南京工程学院
毕业设计说明书(论文)
作者：学号：
系部：
专业：热能与动力工程
题目：600MW超超临界燃煤发电机组锅炉制
粉及燃烧系统设计（淮南煤）
指导者：讲师
评阅者：讲师
2016 年5月南京
毕业设计说明书（论文）中文摘要
毕业设计说明书外文摘要
目录
前言..... .. (1)
第一章制粉系统与燃烧系统简介 (2)
1.1 制粉系统简介 (2)
1.2 煤粉燃烧器简介 (3)
第二章主要设计参数及辅助计算 (5)
2.1 原始数据 (5)
2.2 辅助计算： (6)
2.3 锅炉热平衡计算： (7)
第三章制粉系统和磨煤机的选择 (9)
3.1 选择依据 (9)
3.2 制粉系统和磨煤机的选型 (9)
第四章制粉系统的热力计算 (14)
4.1 一般原则 (14)
4.2中速磨煤机直吹式制粉系统的热力计算 (14)
4.3双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统的热力计算 (19)
第五章制粉系统的空气动力计算 (25)
5.1基本原则 (25)
5.2中速磨直吹式制粉系统的空气动力计算 (25)
第六章制粉系统管道设计与计算 (27)
6.1制粉系统管道设计原则 (27)
6.2直吹式制粉系统设计计算 (27)
6.3双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统管道设计计算及布置 (35)
第七章制粉系统辅助设备的选择及设计 (44)
7.1 原煤仓 (44)
7.2 给煤机 (45)
7.3 粗粉分离器 (45)
7.4 细粉分离器 (46)
7.5节流元件 (47)
7.6制粉系统的风机 (47)
第八章直吹式制粉系统两种磨煤机的比较分析 (51)
第九章燃烧器的设计计算 (52)
9.1 燃烧器设计原则 (52)
9.2 燃烧器的选型与布置方式 (52)
9.3 燃烧器的设计计算 (53)
9.4 燃烧器结构设计 (56)
第十章总结 (59)
10.1本次设计成果 (59)
10.2本次设计存在的不足 (59)
参考文献 (60)
致谢..... (61)
附录..... (62)
前言
经济的快速发展使中国电力行业面临环境保护、资源节约、资源的合理开发与有效利用等多种压力。目前中国资源消耗非常严重，使得环境污染越来越严重，这大大影响了资源、环境与经济的可持续发展。以煤炭为例，尽管这些年我国燃煤发电技术水平提高较快，但大多数电厂设备仍然落后且没有按规定搞排放治理，在很大程度上造成了煤炭利用的低效率、高能耗、高污染。随着人们环保意识的加强，我国开始加大力度调整火力发电行业的结构。到“十一五”末期，已经关掉4000万千瓦小火电，并且新建了一批百万燃煤机组。在这期间，国家大力开展“绿色发电”，开始新建燃气发电，太阳能发电，核能发电。这是从根本上解决能源危机，对调整产业结构，转变增长方式，保护环境起到了关键的作用。为了适应和满足高参数大容量机组发展的要求，制粉系统与燃烧系统的优化、其它设备部件的科学选型、机组合理运行方式的选择已成为共识。制粉系统与燃烧系统是火力发电厂的主要系统之一，它们的性能优劣和运行的良好，直接关系到整个发电机组的安全性和经济性。
本设计是600MW超超临界燃煤发电机组锅炉制粉及燃烧系统设计(淮南煤)，根据机组锅炉给定参数和煤种特性进行锅炉辅助计算，然后根据煤种的特性确定制粉系统及磨煤机的类型、进行制粉系统的热力计算、制粉系统的空气动力计算、制粉系统管道设计计算。然后进行制粉系统辅助设备的选型，最终确定适用于淮南烟煤的制粉系统及磨煤机类型。最后对燃烧器进行优化设计，从而提高整个机组热效率。
由于知识水平有限，设计中如有一些不足之处，还请评审老师给予批评和指正。
第一章制粉系统与燃烧系统简介
1.1 制粉系统简介
火力发电厂制粉系统是指将原煤通过磨煤机等磨制成一定细度的煤粉，并通过一次风系统输送至锅炉进行悬浮燃烧放热的所有设备和相关连接管道组成的系统。
煤粉制备系统可分为直吹式系统和中间储仓式系统两大种类。直吹式制粉系统是指将原煤经磨煤机等一系列设备磨制成煤粉后直接送入炉膛中燃烧；中储式制粉系统是先将磨制好后的煤粉送入煤粉仓中储存起来，然后再根据锅炉负荷的要求，通过给粉机将煤粉送入炉膛内燃烧。
1.1.1直吹式制粉系统
在直吹式制粉系统中，磨煤机磨制好的煤粉通过一次风系统全部直接送入炉膛中燃烧。而且所有磨煤机磨制的煤粉总量都等于锅炉燃煤量。直吹式制粉系统一般配用中、高速磨煤机，也可以配双进双出的球磨机。配用中速磨的直吹式制粉系统有正压式和负压式[1]。在负压直吹式制粉系统中，原煤与热空气通过排粉风机进入锅炉燃烧。因此，排粉风机磨损比较严重，降低了风机效率，增加运行的电耗以及风机维护更换的费用。此外，负压直吹式系统漏风比较严重，大量的冷空气漏入炉膛，导致锅炉运行稳定性下降，效率降低。
正压直吹式制粉系统，通过排粉风机的不是风粉混合物，而是空气，因此不存在风机磨损问题，且系统内部为正压，因此不会有冷风漏入到系统中，这导致正压直吹式制粉系统的可靠性和经济性都比负压直吹式制粉系统高。但由于内部为正压，因此必须采取适当的密封措施，保证煤粉不向外泄漏。
目前国内采用带风扇磨的直吹式制粉系统磨制烟煤时，大多采用热风作干燥剂；而磨制高水分褐煤时，多采用热风与炉烟混合作干燥剂。而从国外引进的配双进双出球磨机的正压直吹式制粉系统有以下优点：煤种适应性好，适于磨制高灰分、强磨损性、以及挥发分低的煤种；钢球磨煤机的煤粉细度比较稳定，不会受机组负荷变化的影响，当机组处于低负荷运行时，煤粉在筒体内停留更长时间，使磨制的煤粉更细，有利于改善低负荷运行时炉膛内
燃烧的不稳定性。
1.1.2中间储仓式制粉系统
在中储式制粉系统中，磨煤机的制粉总量不需要与锅炉燃煤总量保持一致，磨煤机的运行方式与机组的运行方式有一定的相互独立性，磨煤机能够保持在经济负荷条件下运行。因此中间储仓式制粉系统一般适合筒式钢球磨煤机。
由于筒式钢球磨煤机的轴颈密封性不好，不宜采用正压式运行，故配备筒式钢球磨煤机的中储式制粉系统均在负压条件下运行，并要求球磨机在进口处维持200Pa的负压。与直吹式制粉系统相比较，由于一些需要中间储仓式制粉系统增加了细粉分离器、煤粉仓、螺旋输送机、给粉机等设备。中储式制粉系统中，原煤和干燥用的热风同时进入干燥管内混合并且进入磨煤机，经磨煤机磨制好的煤粉由干燥剂带出，经粗粉分离器分离后，合格的煤粉被热风送入细粉分离器进行气粉分离，分离出来的煤粉最后进入煤粉仓。
1.2 煤粉燃烧器简介
在锅炉设备中，燃烧器是很重要的一项设备，它是其中的主要设备。其作用是将携带煤粉的一次风与二次风送入炉膛，并使其充分混合，保证煤粉在炉膛内能充分燃烧。
对燃烧器工作的基本要求是：
1.能够组织较好的空气动力场，使煤粉与空气能很好的混合，保证其能充分燃烧。
2.应保证NO
的生成量在国家符合的范围内。
X
3.较好的燃料适应性和负荷调节范围。
4.易于实现远程或自动控制。
煤粉燃烧器虽然有很多，但主要有两大类，分别为旋流式燃烧器和直流式燃烧器。
1.2.1旋流燃烧器
旋流式煤粉燃烧器是利用旋转气流最后获得旋转运动。旋转气流的主要特点有燃烧器中心形成低压区，然后利用燃烧器出口气流与主气流形成流动相反的回流运动，故而在内部能产生内回流区。旋流燃烧器主要分为两大类，
即蜗壳型旋流器与叶片型旋流器，它们分类的依据是生产旋转气流的方法不同。
1.2.2直流式燃烧器
由于直流燃烧器一般用于大机组。炉膛相对较大，因此直流式燃烧器喷口喷出的一、二次风都是直流湍流自由射流。直流燃烧器一般都采用四角切圆燃烧，而且它的分类为均等配风直流燃烧器和分级配风直流燃烧器。依据是燃烧器中一次风喷口与二次风喷口的布置情况。
第二章主要设计参数及辅助计算
2.1 原始数据
按照芜湖某电厂600MW火电机组锅炉设计参数进行设计，本期工程的设计煤种为淮南燃煤，煤质及灰成份分析数据如表2-1。
表2-1 煤种参数
2.1.1锅炉主要参数如表2-2
表2-2 锅炉主要参数
2.2 辅助计算：
2.2.1 燃烧产物和锅炉热平衡计算
1.煤种判别
由V daf =39.89%<40%,故属于烟煤。由燃料特性得，Q ar,net,p =20510kJ/kg>18840kJ/kg，所以属于优质烟煤。
2.燃烧计算
燃烧计算表如表2-3。
2.3 锅炉热平衡计算：锅炉热平衡计算如表2-4。
第三章 制粉系统和磨煤机的选择
3.1 选择依据
根据锅炉炉膛特点以及煤的燃烧特性、爆炸特性、磨损特性、煤粉细度等来选择制粉系统的磨煤机。当煤粉的干燥无灰基挥发分大于10% 时，应当考虑煤粉的防爆问题。
由于本次设计采用的是淮南烟煤，根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》可知适合选用钢球磨贮仓式制粉系统或中速磨直吹式制粉系统.
3.2 制粉系统和磨煤机的选型
3.2.1 磨煤机选型 1.煤的可磨性
煤被磨碎成煤粉的难易程度称为可磨性指数。此次设计煤种的可磨性指数为HGI=65。进行转换得：K VTI =0.0149HGI+0.32=1.2885[3]。
2.煤的磨损性
磨损性是指煤在研磨过程中对设备的磨损程度。由第二章表2-1知AI=43
τ
δ
A =
ke (3-1) 其中：A--- 标准煤的磨损率，一般取10kg/min ； τ---煤样本研磨至R90=25%时所需要的时间； δ---纯铁试片在煤样研磨至R90=25%时的磨损量；
AI 25.0=τδ,带入公式得075.140
4340ke ===AI 3.煤粉的爆炸特性
当锅炉系统内沉积的煤粉达到一定程度后引起自然会造成煤粉爆炸。以下这些因素会造成煤粉爆炸：煤粉细度、煤粉的水分、煤粉的灰分含量，气粉混合物温度，煤粉的挥发分，以及气粉混合物中的含氧量等。根据规定知，当V daf >35%为极易易爆，而本次设计的淮南烟煤 V daf =39.89%，所以为极易爆炸。因此需要采取相应的防爆措施。
4.煤和煤粉的水分
根据设计技术规范，煤粉水分一般的范围为 M PC =（0.5-1.0）M ad ，由第二章表2-1知 M ad = 1.53%，故取M pc = 1%。
5.煤粉细度
固态排渣炉煤粉燃用烟煤时，煤粉细度公式如下：
daf V n R ??+=5.0490 （3-2）
其中：R90 ---煤粉在 90μm 筛孔筛子余留量占总量的百分数，%；
V daf ---煤粉的干燥无灰基挥发分，%； n---煤粉的均匀性系数。
%945.23)%89.390.15.04(90=??+=R
6.煤的堆积密度
当R90<30%时煤粉堆积密度公式如下：
804.063.0,cb ==ap c ρρ t/m 3 （3-3）
()3ar
,,p ,m /t 237.11001001100100=--?-+=
M M
ac c ac c a c ρρρ （3-4）
其中：p ,a c ρ----煤的视在密度，t/m 3
；
M--- 煤含水饱和时的最大水分，一般近似用燃料的最大水分M max
来表示，%；
ac c ,ρ---煤的真实密度，t/m 3
，可按下式近似确定。
（3-5）
其中：A d ---煤的干燥基灰分，%；
ρ0 ---除去灰分的纯煤的真密度，t/m 3
；
对于烟煤可按下式确定：
ρ0=100 /(0.334C daf + 4.25H daf + 23) （3-6）
=100/(0.334×83.28＋4.25×7.0426＋23)=1.238 t/ m
3
3
00
,m /t 24.19.21100100=???
? ??-
-=ρρρd ac
c A