1、第十章第十章 电站锅炉本体设计与布置电站锅炉本体设计与布置v v 锅炉本体布置锅炉本体布置是指炉膛及炉膛内辐射受热面、是指炉膛及炉膛内辐射受热面、对流烟道及其中的各对流受热面之间的相互关系对流烟道及其中的各对流受热面之间的相互关系及相对位置。及相对位置。根据锅炉容量参数、燃料种类、燃烧方式、根据锅炉容量参数、燃料种类、燃烧方式、循环方式和厂房布置等条件的不同，会产生不同循环方式和厂房布置等条件的不同，会产生不同的锅炉本体布置方案。的锅炉本体布置方案。一、锅炉本体的典型布置一、锅炉本体的典型布置：1. 型布置：型布置：应用范围最广应用范围最广的炉型。由垂直的炉型。由垂直柱体炉膛、柱体炉膛、水平烟
2、道和下行对流烟道组成。水平烟道和下行对流烟道组成。 型布置锅炉和厂房的高度较低，送引风机、除尘器型布置锅炉和厂房的高度较低，送引风机、除尘器等笨重设备可作等笨重设备可作低位布置低位布置（建筑在地面），减轻了厂（建筑在地面），减轻了厂房和锅炉构架的负载。房和锅炉构架的负载。a.型型 b.型型 c.T型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型 水平烟道中，可以采用简便的悬吊式受热面。水平烟道中，可以采用简便的悬吊式受热面。 烟气在竖井中向下流动，受热面易于布置成逆流传热烟气在竖井中向下流动，受热面易于布置成逆流传热方式，并使尾部受热面检修方便。方式，并使尾部受热面检修方便。 占地面积大，烟
3、道转弯易引起烟气速度场和飞灰浓度占地面积大，烟道转弯易引起烟气速度场和飞灰浓度场不均匀，影响传热性能，并造成受热面的局部磨损。场不均匀，影响传热性能，并造成受热面的局部磨损。a.型型 b.型型 c.T型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型2. 型布置：型布置：取消了取消了型布置中的水平烟道，保留型布置中的水平烟道，保留垂直柱垂直柱体炉膛和下行对流烟道。体炉膛和下行对流烟道。 型布置节省钢材，节约占地面积。型布置节省钢材，节约占地面积。 尾部受热面与尾部受热面与型布置一样，完全采用悬吊结构。型布置一样，完全采用悬吊结构。 一般搭配使用回转式空预器，不能使用管式空预器。一般搭配使用回转
4、式空预器，不能使用管式空预器。a.型型 b.型型 c.T型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型3. 塔型布置：塔型布置：对流对流烟道布置在炉膛的上方，锅炉垂直向烟道布置在炉膛的上方，锅炉垂直向上发展，取消了不宜布置受热面的转向室。上发展，取消了不宜布置受热面的转向室。 塔型布置锅炉炉墙表面和占地面积均较小。塔型布置锅炉炉墙表面和占地面积均较小。 对流烟道有自身通风作用，烟气阻力比对流烟道有自身通风作用，烟气阻力比型布置型布置小。小。 过热器和再热器采用水平布置，易于清除管内沉积物，过热器和再热器采用水平布置，易于清除管内沉积物，便于进行酸洗。便于进行酸洗。a.型型 b.型型 c.T
5、型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型 炉膛上部对流受热面内，烟气速度场和温度场分布较炉膛上部对流受热面内，烟气速度场和温度场分布较均匀，减小了流场不均匀造成的热偏差，有利于提高均匀，减小了流场不均匀造成的热偏差，有利于提高金属材料的安全裕度。金属材料的安全裕度。 烟气在对流受热面中不改变流动方向，烟气中的飞灰烟气在对流受热面中不改变流动方向，烟气中的飞灰不会因离心力而集中造成受热面的磨损，对于多灰燃不会因离心力而集中造成受热面的磨损，对于多灰燃料非常有利。料非常有利。a.型型 b.型型 c.T型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型 塔型布置的锅炉高度过大，过热器、再热
6、器和省煤器塔型布置的锅炉高度过大，过热器、再热器和省煤器都布置的很高，汽水管道较长。都布置的很高，汽水管道较长。 空预器、送引风机、除尘器等都采用高位布置（布置空预器、送引风机、除尘器等都采用高位布置（布置在锅炉顶部），加重了锅炉构架和厂房的负担，使造在锅炉顶部），加重了锅炉构架和厂房的负担，使造价提高。价提高。a.型型 b.型型 c.T型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型a.型型 b.型型 c.T型型 d.塔型塔型 e.半塔型半塔型 f.箱型箱型4. 半塔型布置：半塔型布置：对塔型布置进行改进，将塔型布置中的对塔型布置进行改进，将塔型布置中的空预器、送引风机、除尘器等笨重设备布
7、置在地面，空预器、送引风机、除尘器等笨重设备布置在地面，以减轻锅炉构架和厂房的负载，避免汽、水管道过长。以减轻锅炉构架和厂房的负载，避免汽、水管道过长。占地面积大于塔型布置。占地面积大于塔型布置。5. 箱型布置：箱型布置：主要用于容量较大的燃油燃气锅炉。特点主要用于容量较大的燃油燃气锅炉。特点是除空预器外的各个受热面都布置在一个箱型炉体中，是除空预器外的各个受热面都布置在一个箱型炉体中，结构紧凑、占地小、密封性好。结构紧凑、占地小、密封性好。二、影响锅炉本体布置的因素二、影响锅炉本体布置的因素1. 蒸汽参数：蒸汽参数：对锅炉本体布置有重大影响，不但对炉型对锅炉本体布置有重大影响，不但对炉型的选
8、择有决定性影响，还影响到锅炉受热面的布置。的选择有决定性影响，还影响到锅炉受热面的布置。参数的变化使锅炉内加热、蒸发和过热吸热量的比例参数的变化使锅炉内加热、蒸发和过热吸热量的比例发生变化。随参数的提高，蒸发吸热比例下降，过热发生变化。随参数的提高，蒸发吸热比例下降，过热吸热比例大幅度提高，这直接影响到省煤器、水冷壁、吸热比例大幅度提高，这直接影响到省煤器、水冷壁、过热器及再热器在炉内的布置。过热器及再热器在炉内的布置。不同参数等级下工质的不同吸热量比例不同参数等级下工质的不同吸热量比例 中压锅炉：中压锅炉：蒸发吸热比例较高，加热和过热吸热比例蒸发吸热比例较高，加热和过热吸热比例较少，一般用布
9、置在炉膛中的水冷壁即可满足蒸发吸较少，一般用布置在炉膛中的水冷壁即可满足蒸发吸热的要求。热的要求。 高压锅炉：高压锅炉：蒸发吸热比例减少，过热吸热比例提高，蒸发吸热比例减少，过热吸热比例提高，炉膛内燃料燃烧放出的辐射热供给蒸发吸热绰绰有余，炉膛内燃料燃烧放出的辐射热供给蒸发吸热绰绰有余，有必要将一部分过热器移入炉内，如顶棚过热器、布有必要将一部分过热器移入炉内，如顶棚过热器、布置在炉膛出口处的屏式受热面。并开始布置再热器。置在炉膛出口处的屏式受热面。并开始布置再热器。 超高压锅炉：超高压锅炉：蒸发吸热比例大幅减小，过热吸热比例蒸发吸热比例大幅减小，过热吸热比例大幅提高。必须将更多的受热面移入炉
10、内，开始放置大幅提高。必须将更多的受热面移入炉内，开始放置前屏过热器，再热器一般位于水平烟道后部和尾部烟前屏过热器，再热器一般位于水平烟道后部和尾部烟道上部。道上部。 亚临界压力锅炉：亚临界压力锅炉：过热吸热比例进一步增大，过热器过热吸热比例进一步增大，过热器和再热器受热面积需进一步增加。在减少水冷壁面积和再热器受热面积需进一步增加。在减少水冷壁面积的同时，再热器的布置向炉膛发展。的同时，再热器的布置向炉膛发展。 超临界压力锅炉：超临界压力锅炉：只能采用直流锅炉，不存在蒸发受只能采用直流锅炉，不存在蒸发受热面。热面。2. 锅炉容量：锅炉容量：锅炉容量与蒸汽参数一般同向变化，即大锅炉容量与蒸汽参
11、数一般同向变化，即大容量的锅炉，一般蒸汽参数也高。容量的锅炉，一般蒸汽参数也高。 随锅炉容量增大，炉膛的几何尺寸呈现非线性增大，随锅炉容量增大，炉膛的几何尺寸呈现非线性增大，并且炉膛容积的增幅大于炉膛截面积的增幅。并且炉膛容积的增幅大于炉膛截面积的增幅。 随锅炉容量增大，炉墙面积的增加落后于锅炉容量的随锅炉容量增大，炉墙面积的增加落后于锅炉容量的增大，水冷壁面积增加较慢，炉膛出口烟温提高。为增大，水冷壁面积增加较慢，炉膛出口烟温提高。为了保证炉膛出口烟温不至过高，可采用双面水冷壁或了保证炉膛出口烟温不至过高，可采用双面水冷壁或在炉膛上部布置较多的屏式受热面。在炉膛上部布置较多的屏式受热面。 随
12、锅炉容量增大，烟气容积增幅超过炉膛几何尺寸的随锅炉容量增大，烟气容积增幅超过炉膛几何尺寸的增幅，为了保持对流烟道内的烟气速度不至过高，锅增幅，为了保持对流烟道内的烟气速度不至过高，锅炉对流烟道的尺寸可以接近甚至超过炉膛尺寸。但对炉对流烟道的尺寸可以接近甚至超过炉膛尺寸。但对流烟道尺寸过大易造成烟气流场不均，因此可采用流烟道尺寸过大易造成烟气流场不均，因此可采用T型布置，炉膛两侧都有对流烟道，每侧的对流烟道尺型布置，炉膛两侧都有对流烟道，每侧的对流烟道尺寸缩小，保证烟气流场均匀。寸缩小，保证烟气流场均匀。 大容量锅炉的过热器和再热器采用更多并列管数管圈。大容量锅炉的过热器和再热器采用更多并列管数
13、管圈。蛇形管的结构蛇形管的结构单管圈单管圈 双管圈双管圈 多管圈多管圈过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管圈，这圈，这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽流速有关与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽流速有关。在烟气通路截面不变并保持烟气流速的情况下，可通在烟气通路截面不变并保持烟气流速的情况下，可通过改变管圈数目来改变过改变管圈数目来改变蒸汽速度蒸汽速度。如由单管圈变为双。如由单管圈变为双管圈，蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来管圈，蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来的一半，而过热器若顺列布置，则管圈的增加不影响的一半，而过热器若顺列布置，则
14、管圈的增加不影响烟气通路截面和烟气流速。烟气通路截面和烟气流速。3. 燃料：燃料：燃料的种类和性质对锅炉布置影响较大。固体燃料的种类和性质对锅炉布置影响较大。固体燃料的挥发分、水分、灰分、硫分含量及灰分的性质燃料的挥发分、水分、灰分、硫分含量及灰分的性质等都会影响锅炉的布置。等都会影响锅炉的布置。 挥发分：挥发分低的煤，不易着火和燃尽，因此炉膛挥发分：挥发分低的煤，不易着火和燃尽，因此炉膛容积热负荷取小些，炉膛截面热负荷取较大，炉膛呈容积热负荷取小些，炉膛截面热负荷取较大，炉膛呈瘦高状，既保证了煤粉在炉内的停留时间，又保持燃瘦高状，既保证了煤粉在炉内的停留时间，又保持燃烧器区域的高温，同时有利
15、于尾部烟道的合理布置。烧器区域的高温，同时有利于尾部烟道的合理布置。同时敷设卫燃带。同时敷设卫燃带。 水分：水分增大会引起炉膛温度下降，使炉内辐射传水分：水分增大会引起炉膛温度下降，使炉内辐射传热量减小，对流吸热量增大。水分多的煤要求较高的热量减小，对流吸热量增大。水分多的煤要求较高的热风温度，一般采用热风送粉系统，同时需增大空预热风温度，一般采用热风送粉系统，同时需增大空预器的受热面积。器的受热面积。 灰分：灰分增多会加剧对流受热面的磨损，尤其是烟灰分：灰分增多会加剧对流受热面的磨损，尤其是烟气转弯的局部地方。应采用较低的烟气速度。锅炉可气转弯的局部地方。应采用较低的烟气速度。锅炉可采用塔型
16、或半塔型布置，烟气在对流烟道中不改变流采用塔型或半塔型布置，烟气在对流烟道中不改变流动方向，对减少受热面磨损有利。动方向，对减少受热面磨损有利。 灰分的性质：主要是灰熔点和灰成分。灰熔点影响炉灰分的性质：主要是灰熔点和灰成分。灰熔点影响炉膛出口烟气温度的选择，进而影响炉膛内辐射吸热量膛出口烟气温度的选择，进而影响炉膛内辐射吸热量与对流吸热量的比例，也影响受热面的结构尺寸。与对流吸热量的比例，也影响受热面的结构尺寸。 硫分：对锅炉低温腐蚀和高温腐蚀均有影响，因此也硫分：对锅炉低温腐蚀和高温腐蚀均有影响，因此也需注意受热面的布置。需注意受热面的布置。v 一、一、 炉膛热强度：炉膛热强度：是锅炉的主
17、要设计热力参数。是锅炉的主要设计热力参数。1. 炉膛容积热负荷：炉膛容积热负荷：单位时间、单位炉膛容积内，燃单位时间、单位炉膛容积内，燃料燃烧所释放出的热量。反映煤粉气流在料燃烧所释放出的热量。反映煤粉气流在炉内的停炉内的停留时间。留时间。,3,kW/mcalar netVfB QqVqV过大：过大： 锅炉容量一定，则炉膛容积过小，造成煤粉气流在锅炉容量一定，则炉膛容积过小，造成煤粉气流在炉膛停留时间炉膛停留时间过小，造成不完全燃烧，过小，造成不完全燃烧，q3、q4。 炉膛容积炉膛容积，水冷壁面积，水冷壁面积，炉温和炉膛出口烟气温，炉温和炉膛出口烟气温度度，易结渣；排烟温度，易结渣；排烟温度，
18、q2。qV过小：过小： 炉膛容积炉膛容积 ，炉温，炉温，对着火和稳定燃烧不利；水冷，对着火和稳定燃烧不利；水冷壁面积壁面积，金属耗量，金属耗量，造价，造价。,3,kW/mcalar netVfB QqV2. 炉膛截面热负荷炉膛截面热负荷qA：单位时间、炉膛单位截面上，燃料单位时间、炉膛单位截面上，燃料燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平。燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平。 qA，A，炉膛截面周长，炉膛截面周长，水冷壁面积，水冷壁面积，燃烧器区域，燃烧器区域温度温度，可能导致燃烧器区域结渣，可能导致燃烧器区域结渣，NOX。 qA，A，燃烧器区域温度，燃烧器区域温度，不利于着火。，
19、不利于着火。 锅炉设计时，可根据选用的锅炉设计时，可根据选用的qV、qA确定炉膛容积和截面确定炉膛容积和截面积，并由此决定炉膛宽度、深度及高度。积，并由此决定炉膛宽度、深度及高度。 低挥发分煤，为了稳定着火，低挥发分煤，为了稳定着火，qA应该取大些；灰熔点较应该取大些；灰熔点较低的煤，为了避免结渣，低的煤，为了避免结渣，qA应该取小些。比如，应该取小些。比如，无烟煤无烟煤为了燃尽为了燃尽qV值小，为了稳定着火值小，为了稳定着火qA值大，炉膛呈瘦高状。值大，炉膛呈瘦高状。,2,kW/mcalar netAB QqA3. 燃烧器区域壁面热负荷燃烧器区域壁面热负荷qB：单位时间、燃烧区域单位炉壁面单
20、位时间、燃烧区域单位炉壁面积上，燃料燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平积上，燃料燃烧所释放出的热量。反映燃烧器区域温度水平及火焰集中情况。及火焰集中情况。 qB，火焰越集中，燃烧器区域温度，火焰越集中，燃烧器区域温度，对着火和稳定燃烧有，对着火和稳定燃烧有利，但可能导致燃烧器区域壁面结渣，利，但可能导致燃烧器区域壁面结渣，NOX。4. 炉膛壁面热负荷炉膛壁面热负荷qf：也称炉膛辐射受热面的热流密度。可用也称炉膛辐射受热面的热流密度。可用于计算锅炉水动力工况及判断管壁温度高低。于计算锅炉水动力工况及判断管壁温度高低。 qf，炉膛单位壁面吸收的热量，炉膛单位壁面吸收的热量，炉内烟气温度，炉
21、内烟气温度，易造成，易造成水冷壁结渣。水冷壁结渣。,2,kW/mcalar netBBB QqA2,kW/mrecalffB QqF二、二、 炉膛出口烟气温度炉膛出口烟气温度 ： 过高：炉内辐射受热面布置过少，造成炉膛出口处过高：炉内辐射受热面布置过少，造成炉膛出口处对流受热面易结渣。对流受热面易结渣。 过低：炉内辐射受热面布置太多，造成炉膛温度降过低：炉内辐射受热面布置太多，造成炉膛温度降低，影响稳定燃烧和换热。低，影响稳定燃烧和换热。一般根据锅炉受热面的一般根据锅炉受热面的辐射和对流传热的最佳比辐射和对流传热的最佳比值值（使辐射受热面和对流受热面的金属耗量及总成本（使辐射受热面和对流受热面
22、的金属耗量及总成本最小）对应的最小）对应的 约为约为1250。为保证炉膛出口处对流受热不结渣，为保证炉膛出口处对流受热不结渣， 不应超过不应超过灰的软化温度灰的软化温度ST-100。当无可靠灰熔点时，一般取当无可靠灰熔点时，一般取1050。三、三、 排烟温度排烟温度 ：燃料费用和尾部受热面金属费用总燃料费用和尾部受热面金属费用总和最少时所对应的温度。和最少时所对应的温度。 较低，排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料；较低，排烟热损失小，锅炉热效率高，节约燃料；但由于尾部受热面传热温压降低，金属耗量增多。但由于尾部受热面传热温压降低，金属耗量增多。 含硫量较高的燃料，排烟温度含硫量较高的燃料，排
23、烟温度 应取较高值，以避免应取较高值，以避免低温腐蚀和堵灰，影响锅炉工作的可靠性。低温腐蚀和堵灰，影响锅炉工作的可靠性。四、热空气温度四、热空气温度trk：主要取决于燃料的性质。主要取决于燃料的性质。 着火性能好、水分低的燃料，采用较低的着火性能好、水分低的燃料，采用较低的trk。 着火性能差、水分高的燃料，采用较高的着火性能差、水分高的燃料，采用较高的trk。pypypy五、工质质量流速：五、工质质量流速：对受热面运行的安全性和经济性有对受热面运行的安全性和经济性有很大影响。很大影响。 质量流速太低：工质的传热能力下降，受热面管壁温质量流速太低：工质的传热能力下降，受热面管壁温度升高，影响受
24、热面的安全运行。度升高，影响受热面的安全运行。 质量流速太高：工质的流动阻力大。一般要求过热器质量流速太高：工质的流动阻力大。一般要求过热器系统的总阻力应不大于过热器出口压力的系统的总阻力应不大于过热器出口压力的10%；再热；再热系统的总阻力应不大于系统的总阻力应不大于0.2MPa；省煤器中水的阻力应；省煤器中水的阻力应不大于汽包压力的不大于汽包压力的10%。 对于非沸腾式省煤器，质量流速的下限应避免受热面对于非沸腾式省煤器，质量流速的下限应避免受热面内部的氧腐蚀；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工内部的氧腐蚀；对于沸腾式省煤器，则应避免管内工质的汽水分层。质的汽水分层。六、烟气速度：六、烟气速度：同样同样对受热面运行的安全性和经济性也对受热面运行的安全性和经济性也有影响。有影响。 烟气速度太低：受热面积灰加重，对流传热下降，受烟气速度太低：受热面积灰加重，对流传热下降，受热面面积增加。热面面积增加。 烟气速度太高：飞灰磨损加重。烟气速度太高：飞灰磨损加重。 锅炉额定负荷下，考虑磨损后横向冲刷受热面的极限锅炉额定负荷下，考虑磨损后横向冲刷受热面的极限烟速：对于一般的煤为烟速：对于一般的煤为910 m/s；对于灰多和灰分磨；对于灰多和灰分磨蚀性较强的燃料为蚀性较强的燃料为78 m/s；对于灰少和磨蚀性较弱；对于灰少和磨蚀性较弱的煤为的煤为1012 m/s。Thank you!
