6t燃煤锅炉改燃气锅炉6t燃煤锅炉改燃气锅炉 1 绪 论 1.1 本课题研究的目的 燃煤链条锅炉是我国主要的煤炭利用方式之一，大范围的应用于供热和工业生产过程。中国工业锅炉每年耗煤量约6亿吨，是仅次于电站锅炉的最大的煤炭消耗者。中国工业锅炉总量约为60万台，且每年仍在以5%的速率增长。在各类工业锅炉中，65%是链条炉，20%是往复炉排炉，10%是固定炉排炉，3-5%是循环流化床锅炉，别的类型占1%。可见，燃煤链条锅炉在我们国家的国民经济生活中的主体地位。6t/h燃煤链条锅炉不仅数量大，而且效率普遍比较低下。 燃气锅炉拥有非常良好的燃烧性,其特...

  6t燃煤锅炉改燃气锅炉 1 绪 论 1.1 本课题研究的目的 燃煤链条锅炉是我国主要的煤炭利用方式之一，大范围的应用于供热和工业生产过程。中国工业锅炉每年耗煤量约6亿吨，是仅次于电站锅炉的最大的煤炭消耗者。中国工业锅炉总量约为60万台，且每年仍在以5%的速率增长。在各类工业锅炉中，65%是链条炉，20%是往复炉排炉，10%是固定炉排炉，3-5%是循环流化床锅炉，别的类型占1%。可见，燃煤链条锅炉在我们国家的国民经济生活中的主体地位。6t/h燃煤链条锅炉不仅数量大，而且效率普遍比较低下。 燃气锅炉拥有非常良好的燃烧性,其特点为起火迅速,锅炉升温快、调节灵活,燃烧效率高,对环境污染小。其主要优点有:1、燃气锅炉中燃气的灰分、含硫量和含氮量比煤低,燃烧充分,烟气中粉尘量极少,排放易达到国家对燃烧设备所要求的

  ,可非常大程度上减轻对环境的污染,环保性能好。2、烟气污染小,对流管束承受的腐蚀小,传热效果好,热辐射能力强,排烟温度低,热效率显著提升。3、燃气锅炉不需要上煤机、除渣机、除尘器、炉排等附属设备,节约锅炉设备投资。4、使用管道输送的燃气为动力,不需要燃料储存,卫生条件好。可极大的减小劳动强度,改善劳动条件,降低运行成本,节约运输费用、场地和劳动力5、燃气锅炉供热负荷适应能力强,根据负荷(水温)可灵活的调节大小火。系统启动快,减少预备工作带来的各种消耗。 由于附属设备少,用电量较燃煤锅炉要低。燃气内杂质较少,锅炉不可能会发生高低温受热面的腐蚀,锅炉连续运行时间长,故障少。6、 燃气计量简单准确,便于燃气供应量的调节。在减少设备维修保养方面,燃气锅炉燃烧系统设备简单,因而需要维修保养的设备少,受热管件常规使用的寿命长。7、 燃气锅炉简单易操作,易实现自动控制。燃气锅炉不但设置费用和运行的成本较低,而且它的社会效益是不能够比拟的。天然气是最清洁的燃料,是排放污染最少的燃料,燃气锅炉将是锅炉发展的最终趋势! 第 1 页 共 46 页 1.2 研究现状和发展的新趋势 国内燃气锅炉有着良好的发展前途。国内燃气锅炉生产虽然起步较晚，但发展非常迅速，在技 术及性能上均达到了国外产品的水平。我省目前使用的燃气锅炉均为国内生产的，且数量很少。随着“煤改气”工作的开展，燃气锅炉在我国的占有率会快速提高。国内燃气锅炉与国外产品的比较国外燃气锅炉发展较早，技术很成熟，这是国内厂家所不及的，但相对于锅炉本体

  、制造方面，国内应该说走在了世界前列。与国外产品比较，国内产品的不足之处主要有两个方面:(l)自控系统国内厂家对锅炉自控方面投人较少，相比国外产品自动化程度还有一定差距。但跟着时间的推移，国内企业也认识到了不足之处，引人先进的生产设备和管理模式，并加大了研制开发力度，使之与国外同种类型的产品的差距逐渐缩小。(2)锅炉本体附件的配置方面国内锅炉厂家在锅炉本体附件的配置方面相对国外产品来讲，档次较低，很容易发生故障，影响到锅炉整体的安全、可靠运行。 燃煤锅炉改造为燃气锅炉进行了分析和探讨,无论从经济角度还是从环保方面来看,全力发展燃气锅炉是目前的发展的新趋势,近年来,各大中城市逐步淘汰市区内所有燃煤的小锅炉、炉灶,改用燃气锅炉。 1.3 1、本课题研究内容 (1) 燃料热力校核; (2) 燃气锅炉系统的阻力计算及风机校核; (3) 选取相应的燃气燃烧器及燃烧系统; (4) 根据出力等要求提出对应的改造

  并进行优化; (5) 根据改造方案对锅炉本体进行制图; 2、本课题研究

  (1) 资料分析法:通过查阅资料找出可以借鉴的数据及可行性方案。 (2) 数学模型法:根据燃料进行热力计算。[1] 第 2 页 共 46 页 2 热力校核计算 2.1燃料特性 改造后所燃用的气体燃料是焦炉煤气，其低位发热量为4000大卡/m3,即16748kJ/m3,其各种成分气体的体积分数见下表2-1。 表2-1.燃气成分 序号 1 2 3 4 5 6 名称 CO2 CO CH4 H2 N2 其他 单位 % % % % % % 数值 4 9 19 58 9 1 为了方便计算，在进行燃料的燃烧计算和锅炉的热力计算时，均按体积分数计算。 2.2燃料的燃烧计算 2.2.1理论空气量的计算 理论空气量是指1m3燃料完全燃烧所需要空气量。它对不同燃料油不同的数值，取决于燃料的成分分析。 当气体燃料的组成已知时，便可计算出标准状态下气体燃料燃烧所需要的理论空气量V0。 (2- 式中H2,CO,CmHn,O2——燃气中各种可燃组分的体积百分数，%。 将焦炉煤气各组分的气体百分数代入此公式，求得V0=3.405 m3/ m3。[2] 2.2.2锅炉各受热面过量空气系数的选取 第 3 页 共 46 页 由于影响燃料完全燃烧程度的因素很多，其中空气的供给量是否充分，燃料与空气的混合是否良好，都是很重要的条件。实际送入锅炉的空气量V(m3/ m3)称为实际空气量，其值一般都大于理论空气量。比理论空气量多出的这一部分空气就称为过量空气。因此，实际空气量就是理论空气量与过量空气量之和。 实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数，用表示，即 V (2-2) V0 通常指所指的过量空气系数是炉膛出口处的值，它是一个影响锅炉燃烧工况及运行经济性的重要指标。当偏小时，炉 为0.01~0.1，此次计算中，锅炉各烟道的漏风系数的选取结果见下表2-2。 表2-2 空气平衡表 序号 1 2 3 4 5 2.2.3燃烧产物及其计算 名称 炉膛入口 炉膛出口 第一锅炉管束 第二锅炉管束 第三管束 漏风系数 0 0.08 0.05 0.1 0.1 过量空气系数 1.2 1.28 1.33 1.43 1.53 第 4 页 共 46 页 燃料燃烧后的产物就是烟气。当只供给理论空气量时，燃料完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。理论烟气的组成为CO2,SO2,N2和H2O。前三种组成合在一起称为干烟气。包括H2O在 (2-4) 式中 VRO2——标态下干烟气中三原子气体的体积，m3/ m3; VCO2、VSO2——标态下二氧化碳和二氧化硫的体积，m3/ m3。 水蒸汽体积按下式计算: - 0 式中 VH——理论烟气中水蒸汽的体积，m3/ m3; 2O dg——标态下燃气的含湿量，kg/ m3; da——标态下空气的含湿量，kg/ m3。 此次计算中，dg=0，取da=30.3×10-6 kg/ m3。 氮气的体积按下式计算: -6) 2 033 式中 VN——标态下理论烟气中氮气的体积，m/ m。 2 理论烟气总体积按下式计算: 第 5 页 共 46 页 00 - 式中Vy0——标态下理论烟气量，m3/ m3。 (2)实际烟气量的计算(当时) 三原子气体体积VRO2仍按式(2-1)计算。 水蒸汽体积按下式计算: -8) 式中 VH2O——实际烟气中的水蒸汽体积，m3/ m3。 氮气体积按下式计算 -9) 式中 VN2实际烟气中氮气的体积，m3/ m3。 过剩氧气体积按下式计算: -10) 式中 VO2——实际烟气中过剩氧气体积，m3/ m3。 实际烟气总体积按下式计算: -11) 式中 Vy——实际烟气量，m3/ m3。 2.3燃烧计算结果 将数据代入上述公式中，所得结果列于下表中。 表2-3 理论空气量及烟气量的计算 序号 名 称 符号 V0 VRO2 V0N2 V0H2O 单位 m3/ m3 m3/ m3 m3/ m3 m3/ m3 1 理论空气量 2 RO2容积 3 N2理论容积 4 H2O理论容积 结果 3.405 0.32 2.78 1.084 第 6 页 共 46 页 表2-4各受热面实际烟气量的计算 序号 1 2 3 4 5 6 名称 平均过量 空气系数 实际水蒸汽容积 烟气总容积 RO2容积份额 H2O容积份额 三原子气体 容积份额 符号 单位 炉膛 第一管束 第二管束 第三管束 αpj Vy rRO2 rH2O rq 1.240 1.305 1.122 4.138 0.077 0.271 0.348 1.380 1.131 4.394 0.073 0.257 0.330 1.480 1.143 4.734 0.068 0.241 0.309 VH2O m3/ m3 1.114 m3/ m3 3.917 % % % 0.082 0.284 0.366 2.4 空气和烟气焓的计算 燃料和空气送入炉 (2-12) 式中 Qnet,v,ar——收到基低位热值，kJ/m3; Qg——燃料的物理显热，kJ/m3; Qa——由空气带入的物理显热，kJ/m3; Iy——燃烧后产生的烟气的焓，kJ/m3。 2.4.1理论空气焓的计算 1m3燃料燃烧所需要的理论空气量在定压下从0(?)加热到tk(?)所需要的热量称为理论空气焓，用符号hk0表示，单位为kJ/m3。 理论空气焓可用下式计算: -13) 第 7 页 共 46 页 式中 V0——理论空气量，m3/ m3; (ct)k——1 m3干空气连同其带入的水蒸汽在温度为θ?时的焓， kJ/m3，称为比焓; ck——1 m3干空气连同其带入的水蒸汽的平均定压比热容，kJ/m3。 2.4.2 实际空气焓的计算 1m3燃料燃烧所需要的实际空气量在定压下从0(?)加热到tk(?)所需要的热量称为实际空气焓，用符号hk表示，单位为kJ/m3。 实际空气焓可用下式计算: -14) 式中——过量空气系数; tk——空气温度，?。 2.4.3 设计时烟气焓的计算 设计锅炉时，由于不能测得烟气中各种气体成分的百分数，故按完全燃烧 0化学反应进行计算，即烟气焓等于理论烟气焓hy、过量空气焓和飞灰焓 hfh三部分所组成，但由于燃气中的飞灰极少，可忽略不计，所以其计算式可简化 0为 0理论烟气焓hy为各组成成分之和，即 -15) 2N2 00V式中 VRO2、VN、——烟气中三原子气体容积、理论氮气容积和理论水 H22O 蒸汽容积，m3/ m3; cRO、cN2、cH2O——三原子气体、氮气和水蒸汽的平均定压比热容由 2 于此燃气中没有H2S，所以计算中取cRO=cCO2。 2 代入有关数据，求出各温度下锅炉各段的空气和烟气焓，将其整理并列于表中， 第 8 页 共 46 页 见附录1热力计算表。 2.5 锅炉热平衡计算 锅炉系统的热平衡计算，是为了能够更好的保证送入锅炉机组的热量与有效利用热及各项热损失的总和相平衡，并在此基础上计算出锅炉机组的热效率和燃料消耗量。 热平衡是在锅炉机组处于稳定的热力工况下进行的。对于燃气锅炉，一般均以标准状态下1 m3气体燃料为基准计算。 锅炉机组的热平衡方程的普遍形式为: +Q4+Q5+Q6 kJ/m3 (2-16) 式中Qr——送入锅炉系统的热量; Q1——锅炉系统的有效利用热; Q2——排烟带走的热量; Q3——气体不完全燃烧损失的热量; Q4——固体不完全燃烧损失的热量; Q5——锅炉系统向周围空气散失的热量; Q6——燃料中灰、渣带走的热量。 因为气体燃料的含灰量很小，Q6可忽略。同时，气体燃料燃烧时，一般没有固体不完 全燃烧现象，即Q4=0。因此，对于燃气锅炉，热平衡方程式为: Qr=Q1+Q2+Q3+Q5 kJ/m3 如各项热量用其占输入热量的百分数表示，则平衡方程可表示为: q1+q2+q3+q4+q5+q6=100% (2-17) 式中，其中Qi为每一项热量。 Qr 第 9 页 共 46 页 式中q2——排烟损失，%; q3——气体不完全燃烧热损失，%; q4——固体不完全燃烧热损失，%; q5——散热损失，%; q6——灰渣物理热损失，%。 2.5.1 锅炉输入热量 相应于1 m3燃气送入锅炉系统的热量Qr(kJ/m3)是指锅炉范围以外输入的热量，可按 下式计算: -18) 式中 Qnet,v,ar——燃料的低位发热值，kJ/m3; Qwl——锅炉系统以外的热量加热送入锅炉的空气时，相应于每m3 燃气所具有的热量，kJ/m3; ir——燃气的物理显热，kJ/m3; 用锅炉系统以外的热量加热空气时，随这些空气带入锅炉(进入空气预热器锅炉炉膛)的热量，按下式计算: -19) 式中 ——进入锅炉系统的空气量与理论空气量之比，若没有空气 预热器，可用代替; Ik0——按理论空气量计算的进入锅炉系统的焓，kJ/m3; 0 Ilk——按理论空气量计算的冷空气的焓，kJ/m3，在此次计算中， 第 10 页 共 46 页 冷空气温度取30?。 Ik0和0Ilk用加热后的热空气温度和冷空气温度从烟气、空气焓温表中查得。 当不用外界热源预热空气和燃气，也没有自用气带入锅炉的热量时，1m3燃气送入锅炉的热量为 锅炉的总热损失为: 锅炉的热效率为: -20) -21) 2.6 锅炉的各项损失 (1) 排烟热损失q2 在燃气锅炉中最主要的损失是排烟损失，它决定于排烟温度和排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过量空气系数的大小，而过量空气系数又和燃烧状况直接有关。 锅炉的排烟热损失q2可用锅炉机组的排烟和冷空气的焓差计算: -22) QrQr 式中 Ipy——在排烟过量空气系数及排烟温度下，相应于1 m3燃气的排烟 焓，kJ/m3; ——排烟的过量空气系数; 0 Ilk——在送入锅炉的空气温度下，1 m3燃气所需要的理论空气的焓， kJ/m3。 (2) 气体不完全燃烧热损失q3 第 11 页 共 46 页 气体不完全燃烧热损失q3是指排烟中未完全 燃烧或燃尽的可燃气体(如CO，H2，CH4等)所带走的热量占送入锅炉输入热的份额。在设计计算时，对燃用焦炉煤气的锅炉，可取q3=0.5%。 (3) 固体不完全燃烧热损失q4 燃气锅炉中，可取固体不完全燃烧热损失q4=0。 散热损失q5 散热损失q5是指锅炉围护结构和锅炉机组范围 本计算中，按锅炉的额定负荷以及尾部受热面情况选取散热损失q5=1.5%。 在锅炉热力计算中，为了方便起见，假定各烟道的散热量和该烟道中的烟气放出的热量呈正比，因此可在各受热面计算中引入保热系数以考虑散热损失。保热系数可按下式计算: (5) 灰渣物理热损失q6 - 由于燃气燃烧产物中灰渣含量极少，可忽略不计，故q6=0。[3] 2.7锅炉有效利用热 锅炉的有效利用热Q1是指锅炉供给工质的总焓与给水焓的差值，对于饱和蒸汽锅炉为: -24) 100 第 12 页 共 46 页 式中D——锅炉蒸发量，kg/s; Dzy——锅炉自用蒸汽量，kg/s，由于原锅炉的自用蒸汽量为0，所以改造后 的锅炉Dzy=0; Dpw——锅炉排污量，kg/s，，为锅炉排污率，%，此次计算中， 参考同类型同参数锅炉，选取; ibq——饱和蒸汽焓，kg/ m3; igs——给水焓，kg/ m3; ibs——饱和水焓，kg/ m3; r——气化潜热，kg/ m3; W——蒸汽湿度，%;按饱和蒸汽的品质衡量准则规定，对于水管锅炉，饱和 蒸汽的蒸汽湿度不大于3%;对于锅壳式锅炉，饱和蒸汽的湿度不大于5%，此次计算中取 W=3%。 2.7.1 锅炉的热效率和燃料消耗量 锅炉热效率是指锅炉有效利用热占锅炉输入热的百分比，即 或 -25) 式中D——锅炉蒸发量，kg/h; i——锅炉出口压力、温度下的蒸汽焓， kJ/m3; igs——锅炉给水的焓，kJ/m3; r——锅炉工作所承受的压力下的气化潜热，kJ/m3; w——锅炉出口的蒸汽湿度; DPS——锅炉的排污水量，kg/h; ips——排污水焓，即排污点压力下的饱和水焓，kJ/m3; 第 13 页 共 46 页 B——锅炉燃料消耗量，m/h; Qr——锅炉输入热，kJ/m3。 3 锅炉的燃料消耗量B为: - 锅炉的计算燃料消耗量Bj为: -27) 100 2.8 炉膛热力计算 2.8.1 炉膛传热的基本方程 炉膛传热计算额就是计算火焰与被火焰包围着的水冷壁之间的辐射环热量。根据斯蒂芬?波尔兹曼定律辐射换热量为: -28) 式中 ——绝对黑体辐射常数，其值为5.67×10-11 kW/(m2?K4); Hf——有效辐射受热面积，m2; ——火焰的平均温度，K; Tb——水冷壁表面温度，K; axt——炉膛系统黑度。 另一方面，可以从烟气侧列出热平衡方程式，即烟气在炉膛 (2-29) 式中 Ql——炉膛有效放热量，kJ/m3; 第 14 页 共 46 页 Il——炉膛出口处烟气的焓，kJ/m3; ——保热系数; Bj——每秒钟的计算燃料消耗量，m3/s; 由于 所以 -30) 式中 Tll——炉膛有效放热量Ql在绝热条件下所具有的燃烧温度，也称为 理论燃烧温度，K; Tl——炉膛出口烟气温度，K; VyCpj——在Tll和Tl的温度区间 (2- 式中，Qr——通常可以认为是燃料的应用基低位发热量Qnet,v,ar; Qk——燃烧需要的空气带进炉膛的热量，其他各项在热平衡计算中 已作了

  。当燃料燃烧不用预热空气时: Qk=alVk0(ct)lk (2-32) 2.8.8.2 理论燃烧温度 根据炉膛有效放热量Ql就可以求出炉膛理论燃烧温度。所谓理论燃烧温度，就是假定在绝热情况下降Ql作为烟气的理论焓而得到的理论燃烧温度，由 第 15 页 共 46 页 -33) 即 -34) Vycpj 式中 Vy——在情况下每m3燃料燃烧后的烟气容积m3/m3; cpj——烟气从0 ?到温度范围 (2-35) 4 式中Tl——炉膛出口绝对温度，K; Tll——理论燃烧绝对温度，K。 2.9 .对流受热面传热计算 对流受热面是指布置在锅炉烟道中受热烟气直接冲刷以吸收对流传热为主的那一部分受热面，如锅炉管束或烟管、过热器、省煤器、空气预热器等。本次计算只对锅炉的对流管束进行计算。对流管束的计算任务是在已知受热面结构特性的条件下，确定其传递的热量。 2.9.1 基本传热方程 对流受热面的传热量Q与受热面积H和冷、热流体之间的温压成正比，其传热方程式为 (2-36) 比例系数K称为传热系数，是反映传热过程强弱的指标，表示温压为1?时，每平方米受热面积传热量的大小。 在计算时，以每m3燃气为基准，则传热方程式为 第 16 页 共 46 页 烟气侧 -37) 3 工质侧 -38)Bj 式中Qrp——在某一对流受热面中，每1m3计算燃料产生的烟气放给受热面 的热量。在稳定传热情况下，它等于工质的吸热量Qcr，kJ/m3; K——在某一对流受热面中，有管外烟气至管 (2-39) 式中 Fy——烟气流通面积，m2; ——烟气平均温度，?; Vy——烟气量，m3 /m3(其值随而异)。 2.9.3传热系数K的确定 对于锅炉管束: 第 17 页 共 46 页 -40) 式中——热有效系数，对于燃气锅炉，可取; ——利用系数，对于工业锅炉的管束，可取; ad——对流放热系数，kW/(m2??)， ，CS考虑了温 度及烟气成分等物理性能的变化对放热系数的影响;Cn是节距 修正系数;Cw是管子排数修正系数;a0为基准放热系数 [kW/(m2??)]， af——辐射放热系数，，其中ay是烟气黑度，a0为基准 辐射放热基数[kW/(m2??)]，cy不含灰气流的修正系数，此三 项均可由[3] 2.9.4 温压的计算 由传热学知道，逆流或顺流时，沿程温压的积分平均值可用下式表示: - 式中，——受热面中两端温压中较大的温压，?; ——两端温压中较小的温压，?。 由于该温压是用对数表示的，通常称为平均对数温压。当时，可按算术平均温压来计算 。 2 第 18 页 共 46 页 3 选取燃烧器和燃烧系统 3.1 燃烧器的选取 根据设定的燃气压力达到了10kPa，应选取鼓风式部分预混燃气燃烧器。选取燃烧器安装在炉墙前壁，选取的燃烧器火焰不能喷射到炉墙上，火焰长度应小于1.8米。 燃气的射程可以按下式计算 -1) 式中 Hrq——燃气射程，mm; dp——喷孔直径，mm; ——喷孔轴线与空气流动方向的夹角度; K——系数; urq——喷孔出口燃气流，m/s; uk——空气流速，m/s; ——燃气的密度，kg/m3; ——空气的密度，kg/m3;’ 根据锅炉燃料消耗量935.12m3/h，选取?号周边供气蜗壳式燃气燃烧器[5] 第 19 页 共 46 页 图3-1 周边供气蜗壳式燃气燃烧器 1——蜗克配风器;2——燃烧分配室3——冷空室;4——火道 表2-1 周边供气蜗壳燃烧器工作特性 表2-2 结构尺寸 当燃烧器出口混合气体速度在25m/s左右时，使用净高炉煤气的压力约为 第 20 页 共 46 页 3200Pa，空气压力约为1600Pa;使用净发生煤气时的压力约为1700Pa，空气压力约为2700Pa。 供应燃烧用的全部空气经鼓风机加压后送入蜗壳，在蜗壳内强烈旋转并沿轴向前进，随后，一部分空气进入内筒继续旋转向前，这就是与燃气混合的一次风;另一部分空气沿着内筒进口处的外圆周上均步的一排曲边矩形孔，进入外环套旋转向前，然后从外环套出口端部环缝流出，这就是二次风，在火道内与已着火的气流边混合边燃烧。二次风还有冷却燃烧器头部的作用，以防止燃烧器头部在高温下被烧坏。由于气流的旋转，使燃烧器出口附近形成回流区，有利于高速喷出的混合气流的稳定着火与燃烧。 该燃烧器燃气遇空气混合强烈，燃烧稳定、安全，过量空气系数小，燃烧效率搞。但气流阻力较大，燃气压力为10KPa。 3.2 选取燃烧系统 3.2.1供气管道系统 锅炉房供气管道一般是由供气管道进口装置,锅炉房内配管系统一级吹扫放散管道等组成。根据燃烧器尾部口径选取燃气管道直径为60mm。 (1)锅炉房供气来之调压站，有调压站至锅炉房的燃气管道宜采用单管供气，常年不间断供热时，宜采用双管供气。采用双管供气时，每一根管的流量宜按锅炉房的最大计算耗气量的70%计算。 (2)当调压装置进气压力在0.3MPa以上,而调压比又较大时，可能会产生很大的噪声，为避免噪声沿管道传入室内，调压后宜有10,15m的一段管道采用埋地敷设，如图 3-2. 图3-2 调压站至锅炉房间的管道敷设 第 21 页 共 46 页 (3)由锅炉房外部引入的燃气总管的进口处应装设总关闭阀，按燃气流动反响，阀前应设放散管，放散管上应装设取样口，阀后应装吹扫管接口。 (4)锅炉房引入管与锅炉间供气干管的连接，可采用图3所示的端部连接。 图3-3 锅炉房引入管与供气干管端部连接 3.2.2 锅炉房内燃气配管系统 (1)为保证锅炉运行安全可靠，供气管路和管路上安装的附件连接要严密可靠，能承受最高使用压力。在设计配管系统时应考虑便于管路的检修和维护。 (2)管道及附件不得装设在高温或有危险的地方 (3)配管系统上应安装明杆阀或阀杆带有刻度的阀门，以便使操作人员能识别阀门的开关状态。 (4)锅炉的配气支管上，应装有关闭阀和快速切断阀、流量调节阀和压力表。 (5)配气支管至燃烧器前的配管上应装关闭阀，阀后串联2个安全切断阀(电磁阀)，并在两阀之间设置放散管(放散阀可采用手动阀或电磁阀)。靠近燃烧器的一个安全切断阀应靠近炉膛，使管段尽量缩短，以减少管段内燃气渗入炉膛的数量。 3.2.3 吹扫放散管到系统模块设计 燃气管道在停止运行进行检修时，为检修工作安全，需要把管道内的燃气吹扫干净;系统在较长时间停止工作后再投入运行时再投入运行时，为防止燃气空气混合物进入炉膛引起爆炸，亦需进行吹扫，将可燃烧混合气体排入大气。因此，在锅炉房空气系统中，设置吹扫和放散管道。根据表三表四选取放散管直径。 第 22 页 共 46 页 表3-1 燃气系统放散管直径选用表 燃气管道直径/mm 25~50 放散管直径/mm 25 65~80 32 100 40 125~150 50 200~250 65 300~350 80 表3-2 厂区燃气系统放散管直径选用表 燃气管道直径 距离 50~100 20 50 100 200 40 40 40 50 125~250 50 65 80 125 300~350 80 100 150 200 400~500 100 100 150 200 300 400 500 1000 距离 50~100 125~250 65 65 80 100 150 200 200 200 300~350 250 300 300 300 400~500 250 300 300 300 燃气管道直径 第 23 页 共 46 页 , 锅炉系统的阻力计算及风机校核 4.1通风阻力计算 当空气或烟气在风道或烟道中流动是，其任意两截面的总压头可用柏努利方程式表示 -1) 1、P2 —— 相对于界面1、2处的绝对压力(m) 式中 P Z1、Z2——相对于界面海拔高度或离某一基准面的高度——截面1、2处的介质平均密度(kg/m3); 、——相对于截面1.、2处的截面流速 ——两截面之间的介质的流动阻力(Pa) 在任一截面处介质的绝对压力P等于其表压力hz和大气压力b之和即 -2) 式中 P——某一截面处介质的绝对压力(Pa); b0——海平面大气压力(Pa); ——空气密度(kg/m3)。 在锅炉通风计算中，烟气、空气的流动阻力包括三项:沿程摩擦阻力、由于通道截面和方向变化所引起的局部阻力和横向冲刷管束阻力。 4.1.1通风阻力计算方式 (1)沿程摩擦阻力 沿程摩擦阻力是指气流在等截面直通烟、风道中的流动阻力，包括纵向冲刷管束的阻力。由下式计算 第 24 页 共 46 页 -3) 式中 ——摩擦阻力(Pa); ——摩擦阻力系数; l—— 管子长度 ddl——当管道壁周界长度 ——气体密度(kg/m3)，按气流平均温度计算; ——气流速度，按气流平均温度计算(m/s) 。 (2)局部阻力 局部阻力指因通道截面积和流向变化而引起的局部阻力，按下式算 -4) 式中 ——局部阻力(Pa) ——局部阻力系数，其值取决于各种局部阻力形式。 (3)横向冲刷管束阻力 横向冲刷管束阻力指气流横向冲刷光管或肋片管管束的流动阻力，不管有无热交换均可按 下式进行计算 -5) 式中 ——横向冲刷管束的流动阻力(Pa) ——横向冲刷管束的流动阻力系数，与管束结构及形式、管 排数和Re 数有关。 总而言之，锅炉烟风流动可用下式表示 2 (4-6) 第 25 页 共 46 页 式中 ——各类阻力系数 2——动压头 (4)动压头的确定 动压头的确定主要以下2项 1、取决遇气体(或空气)密度 - 式中 ——标准状态下的气体密度，空气为1.293kg/m3烟气约 为1.34kg/m3 t——气体温度(?)。 2、气流(烟气或空气)速度烟风阻力计算是在锅炉额定符合下尽心的。其主要原始数 据(速度、温度、有效面积及其他结构参数)均取自热力计算或按热力计算标准方法规定确 定。 烟气或空气的计算速度为(m/s) -8) 式中 V——每小时的烟气或空气流量(m3/h); F——烟风通道的有效截面积(m2)。 (5)各类阻力系数的确定 1、沿程摩擦阻力系数由沿程摩擦力计算可知为 式中 d=dn( (4-9) d 通常情况闫峰到摩擦阻力在管道总压力损失这中所站份额不大，故摩擦阻力系数可近似 取为常熟，其值可由表4-3取得。 第 26 页 共 46 页 表4-3摩擦阻力系数 λ值 通道种类 纵向冲刷光滑管束 无耐火0.03 0.04 0.05 0.03 基于本锅炉为顺列管束只考虑横向冲刷顺列管束，横向冲刷顺列管束的阻力系数按下式确定 -10) 式中是管束的纵向排数，按照可知 -11) 4.2 锅炉烟道的阻力计算 4.2.1 锅炉本体管束阻力计算可按照横向冲刷管束计算 4.2.2 烟道局部阻力(转弯、分叉、变截面和闸门)的简化计算 (1)如计算区段内的局部阻力小于2个，可忽略;超过2个均取 (2)缓转变(R/b或R/d》0.9)因阻力很小，在机械通风烟速小于25m/s时，其 90º转弯取;其他角度按转弯角度正比关系换算。 (3)对的90?焊接急转弯，当烟速小于25m/s时取 (4)截面平缓扩大(不超过30%)及截面平缓减小(扩散角时的阻力可忽略不记。 (5)上行和下行烟道产生的自生通风力可按下式近似计算 第 27 页 共 46 页 式中 ——自生通风力(Pa); H——烟道上下标高差(m); ——烟气平均绝对温度(K)。 4.3 锅炉风道的阻力计算 锅炉风道阻力计算与烟道相同，也是按沟路额定符合在热力计算后进行。 锅炉风道的阻力包括如下几项 -12) 式中 ——风道总阻力 ——冷吭气风道阻力 —— 空气预热器阻力、热风道阻力、炉排阻力、 料层阻力由于改造后没有故无需考虑。[4] (1)冷风道阻力计算 计算冷风道阻力时，送风机送入的冷空气由下式计算 273273lk (4-13) 式中 Vlk——冷空气流量(m3/h) ——炉膛出口过量空气系数 ——分别为炉膛、制粉系统和空气预热器漏风 系数 风速小于10m/s时，冷风道摩擦阻力可以不记，风速为10m/s,20m/s 时可选择第一、二段最长的冷风道计算，然后乘以冷风道总长度与计算长度的比 值即可。 4.3.2 风道阻力修正 风道总流动阻力为上述之和，由于不清楚风道长度来计算风道沿程阻力，故只根据燃烧器风道阻力为2700Pa。 4.4 风机校核 第 28 页 共 46 页 风机性能参数有流量Q、全压H，转速n、功率N，早去定了锅炉额定符合下烟风道的阻力和流量后，即可选择风机型号。 4.4.1 风机的计算 送风机和引风机的计算流量为 -14) pamb 式中 V——锅炉额定负压下烟气或空气量(m3/s); ——流量储备系数，一般取1.1; Pamb——风机安装处的大气压力。 根据计算可得额定送风机引风机烟气流量Q1为0.285m3/s，空气流量为Q2=0.971m3/s。 送风机计算压头为 -15) 引风机计算压头为 -16) 式中 、——锅炉风道、烟道系统的总压降(Pa); S——烟囱的自生通风力(Pa); ——压头储备系数，取1.2。 经计算送风机压头为3240Pa，引风机压头为2880Pa。根据原鼓风机和引风机的规格符合标准要求，不要换掉。 第 29 页 共 46 页 5 改造方案及优化 5.1锅炉改造方案 燃煤过程需要较大的空间，如炉膛小，烟气会很快离开炉膛进入对流烟道，温度就会很快降低，煤在燃烧时产生的可燃气体如一氧化碳和、碳氢化合物和飞灰就得不到充分燃烧，造成化学不完全燃烧损失和飞灰不完全燃烧损失的增加。所以，燃煤锅炉的炉膛容积热强度都比较小。 气体燃料的燃烧过程包括两个过程，即燃气与空气混合过程和燃气燃尽过程。由于燃气的燃烧速度快，容易燃烧完全，所以这两个过程所需要的时间就比煤燃烧时所需要的时间短，燃气锅炉的炉膛容积热强度也能取得比较大。 (1) 拆除煤斗，保留链条炉排，只在料条炉排上铺设两层耐火砖，然后用耐火水泥将砖缝 压实，构成燃气锅炉的干炉底。防焦箱用耐火砖和耐火水泥包覆。 (2) 拆除前拱面板，更换前拱管，采用与原锅炉前拱管相同材质的钢管，加工成带圆弧的弯管，焊接在上下集箱上。圆弧中心空出的位置，作为安装燃烧器喷嘴的位置。 (3) 将后拱管和上下两集箱的连接处割段，再将管街头用堵板封住。上面用耐火砖和耐火水泥密封严实。将附在后拱管上的耐火材料全部打掉，以增加炉膛的容积。拆除除渣机 (4) 安装防爆门。在后烟道上方装一个重力式防爆门，根据锅炉容积选取防爆门。 第 30 页 共 46 页 图5-1 圆形重力式防暴门 (5) 燃烧器口开在锅炉的前墙上。制作新的锅炉前墙。将煤斗、煤闸板、前拱面板拆除后，用厚度为16mm以上的钢板在炉座基础平面处以上的锅炉全炉墙平面处进行焊接固定(与钢架相连焊接)根据燃烧器的安装固定尺寸要求，开孔并钻四个固定螺栓孔(攻丝)。用耐火砖在钢板内侧砌筑耐火前墙(在钢板与耐火砖之间适当留50mm至80mm的间隙用来填充保温材料)和原有前炉墙，与新做炉底相连，形成完全密封的新前炉墙。 (6) 燃气以前应该讲对流管束内的烟灰清洗整理干净，将锅炉炉膛内水管表明的煤灰处理干净，同时降水侧的水垢进行清晰，以提高锅炉受热面的传热能力。 (7) 原锅炉为负压燃烧，因此改造后的燃气锅炉也应为负压燃烧，所以改造后的锅炉要格外的注意和外界的密封。 (8) 拆除原有的省煤器、空气预热器和除尘器。拆除省煤器后，将原省煤器进口管与出口管用钢管焊接相连。拆除空气预热器和除尘器后，则要用钢制烟道将该段烟道连接起来，形成完整烟道。[5] 锅炉炉膛本体具体改造样式参数见附录图1。 5.2 改造后防爆措施 燃煤锅炉改造为燃气锅炉最大的安全风险隐患就是发生炉膛爆炸事故。爆炸的问题大多是由于炉膛或烟道内存有一定量的可燃气体与空气混合后达到其爆炸极限范围，被明火或锅炉本身的高温(受热的炉墙内壁发出的热量)引燃而发生爆炸。应采取以下措施:?必须配备有可靠的联锁保护等安全自动控制措施。?在炉膛后部位置和烟道上必须设置防爆门。?严格执行安全技术操作规程，在燃气 第 31 页 共 46 页 锅炉点火前，必须开启引风机仔细吹扫炉膛和烟道，停炉时先熄火后停引风机，以排除炉结 总之燃气锅炉大范围的应用,既是燃气事业发展的必然,也是社会进步的产物。 第 32 页 共 46 页 参考文献 [1] 葛升群，刘鑫(中小型燃油燃气锅炉运行操作与维护[M](机械工业出版社( 2003 [2] 赵钦新，惠世恩(燃油燃气锅炉[M](西安交通大学出版社(2000 [3] 杜欣平，陈琴，李维光(燃煤锅炉改为燃气锅炉的技术措施[J](煤气与热力， 2002,(2):125—127,130. 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Co-firing of biomass waste-derived syngas in coal power boiler[J] .Energy 33 (2008):1770—1778. 第 34 页 共 46 页 致 谢 同时，感谢各位在论文工作中给予了我帮助的同学和在生活、工作和学习上给予了我真挚的关心和帮助的室友，感谢师弟师妹们创造了和谐轻松的实验室环境。 最后，感谢所有关心我、支持我和帮助过我的同学、朋友、老师和亲人。在这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情，感谢你们! 何若峰 2010.6.7 第 35 页 共 46 页 附录1 热力计算表 第 36 页 共 46 页 第 37 页 共 46 页 第 38 页 共 46 页 第 39 页 共 46 页 第 40 页 共 46 页 第 41 页 共 46 页 第 42 页 共 46 页 第 43 页 共 46 页 第 44 页 共 46 页 附录2 烟气特性表 第 45 页 共 46 页 第 46 页 共 46 页

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