用12Cr1MoVG/GB5310，則有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明是很安全的。一般220t/h級(jí)別爐膛內(nèi)布置中溫屏及水冷屏，低溫過熱器以一級(jí)屏的方式布置在爐膛內(nèi)后，將代替水冷屏的位置。根據(jù)吸熱比例分析，必然導(dǎo)致尾部省煤器受熱面增加5。4 鍋爐對(duì)流受熱面優(yōu)化設(shè)計(jì)鍋爐屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型熱工機(jī)械系統(tǒng)。對(duì)流受熱面是鍋爐中實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的主要部分，其鋼耗量約占鍋爐總鋼耗量的40%11，在鍋爐產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，在保證傳熱性能的前

7、提下進(jìn)行對(duì)流受熱面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于降低制造成本具有重要意義。鍋爐對(duì)流受熱面優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、多目標(biāo)、多約束的非線性問題。該問題可分為2個(gè)層次：1）部件級(jí)優(yōu)化，即在部件設(shè)計(jì)要求已確定的前提下，對(duì)受熱面的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。2）子系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，關(guān)注多個(gè)受熱面部件間的功能配合。鍋爐對(duì)流受熱面優(yōu)化設(shè)計(jì)模型鍋爐對(duì)流受熱面主要采用布置在煙道中的蛇形光滑管束，典型結(jié)構(gòu)形 圖1 鍋爐對(duì)流受熱面的典型結(jié)構(gòu)式如圖所示對(duì)流受熱面的傳熱設(shè)計(jì)公式如下 ： （）式中： 為傳熱系數(shù)（）， 為傳熱平均溫差（）， 為傳熱面積（）。 圖示例的對(duì)流受熱面的具體由以下公式確定： ZZ （）式中： 為管子外徑， 為管子長度，Z、Z分別為

8、橫向排數(shù)、縱向排數(shù)其中彎頭部分的傳熱面積被簡化處理折算在 里。4.1 傳熱系數(shù)K計(jì)算方法 鍋爐熱力計(jì)算方法中存在很多間題,要研究解決。各對(duì)流受熱面的傳熱計(jì)算,常常集中在正確決定傳熱系數(shù)k上3。傳熱系數(shù)k的計(jì)算公式的基本形式是 （1） 式中:煙氣側(cè)的沖刷系數(shù)和放熱系數(shù)。 工質(zhì)(汽、水或空氣)側(cè)的沖刷系數(shù)和放熱系數(shù)。 煙氣側(cè)的灰污系數(shù),現(xiàn)代鍋爐中工質(zhì)側(cè)的積垢極少,常略去不計(jì)。各種管束中的煙氣和工質(zhì)的放熱系數(shù)經(jīng)大量的試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)研究,已日趨精確。但是,鍋爐熱力計(jì)算中的k值計(jì)算還常不準(zhǔn)確,原因主要在于計(jì)算式中的。和的規(guī)律,沒有根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件研究得很清楚。4.2 傳熱系數(shù)計(jì)算方法的探討 鍋爐的各種

9、對(duì)流傳熱計(jì)算方法,可從對(duì)(1)式作不同的假設(shè)和判斷來推導(dǎo)得出: 1）認(rèn)為對(duì)于一定的受熱面結(jié)構(gòu)和煤種,在不同的鍋爐負(fù)荷下,。常數(shù)。運(yùn)行實(shí)踐證明,作這樣的假設(shè)對(duì)于煤粉鍋爐是不合適的,低負(fù)荷下的要比高負(fù)荷的大得多10。 2）認(rèn)為是變量,但=常數(shù),則 （2） 式中是常數(shù)。過熱器的12，(2)式就可近似認(rèn)為分母中兩項(xiàng)都受一個(gè)數(shù)值接近于的系數(shù)的影響,即: （3）蘇聯(lián)1973年新發(fā)表的鍋爐熱力計(jì)算方法中規(guī)定,大部分對(duì)流受熱面的傳熱系數(shù)計(jì)算方法就是按(3)式計(jì)算,式中的稱為熱有效性系數(shù)3。5 含塵煙氣對(duì)傳熱過程的影響含塵煙氣橫向沖刷圓管傳熱是在燃燒及換熱設(shè)備運(yùn)行過程中的常見現(xiàn)象。已有研究表明受熱面在多相流傳熱

10、過程中會(huì)受到大量相關(guān)的復(fù)雜因素的影響。這些因素包括流體與固體顆粒的物性,多相流動(dòng)參數(shù)和受熱面幾何形狀結(jié)構(gòu)等。在傳熱過程中,固體顆粒改變了氣流原有的傳熱性能,多相流傳熱規(guī)律與純氣流相比已發(fā)生了很大變化。如果多相流傳熱系數(shù)選擇不當(dāng),不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi),而且還會(huì)影響到鍋爐等工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。為此,高翔1利用多相流通用傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),在較準(zhǔn)確地控制含塵煙氣中固體顆粒濃度的前提下研究含塵煙氣沖刷圓管的傳熱特性,特別是對(duì)處于鍋爐過熱器、省煤器固體顆粒濃度區(qū)域下顆粒對(duì)傳熱的影響作用進(jìn)行了較深入的研究,并獲得了有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,為鍋爐受熱面的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。結(jié)果表明:1） 煙氣中含

11、塵濃度對(duì)傳熱系數(shù)具有顯著的影響作用。當(dāng)固體顆粒濃度高于臨界顆粒濃度時(shí),固體顆粒濃度提高傳熱系數(shù)增加,對(duì)于粒徑為0.328mm的固體顆粒濃度0.04kg/m3增至0.2kg/m3氣系數(shù)提高2.97倍8,但含塵濃度低于臨界顆粒濃度時(shí),其傳熱系數(shù)隨濃度的提高反而下降。2） 在其余條件不變的情況下,風(fēng)速提高將使煙氣中灰粒強(qiáng)化傳熱的效果降低。煙氣的Re數(shù)從3000提高到20000,煙氣中灰粒的強(qiáng)化傳熱效果下降了30%7。 3） 通過對(duì)煤粉爐、中溫分離循環(huán)流化床鍋爐、兩級(jí)分離的循環(huán)流化床鍋爐的過熱器和省煤器煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算,結(jié)果表明在循環(huán)流化床鍋爐過熱器和省煤器的設(shè)計(jì)中煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的選取上應(yīng)

12、考慮灰粒對(duì)傳熱影響的作用11。6 過熱器蒸汽溫度偏低的原因和改造6.1 過熱器蒸汽溫度偏低的影響鍋爐在長期運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)過熱器蒸汽溫度偏低的情況，顯然是不利于鍋爐運(yùn)行的，也直接影響著機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)性6。在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),為滿足汽輪機(jī)過熱蒸汽溫度要求,不得不投油助燃。另外,也造成由于汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度低于設(shè)計(jì)值,中低壓汽缸中的蒸汽濕度增加,對(duì)汽輪機(jī)隔板、葉片已產(chǎn)生沖刷磨蝕。6.2 過熱器蒸汽溫度偏低原因分析 其原因主要表現(xiàn)為三個(gè)方面:設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行操作6。從鍋爐運(yùn)行操作上影響過熱蒸汽溫度的因素較多,如燃料性質(zhì)的變化,風(fēng)量及其分配的變化,噴燃器運(yùn)行方式的改變,給水溫度的變化,鍋爐負(fù)荷的改變,減溫水

13、的變化,爐膛過剩空氣系數(shù)的變化等。從設(shè)備安裝上來說,達(dá)不到質(zhì)量要求,也會(huì)影響到鍋爐運(yùn)行。6.3 過熱器蒸汽溫度偏低的改進(jìn)方案鍋爐過熱器蒸汽溫度偏低的原因,主要是由于高溫過熱器熱段受熱面偏小造成的。因此,應(yīng)考慮增加熱段過熱器受熱面積。按照實(shí)際情況,有如下兩個(gè)方案可供選擇。一是增加低溫過熱器受熱面方案,主要考慮方法簡單,工作量小;二是增加高溫過熱器熱段受熱面的方案。方案一：增加低溫過熱器受熱面增加低溫過熱器受熱面,是解決鍋爐過熱蒸汽溫度偏低的一個(gè)途徑。改進(jìn)方法:將低溫過熱器每排的半圈改為整圈(圖2)。優(yōu)點(diǎn)：:施工較容易,工作量小,碳鋼管造價(jià)低。缺點(diǎn)：對(duì)增加過熱蒸汽溫度的熱焓值偏低。圖2 低溫過熱器

14、改進(jìn)圖注：實(shí)線為原受熱面，虛線為增加受熱面方案二：增加高溫過熱器熱段受熱面。解決鍋爐過熱蒸汽溫度偏低問題較理想的方案,就是增加高溫過熱器熱段受熱面。改進(jìn)方法:將高溫過熱器熱段在原每排管圈的基礎(chǔ)上,向爐后側(cè)方向增加一圈(圖3)。優(yōu)點(diǎn):較好地解決鍋爐過熱蒸汽溫度偏低的間題。設(shè)計(jì)方案合理。缺點(diǎn):較方案一施工難度大,工作量較大,減少了檢修空間。 圖3 高溫過熱器熱段改進(jìn)圖注：實(shí)線為原受熱面，虛線為增加受熱面從比較中可以看出,方案二較方案一更趨于合理6。 7 關(guān)于鍋爐的節(jié)能改造鍋爐運(yùn)行狀況是影響動(dòng)力成本的重要方面，而鍋爐節(jié)能改造又是國家節(jié)能減排的重要措施之一。為此，加強(qiáng)鍋爐綜合性節(jié)能改造和管理是一項(xiàng)長期

15、性的任務(wù)，必須抓實(shí)抓好。在鍋爐過熱器改造過程中，也引發(fā)了我們對(duì)一些相關(guān)問題的思考。7.1 過熱器日常檢查維護(hù)不容忽視作為背壓發(fā)電機(jī)組配套的鍋爐，由于對(duì)蒸汽品質(zhì)要求較高，過熱器是必不可少的重要設(shè)施，也是鍋爐日常維護(hù)的重點(diǎn)部位，過熱器由于受煙氣沖刷，必須注意定期檢查其磨蝕程度，并根據(jù)鍋爐日常運(yùn)行負(fù)荷實(shí)際情況，按照一定更新周期進(jìn)行更新改造，以保證過熱器的安全運(yùn)行4。7.2 鍋爐系統(tǒng)節(jié)能改造應(yīng)當(dāng)常抓不懈鍋爐節(jié)能涉及諸多方面，應(yīng)當(dāng)積極借鑒成熟的節(jié)能技術(shù)，如給煤系統(tǒng)分層給煤設(shè)施改造、中拱節(jié)能改造等4，都是成熟而又十分有效的改造，應(yīng)當(dāng)積極探索鍋爐節(jié)能改造的新領(lǐng)域。7.3 鍋爐改造必須確保熱力理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)

16、行的安全可行鍋爐由于是承壓運(yùn)行而且是熱力學(xué)應(yīng)用理論比較集中的安全重點(diǎn)設(shè)備，因此，其節(jié)能改造前必須進(jìn)行熱力參數(shù)科學(xué)計(jì)算，確保節(jié)能改造理論的可行性，這是前提和關(guān)鍵。7.4 嚴(yán)格規(guī)范鍋爐日常運(yùn)行管理十分必要燃燒煤質(zhì)必須加強(qiáng)管理，如含硫量高的原煤，容易在膛壁管等部位形成黃斑和結(jié)焦，對(duì)爐壁管的表面腐蝕以及熱交換效率產(chǎn)生重大影響；另外，鍋爐的日常檢查維護(hù)也很關(guān)鍵，對(duì)各重點(diǎn)部位運(yùn)行情況的檢查有利于鍋爐的安全運(yùn)行，減少爆管等安全事故發(fā)生?？偨Y(jié)1）過熱器是電廠鍋爐運(yùn)行的重要單元，過熱器的作用是將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，降低排煙損失，提高鍋爐熱效率，提高鍋爐運(yùn)行的環(huán)保性能。2）過熱器布置方式上采用全逆流的方式，一

17、般220t/h級(jí)別爐膛內(nèi)布置中溫屏及水冷屏，低溫過熱器以一級(jí)屏的方式布置在爐膛內(nèi)后，將代替水冷屏的位置。根據(jù)吸熱比例分析，必然導(dǎo)致尾部省煤器受熱面增加。3）鍋爐屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型熱工機(jī)械系統(tǒng)。對(duì)流受熱面是鍋爐中實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的主要部分，傳熱計(jì)算在文章中有較詳細(xì)的說明。 4）通過對(duì)煤粉爐、中溫分離循環(huán)流化床鍋爐、兩級(jí)分離的循環(huán)流化床鍋爐的過熱器煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算,結(jié)果表明在循環(huán)流化床鍋爐過熱器和省煤器的設(shè)計(jì)中煙氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)的選取上應(yīng)考慮灰粒對(duì)傳熱影響的作用。 5）鍋爐過熱器蒸汽溫度偏低的原因,主要是由于高溫過熱器熱段受熱面偏小造成的。主要有兩種解決辦法，一是增加低溫過熱器受熱面方案,;二

18、是增加高溫過熱器熱段受熱面的方案。并且第二種方法較為合理。 6）鍋爐運(yùn)行狀況是影響動(dòng)力成本的重要方面，而鍋爐節(jié)能改造又是國家節(jié)能減排的重要措施之一。因此加大對(duì)鍋爐的環(huán)保方面的改造在經(jīng)濟(jì)和發(fā)展方面有著重要的意義。 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑2.1 研究并解決的問題（1） 鍋爐部分對(duì)流受熱面包括再熱器過熱器，因本課題中220t/h鍋爐沒有再熱器，所以只需研究過熱器相關(guān)數(shù)據(jù)及管排即可。（2） 整理本課題中鍋爐的基本參數(shù)，額定蒸發(fā)量D=220t/h；壓力=9.8Mpa；過熱氣溫=540；給水溫度= 215；冷空氣溫度=20 。（3） 整理燃燒計(jì)算及管布置所需的物理量，完成計(jì)算，完成部分對(duì)流受熱面的布置。（4） 繪制鍋爐本體結(jié)構(gòu)圖，受熱面的布置圖、結(jié)構(gòu)圖，一律采用CAD制圖，完成畢業(yè)論文。2.2 擬采用的研究手段及途徑（1） 把握好畢業(yè)實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，深入了解鍋爐的原理，工藝流程，熟悉各個(gè)主要設(shè)備的原理和作用。（2） 認(rèn)真跟老師學(xué)習(xí)，遇到問題及時(shí)向老師請(qǐng)教，多做筆記，多分析，多整理。（3） 利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合自己的實(shí)際進(jìn)度查閱不同的文獻(xiàn)資料，整理相關(guān)重要信息。參考文獻(xiàn)1 高翔.煙氣中灰粒對(duì)鍋爐過熱器、省煤器傳熱影響的研究.動(dòng)力工程.1996（5）2 黃新元.最優(yōu)化技