说明书：75吨时循环流化床锅炉设计

中文题目 75t/h循环流化床锅炉设计 英文题目75t / h circulating fluidized bed boiler design 学 生 姓 名 专 业 班 级 指 导 教 师 完 成 日 期 承诺书 本人郑重承诺：所呈交的学士学位设计，是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。 学士学位设计（设计）作者签名： 年 月 日摘 要 循环流化床锅炉技术在近几十年内在世界各国发展迅速，由于人们对燃烧效率以及燃烧产物对环境的影响越来越重视，使得循环流化床锅炉技术在火电行业得到了广泛的应用。该技术本身有很多突出优点，如可适应燃烧多种燃料、燃烧效率突出、氮氧化物排放量少、负荷调节灵敏且范围宽。我国在中小型循环流化床锅炉设计制造技术方面已经较为成熟，本次设计是针对褐煤这一挥发分较高的燃料进行其适用的循环流化床锅炉优化设计。主要通过锅炉结构以及旋风分离器结构的设计来进行热力计算，在以锅炉的安全性和可靠性为首要原则的前提下，考虑脱硫、燃烧、有效传热、空气动力特性以及各受热面磨损和腐蚀程度。 设计过程中，在给定的煤种设计数据以及锅炉基本特性和基本尺寸条件下，进行了燃烧脱硫计算、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计算、炉膛结构及热力计算、旋风分离器结构、烟气阻力及热力计算、炉膛配风装置压力及阻力计算、回料器结构、风室压力及配风装置阻力计算，最后进行了尾部烟道各受热面结构及传热计算。此外，运用AutoCAD软件绘制标准0号锅炉结构总图1张，1张1号汽包展开图，1张锅炉本体图，1张双分离器展开图。关键词 循环流化床锅炉 优化设计 热力计算 脱硫 AutoCAD绘图 ABSTRACTIn recent years,circulating fluidized bed boiler has developed rapidly in all the countries.Because of people paying increasing attention to combustion efficiency and the impact of combustion products on the environment,the technology of circulating fluidized bed boiler has been widely applied in the thermal power industry.The technology has the characteristics of fuel adaptability、high combustion efficiency、low nitrogen oxide emissions、large load regulation ratio and fast load regulation.In the design and manufacturing technology of small and medium-sized circulating fluidized bed boiler,our country has mastered it.This graduation design is aiming to brown coal which has high volatile matter, for its application of optimal design of circulating fluidized bed boiler.Mainly through the boiler structural design and cyclone separator structural design,I conducted the thermodynamic calculation.On the premise of the safety and reliability of the boiler as the primary principle, considering desulfurization, combustion, heat transfer,aerodynamic characteristics and the heating surface abrasion and corrosion degree. In the process of designing,in conditions of given data-coal and the basic characteristics of the boiler and the basic size,I conduct combustion desulfurization calculation、boiler heat balance and fuel and limestone consumption calculation、calculation of the membrane water wall heat transfer、the structure and thermodynamic calculation、structure and the flue gas resistance and heating calculation of the cyclone、air distribution device for pressure and resistance calculation、back to the feeder structure, wind chamber pressure and wind distribution device resistance calculation,finally I did the tail flue of each heating surface structure and heat transfer calculation. In addition, I used AutoCAD to draw 4 standard size zero figures.1 piece of boiler structure layout, 1 piece of drum expansion plan, 1 piece of boiler body figure and 1 piece of double separators expansion view.Keywords circulating fluidized bed boiler optimization design Thermodynamic calculation AutoCAD drawing 目 录第1章 绪论11.1 研究背景11.2循环流化床锅炉结构及特点11.3 本文主要工作2第2章 锅炉结构与设计简介32.1 锅炉概述32.2 锅炉主要技术经济指标和有关数据：32.3 锅炉结构简述42.3.1 锅筒42.3.2 水冷系统52.3.3 过热器52.3.4 省煤器62.3.5 空气预热器62.3.6 燃烧系统62.3.7 构架和平台扶梯72.3.8 炉墙72.3.9 锅炉范围内的管路布置72.3.10 锅炉所配安全附件82.3.11 关于锅炉的脱硫8第3章 旋风分离器结构与设计简介93.1 气固分离原理93.2 旋风分离器的选型93.3 旋风分离器的尺寸确定10第4章 数据计算124.1.1 燃料特性124.1.2 石灰石特性124.2 燃烧脱硫计算124.2.1 无脱硫工况的燃烧计算124.2.2 无脱硫工况时烟气体积计算134.2.3 脱硫计算134.2.4 脱硫工况时受热面中燃烧产物平均特性计算154.2.5 脱硫工况时燃烧产物焓温表154.3 75t/hCFB锅炉热力计算164.3.1 锅炉设计参数164.3.2 锅炉热平衡及燃料和石灰石消耗量174.3.3 炉膛模式水冷壁传热系数计算184.4 结构计算194.4.1 炉膛膜式水冷壁计算受热面积194.4.2 汽冷旋风分离器计算受热面积214.5 热力计算234.5.1 炉膛热力计算234.5.2 汽冷旋风分离器热力计算254.6 75t/h CFB旋风分离器烟气阻力计算274.7 炉膛风室压力计算354.7.1 炉膛配风装置上压力计算354.7.2 炉膛配风装置阻力计算364.8 回料器设计计算394.8.1 结构尺寸计算394.8.2 回料器风室压力PS计算404.8.3 回料器配凤装置阻力PP计算414.9 尾部烟道受热面结构及传热计算46 4.9.1 高温过热器的结构计算464.9.2 高温过热器的传热计算474.9.3 低温过热器结构计算494.9.4 低温过热器传热计算494.9.5 高温省煤器结构计算514.9.6 高温省煤器传热计算514.9.7 低温省煤器结构计算534.9.8 低温省煤器传热计算544.9.9 二次风空气预热器结构计算554.9.10 二次风空气预热器传热计算564.9.11 一次风空气预热器结构计算574.9.12 一次风空气预热器传热计算584.10 热力计算汇总表59结 论62致 谢1参考文献1III第1章 绪论第1章 绪论1.1研究背景目前乃至今后几十年，我国仍主要依赖火力方式发电，在火力发电站中，电站锅炉作为其三大主机设备之一，与火电行业并肩发展。近几年，环境问题愈加严重，其根源在于国内大部分火电厂未以正确方式积极处理燃烧废弃物和排放物。在“上大压小”的政策导向下，中国电力工业结构将环保节能作为其调整后的重要方向，大幅促进火电行业产业结构优化升级，使得大批能效低、污染重的小火电机组因质检不合格而停业，此举响应了国家要求同时也加快了火电行业设备更新。从长远角度看，大力发展洁净煤技术势必对世界能源供应格局、煤炭使用率以及环境改善产生不凡影响。 近年来一些资料表明，火力发电发展的特征是：一、世界各国火力发电装机容量发展趋向高参数大容量机组。二、燃烧煤和石油导致的大气污染为当今世界各国首要关心的环境问题之一，因此加强对固体燃料的应用、致力于开发全新的高效洁净的燃烧设备成为研究主力方向。自循环流化床锅炉技术问世后，无论在经济、技术、环保各方面，其优越性都是无法忽视的，它被公认为是火力发电行业技术领域的重大突破。可见21世纪煤粉炉将被沸腾炉取代，沸腾燃烧技术将在我们这一代鼎盛起来。火力发电行业我国主要是从国外引入技术和自我研发两条路线，至今已可熟练操作中小型循环流化床锅炉设计制造技术，今后研究发展的重要方向为高参数大型化，超临界循环流化床锅炉。1.2循环流化床锅炉结构及特点循环流化床锅炉分为两部分：第一部分：炉膛或快速流化床、气固分离设备（旋风分离器或惯性分离器）、固体物料再循环设备、外置热交换器（可有可无），以上为一个固体物料循环回路的四个部分。第二部分为过热器、再热器、省煤器和空气预热器，这些统称为对流烟道。对流烟道充分吸收利用了烟气余热。锅炉炉膛的下部形状设计通常是渐扩的且其截面积较小，其目的是使易产生偏析的颗粒可以保持流化状态。炉膛的上部与下部相似，只是截面积稍大，这部分炉墙通常布置有蒸发受热面、过热器或再热器受热面。在炉膛外布置有旋风分离器和物料回送阀，这些部件表面用耐火层来覆盖。此外，鼓泡流化床作为其外置热交换器。燃料在炉膛下部或者返料机构中给入，与热物料混合后一起进入炉膛中燃烧，石灰石的给料方法同上。在燃烧过程中，一二次风进入炉膛方式不同，一次风是经由布风装置，二次风是从炉膛前墙或后墙或两者的某处喷入，其主要起扰动作用，目的是改善烟气在炉内的流动状况使得燃烧损失降低。虽然炉膛对于烟气的吸热率随炉膛本身高度提高而不断增加，但因为沿炉膛高度各处的床料混合程度良好，所以床温始终能够保持在800-900范围内，经气固分离器捕集到的较大颗粒脱硫剂即石灰石和未燃尽的焦炭，在靠近炉膛底部位置送回炉膛循环燃烧利用。而燃烧和脱硫产生的细颗粒（飞灰和反应过的脱硫剂）经由旋风分离器离开炉膛，最终在尾部烟道的布袋除尘器或静电除尘器中收集。无论在工业锅炉还是电站锅炉中，循环流化床锅炉都具有很强的竞争力。它集成了鼓泡流化床和循环流化床的各自的优点，避免了各自的缺点。把鼓泡流化床可燃大颗粒煤（10mm左右）、床储能多、运转可靠；循环床的高燃烧效率、无埋管、高脱硫效率，且低钙硫比等两者优点结合起来；为了避免鼓泡床埋管导致磨损率高，扬析、燃烧效率高，石灰石利用率低，脱硫效率不高和难以大规模化的缺点；也避免了循环床气固粒子含量太高，能耗高，磨损严重的缺点。循环流化床锅炉具备流体动力特性及结构，流体动力特性是十分关键的参数，它对于床内吸热量及载料量等都起到决定作用，是设计合理循环流化床锅炉的基础。1.3本文主要工作本文首先对这次设计的锅炉各部分结构设计进行简述，包括设计参数、材料、工艺过程、安装顺序、期望效果及目的等。继而通过无脱硫和脱硫工况时的燃烧计算、锅炉设计基本参数，确定炉膛、旋风分离器、回料器结构；进行锅炉热力计算、烟风阻力计算、炉膛配风装置上压力、阻力计算；进而进行尾部烟道受热面结构及传热计算，最终再通过反复校核确保数据误差在控制范围内，以达到设计目的。11第2章 锅炉结构与设计简介第2章 锅炉结构与设计简介2.1锅炉概述 本锅炉为循环流化床锅炉，其额定蒸发量为75t/h，燃煤时的燃烧效率高达97%。当燃用高硫燃料时，采取向炉内添加除硫剂石灰石可大大降低SO2的生成及排放量；同时由于炉内燃烧温度在900左右,可有效起到高温控制氮氧化物生成，从而减轻了设备的腐蚀程度以及烟气中有害物质含量。此外，炉渣也可以变废为宝用于水泥材料的掺合料。以上概述充分体现了该锅炉的燃烧效率高和低污染特点。本锅炉循环方式为自然循环，其循环燃烧系统通过旋风分离器实现，炉膛结构为膜式水冷壁，过热器分高级过热器和低级过热器二种，中间设喷水减温器，尾部设二级省煤器和一、二次风空气预热器。根据半露天式的布局设计该锅炉，7米的运动层标高，全金属构架，并可以应用到的最大地震烈度7度的区域。2.2 锅炉主要技术经济指标和有关数据：表2.1 锅炉基本特性名称数据单位额定蒸发量75t/h额定蒸汽压力 3.82MPa额定蒸汽温度 450给水温度 105一次风预热温度 150 二次风预热温度 150 排烟温度 155 热效率 88%脱硫效率 85%钙硫比 22.5燃料的颗粒度要求 10mm石灰石颗粒度要求 1mm表2.2设计条件设计燃烧-点火及助燃用油分析资料油种0#轻柴油密度（20） 0.835t/m水份 痕迹运动粘度 4.2闭口闪点 70 灰份 0.01 %硫含量 0.10 %机械杂质 无热值 43.04 MJ/kg表2.3锅炉基本尺寸锅筒中心线标高 30500mm锅炉本体最高点标高 32600mm运动层标高 7000mm锅炉宽度 （两侧柱间中心距离) 12700mm锅炉深度 （柱Z1与柱Z2间距) 15100mm2.3 锅炉结构简述2.3.1汽包汽包内部直径为1500mm，其壁厚度为46mm，筒体总长度为10204mm，筒身材料为20g钢板经由卷焊工艺加工而成，封头材料为钢板经由冲压加工而成。在钢架上汽包被两个支座支撑着，纵向受限，轴向可自由膨胀收缩。汽包内设有28个290的分离器进行汽水初步分离，在汽包顶部设有波形板分离箱进行进一步的细分离，细分离后分离器下6根水管可将箱中水再循环到汽包内，以此来保证蒸汽品质。在水管与汽包筒壁的相接处装有套管接头，以防低温给水与高温汽包筒壁温差过大使给水不能够沿锅筒纵向均匀分布。汽包内正常水位为其中心线下100mm处，在其上下最多可浮动75mm，将这两处极限位置设为最高、最低安全水位。汽包装有两只就地水位表、两只电接点水位表，这四只水位表兼具在操纵盘上显示汽包水位以及报警的功能。提高蒸汽质量可在汽包上设连续排污管，连续排污率可降低到1%。设有加药管（炉内水处理）可降低炉水的含盐浓度。2.3.2 水冷系统炉膛和炉顶全部都是膜式水冷壁管构成，炉膛横截面积为31706340mm2；炉顶标高为32600mm，膜式水冷壁通过扁钢焊制加工成，其规格为直径60mm，壁厚为5mm。燃烧室由五根钢管组成，燃烧室上部接连着炉膛水冷壁，其下部接连着水冷风室及其布风板，水冷风室由钢管组成；水冷布风板由钢管和规格为高度为6mm，厚度为45mm的扁钢组焊，在扁钢表面为与风帽连接开有许多小孔。以上钢管直径均为60mm。炉膛内部平分成四个方向回路，以便水冷壁中水可以充分循环，其中引汽管与下降管均用钢管，钢管规格为直径108mm及壁厚4.5mm。引汽管还需直径为133mm，壁厚为6mm的钢管，以上钢管均为20号锅炉无缝钢管(GB3087-1999)。所有下集箱均需定期排污，因此需安装排污阀门。2.3.3过热器本次设计锅炉中过热器分为高、低两级。其分别布置在旋风分离器后的烟道内和尾部竖井烟道内。若要将饱和蒸汽引导进入到炉顶包覆集箱，可用8根直径108mm，壁厚为4.5mm的饱和蒸汽连接管导入，饱和蒸汽连接管位于汽包上，然后再用33根规格为直径42mm，壁厚为3.5mm的管将饱和蒸汽引入低温过热器，饱和蒸汽经过低温过热器加热，接着导入减温器，蒸汽在导入高温过热器前，还需要在减温器中处理，即采用一定的方式调整温度后，再通过8根直径为108mm，壁厚为4.5mm的管子导入，饱和蒸汽最后通过过热器出口集箱，最终用主汽阀将其送到汽轮机，推动汽轮机进行做功。高低温过热器布置方式不同，前者为顺逆流布置后者为逆流布置，蒸汽无论是汇集还是分配均沿宽度方向均匀分布，这样的布置方式使得集箱中蒸汽流动更加均匀，也避免了蒸汽偏离流动方向造成的蛇形管局部过热。出于安全考虑，低过管和高过管的材料均为12Cr1MoVG的低合金锅炉无缝钢管(GB5310-1995）。高温过热器管子规格为直径42mm,壁厚3.5mm，双管圈，顺列布置，横向节距105mm，纵向平均节距110mm，横向管排数40排，纵向管排数16排，全部受热面积202.67mm2。低温过热器管子规格直径38mm,壁厚3.5mm，双管圈，顺列布置，横向节距95mm，纵向平均节距102.5mm，横向管排数44排，纵向管排数30排，全部受热面积365.59mm2。过热蒸汽调温采用喷水减温的方法进行，减温器布置于高低温过热器之间，这样做既能获得符合温度压力等要求的过热蒸汽又能够防止蒸汽温度过高导致过热器管烧坏。2.3.4省煤器 省煤器用于加热锅炉给水，降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗。中压锅炉采用钢管式省煤器。省煤器联箱布置在侧墙，采用单面进水方式,共分两级。在管组烟气入口处的第一、二排管，管子弯头部分及靠前、后墙两排管子都装有防磨盖板。高温省煤器采用无缝钢管，管子规格为直径32mm，壁厚3mm，错列布置，横向节距116mm，纵向节距60mm，横向管排数28/26排，纵向管排数34排，总受热面积669.3408m2。低温省煤器管子规格同高温省煤器，横向节距90mm，纵向节距60mm，横向管排数28/27排，纵向管排数16排，总受热面积251.256m2。2.3.5空气预热器 空气预热器为两级布置管式空气预热器，上面一级为二次风空气预热器，下级为一次风空气预热器，空气分别由一次风机和二次风机送入。二次风空气预热器管子规格为直径40mm,壁厚1.5mm横向节距60mm,纵向节距40mm，横向管排数104排，纵向管排数64排，共6656根管子，总受热面积为3381.2m2。一次风空气预热器管子规格同二次风空气预热器，横向节距65mm,纵向节距40mm，横向管排数70排，纵向管排数65排，共4550根管子，总受热面积为1651m2。2.3.6燃烧系统燃烧系统共分三个部分，分别是炉膛、旋风分离器和返料器。截面均匀的布置有风帽的水冷布风板与密相料层从上至下布置在炉膛上。一次风分别经过预热器和风帽进入燃烧系统的风室，最终均匀进入燃烧系统的炉膛里。通过用布置在炉前的三台给煤机将石灰石以及燃料送入燃烧室；二次风约占总空气量的一半，二次风喷嘴分别布置在炉膛的前、后墙，喷嘴处出口风速上限可达80m/s。燃烧过程是在较高流化风速下、温度控制900周围的燃烧室内进行，并完成整个燃烧过程。在炉膛左右两侧对称布置了煤气燃烧器，使得煤气能够以高速气流的形式被喷入炉膛内燃烧。含灰烟气在炉膛的出口处向左右分为两股，然后再分别进入两个旋风分离器。为提高燃烧效率，采用旋风分离器将含灰烟气的细颗粒分离出来，处理后的细颗粒经返料器返回至炉膛循环再燃。烟气自旋风分离器出来后依次经过热器、尾部烟道、省煤器、空气预热器、除尘器、引风机、烟囱，最终从烟囱出口排入大气。为保证循环灰温较低以及返料器的工作可靠性，要在分离器中加设水冷套。燃烧后的灰渣中含有较大颗粒的部分与较小颗粒部分，较大颗粒经炉底较大的3根直径为159的冷灰管送出，而较小颗粒的炉灰经由分离器下的返料器细灰管送出。本锅炉的点火油为油压为1.96MPa的0#轻柴油，采用床下动态点火方式，两台点火器安置在风室后侧。在每台锅炉炉膛两侧墙对称布置有四台单台最大燃气量为3500Nm3/h的气体燃烧器。燃烧器工作条件要求为：进口处燃气的的压力高于4KPa，风压为34KPa。燃烧器随与之固定在一起的膜式壁的膜式水冷壁共同膨胀，考虑到安全性，在燃烧器的空气风道和煤气通道处均留有100毫米的膨胀量。2.3.7构架和平台扶梯全部为钢结构构架、钢架散装出厂，现场安装的锅炉，可以安全运行在地震地区，最高可在七度烈度的地震区。为了方便观察、操作和维修锅炉在炉顶、锅筒、集箱、人孔、检查孔、点火装置等多处布置了平台，各平台间有扶梯相连。2.3.8炉墙由于炉膛结构为膜式水冷壁，因此炉膛炉墙采用敷管轻型。旋风分离器、斜烟道、炉顶和尾部烟道可以选择使用耐火砖、耐火混凝土、保温层等材料砌成，用地基上的钢架支撑它们的质量。炉墙升降温速率在每小时100150之间的升降温速率是安全范围，并且需要在炉墙面积较大的地方及其各面连接处留有一定膨胀缝，提供给炉墙受热后膨胀的空间。2.3.9锅炉范围内的管路布置锅炉中采用单母管方式的给水经由操纵台被引入省煤器，再从省煤器出口集箱流出，锅筒给水管路为3根，壁厚为4.5直径为108的管子，通过其将给水引入锅筒。不受热的再循环管装在锅筒与省煤器之间。在锅炉点火启动和停炉冷却过程中将再循环管路上的阀门开启，可以保持时间段内水都在省煤器内持续流动，并且省煤器管内高温水会产生自然循环流动，在水的冷却作用下，省煤器得到冷却。 另一方面，锅筒上安装有连续排污管，各水冷壁下集箱安装有定期排污管，并且将管路和阀门安装在需要疏水的部位，以用于疏水。2.3.10锅炉所配安全附件两只就地水位计安装在锅筒上，可以直接观察水位，除此之外再配备一台电接点水位计，它具有双重功能，其一可在控制室操作台上监视水位变化，其二可将高低水位的报警系统添加入其二次仪表电气系统中，以此来起到预警作用。分别在锅筒上和在过热器出口集箱上设置2、1只弹簧式安全阀以及多只压力表。分别在炉膛上部和尾部烟道上方设置2件防爆门。除此之外，为避免油枪点火失败导致水冷风室内遭到破坏，还应在炉膛布风板风室处设置2只爆破膜式防爆门。2.3.11关于锅炉的脱硫 当锅炉燃烧高硫燃料时，需要添加炉内脱硫剂，即直径小于1毫米的细粒石灰石，经由炉前给煤机通入炉内脱硫。由于采用低温燃烧，在这段温度范围内脱硫效率最高。在整个炉膛内，脱硫剂与烟气都处于高流化风速下，又通过旋风分离器和返料器的多次循环分离再通入炉膛，使得烟气的脱硫效率和石灰石利用率都很高。最终使得燃烧后的煤中硫分能以固态形式存在于炉渣中，然后排出。第3章 旋风分离器结构与设计简介第3章 旋风分离器结构与设计简介3.1 气固分离原理气固分离器是循环流化床锅炉的技术核心，其效率高低很大程度上决定了循环的稳定性，其运行阻力也对锅炉动力消耗有着很重要的影响。其结构设计对颗粒循环的稳定和连续性有着直接影响，若设计不合理将对锅炉燃烧效率和脱硫效率产生不利影响，且锅炉尾部受热面磨损率也会提高，影响锅炉运行的安全稳定。 结构设计原则是能够保证任何分离颗粒直径均小于一次通过炉膛可燃尽颗粒直径值。这样细颗粒一次燃尽不再进入分离器，而未燃尽的粗颗粒能被分离器收集而再循环入炉膛燃烧，其循环目的是提高燃烧效率。近年来，循环流化床锅炉的大型化发展证明了旋风分离器是工业上能够广泛应用且具有可靠性能的气固分离器，因此本次设计选取旋风分离器作为气固分离器。图3-1 旋风分离器分离原理 由上图可见，旋风分离器锥形筒内含灰气流以一定速度旋转，由于含灰气流中固体颗粒的惯性大，可使其贴壁面呈螺旋运动最终进入灰斗，烟气和细颗粒（小于20微米）从中心筒排出分离器。CFB锅炉的燃烧和脱硫效率是评价旋风分离器性能好坏的关键因素，分离效率达到99%以上的分离器性能可认为良好。3.2旋风分离器的选型不同类型的循环流化床锅炉，多是以采用的分离装置不同为特征的，因此，分离器的选型是与锅炉的选型密不可分的联系在一起。旋风分离器应用在CFB锅炉与一般工业锅炉上区别是CFB锅炉需处理的烟气量大，烟气中含有较高的固体颗粒浓度，分离器工作温度高。根据旋风分离器工作温度，可知本次设计的旋风分离器属于高温分离型（800920），选用高温分离型的旋风分离器，共两只。使用高温旋风分离器的锅炉性能优良，因为烟气中未燃尽的固体颗粒可以通过分离器循环回炉膛再次燃烧，提高了煤的燃烧效率；此外由于高温分离器二次燃烧可缓解由于固体物料浓度高造成的炉内气相混合不充分的情况，降低一氧化碳的浓度，这是因为二次燃烧可使炉温升高，有利于N2O的还原，降低氮氧化物的生成及排放量。对比汽冷旋风分离器与绝热旋风分离器，本次毕设选择优点较多的汽冷式，原因为汽冷式敷设耐磨层较薄，可避免耐磨层内外温差大的缺点，抗热冲击能力强，且该防磨层可靠性高。锅炉启动时间短，负荷变化块，温度适应能力强，对于热电行业启停频繁、负荷变化快的锅炉场合适应能力强。除此之外，还可以降低循环灰温，避免分离器内二次燃烧使得回料器内结焦。根据任务书可知本设计设定为蜗壳式进气的圆形旋风分离器，分离器内径设定为3000毫米，烟气排出立管（中心筒）直径设定为1200毫米，建筑材料为磷酸盐耐火砖。蜗壳式进气的特点是能够减少烟气对分离器入口的磨损程度，从而减弱气固混合物对筒体内气流的冲击影响，提高分离效率，可见进气管结构对分离效率有很重要的影响。但是此种方式工艺复杂，制造成本较高。3.3旋风分离器的尺寸确定图3-2 旋风分离器结构尺寸在循环流化床锅炉的结构参数中，以筒体直径、烟气入口高度和宽度比、筒体和锥体高度、中心管直径、中心管插入深度最为重要。经过工程验证已逐渐形成的通用尺寸范围见下表项目Dc(m)hz/Dcb/DcDe/Dchr/Dch1/Dch2/DcDB/Dc(）推荐尺寸390.70.850.20.350.40.50.250.550.91.51.11.650.150.251320首先，依据任务书，可知Dc=3000mm。在确定旋风分离器结构尺寸时，通常把筒体直径Dc作为定性尺寸，以计算其他尺寸，以下为参考公式： Ai/Ae=1.68 （3-1） Ai/Ac=0.22 （3-2） De/Dc=0.37 （3-3） hr/(p+hz)=0.302 （3-4） h1/Dc=1.051.553 （3-5） h2=(Dc-DB)/2tan （3-6） H=h1+h2 S/Dc=0.07 （3-7） （3-8） L/Dc=0.77 （3-9） （3-10） hz/b=3 （3-11） b=(Dc-De)/2 （3-12） 式中 Ai进口烟道入口截面积 Ae导涡管喉口截面积 Ac筒体截面积 hr导涡管伸入筒体深度 p进口烟道上部至筒体顶部距离 h1筒体高度 h2圆锥体高度 H旋风分离器总高度 S导涡管偏心距 DB竖管直径 Dc筒体直径 Dv导涡管出口直径 De导涡管喉口直径 B入炉燃料消耗量 an灰循环倍率 Aar燃烧收到基灰分 B竖管中灰下降速度 rd竖管中灰在流态化时的密度 L进口烟道长度 b旋风筒进口烟道宽度 hz旋风筒进口烟道高度 H锅炉总高度经上述尺寸范围及公式计算得到结果(未标单位的单位均为mm)：Dc=3000 ,De=1100, Dv=1200, DB=450h1=4550, h2=3924, H=8474, y=150, hr=1374hz=2850, b=950, p=1700, b1=1334, L=2310, S=210Ae=0.95m2 Ai=1.597m2 Ac=7.26m2 =1863第4章 数据计算第4章 数据计算4.1 燃烧设计基本参数表4.1.1燃料特性序号名称符号来源数值单位1收到基水分Mar测量值5.60 %2收到基碳含量Car测量值26.36%3收到基氢含量Har测量值1.90 %4收到基氧含量Oar测量值6.84%5收到基氮含量Nar测量值0.48%6收到基硫含量Sar测量值1.18%7收到基灰分Aar测量值56.94%8收到基挥发分Var测量值41.60 %9收到基硫酸盐CO2含量CO2ar测量值0 %10收到基低位发热量Qnet，ar测量值9621.7kJ/kg11收到基CaO含量CaOar测量值0%12煤质分析校核计算Qnet，ar校339.13*Car+1029.95Har-108.86*（Oar-Sar）-25.12*Mar10139.5522kJ/kg13发热量校核误差|Qnet,ar-Qnet,ar校|(应小于628）517.8522kJ/kg表4.1.2 石灰石特性序号名称符号来源数值单位1石灰石CaCO3含量CaCO3测量值97.32%2石灰石MgCO3含量MgCO3测量值0%3石灰石水分Md测量值0.8%4石灰石灰分Ad测量值1.88%4.2燃烧脱硫计算表4.2.1无脱硫工况的燃烧计算序号名称符号来源数值单位1理论空气量V00.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar2.65847025Nm3/kg2三原子气体体积VRO21.866(Car+0.375Sar)/1000.50013465Nm3/kg3理论氮气体积V0N20.79V0+0.8Nar/1002.104031498Nm3/kg4理论水蒸气体积V0H2O0.111Har+0.0124Mar+0.0161V00.323141371Nm3/kg5飞灰份额af测量值0.7表4.2.2 无脱硫工况时烟气体积计算名称公式符号单位炉膛旋风筒高过低过省煤器空预器出口处过量空气系数1.221.221.221.221.241.27平均过量空气系数0.5（+)pj1.221.221.221.221.231.255过量空气量（pj-1）V0Nm3/kg0.5848634550.5848634550.5848634550.5848634550.6114481580.677909914H2O体积V0H2O+0.0161（pj-1）V0VH20Nm3/kg0.3325576730.3325576730.3325576730.3325576730.3329856860.334055721烟气总体积VH2O+V0N2+VRO2+（pj-1）V0VyNm3/kg3.5215872753.5215872753.5215872753.5215872753.5485999913.616131782表4.2.3脱硫计算序号名称符号来源数值单位1SO2原始排放浓度0SO20SO2=1.998Sar*104/Vy6519.784516mg/m32SO2最高允许排放浓度SO2“GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准”900mg/m33计算脱硫效率SO2j（1-SO2/0SO2）*10086.1958628%4燃煤自脱硫能力系数A测量值80.8%5石灰石脱硫能力系数K测量值0.80556钙硫摩尔比mm=-ln（100-SO2j）/A）/K2.1936792317石灰石中CaCO3含量CaCO3见4.1.297.32%8与1kg燃料相配的入炉石灰石量BdBd=3.122m*Sar/CaCO30.08303973kg/kg9CaCO3未利用率CaCO3测量值15%10煅烧成CaO的吸热量QAQA=（1-CaCO3）*5561.8m*Sar/100122.3740756kJ/kg11脱硫时的放热量QTQT=15597.7*SO2j/100*Sar/100158.6459507kJ/kg12可支配热量QDarQDar=（Qnet，ar+QT-QA）/(1+Bd)8917.467758kJ/kg13燃烧所需的理论空气量V0见4.2.12.65847025Nm3/kg14脱硫所需要的理论空气量V0dV0d=1.667*SO2j/100*Sar/1000.016955243Nm3/kg15燃烧和脱硫的当量理论空气量V0DV0D=（V0+V0d）/(1+Bd)2.470293027Nm3/kg16燃烧产生的理论氮气体积V0N2见4.2.12.104031498Nm3/kg17脱硫所需的空气中的氮气体积V0dN2V0dN2=0.79V0d0.013394642Nm3/kg18当量理论氮气体积V0DN2V0DN2=（V0N2+V0dN2）/(1+Bd)1.955077068Nm3/kg19燃烧产生的RO2体积VRO2见4.2.10.50013465Nm3/kg20煅烧石灰石生成的CO2体积VdCO2VdCO2=0.699*m*Sar/1000.018093905Nm3/kg21脱硫使SO2的体积减少量VDSO2VDSO2=0.699*SO2j/100*Sar/1000.007109607Nm3/kg22燃烧和脱硫时产生RO2的当量体积VDRO2VDRO2=（VRO2+VdCO2-VDSO2）/（1+Bd）0.471930007Nm3/kg23燃烧产生的理论水蒸气体积V0H2O见4.2.10.323141371Nm3/kg24当量理论水蒸气体积V0DH2OV0DH2O=(0.0124*(Mar+Bd*Md)+0.111Har)/ (1+Bd)+0.0161V0D0.299377849Nm3/kg25入炉的燃料灰量FGFG=Aar/1000.5694kJ/kg26入炉的石灰石直接成为飞灰的量AfCaCO3AfCaCO3=CaCO3/100*Bd0.01245596kJ/kg27入炉的石灰石灰分含量AdAd=（100-CaCO3)/100*Bd*(1-CaCO3/100-Md/100)0.001326975kJ/kg28未反应的CaO的量ACaOACaO=1.749*（100-CaCO3)/100*m*Sar/100-1.749*SO2j/100*Sar/1000.020693278kJ/kg29脱硫产物CaSO4的量ACaSO4ACaSO4=4.24