循环流化床锅炉毕业设计说明书

1340 吨 /时 循 环 流 化 床 锅 炉 的 设 计 与 计 算xxxx本 科 毕 业 设 计 说 明 书1340 吨 /时 循 环 流 化 床 锅 炉 的 设 计 与 计 算Design and calculation of circulating fluidized bed boiler 1340t / h性 质 : 毕 业 设 计 毕 业 论 文教 学 院 ：系 别 ：学 生 学 号 ：学 生 姓 名 ：专 业 班 级 ：指 导 教 师 ：职 称 ：起 止 日 期 ：能 源 与 环 境 学 院- 1 -能 源 与 环 境 学 院摘 要本 次 的 毕 业 设 计 的 题 目 是 1340 吨 /小 时 循 环 流 化 床 锅 炉 设 计 。 设 计 本 着 锅 炉 运 行 的 安全 性 和 可 靠 性 为 首 要 设 计 特 性 的 准 则 ， 综 合 考 虑 燃 烧 ， 传 热 ， 脱 硫 ， 烟 气 、 空 气 、 工 质 的动 力 特 性 以 及 受 热 面 的 磨 损 和 腐 蚀 。 保 证 锅 炉 的 着 火 稳 定 性 ， 炉 膛 内 有 足 够 的 辐 射 热 量 ，煤 的 燃 尽 程 度 ， 合 理 的 烟 气 速 度 和 排 烟 温 度 以 及 脱 硫 效 率 。 同 时 ， 还 要 确 保 有 一 定 的 气 密性 以 保 证 炉 膛 内 进 行 微 负 压 燃 烧 。在 整 个 设 计 过 程 中 作 为 技 术 支 持 进 行 了 热 力 计 算 、 强 度 计 算 。 其 中 热 力 计 算 包 括 炉 膛 、高 温 过 热 器 、 低 温 过 热 器 、 省 煤 器 以 及 空 气 预 热 器 。 炉 膛 及 尾 部 顶 棚 全 部 采 用 膜 式 壁 结 构 ，解 决 炉 膛 漏 风 问 题 ； 将 全 部 过 热 器 布 置 在 尾 部 烟 道 内 ， 使 其 运 行 更 加 可 靠 。 为 了 提 高 分 离器 的 分 离 效 率 和 锅 炉 的 结 构 紧 凑 ， 采 用 两 个 小 直 径 高 温 旋 风 分 离 器 。 鉴 于 该 锅 炉 为 中 压 锅炉 ， 所 以 采 用 钢 管 式 省 煤 器 ， 为 降 低 低 温 腐 蚀 ， 便 于 维 修 ， 将 空 气 预 热 器 低 温 段 与 高 温 段隔 开 。此 外 ， 利 用 CAD 绘 制 锅 炉 总 图 、 炉 墙 砖 砌 图 、 锅 筒 展 开 图 、 锅 炉 本 体 图 。关 键 词 ： 循 环 流 化 床 锅 炉 ； 热 力 计 算 ； 强 度 计 算1340 吨 /时 循 环 流 化 床 锅 炉 的 设 计 与 计 算AbstractThe topic of this graduation design is 1340 t/h circulating fluidized bed boiler. Design in line with the boiler running safety and reliability as the primary design guidelines, the characteristic of consideration of combustion, heat transfer and desulfurization, flue gas, air, the dynamic performance of the working medium and the wear and corrosion of heat exchangers. Inside the boiler furnace fire stability enough heat radiation, the burning of coal, a reasonable speed and exhaust temperature and smoke desulfurization efficiency. At the same time, also make sure that there are certain air tightness to slightly negative pressure to ensure that the chamber of a stove or furnace combustion. In the process of the whole design as a technical support for thermodynamic calculation, strength calculation. Thermodynamic calculation including furnace, high temperature superheater, low temperature superheater, economizer and air preheater. Furnace and the rear roof are all made of the diaphragm wall structure, solve the problem of air leakage of the chamber of a stove or furnace; All the superheater arrangement in the tail flue, make its operation more reliable. In order to improve the separation efficiency of separator and boiler structure is compact, high temperature cyclone separator with two small diameter. Given the boiler as the medium pressure boiler, so the economizer tube type, in order to reduce low temperature corrosion, easy maintenance, to separate air preheater of low-temperature and high temperature. In addition, the use of CAD drawing general layout, boiler furnace wall brick figure, figure figure, boiler drum. Keywords： Circulating fluidized bed boiler; Thermodynamic calculation. Strength calculation; 能 源 与 环 境 学 院- 3 -目 录摘 要 .1Abstract .2目 录 .31 文 献 综 述 .6 1.1 概 述 .6 1.1.1 火 力 发 电 是 电 力 工 业 重 要 组 成 部 分 .4 1.1.2 火 力 发 电 厂 三 大 主 机 之 一 锅 炉 介 绍 .4 1.1.2.3 锅 炉 的 燃 料 和 燃 烧 方 式 .6 1.2 我 国 电 厂 锅 炉 的 发 展 .6第 2 章 锅 炉 结 构 与 设 计 简 介 .- 2 -2.1 循 环 流 化 床 锅 炉 工 作 原 理 .- 2 -2.2 锅 炉 基 本 特 性 .- 3 -2.2.1 锅 炉 规 范 .- 3 -2.2.2 燃 料 特 性 .- 3 -2.2.3 石 灰 石 特 性 .- 3 -2.2.4 管 子 特 性 .- 3 -2.2.5 主 要 经 济 技 术 指 标 .- 4 -2.2.6 锅 炉 基 本 尺 寸 .- 4 -2.3 方 案 论 证 .- 4 -2.4 锅 炉 结 构 简 介 .- 6 -2.4.1 锅 筒 及 炉 内 设 备 .- 6 -2.4.2 水 冷 壁 .- 6 -2.4.3 燃 烧 设 备 .- 7 -1340 吨 /时 循 环 流 化 床 锅 炉 的 设 计 与 计 算2.4.4 过 热 器 .- 9 -2.4.5 省 煤 器 .- 9 -2.4.6 空 气 预 热 器 .- 10 -2.4.7 钢 架 及 平 台 楼 梯 .- 10 -2.4.8 炉 墙 及 保 温 结 构 .- 10 -2.4.9 锅 炉 阀 门 仪 表 及 管 道 .- 11 -2.5 本 章 小 结 .- 11 -第 3 章 热 力 计 算 .- 12 -3.1 设 计 任 务 .- 12 -3.2 燃 料 特 性 .- 12 -3.3 辅 助 计 算 .- 12 -3.3.1 燃 烧 脱 硫 计 算 .- 12 -3.3.2 脱 硫 工 况 时 燃 烧 产 物 平 均 特 性 计 算 .- 16 -3.3.3 锅 炉 热 平 衡 及 燃 烧 和 石 灰 石 消 耗 量 计 算 .- 19 -3.4 炉 膛 设 计 及 传 热 计 算 .- 20 -3.4.1 炉 膛 结 构 特 性 计 算 .- 20 -3.4.2 炉 膛 传 热 计 算 .- 22 -3.5 高 温 过 热 器 设 计 及 传 热 计 算 .- 24 -3.5.1 高 温 过 热 器 结 构 计 算 .- 24 -3.5.2 高 温 过 热 器 传 热 计 算 .- 25 -3.6 低 温 过 热 器 设 计 及 传 热 计 算 .- 27 -3.6.1 低 温 过 热 器 结 构 计 算 .- 27 -3.6.2 低 温 过 热 器 传 热 计 算 .- 27 -3.7 省 煤 器 设 计 及 传 热 计 .- 28 -3.7.1 省 煤 器 结 构 计 算 .- 28 -3.7.2 省 煤 器 传 热 计 算 .- 29 -3.8 空 气 预 热 器 设 计 计 算 .- 30 -3.8.1 空 气 预 热 器 结 构 计 算 .- 30 -3.8.2 空 气 预 热 器 传 热 计 算 .- 31 -3.9 热 力 计 算 结 果 汇 总 表 .- 32 -3.10 本 章 小 结 .- 33 -第 4 章 强 度 计 算 .- 34 -4.1 锅 筒 强 度 校 核 计 算 .- 34 -4.1.1 筒 体 最 大 未 加 强 孔 直 径 计 算 .- 35 -4.1.2 孔 加 强 的 计 算 .- 35 -能 源 与 环 境 学 院- 5 -4.1.3 相 邻 两 孔 互 不 影 响 最 小 节 距 计 算 .- 36 -4.1.4 孔 桥 减 弱 系 数 计 算 .- 37 -4.1.5 锅 筒 筒 体 允 许 最 小 减 弱 系 数 计 算 .- 37 -4.1.6 锅 筒 凸 形 封 头 强 度 校 核 计 算 .- 38 -4.2 安 全 阀 排 放 能 力 校 核 计 算 .- 39 -4.3 本 章 小 结 .- 39 -结 论 .- 40 -参 考 文 献 .- 41 -致 谢 .- 42 -1340 吨 /时 循 环 流 化 床 锅 炉 的 设 计 与 计 算1 - 6 -能 源 与 环 境 学 院- 7 -第 1 章 文献综述 1.1 概 述随 着 能 源 设 备 的 发 展 和 利 用 ， 特 别 是 锅 炉 这 种 将 工 质 加 热 到 一 定 的 温 度 和 压 力 的 能 源设 备 广 泛 应 用 ， 给 环 境 造 成 了 严 重 污 染 。 尤 其 是 以 煤 为 主 要 燃 料 的 锅 炉 燃 烧 排 放 出 大 量 的灰 渣 、 粉 尘 、 二 氧 化 硫 和 氮 的 氧 化 物 等 污 染 物 ， 严 重 影 响 了 生 态 环 境 。 又 由 于 煤 、 石 油 等化 石 燃 料 的 不 断 开 采 而 日 渐 枯 竭 ， 人 们 一 直 在 努 力 寻 找 一 种 高 效 、 低 污 染 的 燃 烧 方 式 以 解决 以 上 两 个 问 题 。循 环 流 化 床 燃 烧 技 术 是 20 世 纪 70 年 代 发 展 起 来 的 清 洁 燃 烧 技 术 ， 是 解 决 燃 烧 煤 而 产生 的 污 染 问 题 的 主 要 方 法 之 一 。 此 外 ， 循 环 流 化 床 燃 烧 还 对 不 同 性 质 的 燃 煤 适 应 性 强 ， 适于 燃 烧 低 质 煤 等 特 点 。 在 煤 含 硫 量 高 时 ， 还 可 以 在 燃 煤 中 加 入 石 灰 石 ， 在 燃 烧 中 低 成 本 脱硫 。 而 不 必 架 设 投 资 巨 大 的 烟 气 脱 硫 设 备 。 在 循 环 流 化 床 燃 烧 中 ， 燃 烧 温 度 很 低 ， 空 气 又分 级 送 入 ， 燃 烧 中 所 产 生 的 氮 的 氧 化 物 很 低 ， 煤 燃 烧 后 所 余 下 的 灰 渣 活 性 强 ， 便 于 生 产 水泥 、 制 砖 、 化 工 等 ， 用 来 综 合 利 用 ， 它 是 没 有 废 弃 物 的 燃 烧 方 法 。 循 环 流 化 床 燃 烧 技 术 具有 一 些 层 燃 和 煤 粉 燃 烧 等 常 规 燃 煤 技 术 所 不 具 备 的 特 点 。 最 突 出 的 特 点 是 ： 燃 烧 温 度 低 ，停 留 时 间 长 ， 以 及 湍 流 混 合 强 烈 ， 这 些 优 点 给 流 化 床 燃 烧 带 来 一 系 列 优 点 。 除 以 上 所 述 优点 外 ， 还 具 有 燃 烧 强 度 大 ， 床 内 传 热 能 力 强 ， 负 荷 调 节 性 能 强 ， 易 于 操 作 和 维 护 等 优 点 。由 于 上 述 诸 多 优 点 使 得 循 环 流 化 床 燃 烧 技 术 特 别 适 合 我 国 的 国 情 ， 在 较 短 的 时 间 内 得 到 了迅 速 的 发 展 和 应 用 。1.1.1 火 力 发 电 是 电 力 工 业 重 要 组 成 部 分 火 力 发 电 是 世 界 电 能 生 产 主 要 形 式 ， 我 国 由 于 能 源 构 成 的 特 点 更 是 如 此 。 目 前 在 世 界多 数 国 家 及 我 国 电 力 事 业 中 ， 火 力 发 电 约 占 总 发 电 量 的 70%。 水 电 站 基 建 投 资 一 般 比 较 大 ，建 设 时 间 长 ， 运 行 工 况 受 自 然 条 件 影 响 。 火 力 发 电 虽 然 成 本 较 高 ， 但 基 建 投 资 较 少 ， 一 般不 受 地 区 限 制 ， 建 设 时 间 比 较 短 ， 能 较 快 地 满 足 工 农 业 发 展 需 要 。 核 电 站 在 我 国 正 在 兴 建 ， 所 以 目 前 所 占 比 例 并 不 大 。 1.1.2 火 力 发 电 厂 三 大 主 机 之 一 锅 炉 介 绍 锅 炉 是 利 用 燃 料 或 其 他 能 源 的 热 能 ， 把 水 加 热 成 为 热 水 或 蒸 汽 的 机 械 设 备 。 锅 炉 中 产生 的 热 水 或 蒸 汽 可 直 接 为 生 产 和 生 活 提 供 所 需 要 的 热 能 ， 也 可 通 过 蒸 汽 动 力 装 置 转 换 为 机械 能 ， 或 再 通 过 发 电 机 将 机 械 能 转 换 为 电 能 。1.1.2.1 锅 炉 的 发 展 简 况 锅 炉 技 术 的 发 展 是 与 工 业 生 产 的 需 要 和 科 学 技 术 的 进 步 紧 密 相 关 的 。 1872 年 ， 英 国 的 工 人 阶 级 首 先 创 造 了 锅 炉 。 当 时 的 构 造 极 为 笨 重 简 单 ， 产 生 的 蒸 汽 量有 限 ， 压 力 不 高 。 19 世 纪 ， 常 用 的 蒸 汽 压 力 提 高 到 0.8 兆 帕 左 右 。 与 此 相 适 应 ， 最 早 的 蒸汽 锅 炉 是 一 个 盛 水 的 大 直 径 圆 筒 形 立 式 锅 壳 ， 后 来 改 用 卧 式 锅 壳 ， 在 锅 壳 下 方 砖 砌 炉 体 中烧 火 。 随 着 锅 炉 越 做 越 大 ， 为 了 增 加 受 热 面 积 ， 在 锅 壳 中 加 装 火 筒 ， 在 火 筒 前 端 烧 火 ，1340 吨 /时 循 环 流 化 床 锅 炉 的 设 计 与 计 算- 8 -烟 气 从 火 筒 后 面 出 来 ， 通 过 砖 砌 的 烟 道 排 向 烟 囱 并 对 锅 壳 的 外 部 加 热 ， 称 为 火 筒 锅 炉 。 开始只 装 一 只 火 筒 ， 称 为 单 火 筒 锅 炉 或 康 尼 许 锅 炉 ， 后 来 加 到 两 个 火 筒 ， 称 为 双 火 筒 锅 炉 或 兰 开夏 锅 炉 。 1830 年 左 右 ， 在 掌 握 了 优 质 钢 管 的 生 产 和 胀 管 技 术 之 后 出 现 了 火 管 锅 炉 。 一 些火 管 装 在 锅 壳 中 ， 构 成 锅 炉 的 主 要 受 热 面 ， 火 (烟 气 )在 管 内 流 过 。 在 锅 壳 的 存 水 线 以 下 装 上尽 量 多 的 火 管 ， 称 为 卧 式 外 燃 回 火 管 锅 炉 。 它 的 金 属 耗 量 较 低 ， 但 需 要 很 大 的 砌 体 。 19 世 纪 中 叶 ， 出 现 了 水 管 锅 炉 。 锅 炉 受 热 面 是 锅 壳 外 的 水 管 ， 取 代 了 锅 壳 本 身 和 锅壳 内 的 火 筒 、 火 管 。 锅 炉 的 受 热 面 积 和 蒸 汽 压 力 的 增 加 不 再 受 到 锅 壳 直 径 的 限 制 ， 有 利于 提 高 锅 炉 蒸 发 量 和 蒸 汽 压 力 。 这 种 锅 炉 中 的 圆 筒 形 锅 壳 遂 改 名 为 锅 筒 ， 或 称 为 汽 包 。 初期 的 水 管 锅 炉 只 用 直 水 管 ， 直 水 管 锅 炉 的 压 力 和 容 量 都 受 到 限 制 。 二 十 世 纪 初 期 ， 汽 轮 机 开 始 发 展 ， 它 要 求 配 以 容 量 和 蒸 汽 参 数 较 高 的 锅 炉 。 直 水 管 锅炉 已 不 能 满 足 要 求 。 随 着 制 造 工 艺 和 水 处 理 技 术 的 发 展 ， 出 现 了 弯 水 管 式 锅 炉 。 开 始 是 采用 多 锅 筒 式 。 随 着 水 冷 壁 、 过 热 器 和 省 煤 器 的 应 用 ， 以 及 锅 筒 内 部 汽 、 水 分 离 元 件 的 改 进 ，锅 筒 数 目 逐 渐 减 少 ， 既 节 约 了 金 属 ， 又 有 利 于 提 高 锅 炉 的 压 力 、 温 度 、 容 量 和 效 率 。30 年 代 开 始 应 用 直 流 锅 炉 ， 40 年 代 开 始 应 用 强 制 循 环 锅 炉 ， 它 是 在 自 然 循 环 锅 炉 的基 础 上 发 展 起 来 的 。 在 下 降 管 系 统 内 加 装 循 环 泵 ， 以 加 强 蒸 发 受 热 面 的 水 循 环 。 直 流 锅 炉中 没 有 锅 筒 ， 给 水 由 给 水 泵 送 入 省 煤 器 ， 经 水 冷 壁 和 过 热 器 等 蒸 发 受 热 面 ， 变 成 过 热 蒸 汽送 往 汽 轮 机 ， 各 部 分 流 动 阻 力 全 由 给 水 泵 来 克 服 。 第 二 次 世 界 大 战 以 后 ， 这 两 种 型 式 的 锅 炉 得 到 较 快 发 展 ， 因 为 当 时 发 电 机 组 要 求 高 温高 压 和 大 容 量 。 发 展 这 两 种 锅 炉 的 目 的 是 缩 小 或 不 用 锅 筒 ， 可 以 采 用 小 直 径 管 子 作 受 热 面 ，可 以 比 较 自 由 地 布 置 受 热 面 。 随 着 自 动 控 制 和 水 处 理 技 术 的 进 步 ， 它 们 渐 趋 成 熟 。 在 超 临界 压 力 时 ， 直 流 锅 炉 是 唯 一 可 以 采 用 的 一 种 锅 炉 ， 70 年 代 最 大 的 单 台 容 量 是 27 兆 帕 压 力 配1300 兆 瓦 发 电 机 组 。 后 来 又 发 展 了 由 强 制 循 环 锅 炉 和 直 流 锅 炉 复 合 而 成 的 复 合 循 环 锅 炉 。 1.1.2.2 锅 炉 的 工 作 原 理 、 结 构 分 类 在 水 汽 系 统 方 面 ， 给 水 在 加 热 器 中 加 热 到 一 定 温 度 后 ， 经 给 水 管 道 进 入 省 煤 器 ， 进 一步 加 热 以 后 送 入 锅 筒 ， 与 锅 水 混 合 后 沿 下 降 管 下 行 至 水 冷 壁 进 口 集 箱 。 水 在 水 冷 壁 管 内 吸收 炉 膛 辐 射 热 形 成 汽 水 混 合 物 经 上 升 管 到 达 锅 筒 中 ， 由 汽 水 分 离 装 置 使 水 、 汽 分 离 。 分 离出 来 的 饱 和 蒸 汽 由 锅 筒 上 部 流 往 过 热 器 ， 继 续 吸 热 成 为 450 的 过 热 蒸 汽 ， 然 后 送 往 汽 轮 机 。在 燃 烧 和 烟 风 系 统 方 面 ， 送 风 机 将 空 气 送 入 空 气 预 热 器 加 热 到 一 定 温 度 。 在 磨 煤 机 中被 磨 成 一 定 细 度 的 煤 粉 ， 由 来 自 空 气 预 热 器 的 一 部 分 热 空 气 携 带 经 燃 烧 器 喷 入 炉 膛 。 燃 烧器 喷 出 的 煤 粉 与 空 气 混 合 物 在 炉 膛 中 与 其 余 的 热 空 气 混 合 燃 烧 ， 放 出 大 量 热 量 。 燃 烧 后 的热 烟 气 流 经 炉 膛 、 凝 渣 管 束 、 过 热 器 、 省 煤 器 和 空 气 预 热 器 后 ， 再 经 过 除 尘 装 置 ， 除 去 其中 的 飞 灰 ， 最 后 由 引 风 机 送 往 烟 囱 排 向 大 气 。 锅 炉 整 体 的 结 构 ： 包 括 锅 炉 本 体 和 辅 助 设 备 两 大 部 分 。 锅 炉 中 的 炉 膛 、 锅 筒 、 燃 烧 器 、能 源 与 环 境 学 院- 9 -水 冷 壁 过 热 器 、 省 煤 器 、 空 气 预 热 器 、 构 架 和 炉 墙 等 主 要 部 件 构 成 生 产 蒸 汽 的 核 心 部 分 ，称为 锅 炉 本 体 。 锅 炉 本 体 中 两 个 最 主 要 的 部 件 是 炉 膛 和 锅 筒 。 炉 膛 又 称 燃 烧 室 ， 是 供 燃 料 燃 烧 的 空 间 。 横 截 面 一 般 为 正 方 形 或 矩 形 。 燃 料 在 炉 膛 内燃 烧 形 成 火 焰 和 高 温 烟 气 ， 所 以 炉 膛 四 周 的 炉 墙 由 耐 高 温 材 料 和 保 温 材 料 构 成 。 在 炉 墙 的内 表 面 上 常 敷 设 水 冷 壁 管 ， 它 既 保 护 炉 墙 不 致 烧 坏 ， 又 吸 收 火 焰 和 高 温 烟 气 的 大 量 辐 射 热 。 锅 筒 是 自 然 循 环 和 多 次 强 制 循 环 锅 炉 中 ， 接 受 省 煤 器 来 的 给 水 、 联 接 循 环 回 路 ， 并 向过 热 器 输 送 饱 和 蒸 汽 的 圆 筒 形 容 器 。 锅 筒 简 体 由 优 质 厚 钢 板 制 成 ， 是 锅 炉 中 最 重 的 部 件 之一 。 其 主 要 功 能 是 储 水 ， 进 行 汽 水 分 离 ， 在 运 行 中 排 除 锅 水 中 的 盐 水 和 泥 渣 ， 避 免 含 有 高浓 度 盐 分 和 杂 质 的 锅 水 随 蒸 汽 进 入 过 热 器 和 汽 轮 机 中 。 内 部 装 置 包 括 汽 水 分 离 和 蒸 汽 清 洗装 置 、 给 水 分 配 管 、 排 污 和 加 药 设 备 等 。 其 中 汽 水 分 离 装 置 的 作 用 是 将 从 水 冷 壁 来 的 饱 和蒸 汽 与 水 分 离 开 来 ， 并 尽 量 减 少 蒸 汽 中 携 带 的 细 小 水 滴 。 锅 炉 可 按 照 不 同 的 方 法 进 行 分 类 ：锅 炉 按 用 途 可 分 为 工 业 锅 炉 、 电 站 锅 炉 、 船 用 锅 炉 和 机 车 锅 炉 等 ； 按 锅 炉 出 口 压 力 可 分 为低 压 、 中 压 、 高 压 、 超 高 压 、 亚 临 界 压 力 、 超 临 界 压 力 等 锅 炉 ； 锅 炉 按 水 和 烟 气 的 流 动 路径 可 分 为 火 筒 锅 炉 、 火 管 锅 炉 和 水 管 锅 炉 ， 其 中 火 筒 锅 炉 和 火 管 锅 炉 又 合 称 为 锅 壳 锅 炉 ；按 循 环 方 式 可 分 为 自 然 循 环 锅 炉 、 辅 助 循 环 锅 炉 (即 强 制 循 环 锅 炉 )、 直 流 锅 炉 和 复 合 循 环 锅炉 ； 按 燃 烧 方 式 ， 锅 炉 分 为 室 燃 炉 、 层 燃 炉 和 沸 腾 炉 等 。 1.1.2.3 锅 炉 的 燃 料 和 燃 烧 方 式 早 年 的 锅 壳 锅 炉 采 用 固 定 炉 排 ， 多 燃 用 优 质 煤 和 木 柴 ， 加 煤 和 除 渣 均 用 手 工 操 作 。 直水 管 锅 炉