锅炉设计基础.ppt
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1、锅炉设计基础,中国特种设备检测研究中心 李林录 2004年10月,锅炉设计基础,一、概述 1、锅炉设计的几个主要方面 ( 1 )锅炉结构设计 ( 2 )锅炉燃烧系统设计 ( 3 )锅炉燃烧计算 ( 4 )锅炉热力计算 ( 5 )管壁温度计算 ( 6 )锅炉强度计算 ( 7 )锅炉水动力计算(含流动阻力计算) ( 8 )锅炉空气动力计算,锅炉设计基础,2、设计要求: 确定锅炉型式; 决定各部件的构造及尺寸; 在保证安全可靠的基础上力求技术先进、节约金属、制造安装简便、高效率、低燃料消耗;,锅炉设计基础,3、锅炉设计时已知条件: (1)燃料特性; (2)煤粉制备系统、燃烧设备的型式; (3)根据发
2、电机组的运行参数确定的锅炉设计参数,如锅炉额定蒸发量、给水压力与给水温度、过热蒸汽额定压力与温度、再过热蒸汽流量、再过热蒸汽额定压力与温度。,锅炉设计基础,4、锅炉设计计算: (1)锅炉设计计算是在锅炉额定负荷下进行的,也就是锅炉各部件的结构尺寸是按额定负荷设计的。 (2)锅炉设计工作的特点之一是按指定的燃料设计的,锅炉对燃料的适应性差,燃料的通用范围小。如果燃用非设计燃料将使燃烧特性与锅炉的热力特性发生变化,甚至发生故障。,锅炉设计基础,5、锅炉校核计算: (1)锅炉校核计算是根据已有的锅炉结构数据,对改变负荷、燃料、运行工况或改变某些部件结构的情况下确定各受热面交界处的水温、汽温、空气温度
3、烟气温度、锅炉效率、燃料耗量、及空气烟气流量、流速。 (2)校核的目的是为了估计锅炉在非设计工况下运行的经济指标,寻求改进锅炉结构的必要措施,以及为选择辅助设备和进行管壁温度计算、锅炉水动力计算、锅炉空气动力计算、锅炉强度计算和其他可靠性计算提供数据及资料。,锅炉设计基础,二、锅炉的结构设计要求: 锅炉的设计必须符合安全、可靠的要求。 (1) 各部分在运行时应能按设计预定方向自由膨胀; (2) 保证各循环回路的水循环正常,所有受热面都应得到可靠的冷却; (3)各受压部件应有足够的强度; (4)受压元、部件结构的形式、开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力和应力集中; (5)水冷壁炉膛的结构应
4、有足够的承载能力;,锅炉设计基础,(6)炉墙应具有良好的密封性; (7)承重结构在承受设计载荷时应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性; (8)便于安装、运行操作、检修和清洗内外部; (9)燃煤粉的锅炉,其炉膛和燃烧器的结构及布置应与所设计的煤种相适应,并防止炉膛结渣或结焦。,锅炉设计基础,(10)额定蒸汽压力大于或等于3.8MPa的锅炉,锅筒和集箱上应装设膨胀指示器。悬吊式锅炉本体设计确定的膨胀中心应予固定; (11)锅炉锅筒的最低安全水位,应能保证下降管可靠供水; (12)凡属非受热面的元件,如由于冷却不够,壁温可能超过该元件所用材料的许用温度时,应予绝热;,锅炉设计基础,(13)装设空
5、气预热器的燃油锅炉,尾部应装设可靠的吹灰及灭火装置。燃煤粉锅炉在炉膛和布置有过热器、再热器的对流烟道、应装设吹灰器; (14)装有可分式铸铁省煤器的锅炉,宜采用旁路烟道或其他有效措施,同时应装设旁通水路。装有不可分式省煤器的锅炉,应装设再循环管或采取其他措施防止锅炉启动点火时省煤器烧坏;,锅炉设计基础,(15)膜式水冷壁鳍片与管子材料的膨胀系数应相近,鳍片宽度应保证鳍片各部分在锅炉运行中的温度不超过所用材的许用温度; (16)为确保过热器、再热器在启动及甩负荷时的冷却,应采取向空排汽、装设蒸汽旁通管路或限制烟温等措施。,锅炉设计基础,(17)锅炉主要受压元件的主焊缝锅筒及集箱的纵向和环向焊缝,
6、封头的拼接焊缝等应采用全焊透的对接焊接;,锅炉设计基础,(18)锅炉的下降管与集箱连接时,应在管端或集箱上开全焊透型坡口。当下降管的外径小于或等于108MM且采用插入式结构时可不开坡口。对于额定蒸汽压力大于或等于3.8MPa的锅炉,集中下降管管接头与筒体和集箱的连接必须采用全焊透的接头型式,焊接时要保证焊透。额定蒸汽压力大于或等于9.8MPa的锅炉,管子或管接头与锅筒、集箱、管道连接时,应在管端或锅筒、集箱、管道上开全焊透型坡口(长管接头除外)。,锅炉设计基础,(19)凡能引起锅筒(锅壳)壁或集箱壁局部热疲劳的连接管(给水管、减温水管等),在穿过锅筒(锅壳)壁或集箱壁处应加装套管;,锅炉设计基
7、础,(20)受压元件上管孔的布置应符合下列规定: a胀接管孔中心与焊缝边缘及管板扳边起点的距离不应小于0.8d(d为管孔直径),且不小于0.5d+12mm。胀接管孔不得开在锅筒筒体的纵向焊缝上,同时亦应避免开在环焊缝上。 如结构设计不能避免时,在管孔周围60mm(若管孔直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经射线探伤合格,且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣,并对开孔部位的焊缝内外表面进行磨平和将受压部件整体热处理后,方可在环向焊缝上开胀接管孔;,锅炉设计基础,b.集中下降管的管孔不得开在焊缝上。其他焊接管孔亦应避免开在焊缝上及其热影响区。如不能避免时,在管孔周围60mm(若管孔直径大于60mm,
8、则取孔径值)范围内的焊缝经射线或超声波探伤合格,并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣,管接头焊后经热处理消除应力的情况下,方可在焊缝上及热影响区开孔。,锅炉设计基础,(21)锅筒(筒体壁厚不相等的除外)上相邻两筒节的纵向焊缝都不应彼此相连。其焊缝中心线间外圆弧长至少应为较厚钢板厚度的3倍,且不小于100mm。,锅炉设计基础,(22)锅炉受热面管子直段上,对接焊缝间的距离不应小于150mm。 受热面管子的对接焊缝中心线至管子弯曲起点、锅筒及集箱外壁、管子支、吊架边缘的距离至少为50mm;对于额定蒸汽压力大于3.8MPa的锅炉至少为70mm。 对于管道上述距离应不小于管道外径,且不小于100mm。 受热
9、面管子以及锅炉汽水管道如采用无直段弯头,无直段弯头与管道对接焊缝应经100%射线探伤合格。受热面管子上无直段弯头的弯曲部位不宜焊接任何元件;,锅炉设计基础,(23)受压元件主要焊缝及其邻近区域应避免焊接零件。如不能避免,则焊接零件的焊缝可穿过主要焊缝,而不应在焊缝及其邻近区域终止,以避免在这些部位发生应力集中;,锅炉设计基础,(24)锅筒纵、环缝两边的钢板中心线应对齐。锅筒环缝两侧的钢板不等厚时,一般应采用中心线对齐,也允许一侧的边缘对齐。 公称壁厚不同的两元件或钢板对接时,两侧中任何一侧的名义边缘厚度差值若超过规定的边缘偏差值,则厚板的边缘须削至与薄板边缘平齐,削出的斜面应平滑,并且斜率不大
10、于1:4 ;,锅炉设计基础,(25)额定蒸发量小于或等于75t/h的水管锅炉,当采用煤粉、油或气体作燃料时,在炉膛和烟道等容易爆燃的部位一般应设置防爆门。防爆门的设置应不致危及人身的安全; (26)封头的弯曲部位不宜焊接任何元件; (27)微正压燃烧的锅炉,炉墙、烟道和各部位门孔必须有可靠的密封,看火孔必须装设防止火焰喷出的联锁装置。,锅炉设计基础,(28)锅炉上开设的人孔、头孔、手孔、清洗孔、检查孔、观察孔的数量和位置应满足安装、检修,运行监视和清洗的需要; 锅炉受压元件的人孔盖、头孔盖、手孔盖应采用内闭式结构。额定蒸汽压力大于3.8MPa的锅炉,其受压元件的手孔盖可采用焊接式结构。,锅炉设
11、计基础,(29)操作人员立足地点距离地面(或运转层)高度超过3000mm的锅炉,应装设平台、扶梯和防护栏杆等设施。锅炉的平台、扶梯应符合下列规定: 1.扶梯和平台的布置应保证操作人员能顺利通向需要经常 2.扶梯和平台应防滑,平台应有防火设施。 3.扶梯、平台和需要操作及检查的炉顶周围,都应有铅直高度不小于1000mm的栏杆、扶手和高度不小于80mm的挡脚板。 4.扶梯的倾斜角度以45- 50为宜。如布置上有困难时,倾斜角度可以适当增大。 5.水位表前的平台到水位表中间的铅直高度应为1000-1500mm。,锅炉设计基础,三、锅炉燃烧计算 1、燃料: 固体燃料煤、油页岩、木材等 液体燃料重油、各
12、种渣油及炼焦油 气体燃料天然气、工艺气(高炉煤气、焦炉煤气等)等,锅炉设计基础,2、煤: 无烟煤含碳量高,挥发份低,灰分低,水分低,热值高(2500032000Kj),着火困难,燃尽不容易。 烟煤含碳量较高,挥发份不大,灰分不大,水分不大,热值高(约20000Kj),着火不容易,有的易结焦。 褐煤含碳量较高,挥发份高,灰分和水分大,热值低(约1000020000Kj),着火及燃尽容易。 泥煤含碳量低,挥发份很高,灰分和水分很大,热值很低(约800010000Kj),着火容易。,锅炉设计基础,3、燃料(煤)成分: 碳(C)主要可燃元素。 氢(H)含量少 氧(0)及氮(O)不可燃,氮为有害元素 硫
13、(S)有害元素 灰分不可燃。结渣、积灰、磨损。 水分降低炉内温度,低温腐蚀及堵灰。,锅炉设计基础,4、燃烧所需空气量与烟气量计算: 根据燃料成分分析数据,应用化学原理计算。 (1)理论空气量V0 (1Kg燃料完全燃烧所需空气量) V0 (1.866Cy +5.55Hy +0.7Sy -0.7Oy )/21 (2)理论烟气量Vy0 (1Kg燃料完全燃烧所产生的烟气量) Vy0由Vco20 、 Vso20 、 VH2O0 、 VN20 组成。,锅炉设计基础,5、过量空气系数: 为了保证燃料与空气成分混合燃烧,送入炉膛的空气量均大于理论空气量,其比值称为过量空气系数。一般取1.2左右,根据燃料特性选
14、取。 过量空气系数与机械不完全燃烧热损失、化学不完全燃烧热损失,排烟热损失之间密切相关,应取合理值。,锅炉设计基础,5、燃料耗量计算: Bj=Q/( Qr) 100。 Q锅炉有效利用热(Kj) Qr燃料发热量(Kj/Kg) 锅炉热效率,锅炉设计基础,四、锅炉燃烧系统设计 1、燃烧系统设计要求: (1)保证着火及时而又稳定 (2)保证较好的燃尽程度, (3)应防止发生严重结渣, (4)具有良好的调节性能,以适应煤质或负荷的变化。,锅炉设计基础,2、燃烧器种类 漩流燃烧器:燃烧器的出口气流为旋转射流。 直流燃烧器:燃烧器的出口气流为直流射流。,锅炉设计基础,3、 炉膛型式、高度及截面尺寸的设计 炉
15、膛容积热负荷:qv=Q/V 炉膛断面热负荷: qA=Q/V 要从燃烧与传热二个方面考虑,并应考虑燃料特性,应使燃料在炉内有足够的停留时间以保证其充分燃烧、要求炉内能布置足够的水冷壁,使炉膛出口烟温在允许的范围内,以保证不出现结渣。,锅炉设计基础,3、热空气 一次风:输送煤粉时偕同煤粉一起送入炉膛的热风。 二次风:燃烧所需的空气量光一次风远远不够,还需大量的热风送至燃烧器,这为二次风。 三次风:热风送粉的储仓式制粉系统中含有一定量细粉的乏气。,锅炉设计基础,一次风风率与风速增大,则着火推迟,应根据燃料的着火性能选择一次风率与风速。 二次风风率与风速与煤粉与空气的有效混合及燃尽程度有关。 一次风、
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