毕业设计说明书--25MW循环流化床锅炉技术的设计.docVIP

-大学-科技学院毕业设计(论文) 摘要循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展起来的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规漠的大型循环流化床锅炉发展;国内在这方面的研究、开发和应用也是方兴未艾，已有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。可以预见，未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重要时期。 本次设计根据给定的毕业设计任务书，参考相关资料，在分析锅炉的基本构造、工作过程及基本特性的基础上，对25MW循环流化床锅炉进行设计。本设计包括炉膛设计计算、稀密相区的设计计算和受热面的校核计算。在热力计算中，利用相似原理，采用逐次逼近法，进行迭代计算，确定炉体及相关部件的尺寸。本次设计的锅炉效率为84.1%，炉膛截面积为52.63m2。从计算结果知，该锅炉设计合理，效率较高，可供工程实际设计参考，若能工程实施，将能带来较好的社会效益与经济效益。关键词：25MW循环流化床锅炉；热力计算；结构设计AbstractCirculating fluidized bed boiler technology is nearly a dozen years to speed up development of a high efficiency, low pollution and clean burning technology. In the international the circulating fluidized bed boiler technology has a wide range of commercial applications in power plant boilers, industrial boilers, waste management and other fields and has a great development to the hundreds of thousands of kilowatts of large scale circulating fluidized bed boiler; Domestic research, development and applications is in the ascendant. There are hundreds of circulating fluidized bed boilers have been put into operation or manufacturing. It can be predicted that the next few years will be an important period for rapid development of circulating fluidized bed.The design according to the given graduation design task book, refer to the relevant information, based on analysis of the basic structure of the boiler, and the basic characteristics of the work process, the circulating fluidized bed boiler for 25MW design. The design includes furnace design calculations, checking design calculations and calculation of heating surface thin dense phase region. In the thermal calculation, using a similar principle, using successive approximation method, iterative calculations to determine the size of the furnace and related components.The design of boiler efficiency is 84.1%. Furnace cross-sectional area is 52.63. Known from its results, the boiler design is reasonable and high efficiency. The design can be a reference for engineering design. If the project can be carried out, it will bring good benefits of social and economic.Key words：25MW circulating fluidized bed boiler ； thermodynamic calculation ； Structural Desig目录摘要IAbstractII1 绪论11.1中国电力发展状况及趋势11.2电厂锅炉的分类21.3循环流化床锅炉的起源与发展31.4循环流化床锅炉的原理与特点.102、锅炉结构与设计简介122.1循环流化床锅炉的分类122.2本设计主要内容142.2.1研究方法152.2.2锅炉设计过程162.2.3参数选取162.3锅炉受热面及外形布置182.3.1 锅炉受热面布置182.3.2 蒸汽参数对受热面布置的影响192.3.3 锅炉容量对受热面布置的影响192.3.4燃料性质对于锅炉热力工况的影响202.4 锅炉整体的外形布置213 锅炉的主要系统设计223.1炉膛的结构形式223.2炉膛的结构设计233.2.1炉膛尺寸的确定233.2.2 炉膛容积的确定243.2.3 炉膛的截面积253.3锅炉基本尺寸273.4燃烧设备273.4.1 布风板273.4.2 分离器284 对流受热面计算与设计304.1过热器的计算与设计304.2省煤器374.21省煤器的作用.374.22省煤器的结构.374.23省煤器的布置.384.24省煤器中的水速.39 4.25省煤器出口水温的选择.394.3空气预热器404.4管子特性424.5循环流化床锅炉排放控制424.6钢架及平台楼梯434.7炉墙及保温结构434.8锅炉阀门仪表及管道445 辅助计算455.1锅炉的空气量计算455.2燃料燃烧计算455.2.1计算内容455.2.2空气和烟气的焓465.3锅炉热效率及燃料消耗量的估算485.3.1锅炉热效率及燃料消耗量计算步骤495.3.2锅炉输入热量496 密相区稀相区的热平衡和传热计算546.1 密相区稀相区的热平衡546.1.1密相热平衡546.2密相区、稀相区的传热计算55 6.2.1密相区的传热计算 556.2.2稀相区的传热计算627 锅炉热力计算误差校核69总 结71致 谢72参考文献73681绪论1.1中国电力发展状况及趋势中国电力工业自1882年在上海诞生以来，经历了艰难曲折、发展缓慢的67年，直到改革开放后，电力工业体制不断改革，在实行多家办电、积极合理利用外资和多渠道资金，运用多种电价和鼓励竞争等有效政策的激励下，电力工业发展迅速，在发展规模、建设速度和技术水平上不断刷新纪录、跨上新的台阶。进入新世纪，我国的电力工业发展遇到了前所未有的机遇，呈现出快速发展的态势。随着电源容量的日益增长，以及我国电网规模不断扩大，电网建设得到了不断加强，特别是近十年来，电网建设得到了迅速发展，输变电容量逐年增加。未来20年，是我国经济和社会发展的重要战略机遇期。发展循环经济，创建节约型社会。加强发电、输变电、用电等环节的科学管理，提高能源使用效率。在加快电力建设，保障电力供给的同时，将节约资源和提高能效提升到与电力供应同等重要的地位。目标是：2020年火电平均供电煤耗控制在每千瓦时330克标准煤，厂用电率下降到5.1%；发电水耗控制在每千瓦时2.5千克(目前发达国家水平)；粉煤灰综合利用率达到75%。线路损耗下降到6.8%。通过节能、节电，加强全国联网，调整产业结构，逐步降低单位产值能耗等综合措施，到2020年力争节约发电装机超过1.2亿千瓦、标煤2亿吨。1.2循环流化床锅炉的起源与发展在谈循环流化床技术之前，首先要涉及到流态化技术，正如各种技术的形成一样，循环流化床技术的问世，也是一个逐渐被发展和完善的过程。循环流化床技术是在最初被发现并应用的流态化技术的基础上发展起来的。流化床燃烧技术的应用最初是鼓泡床技术，其大概的工作过程就是，碾碎的小颗粒燃料通过给煤口送入炉内，床内布置有埋管蒸发受热面，空气由风室通过床下布风板送入床层，将燃料颗粒吹起。吹起的颗粒上升到一定高度，在重力作用下又落下，再由空气吹起上升，然后又落下，如此反复上升、落下， 好像水在沸腾时的状态一样，固体颗粒层也膨胀起来，此时固体颗粒便进入流化状态，这便是最初的鼓泡床燃烧。从以上鼓泡床燃烧特点可以看出，其飞灰含碳量大，不完全燃烧损失大。由于鼓泡床在燃烧宽筛分燃料尤其是劣质燃料时，固体未完全燃烧损失很大、加入石灰石脱硫效率低、埋管受热面和炉墙磨损大以及大型化时床面积过大受热面难以布置等缺点的限制，由于上述种种原因，人们便开始新的探索，力图在此基础上进行改进，克服其固有弱点，循环流化床燃烧技术便应运而生。目前我国燃用无烟煤的煤粉锅炉的NOx排放为1100mg/Nm3左右，尚不能满足排放控制要求，而燃用无烟煤的大型循环流化床锅炉NOx排放可控制在150mg/Nm3以下。随着环保标准执行力度的加大，大型循环流化床锅炉在燃用无烟煤的电站锅炉中也会占领部分市场。目前大量新机组是建于煤矿附近的坑口电厂，燃料以洗煤厂副产品洗中煤、煤矸石、洗煤泥为主，由于燃料的特殊性，循环流化床锅炉几乎是它们唯一的选择。炼油行业的副产品石油焦、煤化工行业的煤制油油渣、氮肥行业的造气炉渣都是循环流化床锅炉的燃料，且只能在循环流化床锅炉内燃烧，这也是循环流化床锅炉的一部分市场。由于循环流化床锅炉能够解决我国燃煤锅炉存在的包括环境问题在内的诸多现实问题，中国已成为循环流化床锅炉最大的商业市场。随着全球各国经济的飞速发展对能源需求越来越多，对能源的开发和利用也在不断完善。我国是目前世界上经济发展最快的国家之一，同时是世界最大的产煤国，也是最大的煤耗国。高速发展的经济必然意味着对能源需求的大量增加，由于煤的开发和利用产生大量废气（氮氧化物酸性气体）和废物（如煤矸石），这不仅对环境造成污染，同时，煤矸石中的可燃成分被白白废弃，造成能源的浪费，不符合我们国家节约型社会的发展要求。循环流化床锅炉(CFBB)是一种可以燃烧劣质燃料的锅炉，通过流化和循环两个特殊过程，能把以煤矸石为代表的劣质燃料彻底地烧干净，提高燃烧效率，锅炉的燃烧效率达到90%以上。我国循环流化床锅炉发展状况12：我国于20世纪80年代开始了循环流化床锅炉燃烧技术的研究开发，虽然起步较晚，但进步很快。目前，200MW及以下容量的循环流化床锅炉已在国内大面积工业推广。引进技术促进了我国循环流化床燃烧技术的发展。据不完全统计，我国已经有30余台135MW等级循环流化床锅炉在运行，百余台订货，300MW循环流化床锅炉在四川白马电厂已成功运行，有20台订货，2006年开始陆续投入商业运行。超临界循环流化床锅炉示范工程也开始策划。循环流化床锅炉燃烧技术在我国还是一门年轻的技术，无论是锅炉本体，还是辅助系统都需要进一步完善。令人欣慰的是，通过锅炉厂家和有关科研单位的努力，对锅炉本体的研究取得了初步的成果，下一步应集中精力对锅炉的辅助系统进行攻关。在流化床锅炉燃烧机理、设计准则、调试运行和检修维护等方面，已经积累了大量的经验。但作为一种新的燃烧方式，有关循环流化床的基本理论还不能很好地满足工程实践的需要，有关的设计方法和思想还不是十分明确，与循环流化床锅炉有关的运行和检修还没有统一的标准。同时，尽管循环床锅炉的运行易于掌握，但必须尽快掌握它的运行特点和与其他炉型不一致的控制参数。只有从锅炉的设计、制造、运行各个方面严格控制，才能使这门技术充分发挥它的优势，从而得到尽快的发展。 我国发展循环流化床锅炉已有近20年的历史，其发展的主要目的是利用劣质燃料。发展过程大致可分成三个阶段:改造旧锅炉，掌握流化床锅炉燃烧技术。从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是改造旧锅炉，利用当地劣质燃料。典型代表是广东江门甘蔗化工厂的50t/h和四川永荣矿务局的19t/h的流化床锅炉。通过这些改造旧锅炉的试验，基本上掌握了流化床锅炉燃烧技术，为研制新锅炉打下了基础。研制新锅炉，应用流化床燃烧技术。上海发电设备成套设计研究所和上海锅炉厂在一系列试验台试验和工业性试验的基础上，共同研制了电站用35t/h和13ot/h的流化床锅炉，分别安装在益阳石煤发电综合利用试验厂和鸡西矿务局滴道电厂。东方锅炉厂也在试验研究的基础上制造了35t/h流化床锅炉，安装在四川永荣矿务局电厂。这几台锅炉的运行实践证明:流化床锅炉是我国利用劣质燃料的一条途径。发展循环流化床锅炉，提高流化床燃烧技术。为了提高燃烧效率，各科研单位、高等学校和制造厂家合作，研制了各种型式的循环流化床锅炉和带飞灰循环燃烧的鼓泡床锅炉。清华大学与中国科学院工程热物理所研制的3575t/h小循环流化床锅炉相继运行，哈尔滨工业大学、上海发电设备成套设计研究所研制的130t/h带飞灰循环燃烧的新型鼓泡床锅炉已投入运行，浙江大学研制的35t/h煤泥流化床锅炉也已投入运行，华中理工大学研制的35t/h循环流化床锅炉具有典型的n型布置和中温除尘的特点，也已投入运行。清华大学与中国科学院工程热物理所研制的220t/h循环流化床锅炉也已相继投入运行。这阶段发展的特点是，循环流化床锅炉与带飞灰循环燃烧的鼓泡床锅炉同时并举，并从利用劣质煤为中心转向高效、低污染的煤燃烧技术的综合发展。 应用流化床燃烧技术燃烧劣质燃料，无疑有重要的战略意义。可以预料，未来的510年间是我国流化床燃烧锅炉向大型化发展的年代。我国的发展战略是:因地制宜地发展带飞灰循环燃烧的鼓泡床锅炉和各种型式的循环流化床锅炉。在旧锅炉和超龄锅炉的改造中使用流化床燃烧技术，以达到既能提高燃烧效率、减少污染，又能利用低质燃料的目的。（3）我国循环流化床锅炉目前状况: 清洁煤燃烧发电是国内外新崛起的发电技术，循环流化床是应用清洁煤燃烧技术的成果，它是利用脱硫剂使煤在流化床上燃烧时脱硫，如控制好炉内的钙硫比，其脱硫率可达到90%以上，环保效益好，是国家在调整电力结构时要求积极发展的发电技术之一。 循环流化床锅炉比常规燃煤锅炉贵，但与带脱硫装置的常规燃煤电厂(PC+FGT)相比，同容量的循环流化床锅炉电厂的建设费用是常规燃煤电厂的90%，运行维护费用也只是常规燃煤电厂的90%。 我国很多地区由于电厂的生产，使该地区酸雨和二氧化硫污染严重，特别是珠江三角洲地区的环境污染已经到了非治理不可的地步，因此必须对现有电厂加装脱硫装置。但是对现有电厂加装脱硫装置存在着资金项目建设之初就使用循环流化床锅炉技术、政策等问题，难以调动企业的积极性。如果在就可避免这种情况的发生。 目前，我国部分地区的电厂还没有应用循环流化床这种清洁煤燃烧发电技术，这是因为现有政策使脱硫成本无法进入电价，而脱硫设施只有环境效益，不产生经济效益，不具有还贷能力，因此虽然循环流化床锅炉技术已趋于成熟，环保性能特别好，但投资者还是没有积极性。 为了鼓励投资者积极利用清洁煤燃烧发电技术，改善我国生态环境状况，建议政府尽快制定鼓励政策。根据当地实际情况批准建设循环流化床电站，以逐步推广清洁煤燃烧发电技术。 综观国内循环流化床锅炉研究开发的整个过程，前期工作主要停留在分离技术(旋风分离器的替代技术)、物料循环系统与关键部件的技术探索，配套系统的形成等方面。经过长时间的技术积累和市场培育，现在用户主要关心的是锅炉的可靠性和综合经济环保特性，要求锅炉具有高可靠性、高经济性和高环保性。因此循环流化床锅炉大型化研究开发工作必须以高可靠性、高经济性和高环保性为核心。 随着时间的推进和技术的进步，循环流化床燃烧技术研究的成果日臻完善，迫切需要研制融合最新技术成果、具有高性能的更大容量的循环流化床锅炉。国际上采用高温旋风分离技术是循环流化床锅炉发展的主流派技术，采用具有冷却表面的旋风分离器是一个新的发展趋势，但是成本较高。目前，也有采用方形(异型)分离器的循环流化床锅炉，对于大容量多变煤种的情况，其能否满足高效、低污染等技术指标还在探索之中。旋风分离技术是一个经过探索、行得通的分离技术，目前运行的发电200MW以上容量的循环流化床锅炉均采用旋风分离器。因此循环流化床锅炉大型化应首选旋风分离器技术，这也是国际上的主流技术，以确保高的分离性能，减少大型化的技术风险。从国内外的技术对比来看，国内目前的循环流化床锅炉技术并不落后，可以说是紧跟国际的发展前沿。但在锅炉容量、整体技术、配套技术等方面尚有一些差距，研究与开发的投入还远远不够，特别是研究资金投入不足，研制开发力量分散等多种因素，导致研究开发工作进展缓慢。经过长时间的技术普及和市场培育，目前在国家有关政策支持下，特别是国家计委和经贸委均在组织具有自主技术的大型循环流化床的示范工程，用户已经能够接受具有自主技术的大容量循环流化床锅炉产品，因此迫切需要加紧开发和应用大容量循环流化床锅炉技术。1.4循环流化床锅炉的原理及特点固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。 循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为48m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛、气固物料分离器、固体物料再循环设备等组成，上述部件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、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。 3循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。技术特点： 对燃料的适应性特别好，可以烧优质煤，也可以烧各种劣质燃料高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、各种煤研石，还可以烧油页岩、石油焦、尾矿、煤泥、尾气、炉渣、树皮、废木头、拉圾等。在燃料来源、品种和质量多变的情况下，采用流化床燃烧技术是特别适宜的。 燃烧效率高。采用带飞灰循环燃烧的流化床锅炉，根据炉型和煤种的不同，燃烧效率可达90%-99%。流化床的截面热强度高，鼓泡床锅炉的截面热强度为13MW/m2，循环流化床的截面热强度为38MW/m2 。流化床燃烧温度一般为900左右，采用石灰石作为床料添加剂时，炉内脱硫效果好。与煤粉锅炉采用烟气干法和湿法脱硫相比，前者电厂投资和运行费用大为降低。流化床锅炉一般采用分级燃烧，燃烧温度不高，NOx的生成量显著减少。鼓泡床锅炉烟气中NOx的浓度为300400ppm，循环流化床锅炉烟气中NOx二的浓度为100200ppm。 流化床锅炉的负荷调节范围大，调节性能好。对鼓泡床锅炉，采用分床压火或调节料层厚度，负荷变化范围为50%100%。对循环球锅炉，采用改变灰循环量可使锅炉的负荷变化范围为25%100%。负荷的连续变化速率可达5%100%。流化床锅炉的溢流渣、冷渣含碳量低，可作为水泥熟料的添加剂和建筑材料。2 锅炉结构与设计简介2.1循环流化床锅炉的分类由于循环流化床锅炉的炉型种类很多，按不同的部件可以有不同的方法。循环流化床锅炉一般由燃烧室、分离装置、回送装置、尾部受热面及外置式受热面等主要部件构成，其主要的区别在于分离器的位置、分离器的型式和外置式受热面等。可以按上述几种部件的不同形式来介绍循环流化床锅炉的炉型及简单的工艺流程。（1）按分离器不同工作温度分类循环流化床锅炉中分离器的位置是一个十分重要的问题。它直接影响着整个循环流化床锅炉的结构布置和运行特性。按分离器不同工作温度分类，循环流化床锅炉大致可以分成如下几种形式：a)高温分离型循环流化床锅炉；b)温分离型循环流化床锅炉；c)低温分离型循环流化床锅炉；d)组合分离型循环流化床锅炉。高温分离型循环流化床锅炉是目前应用最广泛的循环流化床锅炉式Ahlstrom公司的Pyroflow循环流化床锅炉，Lurgi/CE公司的循环流化床锅炉，Foster wheeEer公司、Tempella公司、BaMellcRiley公司等的循环流化床锅炉均采用高温分离的型式，Ahlstrom公司的Pyroflow循环流化床锅炉,其分离器工作温度与燃烧室，基本相同，约为850一900。（2）按分离器型式分类循环流化床锅炉中分离器的型式是循环流化床锅炉设计时首先要考虑的因素，因为分离器的型式对循环流化床锅炉的总体布置和运行特性的影响极大。按不同的分离器型式分，循环流化床锅炉可分成如下几种型式： 旋风分离型循环流化床锅炉； 惯性分离型循环流化床锅炉 炉内卧式分离型循环流化床锅炉； 炉内旋涡型循环流化床锅炉； 组合分离型循环流化床锅炉。（3）按有无外置式流化床受热面分类外置式流化床换热器并不是循环流化床锻炉的必备部件，也可以按有无外置式流化床换热器对循环流仆床锅炉讲行分类。 设置流化床换热器的典型结构为Lurgi/CE型循环流化床锅炉和Battel1eRi-lay型多固体循环流化床锅炉，外置式流化床换热器的优点般认为有如下几点：床温调节仅需调节进人流化床换热器与直接返回燃烧室的固体物料比例即对，无需改变循环倍率或床层温度等其他参数。将燃烧与传热基本分离，可以使二者均达到最佳状态。将再热器或过热器布置在流化床中，气温调节非常灵活，甚至无须喷水调节或再热器启动旁路，但显而易见采用外置式流化床换热器结构比较复杂，特别是采用多固体循环流化床型式。从图中可以看出，循环物料分高温、中温和低温从外置式流化床换热器的不同区域送回燃烧室，虽然其控温特性较佳，但控制调节方法却非常复杂。 Pyroflow等循环流化床均不设外置式流化床换热器。在固体颗粒循环回路上的吸热主要靠炉膛水冷壁以及屏式受热面来保证。在循环流化床锅炉发展的初期认为，由于在团体颗粒循环回路中必须有足够的受热面以保证燃烧室的温度，在大型化过程中水冷壁的吸热量增加比锅炉容量增加很慢，石采荆外置式流化床换热器时单个燃烧室的最大锅炉蒸发量为200250th，但Ahlstrom公司在大型化过程中采用了具有独特抗磨特性的管作为屏式受热面，较好地解决了放大问题。外置式流化床换热器并不是循环流化床锻炉的必备部件，也可以按有无外置式硫化床换热器对循环流化床锅炉进行分类。 设置外置式流化床换热器和不设置外置式流化床换热器是目前循环流化床锅炉发展中的两大流派。这两种流派均具有自己的特色，也均有许多应用的实例，相信在循环流化床锅炉的进一步发展中，这两种流派还会进一步发展完善下去。（4）按不同的循环倍率分类固体颗粒循环量是循环流化床锅炉中的一个非常重要的参数按物料循环量的大小，可以将循环流化床锅炉分成高物料循环量、中物料循环量和低物料循环量三类循环流化床锅炉。 由于燃料品质的不同，同一容量的锅炉其投煤量也不相同，所以采用循环倍率的概念并不最佳，但该值在一定程度上也反映了循环流化床锅炉的特性，且又比较直观，这里也采用了该参数进行讨论。目前，尚未有一个确切的数字来划分高、中、低三类循环倍率的值，一般可以将l5称为低倍率循环流化床，620称为中倍率循环流化床，大于20称为高倍率循环流化床。低倍率循环流化床锅炉比较典型的是浙江大学提出的循环流化床，循环倍率约为2.5。中倍率循环流化床锅炉比较典型的是Deutsch Babcock的Circofluid循环流化床锅炉，其循环倍率为1015。高倍率循环流化床锅炉的典型代表为Pyroflow循环流化床锅炉、Lurgi/CE型循环流化床锅炉、多固体循环流化床锅炉等，其循环倍率有的可高达40200。 2.2本设计主要内容设计主要内容包括：（1）明确给定燃料及其特性。（2）锅炉主要参数，如锅炉蒸发量、给水压力、过热蒸汽的温度和压，以及煤种的选取等。（3）锅炉的主要受热面的选取而和热力计算。（4）确定各受热面和烟道的尺寸。（5）炉膛、过热器、再热器的热力计算和校核。（6）画出锅炉内部结构系统图、烟气和锅炉外部结构简图。2.2.1研究方法(1)、设计热力计算 进行设计新锅炉时的热力计算成为设计热力计算，简称设计计算。设计热力计算的任务是，根据给定的蒸发量、蒸汽和给水参数、煤质资料和选定的效率、燃烧设备型式等，确定锅炉各部分的受热面面积和主要结构尺寸以及耗煤量、送风量、排烟量等。设计计算一般和锅炉结构设计交互进行。设计计算将为空气动力计算、水动力计算、强度计算等其他计算以及辅机的选择提供参数。（2）校核热力计算 校核热力计算是在产品设计业已存在、或锅炉实体已经存在、或主要结构尺寸已经确定的情况下使用的方法，目的是：按已有的结构尺寸和给定的蒸发量、蒸汽和给水参数、煤质资料等实际运行条件，校核锅炉的效率、燃煤量、送风量、排烟量、各受热面前后的烟气和工质的温度、各受热面中的烟气和工质的流速等，从而校核锅炉达到要求的蒸发量和蒸汽参数的可能性及锅炉的经济性、可靠性。（3）设计计算和校核计算 在计算方法上是相同的，计算时所依据的传热原理、公式和图表也都是相同的，仅计算任务和所求数据不同。一般来说，对已有的锅炉进行改造估算时常用校核热力计算，设计制造新锅炉时用设计热力计算。但随着人们对锅炉认识的不断加深，已积累了相当多的成熟经验。因此，在设计制造新锅炉时，也多是先将锅炉结构等初步布置好，然后依校核热力计算方法来进行修正，并不直接采用设计热力计算了。（4）在本次热力计算中，核心的计算方法步骤为： 1）假定数据； 2）以假定数据进行计算； 3）计算结果同假定数据相比较，确定误差； 4）若在规定误差范围内，进行下一步； 5）若不在规定误差范围内，返回1，重新确定更相近数据进行计算。2.2.2锅炉设计过程（1）基本参数确定。 利用实用锅炉手册和电站锅炉原理，查找到蒸发量130t/h的电站锅炉的基本参数，并且填写在热力计算表格中。（2）煤种选择和燃料的燃烧计算。 根据有关文献选择鹤壁贫煤作为此锅炉的燃料，并进行煤的校核计算。计算出碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的含量。确定收到基低位发热量。（3）根据燃料性质、燃烧方式、锅炉构造进行空气平衡计算。（4）根据受热面进出口过量空气系数，进行理论空气量、烟气量计算并编制烟气性质表和焓温表。（5）假定排烟温度进行热平衡计算，确定各项热损失，计算锅炉效率、燃料消耗量和保热系数。（6）假定预热空气温度，进行炉内传热计算。（7）按烟气流向对烟道各个受热面进行热力计算。各个受热面计算时一般分为两个步骤，先作结构特性计算，后作传热计算。（8）热力计算的修正和热平衡计算误差的校核。（9）列出整个机组的主要热力计算数据的汇总表。2.2.3参数选取表2-1参数选取序号名称符号数值单位1锅炉额定蒸发量36.11Kg/s2汽包工作压力4.23过热蒸汽出口压力3.84过热蒸汽出口温度4805给水温度1606给水压力4.87冷空气温度208预热空气温度 3509锅炉排污率2%煤种选取京西无烟煤表2-2煤种选取序号名称符号来源单位数值1收到基碳含量测量值67.92收到基氢含量测量值1.73收到基氧含量测量值2.04收到基氮含量测量值0.45收到基硫含量测量值0.26收到基灰分测量值22.87收到基水分测量值5.08干燥无灰基挥发份测量值6.09收到基低位发热量测量值230402.3锅炉受热面及外形布置2.3.1 锅炉受热面布置锅炉的整体布置是锅炉设计中一个重要的环节，必须全面的考虑这个问题。锅炉的整体布置也就是指锅炉炉膛和其中的辐射受热面、对流烟道和其中的各种对流受热面的布置。在确定布置方案时，应尽可能设法满足以下的要求： （1）运行安全、经济。 （2）节省投资（主要是减少金属消耗量）。 （3）管理和检修方便。 （4）制造简单、运输方便和安装迅速。 （5）对于燃料具有一定的通用性，既锅炉的通用化。 以上各要求可能相互矛盾，故在考虑整体布置方案时务必结合国内燃料资源，经济情况，生产水平，以及锅炉蒸汽参数、容量和燃烧方式等具体条件，设法协调矛盾，以选定最经济合理的方案。 锅炉整体布置不仅受蒸汽参数、容量、燃料性质的影响，而且要考虑到整个电厂布置的合理性，各种汽水管道和烟风煤粉管道的合理布局。 2.3.2 蒸汽参数对受热面布置的影响 蒸汽参数的变化对于锅炉本体各个受热面间吸热量分配有很大影响，吸热分配比例的不同，将直接影响受热面布置。工质在个受热面吸收的总热量，按热力学可分为加热吸热量、蒸发吸热量和过热吸热量三部分。 当汽压升高，工质加热吸热量与过热吸热量（包括再热蒸汽的吸热量）增加，蒸发吸热量则减少。在锅炉的各受热面中，工质加热吸热主要靠省煤器完成，蒸发吸热主要靠水冷壁完成，而过热吸热则由过热器和再热器完成。对于不同参数的锅炉，其受热面布置考虑的问题也不尽相同。 对于中参数锅炉，工质蒸发吸热量与炉内辐射受热面的吸热量大致相近，除炉内布置水冷壁及炉膛出口有几排凝渣管束外，勿需再像低压锅炉那样，布置大量的对流锅炉管束。因此，中压锅炉大都采用单汽包结构，工质加热吸热量由省煤器完成，当炉内辐射受热面的吸热量能满足蒸发吸热量的要求时，可使省煤器部分沸腾。根据热空气温度的要求，空气预热器布置成单级或双级。过热器多采用对流式过热器，应尽量布置在凝渣管后的高烟温区，以节省耐热钢材。对高参数锅炉，工质加热和过热吸热量比例增大，蒸发吸热量比例减少。由于蒸发需要热量减少，同时由于蒸汽温度，为了得到足够温差，有可能也有必要将一部分过热器受热面移入炉膛，因此除对流过热器外，往往需要顶棚过热器和炉膛出口布置代替凝渣管束的屏式过热器。后两种过热器可在锅炉负荷变动时保持汽温平稳，并且作为降低炉膛出口烟温的一种措施。对蒸发及加热受热面的布置，采用的热力系统仍类似中压锅炉。此外，随着蒸汽参数的提高，工质加热吸热量的增加和蒸发吸热量的减少，一部分加热的吸热量可以由水冷壁负担，所以在高参数以上锅炉中省煤器常是非沸腾式，则水冷壁的一部分实际上起了省煤器的作用。 2.3.3 锅炉容量对受热面布置的影响 当蒸汽参数提高时，伴随着锅炉容量的增加，炉膛容积也正比的增加。但是，炉膛壁面积并非与其容积正比的增加。所以，随着锅炉容量的增加，能布置水冷壁的炉内表面积相对减少。容量增大，炉膛面积增加慢的矛盾更为显著。而炉膛高度又有一定的限制，为了使炉膛出口烟温布置过高而引起严重结渣，不仅在炉膛内需要布置更多的辐射式、半辐射式过热器，而且常需在炉膛中装设双面水冷壁，使烟气在炉膛中得到足够的冷却。 同样的理由，随着锅炉容量的增大，炉膛宽度（尾部烟道宽度）也相对减少，这就会影响到尾部受热面的布置。为使尾部受热面的工质流速不因尾部烟道宽度的相对减少而增大，在设计高参数锅炉时尾部省煤器和空气预热器均采用双级双流布置。对于超高参数以上的锅炉，有时尾部受热面即使采用了双级双流布置还难解决问题，同时还会有尾部受热面尺寸太大而是烟气难于分布均匀，因此有时就将空气预热器移至炉外，且采用比较紧凑的回转式空气预热器，而省煤器则采用单级的非沸腾式结构布置在尾部烟道内。 2.3.4燃料性质对于锅炉热力工况的影响 由于燃料性质对于锅炉热力工况的影响所以燃料的多样性导致了锅炉受热面采用多种布置方式。就固体燃料而言，煤的发热量、挥发分、水分、灰分、硫分即着火点等性质，对受热面的布置均有影响。可以从燃料消耗量的多少、着火难易、烟气量的改变、结渣、积灰、磨损、腐蚀的轻重等方面逐一进行分析，来考虑受热面的布置应采取的措施。 对于相同容量、参数的锅炉，如使用的燃料发热量较低，则燃料消耗量较多，理论燃烧温度降低，炉膛出口烟温可能变化。因此，影响了炉内传热与对流换热的分配比例，锅炉各部分的受热面积也随之改变。 煤水分较大，将引起炉内燃烧温度下降、烟气量增加，炉内吸热量减少，对流受热面吸热量增加。同时，水分多的煤需要较高的热空气温度，亦即需要布置更多的空气预热器受热面。 挥发分较低，不易着火和燃尽，炉内火炬长度应保证大一些，即炉膛较高一些。挥发分较低的煤也要求较大的过量空气系数，这同样会使炉内燃烧温度降低和烟气量增加，从而改变辐射换热与对流换热的分配比例。 灰分多，会引起对流受热面的强烈磨损，当灰的变形及软化温度不高时，还容易引起炉膛内或其出口处密集对流受热面的结渣。前者影响对流受热面的烟速选择，后者影响炉膛出口温度的选择，使辐射换热与对流换热的比例改变，受热面的结构和大小都要相应改变。 硫分比其它的成分少得多，对燃料燃烧后烟气容积的影响不是太大，主要影响是烟气露点。因此，硫分不同，应选择不同的排烟温度和低温受热面结构。但是，实际上对多硫燃料，用提高排烟温度来解决低温腐蚀问题是不合算的。因此，排烟温度的选择必要时亦可不考虑这个因素，而采取其他措施来减轻低温腐蚀。这样对受热面布置影响就较小，或仅使它影响最末级受热面的机构。 由此可见，对于同一容量和参数的锅炉，不同的燃料就要求有不同的受热面布置形式。这对锅炉的制造和大量生产不利，所以要提出锅炉的通用化，即对燃料性质相近的，锅炉结构可以完全相同，燃料性质相差大时，结构上仅作局部改变即可，这就大大地简化了锅炉制造工艺。如在设计通用化锅炉时，炉膛的容积热强度值应选取低些，以满足通用燃料炉中的最低需要值；过热器可按通用燃料中烟气容积Vy最小和对流换热比例最小的燃料设计；省煤器可按需要最大的传热面积的燃料来设计布置；对流受热面的烟气流速按最大灰分的燃料来选取等。当然，搞通用化设计会使金属消耗量增加，原因在于通用化锅炉按在条件最不利时仍保证运行的安全与经济而设计，致使设备投资增加。因此，锅炉的通用化尚受上述原因的限制。2.4 锅炉整体的外形布置 随着锅炉容量和参数的提高，锅炉部件和受热面级数的增加，使用燃料的不同，锅炉整体的外形有多种多样的布置。 锅炉整体外形的选择应当考虑到：锅炉本身以及厂房建筑和连接烟风管道等金属材料消耗少，成本低；检修以及运行操作方便。因此，锅炉外形的选择不仅与本身各部件的构造和布置有关，而且也涉及到整个电站布置，特别是与汽机的配合问题。 。 3 锅炉的主要系统设计 本锅炉为室内布置，由前部炉膛及尾部竖井烟道组成。前部炉膛为悬吊结构，炉膛由膜式水冷壁组成，增强锅炉密封性。自下而上依次为一次风室、密相区、二次风口、悬浮段、蒸发管。尾部竖井采用支承结构，布置有高温过热器，低温过热器，钢管式省煤器及管式空气预热器，炉膛和尾部烟道之间由旋风分离器相连，分离器下部接返料装置。燃烧室内布置有布风板、膜式水冷壁。3.1炉膛的结构形式 流化床锅炉炉膛由流化床层(又称沸腾段)和悬浮室组成。对燃煤挥发物含量较高的劣质烟煤、褐煤和细颗粒份额较大的无烟煤、贫煤对，在悬浮室后两还布置燃尽室，以使飞灰中可燃物进一步燃尽。炉膛的作用在于保证燃料在流化状态下稳定燃烧，保持床内一定的温度水平。日前采用的炉膛形状有两种型式倒锥体型(截面上大下小)和柱体形(上下截而相等)。对子燃用宽筛分颗粒的小型工业流化床锅炉，广泛采用倒锥形炉膛，以扩大悬浮段截而，降低烟气流速，使烟气中夹带的细颗粒经过扬析作用得到重力分离，减少从悬浮段出口的飞灰量及其含碳量。采用这种结钩型式.对小型硫化床锅炉在结构上不会带来很大困难。对大中型流泛床锅炉(35t/h)的炉膛多采用柱体型，因为炉体比较高大，烟气在炉膛内停留时问较长。如果采用倒锥型炉体，在结构方面会增加复杂性。炉膛的水平截面形状也有圆形和矩形两种。圆形炉膛布风均匀，气流充满度较好，但炉墙砌筑比较困难，受热面布置也比较困难，一般较少采用。流化床锅炉炉膛分为两段，从风帽小孔中心线到溢流口下沿以上150毫米的横钱而处称为沸腾段，从沸腾段顶部到悬浮段出口烟道中心线所在平面处称为悬浮段。倒锥形炉膛的沸腾段又可分为垂直段和扩故段，从风帽小孔中心列炉墙向外扩散的起点处称为垂直段，以垂直段顶部到溢流口下沿以上150毫米处的水平截而称为扩散段。垂直段的作用就是提高炉膛底部的烟气流速，使粗颗粒得到良好流化。流化床锅炉炉膛的结构设公卜就是要处理好宽筛分燃料的粗颗粒能获得良好流化，而又不致使细颗粒从炉膛带出过多，使燃料在床内能达到稳定燃烧、维持一定的温度水平，有较高的燃烧效率。3.2 炉膛的结构设计3.2.1炉膛尺寸的确定（1）炉膛的截面积 实际上当流化风速确定后，锅炉的横截面积就已经确定了，但长宽比还应予以计算。(2)炉膛的形式 炉膛的形状可以有多种不同形式，除了早期的循环流化床锅炉外，目前总是采用矩形截面，四周为水冷壁，其长宽比的确定主要应考虑下述因素： 1）炉膛内布置足够的受热面，除了大容量锅炉受热面可能需布置屏式受热面外，尽量不布置类似埋管、屏式受热面等；2)二次风在炉膛内应可以足够穿透；3)固体颗粒给料在横向的扩散。 具体在确定炉膛的长、宽比时，一般还应考虑尾部受热面的布置，使之相适应，其他诸如分离器的布觉位置等，也会对炉膛长宽比的确定产生影响。在设计时必须注意：炉膛过深会使二次风在炉内穿透能力变弱，挥发分在炉膛内的扩散不均匀，故炉膛的深度一般不超过8m，以保证二次风的穿透，长宽比以1：1至2：1都是合适的。（3）炉膛高度的确定 循环流化床锅炉炉膛高度是循环流化床设计的一个关键参数。炉膛越高，则锅炉的镶架就越高，因此锅炉的造价也会提高。因此，在满足锅炉和炉膛的下述要求的情况下，尽可能地降低炉膛高度。 1)保证分离器不能浦集的细粉在炉膛内一次通过时能够燃尽； 2)炉膛高度应容纳炉膛能布置全部或大部分蒸发受热面； 3)炉膛高度应保证返料机构料腿一侧有足够的静压头，从而使循环流化床锅炉有足够的循环物料在循环回路中流动； 4)炉膛高度应保证脱硫所需最短气体停留时间； 5)炉膛高度应和循环流化床锅炉的尾部烟道或对流段所需高度相一致； 6)炉膛高度应保证锅炉在设计压力下有足够的自然循环。 在具体的设计时，一般可根据常规循环流化床锅炉的沪膛高度确定一个数值，布置受热面是否足够，然后考虑分离器的切割直径，再根据上述1)的要求考虑固体颗粒的燃尽，和其他的要求条件，使之满足上述要求即可。 （4）炉膛下部区域的设计 在循环流化床锅炉中，由于空气分成一、二次风送人，在二次风口以下的床层如果截面积保持与上部区域相同，则流化风速会下降，特别是在低负荷时会产生床层停止流化等现象，所以循环流化床锅炉的二次风口以下区域总是采用较小的横截面积， 在设计时截面收缩可以采用两种不同的方法：第一种是下部区域采用较小的截面，在二次风口送人位置采用渐扩的锥形扩口，扩口的角度小于45；第二种方法是在炉膛布风板上就呈锥形扩口，这有助于在布风板附近区域提高流化风速，以减少床内分层和大颗粒沉底的可能性。作为一般的考虑，可以使床层下部和上部的流化风速相等，并且使床层下部密相区在低负荷情况