朝陽燕山湖電廠600MW鍋爐燃燒系統(tǒng)的設(shè)計遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）前言現(xiàn)階段，化石燃料的燃燒已經(jīng)普遍應(yīng)用，燃料的消耗也在逐年減少，燃燒過后的煙氣排放對環(huán)境造成了巨大危害。因此，鍋爐燃燒工況對環(huán)境保護的影響也日益引起普遍的關(guān)注。燃燒學(xué)方向上講，燃燒是有機物燃燒生成無機物，過程釋放出大量的熱量的化學(xué)反應(yīng)過程。鍋爐燃燒技術(shù)的研究和發(fā)展，甚至常把重點放在燃燒的物理過程反面，這是因為，在實際爐內(nèi)燃燒過程特別是化石燃料的燃燒，消耗大量能源來為鍋爐燃燒發(fā)電提供能量支持?，F(xiàn)階段的大型鍋爐發(fā)電場都是通過燃料燃燒釋放的熱量轉(zhuǎn)換為機械能，為了提高電廠的發(fā)電效率，就要求電廠內(nèi)部將最大限度的利用燃料的化學(xué)能。同時，也應(yīng)兼顧爐內(nèi)輻射換熱的要求。鍋爐的燃燒系統(tǒng)中的設(shè)備是燃料能量形式轉(zhuǎn)化的重要場所。朝陽燕山湖電廠主要是固態(tài)排渣煤粉爐。畢業(yè)設(shè)計主要是檢驗煤粉的選用與鍋爐的燃燒器，爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屏式過熱器結(jié)構(gòu)特點之間能否經(jīng)過相關(guān)計算，檢驗校核，來證明燃燒系統(tǒng)內(nèi)部的合理性，經(jīng)濟性，兼容性。畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容包含了煤種的選擇，爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計，爐膛前后屏過熱器以及四周包圍的水冷壁，鍋爐燃燒經(jīng)濟性的分析。緒論1.1鍋爐燃燒控制系統(tǒng)1.1.1燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)燃燒就是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的化學(xué)反應(yīng)過程，鍋爐燃燒系統(tǒng)內(nèi)部的反應(yīng)就是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化為機械能的過程，需要將燃料充分的利用，火焰完全燃燒，爐膛內(nèi)部空氣量充足。將鍋爐效率，燃料利用率，鍋爐效益達到最大。維持蒸汽壓力穩(wěn)定鍋爐的蒸汽壓力反映了鍋爐的內(nèi)部氣壓平衡，爐膛的結(jié)構(gòu)會使爐內(nèi)煙風(fēng)劇烈擾動，產(chǎn)生壓力的不穩(wěn)定變化，內(nèi)部負荷量變大。保證燃燒過程的經(jīng)濟性鍋爐爐膛燃燒需要的燃料受空間的影響，內(nèi)部燃燒所需要的空氣量充足，使燃燒效率達到最大，能源利用率最大，爐膛通風(fēng)的風(fēng)量適宜煤粉燃燒所需要的條件，對于經(jīng)濟性，燃燒過程把損失降到最低，節(jié)省了燃料成本。維持爐膛壓力穩(wěn)定鍋爐的爐膛內(nèi)部壓力跟進入爐膛的風(fēng)量和爐膛送出煙氣量有一定的關(guān)系，爐膛的通風(fēng)量越適宜，送出的煙氣量就越合適，整個爐膛的內(nèi)部壓力就會穩(wěn)定，整個系統(tǒng)就會更穩(wěn)定。1.1.2燃燒控制系統(tǒng)組成的基本原則1）鍋爐燃燒系統(tǒng)的爐膛燃燒的燃料量是可以改變的，根據(jù)鍋爐的負荷的改變而改變，鍋爐負荷增加，燃料量增加，反之，燃料量減少。2）為了鍋爐的內(nèi)部壓力穩(wěn)定，應(yīng)避免爐膛內(nèi)部氣流擾動。3）當鍋爐提供的負荷達到穩(wěn)定時，進入爐膛的的風(fēng)量和爐膛出口的煙氣量達到平衡狀態(tài)，此時燃燒系統(tǒng)的工質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定。4）對于鍋爐的主蒸汽壓力總是在一定的范圍內(nèi)波動，尤其是滑壓運行的鍋爐蒸汽壓力變動更大，系統(tǒng)的燃燒過程應(yīng)根據(jù)鍋爐的溫度和壓力進行調(diào)整，使系統(tǒng)狀態(tài)趨于穩(wěn)定。1.2國內(nèi)燃煤分布情況煤炭的形成和演變就是炭化過程，按著碳化程度分類由低到高為：褐煤，長焰煤，肥煤，焦煤，貧煤，無煙煤。煤炭是由古代植物經(jīng)歷時間更替，歷史推移，地理變遷，在地質(zhì)層下數(shù)萬年來積累風(fēng)化形成的?，F(xiàn)階段，我國關(guān)于煤炭資源的含量極為有限，雖然我國土地遼闊，國土面積全球領(lǐng)先，但是由于人口基數(shù)較大，對于煤炭的需求也日益增多，消耗量增多，使得煤炭儲量逐年減少。這才有的開發(fā)清潔能源，新能源的研究。在我國的資源資源中，基本特點就是富煤，貧油，少氣。這就決定了煤在一次能源中的重要地位。與石油天然氣相比，煤炭儲備相當豐富，占世界的11.6%，可以說是儲量龐大。當前我國煤炭產(chǎn)業(yè)由于機械化技術(shù)過低，導(dǎo)致采煤效果不佳，采煤消耗的勞動力反而變多，這樣一來消耗的成本加大開采利潤降低，開采積極性下降。這對于我國煤炭資源也是一種浪費，由于一次能源不可再生，本身就是用了多少就會少了多少，再加上我國人口居多帶來的煤炭消耗量也就是巨大的，這時候的浪費就顯得尤為重要了。因此我們要更新采煤技術(shù)手段，將煤炭資源合理的開采，加以利用。并且為了我國工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，可以進口煤炭資源，國內(nèi)進行儲備，供給我國未來發(fā)展提供重要保證。世界的上的一次能源也是有限的，然而金錢卻是可以賺來，二者相比之下，金錢就顯得不那么重要了。我國煤炭中的優(yōu)質(zhì)煤分布在陜北和內(nèi)蒙古東勝地區(qū)，且全長短煉焦用煤。有特定用途的煉焦用煤，幾乎沒有低碳低硫資源。煤質(zhì)相對較好的的煉焦煤礦區(qū)位于山西的離柳，鄉(xiāng)寧。我國煤炭資源在地理分布上的總格局是西多東少，北富南貧。而且主要集中在目前經(jīng)濟還不發(fā)達的山西，內(nèi)蒙古，陜西，新疆，貴州，寧夏等省份，他們的煤炭資源總量為4.19萬億噸，占全國煤炭資源總量的82.8%；國內(nèi)較為繁華的城市比如上海，至今還未發(fā)現(xiàn)煤炭資源。開放程度較高的廣東，目前為止也只發(fā)現(xiàn)了6億噸煤。不僅資源很少，而且大多數(shù)還是開采條件復(fù)雜，質(zhì)量較次的無煙煤或褐煤，不但開發(fā)成本大，而且煤炭的綜合利用價值不高。我國煤礦地質(zhì)災(zāi)害較多，在我國一部門煤礦，煤氣涌出量大，凸起次數(shù)多，強度大。關(guān)于采煤產(chǎn)業(yè)發(fā)生的事故也就隨之增加，原本勞動力眾多的工作變得更加恐怖，帶來的危險讓人防不勝防。國內(nèi)對于采煤業(yè)的關(guān)注也就變得日益增多，如何防控煤礦爆炸，坍塌造成的人身傷害，已經(jīng)提上了日程。安全是第一要務(wù)，生命彌足珍貴，時時刻刻都要認真對待。1.3朝陽地區(qū)用電狀況困擾居民正常用電的低電壓問題被改善，截至目前為止，朝陽地區(qū)無長期低電壓情況存在。低電壓是指居民正常用電水平低于正常情況，導(dǎo)致電器無法正常使用。朝陽供電低電壓地區(qū)主要分布在五環(huán)周邊城鄉(xiāng)結(jié)合部及農(nóng)村地區(qū)，伴隨著人口用電的增多，尤其是到冬夏用電高峰期，該地區(qū)便會出現(xiàn)低電壓情況?，F(xiàn)如今朝陽燕山湖電廠經(jīng)過改造，將電廠所出電量部分輸送到朝陽城鄉(xiāng)以及農(nóng)村地區(qū)使用。解決了當前的低電壓引起的供電慌的問題，人民能夠使用到充足的電量，千家萬戶燈火通明，經(jīng)濟效益隨之升高，提升了當?shù)厝嗣竦南M水平，帶動了地方經(jīng)濟，改善了人均消費水平。1.4朝陽地區(qū)的排污系統(tǒng)朝陽市三個集中式生活飲用水水源地現(xiàn)狀，水質(zhì)狀況及變化趨勢，以及產(chǎn)生目前狀況的原因，針對現(xiàn)狀提出的具體防治措施和建議。強調(diào)飲用水在城市環(huán)境管理中的重要意義。朝陽市位于遼寧省西部，地處冀，蒙，遼三省交界處。以低山丘陵為主要的地形地貌，地勢為西北高東南低。境內(nèi)多山，由于降水泥沙的沖擊，形成幾個沖擊平原。多低山丘陵，少平原，可耕地少。朝陽市區(qū)共有集中式生活飲用水水源地三個，共有地下水取水井20眼，蓄水池4座，高位水池2座。朝陽市區(qū)多數(shù)水源井分布在大凌河西岸地帶狀地區(qū)，這些水主要以城市綠化來用為主。目前，現(xiàn)有工業(yè)污染對水源水質(zhì)產(chǎn)生了重大影響，經(jīng)濟的發(fā)展是工業(yè)礦業(yè)等企業(yè)的數(shù)量增多，進而排污量也跟著增多。因而優(yōu)先建設(shè)一排水管網(wǎng)，做好污水及管網(wǎng)防滲透系統(tǒng)，合理布設(shè)排放口，并加強管理。燕山湖發(fā)電廠鍋爐使用的水源引用于燕山湖湖水，電廠內(nèi)部擁有獨立的凈化系統(tǒng)，鍋爐燃燒應(yīng)用的水再循環(huán)利用之后，變成廢水，無法進入城市水系統(tǒng)。但是經(jīng)過系統(tǒng)的凈化之后重新送回燕山湖內(nèi)，使湖水循環(huán)利用而不改變水質(zhì)。1.5電廠技術(shù)設(shè)備燕山湖電廠近年來不斷創(chuàng)新，開發(fā)新型技術(shù)設(shè)備用以提高鍋爐的燃燒效率，降低損失。然而電廠的主要的設(shè)備并未發(fā)生改變，這時電廠根據(jù)地理位置氣候條件，將汽輪機做功排出的乏汽冷卻成冷凝水這一過程改成空冷。在電廠內(nèi)設(shè)置一片巨大的空冷島進行冷凝水的回收工作，將水循環(huán)利用，不但節(jié)省了水資源還提高了電廠的經(jīng)濟效益，避免了環(huán)境污染。直接空冷就是對用空氣對汽輪機的排氣進行直接冷卻，冷卻用的風(fēng)量會由機械設(shè)備直接送風(fēng)供應(yīng)，將冷凝下來的水送入熱井，再經(jīng)凝結(jié)水泵送入汽輪機回水系統(tǒng)。1.6煤炭價格的現(xiàn)狀煤炭作為我國的主要能源之一和重工業(yè)的原料，煤炭經(jīng)濟的平穩(wěn)運行也是保證國家能源經(jīng)濟的重要依據(jù)。對于價格的分析，從消費情況著手，利用煤炭采集需求方面，價格控制是為了更好地保護國家優(yōu)質(zhì)資源，中國煤炭價格采集系統(tǒng)完整，方法科學(xué)，運行穩(wěn)定，指數(shù)編輯準確，及時，與市場價格的實時更新緊密相連，及時性。2燃燒產(chǎn)物和燃燒熱平衡計算燃料燃燒需要的主要是保證爐膛內(nèi)部充滿助燃的空氣量，充足的空氣可以使燃料完全燃燒，產(chǎn)生的煙氣焓，燃燒產(chǎn)物也就沒有出現(xiàn)燃料的浪費，經(jīng)濟成本的損耗，在接下來計算中也提供了相關(guān)的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，用來檢驗鍋爐內(nèi)部燃燒是否滿足熱平衡的要求。2.1煤質(zhì)分析燃料是鍋爐運行的主要能量來源，也是整個系統(tǒng)運行的起點，只有在燃煤燃燒之后放出了巨大熱量之后，才能在接下來的系統(tǒng)中依據(jù)能量守恒來進行轉(zhuǎn)化，由熱能轉(zhuǎn)化為最終的電能，此過程需要設(shè)備之間緊密的銜接，減少不必要的損失。對于煤種也要根據(jù)電廠的地理位置，氣候條件，生態(tài)環(huán)境等方面進行嚴格篩選。2.1.1燃料的選用本次鍋爐設(shè)計選用優(yōu)質(zhì)元寶山混煤（褐煤），它具有揮發(fā)分高，灰分大，灰熔點低，煤齡短的褐煤水分較高，并且化學(xué)性質(zhì)不是很穩(wěn)定，尤其是干燥的褐煤容易著火，易和爐膛內(nèi)形成結(jié)渣，造成損害。其成分如下：收到基水分：Mar=33%空氣干燥基的基本成分：Cad=43.00%Had=3.00%Oad=11.30%Nad=0.50%Sad=1.30%Aad=12.20%Mad=28.70%干燥基灰分：收到基低位發(fā)熱量：2.1.2成分分析煤種成分的分析有不同的基準，不同的煤內(nèi)部成分比例不盡相同，這時就要根據(jù)各種基準之間相互轉(zhuǎn)化公式進行計算。本次設(shè)計的煤種是褐煤，經(jīng)過查閱資料得知其中的一種基準成分含量，接下來便是對其中成分進行轉(zhuǎn)換計算得到需要的成分比重。各個基準之間也有固定的成分含量種類，而為了實際應(yīng)用和理論研究的需要，通常采用的基準有以下幾種：收到基：已收到狀態(tài)的煤為基準計算煤中的全部成分的組合。空氣干燥基：以與空氣溫度達到平衡狀態(tài)的煤為基準，即供分析化驗的煤樣在實驗室一定溫度條件下，自然干燥失去外在水分，其余成分組合便是空氣干燥基。干燥基：以假想無水的狀態(tài)的煤為基準，其余成分的組合就是干燥基。干燥無灰基：以假想無水，無灰狀態(tài)的煤為基準。[1]Car=40.42%Har=2.82%Oar=10.62%Nar=0.47%Sar=1.22%2.2燃料消耗量計算及熱平衡燃料燃燒是燃煤中的可燃成分與空氣中的氧氣進行的化學(xué)反應(yīng)，消耗燃料的同時釋放大量的熱量去加熱水，進而向下一個設(shè)備流動。因此燃料所需空氣量可根據(jù)燃燒的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系進行計算。2.2.1燃料計算燃燒計算就是根據(jù)燃料消耗的空氣多少，來計算燃燒產(chǎn)物的生成量，產(chǎn)生煙氣量的多少，進而計算煙氣的理論容積，需要將燃燒假定為空氣充足燃料充分燃燒的情況下，此時的產(chǎn)物最完全。計算如下：燃料完全燃燒所需要的理論干空氣量：燃料完全燃燒時的燃燒產(chǎn)物：在鍋爐設(shè)計時，是根據(jù)爐膛內(nèi)燃料完全燃燒時的化學(xué)反應(yīng)關(guān)系來計算煙氣容積的。為了更好的了解燃料燃燒，一般先計算理論煙氣容積，其次再考慮過量空氣容積和協(xié)同過量空氣帶入的水蒸氣容積，即可算出該煙氣的總?cè)莘e。燃料完全燃燒生成的氮氣理論容積：三原子氣體容積：水蒸氣的理論容積：煙氣容積：α——爐膛過量空氣系數(shù)，一般煤粉爐α=1.15~1.25.這里α=1.18。2.2.2鍋爐的有效輸入熱量及各項熱損失對于鍋爐的輸入熱量包括燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量、燃料的物理顯熱、外來熱源加熱空氣時帶入的熱量和霧化燃油所用蒸汽帶入熱量。[2]鍋爐的輸入熱量：——燃料收到基低位發(fā)熱量——燃料的物理顯熱——霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量——外來熱源加熱空氣時帶入的熱量a,燃料的物理顯熱:未預(yù)熱，當此時取℃--燃料收到基的比定壓熱容，kJ/kg--燃料干燥基比熱容。b,霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量：c,外來熱源加熱空氣時的熱量:2,鍋爐有效利用熱量過熱蒸汽，再熱蒸汽流量，kg/s；過熱器出口蒸汽和鍋爐給水焓，kJ/kg；再熱器出，入口蒸汽的焓，kJ/kg；鍋爐的各項熱損失鍋爐的各項熱損失包括機械不完全損失、化學(xué)不完全燃燒損失、排煙熱損失、散熱損失及灰渣物理熱損失等。[3]這里關(guān)于損失產(chǎn)生最大的地方就是排煙，由于進空氣量充足，使得燃燒充分，由于爐內(nèi)壓力平衡，產(chǎn)生的煙氣就會很大，導(dǎo)致排煙帶走的熱量較多，損失較大。這樣就會影響到鍋爐燃燒的效率，進而影響經(jīng)濟性。a、機械不完全損失：b、化學(xué)不完全燃燒損失由經(jīng)驗數(shù)據(jù)，固態(tài)排渣和液態(tài)排渣煤份爐。c、排煙熱損失鍋爐的排煙熱損失是由于排煙溫度高于外界空氣溫度所造成的熱損失。d、散熱損失當實際蒸發(fā)量為2000t/h時，鍋爐額定蒸發(fā)量的散熱損失當鍋爐額定蒸發(fā)量大于900t/h，按0.2%計算鍋爐實際蒸發(fā)量下的散熱損失鍋爐額定蒸發(fā)量鍋爐實際蒸發(fā)量e、灰渣物理熱損失由于燕山湖電廠使用的是固態(tài)排渣煤粉爐，那么只有當灰分很高時，即時才考慮。2.2.3鍋爐的熱平衡鍋爐的實際燃料消耗量是指每小時實際耗用的燃料量，一般可簡稱為燃料消耗量。對于燕山湖電廠這樣大型的發(fā)電機組，要進行燃料消耗量的計算不是很容易，需要采用反平衡法對效率進行計算，然后再計算褐煤的消耗量。[4]鍋爐的反平衡效率鍋爐的實際耗煤量鍋爐的計算燃料消耗量鍋爐灰渣量的計算對燕山湖電廠的燃料進行了相關(guān)的計算，一方面需要得到電廠的燃燒的熱效率，另一方面便是要將各方面的熱損失計算清晰，為以后進行鍋爐節(jié)能減排設(shè)計時提夠數(shù)據(jù)支持。再就是根據(jù)煤種的選用使得燃料消耗量變得很大，這樣一來，對于鍋爐排渣量也是個挑戰(zhàn)。通過熱平衡實驗所計算的結(jié)果和已查明影響熱效率的主要因素為基準，作為該機鍋爐工作的依據(jù)。3爐膛的設(shè)計燕山湖電廠采用的是煤粉爐，主要是為了使系統(tǒng)簡單，燃燒效率高，方便運行，能夠長期穩(wěn)定的使用。因而它是目前電廠鍋爐的主要型式。爐膛也稱為燃燒室，它是供煤粉燃燒的地方。[5]煤粉爐四周被方形爐墻包圍，為了防止爐膛超溫，爐膛周圍還有水冷壁管道布置，進行換熱和調(diào)節(jié)溫度。爐膛上方布置著頂棚過熱器。爐膛前后也有屏式過熱器，用已將水加熱成蒸汽和過熱蒸汽，用以傳輸?shù)较乱画h(huán)節(jié)。煙氣出口的位置位于爐膛的后面，根據(jù)爐膛的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證出口煙溫處于正常范圍，經(jīng)濟性運行。為了改善煙氣對屏式過熱器的沖擊，充分利用爐膛內(nèi)部氣流擾動，這時爐膛出口的下部的折焰角起到了非常重要的作用。爐膛不僅僅是燃燒空間，更是鍋爐的換熱中心。這樣它的結(jié)構(gòu)就能保證燃料完全燃燒，增加燃燒效率，節(jié)約能源，節(jié)省成本，又能使爐膛出口煙溫降低到灰熔點以下，符合鍋爐設(shè)計的規(guī)范要求。為了使出口以后對流受熱面不結(jié)渣。對此，爐膛應(yīng)該滿足以下要求：一、鍋爐內(nèi)部應(yīng)該有良好的空氣動力特性。這不僅能夠避免火焰沖擊爐墻，防止爐膛水冷壁結(jié)渣；而且還能使火焰在爐膛內(nèi)有較好的充滿程度，從而充分利用爐膛容積，以保證煤粉燃燒過程有足夠空間和時間。二、確定出口煙溫在允許的范圍內(nèi)，保證鍋爐正常運行，防止對流受熱面不發(fā)生結(jié)渣，需要布置更多的對流受熱面來傳導(dǎo)對流熱。三、要有合適的熱強度。按熱強度確定的爐膛容積及其截面尺寸和高度應(yīng)能滿足煤粉氣流在爐內(nèi)均勻混合和完全燃燒的要求。3．1爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計3．1．1、爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計（帶前屏過熱器）：對于600MW的鍋爐來說，燃料單位時間在爐內(nèi)的放熱量是一定的。這時鍋爐的流量變得很大，對于爐膛容積的要求很大，爐膛容積合理就會使爐溫合適，燃燒充分，燃料消耗正常，不會造成燃料的浪費。同時水冷壁管路不會引起結(jié)渣，管路設(shè)計正常。因此，要合理設(shè)計鍋爐容積。鍋爐容積爐膛容積熱強度為122×103W/m3。[6]爐膛截面積爐膛截面熱強度為6800W/m2。（3）爐膛寬度（4）爐膛深度（5）冷灰斗容積冷灰斗出口尺寸按照0.6--1.4m取，這里取1.4m，冷灰斗高度可取3.141m。（6）折焰角（7）折焰角上傾角選取，這里選。（8）折焰角下傾角選取，這里選。[7]（9）前屏管徑選用。（10）前屏管子總流通面積——減溫水量是鍋爐容量的，這里取5%，則（11）前屏每根管子面積——為管子內(nèi)徑。（12）前屏管子總數(shù)(13)前屏片數(shù)——前屏橫向管距，按選取，這里取。（14）前屏單片管子個數(shù)（15）前屏深度——前屏縱向截距，這里選取?！捌磷钚澢霃?，這里（16）前屏與前墻之間距離選取。（17）前后屏之間距離選取。[8]（18）爐膛出口通流面積——煙氣流速選取?！獱t膛出口煙氣溫度可選。（19）水平煙道高度爐膛出口高度前屏高度按選定。折焰角高度（23）爐頂容積（24）爐膛主體高度由計算結(jié)果可知，鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計要求。爐膛內(nèi)部保證了良好的空氣動力特性，其中的火焰避免沖擊爐墻，防止爐膛水冷壁結(jié)渣，降低效率。設(shè)計合理的受熱面，保證出口煙溫在允許的范圍之內(nèi)，鍋爐內(nèi)部不結(jié)渣。爐膛熱強度的設(shè)計合理，使得煤粉氣流在鍋爐內(nèi)部充分混合，完全燃燒，進而增強鍋爐燃燒效率，節(jié)省成本，經(jīng)濟效益提升，電廠收益擴大。3.1.2、水冷壁的設(shè)計水冷壁是吸收輻射熱量和對流熱量的主要場所，水冷壁的水管的布置和工作狀況能夠防止爐膛結(jié)渣，直接影響到鍋爐的效率。爐膛內(nèi)部布置水冷壁，不僅可以防止高溫火焰與爐壁直接接觸，而且可降低爐壁溫度進而起著保護爐壁的作用。水冷壁布置恰當時，還可以充分利用高溫下輻射熱強度高于對流熱強度的特點，降低鍋爐總受熱面的金屬消耗量，減少了鍋爐造價，節(jié)約金屬材料。[9]（1）前后墻水冷壁回路個數(shù)按每個回路的加熱寬度：（2）左右兩側(cè)水冷壁回路個數(shù)按每個回路的加熱寬度：（3）管徑及壁厚。（4）管子截距按，這里（5）前后墻管子根數(shù)（6）左右側(cè)管子根數(shù)通過計算得知，水冷壁的結(jié)構(gòu)排布一目了然。根據(jù)鍋爐的學(xué)習(xí)可知，水冷壁不光加熱水還有過熱蒸汽。其中膜式水冷壁，擁有良好的氣密性，能夠減少漏風(fēng)，降低排煙損失，同時還對爐墻有保護作用。3.2燃燒器的設(shè)計煤粉爐的燃燒器噴口之間保持一定的距離，整個燃燒器呈現(xiàn)狹長型。爐膛并非無限大的空間，在爐內(nèi)微小的擾動，都會導(dǎo)致射流偏離原有軸線方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。射流動量大，剛性越強。煤粉氣流以一定速度，從直流燃燒器噴口直接射入爐膛內(nèi)部。[10]一個良好的燃燒器應(yīng)能滿足下列要求：（1）、一次風(fēng)和二次風(fēng)出口界面要能夠保證合適的一、二次風(fēng)速比；（2）、要使煤粉和風(fēng)混合，爐膛內(nèi)部有合適的擾動；（3）、火焰應(yīng)充滿爐膛，保證燃料充分接觸火焰；（4）、燃燒器內(nèi)部煙風(fēng)阻力要小；（5）、根據(jù)煤種的需要，燃燒器布風(fēng)均勻；（6）、為了更好地混合煤粉，需要給燃燒器均勻布置。[11]對于燃燒褐煤的燃燒器，燃燒褐煤的爐膛溫度應(yīng)盡量保持低一點，避免產(chǎn)生局部高溫而引起的結(jié)渣。為了能降低爐膛內(nèi)的燃燒溫度，一二次風(fēng)噴口間隔布置，大容量的燃燒器采用分組布置，用來分散火焰。3.2.1、燃燒器的設(shè)計本鍋爐燃燒器是根據(jù)煤的可燃基揮發(fā)分大小，選用的四角布置的直流燃燒器。因為是大容量鍋爐，所以配風(fēng)方式選用分級配風(fēng)，并采用切圓燃燒方式。這樣有利于加強爐內(nèi)氣流擾動，充分利用鍋爐內(nèi)部空氣，使燃料在爐內(nèi)的停留時間增長，燃料在爐膛里完全燃燒。為了加強燃燒器對煤種的適應(yīng)性及適應(yīng)負荷的變化，燃燒器的噴口截面采用可調(diào)的，以調(diào)節(jié)氣流量和火炬長度。大容量鍋爐燃燒器高度較大，且往往布置成幾層，向上運動的煙氣使流量不斷增加，這樣就形成了上部的實際切圓比下部的大。[12]3.2.2、燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸計算（1）一次風(fēng)口面積（單只）——一次風(fēng)速為?！淮物L(fēng)率為?！淮物L(fēng)溫為，由制粉系統(tǒng)的設(shè)計計算確定?！紵鞯臄?shù)量，因為是四角布置，所以。（2）二次風(fēng)口面積（單只）——二次風(fēng)速為?！物L(fēng)率為?！物L(fēng)溫為。（3）三次風(fēng)口面積（單只）——三次風(fēng)速為?！物L(fēng)率為?！物L(fēng)溫為。（4）燃燒器矩形對角線長度（5）特性比,初步選定。（6）特性比值（7）燃燒器噴口寬度（8）一次風(fēng)噴口高度（9）二次風(fēng)噴口高度（10）三次風(fēng)噴口高度（11）燃燒器高度按、的要求得,核算：，接近原定值，不必重算。[13]（12）最下一排燃燒器的下邊緣距離冷灰斗上沿的距離，按選定這里（13）條件火焰長度的計算結(jié)果符合規(guī)定，爐膛實際高度合理。燃燒器應(yīng)能滿足要求：①一次風(fēng)和二次風(fēng)出口界面有合適一、二次風(fēng)速比；②有足夠的攪動性，能使風(fēng)粉能很好的混合；③火焰在爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定；④爐膛內(nèi)的煙風(fēng)阻力較?。虎莞鶕?jù)煤種的需要，適應(yīng)煤的燃燒溫度范圍；⑥能夠幫助煤在其中均勻燃燒。[14]3.3爐膛和前屏過熱器結(jié)構(gòu)尺寸計算過熱器作為鍋爐內(nèi)部重要的組成部件，將爐膛產(chǎn)生的蒸汽加熱到過熱蒸汽，鍋爐的經(jīng)濟性提高。過熱器設(shè)計與運行的原則有：一、在過熱器內(nèi)部保證穩(wěn)定的運行溫度；二、對汽溫調(diào)節(jié)反應(yīng)較快，易于調(diào)節(jié)；三、防止受熱面管束積灰、磨損和腐蝕。屏式過熱器水平布置和垂直布置的優(yōu)缺點與對流式過熱器相同。它包括前屏和后屏，他們的結(jié)構(gòu)形式基本相同，只是橫向截距不同，前屏的較大，后屏的相對較小。過熱器在設(shè)計和布置時，必須確保其受熱面管子外壁溫度低于鋼材的抗腐蝕和氧化溫度。[15]3.3.1爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸計算（1）側(cè)墻面積式中、、、可由以下公式得：前墻面積后墻面積（4）爐膛出口煙窗面積（5）爐頂包覆面積（6）前屏面積（7）燃燒器面積（8）整個爐膛的平均角系數(shù)——按模式水冷壁選取?！獱t頂角系數(shù)得?！捌两窍禂?shù)得?！獱t膛出口煙窗處角系數(shù)取。（9）前屏區(qū)的側(cè)面積（10）前屏區(qū)的爐頂面積（11）前屏區(qū)的爐墻面積爐膛自由容積的水冷壁面積（13）爐膛容積（14）前屏占容積（15）爐膛的自由容積（16）前屏區(qū)與爐膛的水平分割面積（17）前屏區(qū)與爐膛的垂直分割面積（18）自由容積的輻射層有效厚度（19）前屏間容積的輻射層有效厚度爐膛的輻射層有效厚度3.3.2前屏過熱器結(jié)構(gòu)尺寸計算蒸汽流通截面積管徑及壁厚、單片管子根數(shù)、前屏片數(shù)（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（2）蒸汽質(zhì)量流速（3）蒸汽流速（4）前屏輻射受熱面積前屏過熱器中屏的管子拉出形成連接管并與相鄰的連接管夾持在一起，為的是保持各屏之間的節(jié)距，并增加屏的剛性。但是，前屏過熱器由于受到爐內(nèi)火焰輻射，熱負荷較高，因而熱偏差較大。這時采用更好的材料以及較短長度或較大管徑的管子可減少熱偏差帶來的熱損失。4爐膛及后屏熱力計算4.1爐膛的熱力計算爐膛作為電廠鍋爐燃燒反映的場所，也是電廠的重中之重。爐膛的設(shè)計需要對出口煙溫進行嚴格校核，內(nèi)部的燃燒熱量更應(yīng)該達到穩(wěn)定，為了電廠的經(jīng)濟效益，爐膛的設(shè)計至關(guān)重要。4.1.1爐膛的熱力計算（1）空預(yù)器出口過量空氣系數(shù)——爐膛漏風(fēng)系數(shù)?！品巯到y(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)。[16]（2）空氣帶入爐內(nèi)熱量（3）燃料帶入爐內(nèi)的熱量（4）煙氣的平均熱容量（5）三原子氣體輻射減弱系數(shù)——爐膛壓力為?！託怏w分壓力——水蒸氣容積份額為——三原子氣體容積份額為（6）灰粒子輻射減弱系數(shù)——灰粒的平均直徑，取。（7）半發(fā)光火焰輻射減弱系數(shù)——焦碳灰粒子輻射減弱系數(shù)，選用。、——考慮火焰中焦碳粒子濃度影響的無因次量，可選取、?！译x子的份額為。（8）爐膛火焰有效黑度（9）自由容積內(nèi)的三原子氣體輻射減弱系數(shù)（10）自由容積的火焰有效黑度（11）屏間容積內(nèi)的三原子氣體輻射減弱系數(shù)（12）屏間容積的火焰有效黑度（13）屏寬與的比值，屏寬與屏截距之比。(14)屏的黑度——屏的修正系數(shù)為?！恋妮椛湎禂?shù)為。（15）屏區(qū)的黑度——屏區(qū)的修正系數(shù)為。——屏區(qū)的輻射系數(shù)為。（16）計及暴光不均勻的屏的面積（17）計及暴光不均勻的屏區(qū)的面積（18）爐墻總面積（19）平均熱有效系數(shù)——前后側(cè)墻水冷壁的沾污系數(shù)為。——前后側(cè)墻水冷壁的沾污系數(shù)為。——屏的沾污系數(shù)為。（20）爐膛黑度（21）爐膛出口煙溫（22）爐膛吸熱量（23）爐膛容積熱強度（24）爐膛截面熱強度（25）爐內(nèi)平均熱輻射強度（26）爐頂輻射強度（27）爐頂輻射受熱面積（28）爐頂吸熱量（29）前屏輻射熱強度（30）前屏吸熱量（31）后屏輻射熱強度（32）后屏吸熱量（33）前屏焓增（34）前屏出口蒸汽焓（35）前屏出口蒸汽溫度為。（36）爐膛出口煙溫校核因為，所以符合要求。[17]經(jīng)過上述校核，爐膛的出口煙溫滿足設(shè)計要求，設(shè)計過程合格，爐膛的結(jié)構(gòu)能夠安全穩(wěn)定的運行，防止爐膛內(nèi)部結(jié)渣，需要人工經(jīng)常去維護檢修，鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)老化相當危險，避免出現(xiàn)此狀況，將安全意識牢記于心，電廠的設(shè)備維護時刻把握，絲毫掉以輕心都能夠發(fā)生。4.2后屏過熱器熱力計算后屏過熱器和前屏過熱器結(jié)構(gòu)形式基本相同，其特點是：后屏過熱器的橫向截距比前屏的小，布置在爐膛出口處的管屏，吸收爐膛中的輻射熱和煙氣的對流熱，接近灰熔點的煙氣使得過熱器管道上的灰減少，有利于防止過熱器管道結(jié)渣，損壞管道，造成經(jīng)濟損失。[18]4.2.1后屏過熱器結(jié)構(gòu)尺寸計算（1）、管徑及壁厚,（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（2）、前屏片數(shù),（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（3）、單片管子根數(shù),（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（4）屏的平均高度（5）橫向截距，（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（6）縱向截距，（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（7）屏的角系數(shù)，（由設(shè)計結(jié)構(gòu)可知）。（8）屏區(qū)接受爐膛熱輻射面積（9）屏的對流受熱面積（10）屏的計算對流受熱面積（11）屏區(qū)爐頂受熱面積（12）屏區(qū)兩側(cè)水冷壁受熱面積（13）屏區(qū)附加受熱面積（14）屏接受爐膛熱輻射面積（15）爐頂附加受熱面輻射面積（16）水冷壁附加受熱面輻射面積（17）煙氣進屏流通截面積（18）煙氣出屏流通截面積（19）煙氣平均流通截面積（20）蒸汽流通截面積（21）蒸汽質(zhì)量流速（22）煙氣輻射層有效厚度4.2.2后屏過熱器結(jié)構(gòu)尺寸熱力計算（1）煙氣平均溫度(2)屏的對流吸熱量——分別為煙氣的進屏焓、出屏焓?！羺^(qū)附加受熱面對流吸熱量為。（3）三原子氣體輻射減弱系數(shù)（4）灰粒的輻射減弱系數(shù)（5）煙氣流的輻射減弱系數(shù)（6）屏區(qū)的煙氣黑度（7）屏進口對出口的角系數(shù)（8）爐膛及屏間煙氣對屏后受熱面的輻射熱量[19]（9）屏區(qū)爐頂附加受熱面吸收的爐膛輻射熱量（10）屏區(qū)水冷壁附加受熱面吸收的爐膛輻射熱量（11）屏所吸收的爐膛輻射熱（12）屏所吸收的總熱量（13）蒸汽進屏焓（14）蒸汽出屏焓（15）屏內(nèi)蒸汽平均流速（16）屏間煙氣平均流速（17）管壁灰污層溫度（18）對流傳熱系數(shù)[20]（19）屏對流傳熱量（20）誤差（21）屏區(qū)兩側(cè)水冷壁對流吸熱量（22）屏區(qū)爐頂進口汽焓（23）屏區(qū)爐頂蒸汽焓增量（24）屏區(qū)爐頂出口汽焓平均傳熱溫差屏區(qū)爐頂對流吸熱量本次鍋爐燃燒系統(tǒng)的選型和設(shè)計計算，充分的了解了鍋爐燃料和燃燒器，屏式過熱器之間的聯(lián)系，對于電廠的效率是一環(huán)套一環(huán)，密切相關(guān)，為了電廠的效益，就不會因為嚴重的結(jié)渣等事故而被迫停產(chǎn)。燃料選擇的是褐煤，由于它的低位發(fā)熱量較低，使得設(shè)計過程中對燃料的消耗量增加很多，這樣一來初期的成本就會加大，消耗更多的資源。鍋爐內(nèi)部通風(fēng)合適能夠增強燃燒效率，風(fēng)量與褐煤充分接觸，接觸面積增加，燃燒更加充分，燃燒過程完全。鍋爐的過熱器選用的是屏式過熱器。屏式過熱器位于爐膛上部，它能夠降低爐膛出口煙溫，改善過熱蒸汽和再熱蒸汽的氣溫特性，減少煙氣流動和氣流擾動，保證氣流充分穩(wěn)定，使輻射換熱量和對流傳熱量被吸收，防止對流受熱面結(jié)焦，造成巨大損失。這次對朝陽電廠燃燒系統(tǒng)的設(shè)計體會到了爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)的銜接，尺寸的聯(lián)系，燃料消耗量的相關(guān)因素，屏式過熱器的相關(guān)設(shè)計，結(jié)構(gòu)尺寸的研究，有了精確的學(xué)習(xí)，將大學(xué)四年所學(xué)漸漸融匯到一起了，有了更加深刻的理解和體會，收獲頗豐。5經(jīng)濟性分析鍋爐燃燒系統(tǒng)是整個系統(tǒng)流程中至關(guān)重要的一環(huán)。關(guān)于電廠經(jīng)濟特性的分析，同樣占有很大的比重，尤其是煤等燃料的燃燒，爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否合理并且兼容，考慮到其中的設(shè)備能增強系統(tǒng)中的燃燒效率，這時對于爐膛的結(jié)構(gòu)設(shè)備要求嚴格。[21]5.1燃煤的不完全燃燒煤是大型鍋爐發(fā)電廠的主要原燃料，整個鍋爐的動力來源都是通過煤燃燒釋放的熱量來直接或間接的提供的。因此一旦煤燃燒不