循环流化床锅炉设计与实现

CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD目录目录 .1摘 要 .1Abstract.2第一章 概述.31.1 循环流化床锅炉的原理 .31.2 循环流化床特点 .41.2.1 循环流化床优点.41.2.2 循环流化床缺点.5第二章 燃料与脱硫剂 .62.1 燃料.62.2 脱硫剂.6第三章 脱硫与排烟有害物质的形成 .73.1 循环流化床锅炉在环保上的必要性 .73.2 影响循环流化床锅炉 SO2的排放控制.73.2 影响脱硫效率的一些主要因素.83.3 无脱硫工况燃烧计算.93.3.1 无脱硫工况下燃烧计算.93.3.2 无脱硫工况下烟气体积计算.9第四章 物料循环倍率 .104.1 循环灰量 .104.2 物料循环倍率的选择 .10第五章 脱硫工况计算 .125.1 燃烧和脱硫化学反应式.125.2 脱硫计算.12第六章 锅炉燃烧产物热平衡 .176.1 脱硫对循环流化床锅炉热效率的影响 .176.1.1 脱硫对入炉可支配热量的影响.176.1.2 脱硫对 q4的影响 .176.1.3 脱硫对 q2的影响 .186.1.4 脱硫对 q6的影响 .186.2 锅炉热平衡计算 .18第七章 传热系数计算 .217.1 炉膛膜式水冷壁传热系数计算 .217.2 炉膛汽冷屛传热系数计算 .22第八章 锅炉结构设计 .248.1 炉膛设计 .248.1.1 炉膛介绍.248.1.2 炉膛床温选择.248.1.3 炉膛高度的选择.25CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD8.2 炉膛汽冷屛设计 .258.3 汽冷旋风分离器设计 .268.4 回料器的设计 .27第九章 热力计算 .299.1 炉膛热力计算 .299.2 汽冷旋风分离器热力计算 .31第十章 尾部受热面 .3410.1 过热器 .3410.2 省煤器 .3410.3 空气预热器 .36第十一章 计算结果 .3811.1 基本数据.3811.1.1 设计煤种 .3911.1.2 石灰石 .3911.2 燃烧脱硫计算.3911.2.1 无脱硫计算时的燃烧计算 .3911.2.2 无脱硫工况时的烟气体积计算 .4011.2.3 脱硫计算 .4011.2.4 脱硫工况时受热面中燃烧产物的平均特性 .4311.2.5 脱硫工况时燃烧产物焓温表 .4311.3 240t/h CFB 锅炉热力计算.4511.3.1 锅炉设计参数 .45循环硫化床燃烧 .4511.3.2 锅炉热平衡及燃料燃烧方式和石灰石消耗量 .4511.3.3 炉膛膜式水冷壁传热系数 .4811.3.4 炉膛汽冷屏传热系数计算 .5011.4 结构计算.5211.4.1 炉膛膜式水冷壁计算受热面积： .5211.4.2 炉膛汽冷屏计算受热面积 .5311.4.3 炉膛汽冷旋风分离器计算受热面积 .5411.5 热力计算.5511.5.1 炉膛热力计算 .5511.5.2 汽冷旋风分离器热力计算 .58第十二章 烟道计算 .61121 高温过热器计算 .6112.1.2 高温过热器结构计算.6112.1.2 高温过热器传热计算.6212.2 低温过热器计算 .6412.2.1 低温过热器结构计算 .6412.2.2 低温过热器传热计算.6512.3 省煤器设计及传热计 .6712.3.1 省煤器结构计算.6712.3.2 省煤器传热计算 .6812.4 空气预热器设计计算 .70CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD12.4.1 空气预热器结构计算.7012.4.2 空气预热器传热计算.7112.5 锅炉热平衡计算误差校核.75热力计算结果汇总表 .76第十三章 总结 .77参考文献 .78致谢 .79附录 .80附录一 外文文献.80附录二 翻译.91附录三 毕业设计任务书.97附录四 开题报告.102附录五 锅炉本体结构图（CAD 制图） .106附录六 工质流程图（CAD 制图） .106CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD摘 要我国在上世纪 80 年代初期开始研究开发循环流化床燃烧技术,鉴于 CFB 锅炉的优点和我国环境排放标准的日益严格,极大地推动了循环流化床燃烧技术的推广和发展。本文主要对 240T/H 循环流化床锅炉的设计过程进行了阐述。本设计进行了循环流化床锅炉燃烧脱硫计算、锅炉热平衡及燃料和石灰石消耗量计算、炉膛膜式水冷壁传热系数计算、炉膛汽冷屏传热系数计算、炉膛结构计算、炉膛热力计算、汽冷旋风分离器热力计算、回料器的结构计算、对流受热面 (高温过热器，低温过热器，省煤器，空气预热器的热力计算)的设计计算、锅炉热平衡计算误差校核。本锅炉采用热风送粉系统，一次风部分直接进入炉膛风室，部分携带、输送、干燥、加热煤粉。创新的利用了燃尽风技术：在主燃烧区供入一部分燃烧空气量，进行低氧富燃料燃烧；其余的空气从炉内主燃烧区上方加入，以便于完全燃烧。本次设计的锅炉效率为 91.82%，脱硫效率为 76.71%。从计算结果知，该锅炉的设计合理，效率较高，可供工程实际参考。本论文附锅炉本体图，工质流程图各一张。关键词:循环流化床锅炉；锅炉设计；热力计算 CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDAbstractIn the early 1980s, China began to research and develop the circulating fluidized bed(CFB) combustion technology. Given the advantages of CFB boilers as well as our environmental emissions standards increasingly strict year by year, great impetus has to the circulating fluidized bed combustion technology.This essay elaborates the design process of 240T/H circulating fluidized bed boiler. In this design, I made a calculation of the desulfurization condition, the balance of heat and fuel and limestone mode of the cold water, the heat transfer of the calculating, the heat transfer of the calculating, structural calculations, the cyclone heat and the drag the smoke the chamber pressure to calculate and design calculations, convection design calculations (high fever, at a heat exchanger, save coal, the warm air of heat and hot) the calculations. The boiler adopts hot air feeding system, primary air directly into the furnace chamber, some carrying, conveying, drying, heating coal. Innovative use of over-fire Technology: feeding part of the combustion air volume in the main combustion zone, hypoxic fuel rich combustion; the rest of the air from the furnace main combustion zone above to join, in order to complete combustion.The efficiency of the boiler is 91.82 % and the desulfurization efficiency is 76.71%. It can be seen from the calculating result that the entire design is rational and efficient, which indicates that the design can be provided as reference of actual engineering design. Drawings of the boiler ,cyclone and the flow process of refrigerant are attached in the end of the essay. Key words circulating fluidized bed; design of boiler; thermodynamic calculationCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD3 概 述现代社会离不开电。电能是最清洁的能源，使用方法简单，调节方便，容易转换。电力工业的发展水平实际上是农业发展、人民生活水平和科技与国防现代化的重要标志。产生电能的方法很多，如水利发电，核能发电，火力发电，太阳能、风能和地热能等发电。当前电力主要由火力发电厂、水利发电厂和核能发电厂产生。在我国，火力发电是生产电力的主要方式。按照煤粉的燃烧方式，锅炉可分为层燃炉、流化床炉、旋风炉和室燃炉。本文是 240t/h 循环流化床锅炉的设计。1.1 循环流化床锅炉的原理流化床工作时，床层上的固体燃料处于上、下翻腾的状态（即流化状态） ，炉子底部有一多孔布风板，是由多孔板与每个孔连接的风帽构成的不漏煤结构，孔板上保持一床料层。部分空气由孔板下方的风室通过布风板高速穿过床料层，使床层内的燃料均匀流化。另一部分空气由床层上方送入炉内，使燃料颗粒在炉膛空间进一步燃烧。进入流化床的燃料粒度不宜过大，最大粒径不超过 1520mm，否则所需要流化风速过高，会将大量颗粒从床层扬起并带出炉膛。为提高燃料的燃烧率和减轻锅炉的对流受热面的磨损，在炉膛出口设有气固两相分离设备，并燃尽的较粗固体颗粒被分离并收集，通过回料装置送回炉膛继续燃烧。循环流化床锅炉可分为两个部分，第一部分由炉膛，旋风分离器，固体物料再循环设备等组成，上述部分形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器，省煤器和空气预热热器等。典型循环流化床锅炉燃烧系统，燃烧所需的一、二次风分别从炉膛的底部和炉膛侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置水冷壁，用于吸收燃料所产生的部分热量，由气流带出炉膛的固体物料在气、固体分离装置中被收集并通过返料装置返回炉膛再燃烧循环。1.2 循环流化床特点1.2.1 循环流化床优点1. 燃料适应性广，这是循环流化床锅炉的重要优点。循环流化床锅炉既可燃烧优CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD质煤，也可燃烧劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高硫高灰煤、高水分煤、煤泥，以及油页岩、泥煤、炉渣、树皮、垃圾等。它的这一优点，对充分利用劣质燃料具有总大意义。2. 燃烧效率高。国外循环流化床锅炉的 燃烧效率一般高达 99%。我国自行设计的循环流化床锅炉燃烧效率髙达 95%-99%。该锅炉燃烧效率的主要原因是燃料燃尽率高。运行锅炉的实例数据表明，燃烧优质煤时，燃烧效率与煤粉炉相当，燃烧劣质煤是，循环流化床锅炉的燃烧率比煤粉炉约高 5%。3. 燃烧污染排放量低。向循环流化床内直接加入石灰石，白云石等脱硫剂，可以脱去燃料燃烧生成的 SO2。根据燃料中所含的硫分大小确定加入脱硫剂量，可使循环流化床锅炉达到 90%的脱硫效率。循环硫化床锅炉 NOx的生成量仅有煤粉炉的 1/4-1/3。标准状态下 NOx的排量可以控制在 300mg/m3以下。因此循环流化床是一种经济、有效、低污染的燃烧技术。与煤粉炉加脱硫装置相比，循环流化床锅炉的投资可降低。4. 燃烧强度高，炉膛截面积小。 炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点，其截面热负荷约为 3.54.5MW/m 2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下煤粉锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大 23 倍。 5. 负荷调节范围大，负荷调节快。当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，即可调节负荷，不必像煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达(34)：1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟 4%。 6. 易于实现灰渣综合利用。循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含炭量低(含炭量小于 1%)，属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料。同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取。 7. 床内不布置埋管受热面。循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火。 CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD8. 燃料预处理系统简单。循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于 13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。 9. 给煤点少。循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。1.2.2 循环流化床缺点循环流化床锅炉发展 20 年来，也暴露出来一些弊端，比如：低温燃烧产生的有害气体 NO 和 NO2 气体较少，但会产生另一种有害气体，即消耗大气同温层臭氧的温室气体 N2O；运行安全可靠性较低，尤其是炉内粗颗粒与高气流速度带来的相关部件的磨损相当严重，炉内排渣顺畅性和冷渣器运行可靠性差；锅炉调节性能也不尽人意。CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD第二章 燃料与脱硫剂2.1 燃料在我国，高灰分劣质燃料、低挥发分烟煤、低灰熔点易结渣煤约占发电煤的 25%以上，CFB 锅炉则是高效、环保、经济地利用这些燃料的合理选择。除了主燃料外，循环流化床锅炉还需用启动燃料，如气体燃料（天然气、城市煤气或丙烷） 、油（重油或轻油）或煤粉等。启动燃料主要用于加热床料，在完成锅炉启动运行后，还可以作备用或辅助燃料，一旦主燃料临时短缺，仍可使锅炉带一定的负荷。本设计用的是收到基挥发分 41%，收到基灰分 16.6%的义马烟煤。2.1.1给煤粒度CFB 锅炉炉内物料颗粒不仅构成十分复杂，包括床料、未燃尽燃料、燃烧灰渣产物、脱硫剂和脱硫产物等，而且这些颗粒的粒径分布十分广泛，从几微米到数十微米不等。不同理化特性和粒径的颗粒，其流动特性和化学反映特性等都有较大的差别。若给煤太细，对于小于 d99的煤（灰）粒，分离器就不能捕集，同时减少了煤粒在炉膛内停留的时间，使其燃烧不完全，尤其在燃烧反映性能差的煤时，更是如此。且飞灰量大，易造成尾部受热面磨损及增加除尘器负荷若煤粒太粗，易造成炉膛底部沉积，必须加大底灰排放，以免炉膛底部发生结焦，威胁锅炉安全运行。在排放底灰时，会有不少循环灰从炉膛中排出，影响循环流化床锅炉性能。2.2 脱硫剂降低大气污染物的排放，日益成为全社会普遍关注的问题。作为气体污染物排放的主要来源之一，燃煤电厂污染物的排放控制，成为政府与社会日益关注的重点。脱硫剂一般指脱除燃料中游离的硫或硫化合物的药剂，各种碱性化合物都可以作为脱硫剂。一般多采用廉价的石灰、石灰石和用石灰石药剂配制的碱性溶液。脱硫剂能吸收烟气中大部分的二氧化硫将其固定在燃料渣中。本设计采用廉价的石灰石作为脱硫剂，其中石灰石中 CaCO3 含量为 97.32%。CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC