CN113958947B - 确定1000mw级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法 - Google Patents

确定1000mw级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法，包括如下步骤：1.根据锅炉燃煤输入热量以及对炉膛截面放热强度的要求，确定合适的炉膛宽度和深度D；2.根据锅炉燃煤输入热量以及得出的炉膛宽度和炉膛深度，结合对炉膛燃烧器区壁面放热强度的要求，得出燃烧器高度；3.根据锅炉燃煤输入热量以及得出的炉膛宽度和深度以及燃烧器高度，结合对炉膛容积热强度的要求，同时得出燃尽高度。本方法为后期1000MW级大容量高参数的准东煤机组开发提供了技术储备，从炉膛尺寸侧提高了锅炉的抗结渣和抗沾污能力。且对炉膛的宽深比作了进一步规定，对有严重结渣的准东高钠煤是非常有必要的。

Description

确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法
技术领域
本发明涉及电站煤粉锅炉设计的技术领域，具体涉及一种确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法，适用于Π型布置的固态排渣煤粉锅炉。
背景技术
准东煤是国内典型的强结渣和强沾污煤种，锅炉设计过程中需要强化防渣设计，提高锅炉的抗结渣能力，进而提高锅炉对准东煤的适应性。影响锅炉抗结渣能力的主要因素包括炉膛尺寸和热负荷参数、吹灰器布置、燃烧器设计、受热面布置、除渣系统等。通常燃烧器、受热面布置、吹灰器布置等在锅炉投运后是可以改造的，而锅炉投运后锅炉尺寸通常不再变化，因此锅炉尺寸确定后，对准东煤适应的最大范围也就确定了。由于准东高钠煤的严重结渣和沾污性能，准东高钠煤锅炉的设计也在逐步改进，目前最新投产及运行的准东煤机组的最大容量是660MW，采用大容量高参数的机组节能效果是非常显著的，但目前尚未有1000MW准东高钠煤锅炉的设计和运行经验。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法，适用于Π型布置的固态排渣煤粉锅炉。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，
一种确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法，确定炉膛关键尺寸，具体包括炉膛宽度W、炉膛深度D、燃烧器高度h2和燃尽高度h1，W—炉膛宽度，左右侧墙水冷壁管中心线间距离，m；
D—炉膛深度，前后墙水冷壁管中心线间距离，m；
h1—燃尽高度，Π形炉为最上排燃烧器煤粉喷口与屏式过热器最下缘管中心线间的垂直距离，m；
h2—燃烧器间距，最上排燃烧器煤粉喷口(或乏气喷口)与最下排燃烧器煤粉喷口中心线之间的垂直距离，m。
所述方法包括如下步骤：
第一步：取得锅炉的燃煤输入热量Qr(GJ/h)，通常可由具体工程的方案设计资料或者初步设计资料获得；
第二步：通过初步假定的炉膛宽度W(m)和炉膛深度D(m)，计算炉膛截面放热强度qF(MW/m2)，炉膛截面放热强度qF的计算参见式(1)，对于墙式对冲燃烧锅炉要求宽深比即W/D<1.6，对于八角双切圆锅炉要求W/D≈2.0；
第三步：如果炉膛截面放热强度qF大于3.7，则增加炉膛宽度W(m)和炉膛深度D(m)或者其中一个参数，返回第二步，直到qF小于或等于3.7，此时的炉膛宽度W和炉膛深度D值为最终确定值，并进入第四步；
第四步：通过初步假定的燃烧器间距h2(m)，结合第三步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值，计算炉膛燃烧器区壁面放热强度qB(MW/m2)，炉膛燃烧器区壁面放热强度qB的计算参见式(2)；
第五步：如果炉膛燃烧器区壁面放热强度qB大于0.83，则增加燃烧器间距h2，返回第四步，直到炉膛燃烧器区壁面放热强度qB小于或等于0.83，此时的燃烧器间距h2为最终确定值，并进入第六步；
第六步：通过初步假定的燃尽高度h1(h1≥30m)，结合第三步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值以及第五步确定的燃烧器间距h2值，计算炉膛容积热强度qV(kW/m3)，具体见式(3)；
其中V是炉膛容积，m3，具体计算见式(4)
V＝V1+V2+V3+V4 (4)
其中V1(m3)是屏区体积，计算公式见(5)
V1＝W×(D-(h1-h6)×cotα)×h4 (5)
其中V2(m3)是燃尽区体积，计算公式见(6)
V2＝W×(h1×D-0.5×cotα×(h1-h6)2) (6)
其中V3(m3)是最上层燃烧器中心到冷灰斗上折点区域体积，(7)
V3＝W×D×(h2+h3) (7)
其中V4(m3)是冷灰斗区域的体积，计算公式见(8)
其它参数根据经验和热力计算确定即可，具体包括：①最下排燃烧器煤粉喷口中心线与冷灰斗上折点的垂直距离h3(如果为墙式对冲燃烧锅炉h3≥5m，如果为八角切圆燃烧锅炉则h3≥6m)；②排渣喉口净深度d2(d2≥1.4m)；③β为冷灰斗斜坡与水平面夹角(β＝55°)；④h4为屏底到顶棚管的垂直距离，m；⑤折焰角下倾角α(°)，⑥最上层燃烧器中心距折焰角下折点垂直距离h6(m)；
第七步：如果炉膛容积热强度qV小于44，则输出所有合格的炉膛尺寸，即第三步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值、第五步确定的燃烧器间距h2值以及第七步输出的h1关键炉膛参数，以及最下排燃烧器煤粉喷口中心线与冷灰斗上折点的垂直距离h3、排渣喉口净深度d2、冷灰斗斜坡与水平面夹角β、屏底到顶棚管的垂直距离h4、折焰角下倾角α、最上层燃烧器中心距折焰角下折点垂直距离h6，否则增加h1并返回第六步，直到炉膛容积热强度qV小于44。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)为后期1000MW级大容量高参数的准东煤机组开发提供了技术储备。
2)按照上述规则确定炉膛关键尺寸，热负荷参数是目前国内1000MW机组中最低的，降低了炉内烟气的流速，提高了煤粉在炉内的停留时间，进而从炉膛尺寸侧提高了锅炉的抗结渣能力和抗沾污能力。
3)对炉膛的宽深比作了进一步规定，尤其是对于墙式对冲燃烧锅炉，要求宽深比不能过大，防止锅炉宽度因容量增加而过分增加，导致水平烟道和尾部烟道的长伸缩式吹灰器的运行困难，这对有严重结渣和沾污倾向的准东高钠煤是非常有必要的。
附图说明
图1为锅炉炉膛轮廓尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法，所述炉膛关键尺寸包括炉膛宽度W、炉膛深度D、燃烧器高度h2和燃尽高度h1，具体锅炉尺寸示意图见图1。
W—炉膛宽度，左右侧墙水冷壁管中心线间距离，m；
D—炉膛深度，前后墙水冷壁管中心线间距离，m；
h1—燃尽高度，Π形炉为最上排燃烧器煤粉喷口与屏式过热器最下缘管中心线间的垂直距离，m；
h2—燃烧器间距，最上排燃烧器煤粉喷口(或乏气喷口)与最下排燃烧器煤粉喷口中心线之间的垂直距离，m。
实施例1-计算1000MW准东高钠煤煤粉锅炉的炉膛关键尺寸，具体包括炉膛宽度W、炉膛深度D、燃烧器高度h2、燃尽高度h1等
第一步：取得锅炉的燃煤输入热量Qr(GJ/h)。
机组容量为1000MW，锅炉为墙式对冲燃烧、Π型布置的固态排渣煤粉锅炉，按电力工程设计院初步设计资料，得到额定负荷下锅炉的燃煤输入热量Qr＝8100GJ/h。
第二步：通过初步假定的炉膛宽度W(m)和炉膛深度D(m)，计算炉膛截面放热强度qF(MW/m2)，炉膛截面放热强度qF的计算参见式(1)，对于墙式对冲燃烧锅炉要求宽深比即W/D<1.6，对于八角双切圆锅炉要求W/D≈2.0。
首先初步假定W＝30m，D＝19.75m，W/D＝1.52<1.6，则按照式(1)进行qF的计算，
第三步：如果炉膛截面放热强度qF大于3.7，则增加炉膛宽度W(m)和炉膛深度D(m)或者其中一个参数，返回第二步，直到qF小于或等于3.7，此时的炉膛宽度W和炉膛深度D值为最终确定值，并进入第四步。
根据第二步计算结果，本次qF＝3.8>3.7，增加W＝30.79，D＝19.75，W/D＝1.52<1.56，按照第二步再次计算qF。
此时qF小于或等于3.7，进入第四步。
第四步：通过初步假定的燃烧器间距h2，结合第四步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值，计算炉膛燃烧器区壁面放热强度qB(MW/m2)，炉膛燃烧器区壁面放热强度qB的计算参见式(2)。
本次初步确定h2＝20m，结合第三步得出的W＝30.79m和D＝19.75m，计算qB。
第五步：如果炉膛燃烧器区壁面放热强度qB大于0.83，则增加燃烧器间距h2，返回第四步，直到炉膛燃烧器区壁面放热强度qB小于或等于0.83，此时的燃烧器间距h2为最终确定值，并进入第六步。
根据第四步计算结果qB＝0.97>0.83，则增加h2＝23.81，结合第三步得出的W＝30.79和D＝19.75，计算qB，
此时，qB＝0.83≤0.83，则进入第六步。
第六步：通过初步假定的燃尽高度h1(h1≥30m)，结合第三步确定的炉膛宽度W(m)和炉膛深度D(m)值以及第五步确定的燃烧器间距h2(m)值，计算炉膛容积热强度qV(kW/m3)，具体见式(3)。
其中V是炉膛容积，m3，具体计算见式(4)
V＝V1+V2+V3+V4 (4)
其中V1(m3)是屏区体积，计算公式见(5)
V1＝W×(D-(h1-h6)×cotα)×h4 (5)
其中V2(m3)是燃尽区体积，计算公式见(6)
V2＝(h1×D-0.5×cot(α)×(h1-h6)2)×W (6)
其中V3(m3)是最上层燃烧器中心到冷灰斗上折点区域体积，(7)
V3＝W×D×(h2+h3) (7)
其中V4(m3)是冷灰斗区域的体积，计算公式见(8)
初步确定h1＝30m，结合第三步确定的W＝30.79m和D＝19.75m值以及第五步确定的h2＝23.81m,并根据经验和热力计算确定最下排燃烧器煤粉喷口中心线与冷灰斗上折点的垂直距离h3＝5m、排渣喉口净深度d2＝1.4m、冷灰斗斜坡与水平面夹角β＝55°、屏底到顶棚管的垂直距离h4＝20m、最上层燃烧器中心距折焰角下折点垂直距离h6＝28m、折焰角下倾角α＝50°，计算炉膛容积热强度qv(kW/m3)。
V1＝W×(D-(h1-h6)×cotα)×h4
＝30.79×(19.75-(30-28)×cot(50))×22.5＝12519.7
V2＝(h1×D-0.5×cot(α)×(h1-h6)2)×W
＝(30×19.75-0.5×cot(50)×(30-28)2)×30.79
＝18191.4
V3＝W×D×(h2+h3)＝30.79×19.75×(23.81+5)＝17519.4
qv＝43.87<44，输出所有炉膛尺寸参数，具体如下：

Claims (1)

1.确定1000MW级准东高钠煤锅炉炉膛关键尺寸的方法，其特征在于：所述炉膛关键尺寸包括炉膛宽度W、炉膛深度D、燃烧器高度h2和燃尽高度h1，所述方法包括如下步骤：
第一步：取得锅炉的燃煤输入热量Qr；
第二步：通过初步假定的炉膛宽度W和炉膛深度D，计算炉膛截面放热强度qF，炉膛截面放热强度qF的计算参见式(1)，对于墙式对冲燃烧锅炉要求宽深比即W/D<1.6，对于八角双切圆锅炉要求W/D≈2.0；
第三步：如果炉膛截面放热强度qF大于3.7，则增加炉膛宽度W和炉膛深度D或者其中一个参数，返回第二步，直到qF小于或等于3.7，此时的炉膛宽度W和炉膛深度D值为最终确定值，并进入第四步；
第四步：通过初步假定的燃烧器间距h2，结合第三步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值，计算炉膛燃烧器区壁面放热强度qB，炉膛燃烧器区壁面放热强度qB的计算参见式(2)；
第五步：如果炉膛燃烧器区壁面放热强度qB大于0.83，则增加燃烧器间距h2，返回第四步，直到炉膛燃烧器区壁面放热强度qB小于或等于0.83，此时的燃烧器间距h2为最终确定值，并进入第六步；
第六步：通过初步假定的燃尽高度h1，h1≥30m，结合第三步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值以及第五步确定的燃烧器间距h2值，计算炉膛容积热强度qV，具体见式(3)；
其中V是炉膛容积，m3，具体计算见式(4)
V＝V1+V2+V3+V4 (4)
其中V1是屏区体积，计算公式见(5)
V1＝W×(D-(h1-h6)×cotα)×h4 (5)
其中V2是燃尽区体积，计算公式见(6)
V2＝(h1×D-0.5×cot(α)×(h1-h6)2)×W (6)
其中V3是最上层燃烧器中心到冷灰斗上折点区域体积，(7)
V3＝W×D×(h2+h3) (7)
其中V4是冷灰斗区域的体积，计算公式见(8)
其它参数根据经验和热力计算确定，具体包括：①最下排燃烧器煤粉喷口中心线与冷灰斗上折点的垂直距离h3，如果为墙式对冲燃烧锅炉h3≥5m，如果为八角切圆燃烧锅炉则h3≥6m；②排渣喉口净深度d2，d2≥1.4m；③β为冷灰斗斜坡与水平面夹角，β＝55°；④h4为屏底到顶棚管的垂直距离，m；⑤折焰角下倾角α；⑥最上层燃烧器中心距折焰角下折点垂直距离h6；
第七步：如果炉膛容积热强度qV小于44，则输出所有合格的炉膛尺寸，即第三步确定的炉膛宽度W和炉膛深度D值、第五步确定的燃烧器间距h2值以及第七步输出的h1关键炉膛参数，以及最下排燃烧器煤粉喷口中心线与冷灰斗上折点的垂直距离h3、排渣喉口净深度d2、冷灰斗斜坡与水平面夹角β、屏底到顶棚管的垂直距离h4、折焰角下倾角α、最上层燃烧器中心距折焰角下折点垂直距离h6，否则增加h1并返回第六步，直到炉膛容积热强度qV小于44。
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