h锅炉部分对流受热面设计开题报告

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1、毕业设计(论文)开题报告题 目： 220t/h锅炉部分对流受热面设计 学生姓名： 高杨 学 号：110504105 专 业： 热能与动力工程 指导教师： 郭丽霞 年 月 日 文献综述文献综述摘要：随着现代大型电站锅炉的容量和参数不断提高，作为锅炉重要换热部件的对流受热面的运行工况尤为被重视，而对流换热系数是反映受热面换热情况的重要参数，而清洁因子综合了工质侧和烟气侧的影响因素实时反映受热面污染情况，因此，对流受热面传热系数计算以及清洁因子的计算对于锅炉优化吹灰周期及运行工况程序的开发以及预测受热面积灰结渣故障具有一定的指导意义。关键字：过热器 改造 设计1 引言 电厂是利用锅炉产生的过热蒸汽冲

2、击汽轮机运转来发电的，过热蒸汽的产生过程是这样的：煤粉混合着空气进入锅炉燃烧，与锅炉中的管束进行换热，管束中的经过省煤器预热的水被加热后产生饱和蒸汽上升到汽包。在汽包中，冷凝的水重新随管束进入炉膛进行换热，饱和蒸汽则进入过热器中，在锅炉顶部与烟气进行换热，加热成过热蒸汽进入汽轮机做功。过热器的作用就是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，是电厂锅炉运行的重要环节。对电厂运行的效率和经济性等有重要的作用。2 锅炉过热器系统汽轮发电机组的发电介质要求是过热蒸汽，过热蒸汽简单地说就是在饱和蒸汽的基础上再加热形成的高品质干热蒸汽。锅炉过热蒸汽的产生主要是通过过热器等装置实现的。过热器是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸

3、汽加热成相应压力下的过热水蒸汽的受热面。过热器的作用就是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，降低排烟损失，提高锅炉热效率。过热器按传热方式一般可分为对流式、辐射式和半辐射式。按结构特点可分为蛇形管式、 屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。管子的外径一般为3060 mm12。对流式过热器最为常用，并采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在 4501000烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷12。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流

4、热量。在10 MPa以上的电站锅炉中9，一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器，以增加吸热量。敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器，较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面，外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。也有按温度分类为高低温过热器，它们的最大区别就是位置不同：高温过热器位于炉膛出口处，低温过热器位于水平烟道。3 过热器布置结构3.1 220t/h级别常规过热器布置结构流程：锅筒包墙过热器下部对流过热器一级喷水减温器屏式过热器(作为中温过热器)二级喷水减温器 上部对流过热器。材质应用：一般低过出口温度设计在400-4205，经一级减温后进入屏过，屏过出口温度设计在4

5、805。所以根据材质的壁温使用范围，以低过最上级管排为分界，低过上级管排以后（包括低过上级管排）采用12Cr1MoVG/GB5310的材质，低过上级管排以前采用20G/GB5310的材质。末级过热器最后一段采用T91材质5。这种经典布置结构已为人们所认可，并在绝大部分高温高压锅炉产品上得到了应用，是目前高温高压产品应用最为广泛的布置结构。3.2 关于布置方式的探讨理论上，采用全逆流的方式可以获得最高的温压，即将介质温度越高的受热面放置在烟气温度最高炉膛内可以获得最高温压，以节省受热面。这样将末级过热器放置在炉膛内是最好的方式，但对材质及制造工艺也非常苛刻的要求，材质须采用T91，整体制造与焊接

6、的工艺复杂，使材料与制造成本均远高于普遍应用的12Cr1MoVG材质。借鉴超高压再热产品过热器布置方式，在220t/h级别高温高压产品上将低温过热器以屏式过热器的方式布置在炉膛内，材质采用12Cr1MoVG/GB5310，则有成熟的运行经验，实践证明是很安全的。一般220t/h级别炉膛内布置中温屏及水冷屏，低温过热器以一级屏的方式布置在炉膛内后，将代替水冷屏的位置。根据吸热比例分析，必然导致尾部省煤器受热面增加5。4 锅炉对流受热面优化设计锅炉属于结构复杂的大型热工机械系统。对流受热面是锅炉中实现热量传递的主要部分，其钢耗量约占锅炉总钢耗量的40%11，在锅炉产品设计过程中，在保证传热性能的前

7、提下进行对流受热面的优化设计，对于降低制造成本具有重要意义。锅炉对流受热面优化设计是一个复杂、多目标、多约束的非线性问题。该问题可分为2个层次：1）部件级优化，即在部件设计要求已确定的前提下，对受热面的结构参数进行优化。2）子系统级优化，关注多个受热面部件间的功能配合。锅炉对流受热面优化设计模型锅炉对流受热面主要采用布置在烟道中的蛇形光滑管束，典型结构形 图1 锅炉对流受热面的典型结构式如图所示对流受热面的传热设计公式如下 ： （）式中： 为传热系数（）， 为传热平均温差（）， 为传热面积（）。 图示例的对流受热面的具体由以下公式确定： ZZ （）式中： 为管子外径， 为管子长度，Z、Z分别为

8、横向排数、纵向排数其中弯头部分的传热面积被简化处理折算在 里。4.1 传热系数K计算方法 锅炉热力计算方法中存在很多间题,要研究解决。各对流受热面的传热计算,常常集中在正确决定传热系数k上3。传热系数k的计算公式的基本形式是 （1） 式中:烟气侧的冲刷系数和放热系数。 工质(汽、水或空气)侧的冲刷系数和放热系数。 烟气侧的灰污系数,现代锅炉中工质侧的积垢极少,常略去不计。各种管束中的烟气和工质的放热系数经大量的试验台试验研究,已日趋精确。但是,锅炉热力计算中的k值计算还常不准确,原因主要在于计算式中的。和的规律,没有根据实际结构和运行条件研究得很清楚。4.2 传热系数计算方法的探讨 锅炉的各种

9、对流传热计算方法,可从对(1)式作不同的假设和判断来推导得出: 1）认为对于一定的受热面结构和煤种,在不同的锅炉负荷下,。常数。运行实践证明,作这样的假设对于煤粉锅炉是不合适的,低负荷下的要比高负荷的大得多10。 2）认为是变量,但=常数,则 （2） 式中是常数。过热器的12，(2)式就可近似认为分母中两项都受一个数值接近于的系数的影响,即: （3）苏联1973年新发表的锅炉热力计算方法中规定,大部分对流受热面的传热系数计算方法就是按(3)式计算,式中的称为热有效性系数3。5 含尘烟气对传热过程的影响含尘烟气横向冲刷圆管传热是在燃烧及换热设备运行过程中的常见现象。已有研究表明受热面在多相流传热

10、过程中会受到大量相关的复杂因素的影响。这些因素包括流体与固体颗粒的物性,多相流动参数和受热面几何形状结构等。在传热过程中,固体颗粒改变了气流原有的传热性能,多相流传热规律与纯气流相比已发生了很大变化。如果多相流传热系数选择不当,不仅会造成经济上的浪费,而且还会影响到锅炉等工业设备运行的可靠性和安全性。为此,高翔1利用多相流通用传热实验系统,在较准确地控制含尘烟气中固体颗粒浓度的前提下研究含尘烟气冲刷圆管的传热特性,特别是对处于锅炉过热器、省煤器固体颗粒浓度区域下颗粒对传热的影响作用进行了较深入的研究,并获得了有关的经验关联式,为锅炉受热面的设计提供了基础数据和实验依据。结果表明:1） 烟气中含

11、尘浓度对传热系数具有显著的影响作用。当固体颗粒浓度高于临界颗粒浓度时,固体颗粒浓度提高传热系数增加,对于粒径为0.328mm的固体颗粒浓度0.04kg/m3增至0.2kg/m3气系数提高2.97倍8,但含尘浓度低于临界颗粒浓度时,其传热系数随浓度的提高反而下降。2） 在其余条件不变的情况下,风速提高将使烟气中灰粒强化传热的效果降低。烟气的Re数从3000提高到20000,烟气中灰粒的强化传热效果下降了30%7。 3） 通过对煤粉炉、中温分离循环流化床锅炉、两级分离的循环流化床锅炉的过热器和省煤器烟气侧对流传热系数的计算,结果表明在循环流化床锅炉过热器和省煤器的设计中烟气侧对流传热系数的选取上应

12、考虑灰粒对传热影响的作用11。6 过热器蒸汽温度偏低的原因和改造6.1 过热器蒸汽温度偏低的影响锅炉在长期运行后会出现过热器蒸汽温度偏低的情况，显然是不利于锅炉运行的，也直接影响着机组的安全经济性6。在锅炉低负荷运行时,为满足汽轮机过热蒸汽温度要求,不得不投油助燃。另外,也造成由于汽轮机的进汽温度低于设计值,中低压汽缸中的蒸汽湿度增加,对汽轮机隔板、叶片已产生冲刷磨蚀。6.2 过热器蒸汽温度偏低原因分析 其原因主要表现为三个方面:设计、安装和运行操作6。从锅炉运行操作上影响过热蒸汽温度的因素较多,如燃料性质的变化,风量及其分配的变化,喷燃器运行方式的改变,给水温度的变化,锅炉负荷的改变,减温水

13、的变化,炉膛过剩空气系数的变化等。从设备安装上来说,达不到质量要求,也会影响到锅炉运行。6.3 过热器蒸汽温度偏低的改进方案锅炉过热器蒸汽温度偏低的原因,主要是由于高温过热器热段受热面偏小造成的。因此,应考虑增加热段过热器受热面积。按照实际情况,有如下两个方案可供选择。一是增加低温过热器受热面方案,主要考虑方法简单,工作量小;二是增加高温过热器热段受热面的方案。方案一：增加低温过热器受热面增加低温过热器受热面,是解决锅炉过热蒸汽温度偏低的一个途径。改进方法:将低温过热器每排的半圈改为整圈(图2)。优点：:施工较容易,工作量小,碳钢管造价低。缺点：对增加过热蒸汽温度的热焓值偏低。图2 低温过热器

14、改进图注：实线为原受热面，虚线为增加受热面方案二：增加高温过热器热段受热面。解决锅炉过热蒸汽温度偏低问题较理想的方案,就是增加高温过热器热段受热面。改进方法:将高温过热器热段在原每排管圈的基础上,向炉后侧方向增加一圈(图3)。优点:较好地解决锅炉过热蒸汽温度偏低的间题。设计方案合理。缺点:较方案一施工难度大,工作量较大,减少了检修空间。 图3 高温过热器热段改进图注：实线为原受热面，虚线为增加受热面从比较中可以看出,方案二较方案一更趋于合理6。 7 关于锅炉的节能改造锅炉运行状况是影响动力成本的重要方面，而锅炉节能改造又是国家节能减排的重要措施之一。为此，加强锅炉综合性节能改造和管理是一项长期

15、性的任务，必须抓实抓好。在锅炉过热器改造过程中，也引发了我们对一些相关问题的思考。7.1 过热器日常检查维护不容忽视作为背压发电机组配套的锅炉，由于对蒸汽品质要求较高，过热器是必不可少的重要设施，也是锅炉日常维护的重点部位，过热器由于受烟气冲刷，必须注意定期检查其磨蚀程度，并根据锅炉日常运行负荷实际情况，按照一定更新周期进行更新改造，以保证过热器的安全运行4。7.2 锅炉系统节能改造应当常抓不懈锅炉节能涉及诸多方面，应当积极借鉴成熟的节能技术，如给煤系统分层给煤设施改造、中拱节能改造等4，都是成熟而又十分有效的改造，应当积极探索锅炉节能改造的新领域。7.3 锅炉改造必须确保热力理论计算和实际运

16、行的安全可行锅炉由于是承压运行而且是热力学应用理论比较集中的安全重点设备，因此，其节能改造前必须进行热力参数科学计算，确保节能改造理论的可行性，这是前提和关键。7.4 严格规范锅炉日常运行管理十分必要燃烧煤质必须加强管理，如含硫量高的原煤，容易在膛壁管等部位形成黄斑和结焦，对炉壁管的表面腐蚀以及热交换效率产生重大影响；另外，锅炉的日常检查维护也很关键，对各重点部位运行情况的检查有利于锅炉的安全运行，减少爆管等安全事故发生。总结1）过热器是电厂锅炉运行的重要单元，过热器的作用是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，降低排烟损失，提高锅炉热效率，提高锅炉运行的环保性能。2）过热器布置方式上采用全逆流的方式，一

17、般220t/h级别炉膛内布置中温屏及水冷屏，低温过热器以一级屏的方式布置在炉膛内后，将代替水冷屏的位置。根据吸热比例分析，必然导致尾部省煤器受热面增加。3）锅炉属于结构复杂的大型热工机械系统。对流受热面是锅炉中实现热量传递的主要部分，传热计算在文章中有较详细的说明。 4）通过对煤粉炉、中温分离循环流化床锅炉、两级分离的循环流化床锅炉的过热器烟气侧对流传热系数的计算,结果表明在循环流化床锅炉过热器和省煤器的设计中烟气侧对流传热系数的选取上应考虑灰粒对传热影响的作用。 5）锅炉过热器蒸汽温度偏低的原因,主要是由于高温过热器热段受热面偏小造成的。主要有两种解决办法，一是增加低温过热器受热面方案,;二

18、是增加高温过热器热段受热面的方案。并且第二种方法较为合理。 6）锅炉运行状况是影响动力成本的重要方面，而锅炉节能改造又是国家节能减排的重要措施之一。因此加大对锅炉的环保方面的改造在经济和发展方面有着重要的意义。 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径2.1 研究并解决的问题（1） 锅炉部分对流受热面包括再热器过热器，因本课题中220t/h锅炉没有再热器，所以只需研究过热器相关数据及管排即可。（2） 整理本课题中锅炉的基本参数，额定蒸发量D=220t/h；压力=9.8Mpa；过热气温=540；给水温度= 215；冷空气温度=20 。（3） 整理燃烧计算及管布置所需的物理量，完成计算，完

19、成部分对流受热面的布置。（4） 绘制锅炉本体结构图，受热面的布置图、结构图，一律采用CAD制图，完成毕业论文。2.2 拟采用的研究手段及途径（1） 把握好毕业实习机会，深入了解锅炉的原理，工艺流程，熟悉各个主要设备的原理和作用。（2） 认真跟老师学习，遇到问题及时向老师请教，多做笔记，多分析，多整理。（3） 利用图书馆和网络，结合自己的实际进度查阅不同的文献资料，整理相关重要信息。参考文献1 高翔.烟气中灰粒对锅炉过热器、省煤器传热影响的研究.动力工程.1996（5）2 黄新元.最优化技术在中参数电站锅炉过热器设计中的应用.锅炉技术.1995：5 103 钟崴.基于遗传算法的锅炉对流受热面优化

20、设计.浙江大学学报.2012（12）：2291 22954 李国玲.关于对蒸汽锅炉过热器节能改造的探索与思考.际华三五零二职业装有限公司：155 郭学茂.220t/h级别高温高压CFB锅炉过热器布置方式探讨.机械管理开发.2013（135）：41 426 车有德.220t/h锅炉过热蒸汽温度偏低及其改进.唐山发电总厂新区热电厂.锅炉技术.19957 伍力.220 t/h锅炉过热器爆管原因分析及防治措施.华北电力技术.2000:58638 边疆.220t/h锅炉高温过热器超温原因试验研究.河北电力技术.1995（4）:14179 谢金芳，钟崴等.基于基环平差流量调节的锅炉水动力计算通用算法.浙江大学学报.2010（44）:49950410 冯俊凯，杨瑞昌.锅炉原理及计算.北京科技出版社.2003:37938611 吕薇.电站燃煤锅炉对流受热面的安全烟速计算方法.节能技术.1996（6）：101212 陈南扬，张永福.锅炉对流受热面传热计算偏差的分析.技术经济综述.2001(5):791结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：（小4号宋体，1.251.5倍行距）。本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：（小4号宋体，1.251.5倍行距）。指导教师意见： 指导教师： 年 月 日