65吨小时循环流化床锅炉设计说明书

哈尔滨理工大学学士学位论文- -65 吨/小时循环流化床锅炉设计摘 要本次的毕业设计的题目是 65 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、强度计算和烟风阻力计算。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；烟风阻力计算哈尔滨理工大学学士学位论文- I -The Design of CFB 65t/h BoilerAbstractThe title of the paper is the design of 65t/h circulating fluidized bed boiler( CFB). The savety and dependability of operation that characterize the had there beginning in the design of this boiler type. Therefore, among the whole design the fators that the combustion, the heat transmittion, the desulphurization, the the motive charact-eristic of the smoke spirit and air and the work quality, the attrition and corrosi-on of the heating sueface should be considerate comprehensively and seriously to ensure the stability of catch fire of the boiler,and there is enough radiant heat inside the furnace, ensure the fule could be burn out completely, and there is a proper flow rate of the gas and exhaust gas temperature, also the boiler has a certainly desulphurization efficiency.In the process of the whole design , we carry through the thermal calculation ,flue-gas and air resistance calculation, and strength calculation of pressure parts for boilers to be a technical support. The the thermal calculation include the furnace, high temperature superheater, low temperature superheater, steel tube economizer and tubular air heater. The furnace and the roof use membrane wall to solve problem of air leakage and put all of the superheater in the convection pass to make the superheater dependable when it working. In order to improve the separate efficiency of cyclone separator, and make the boiler more well-organized, we use two small diameter cyclone separator. Consider it is a medium pressure boiler, we fit it with steel tube economizer. In order to reduce the low temperature corrosion and easy to repair, separate the high temperature part and the low temperature part of air heater for a certain distance.In addition, we portray the diagram of the whole boiler, the diagram of wall, the diagram of the drum and the diagram of the tube system with the software 哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Auto CAD 2006. Keywords CFB；thermal calculation；strength calculation; flue-gas and air resistance calculation; 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目 录摘要 .IAbstract .II第 1章 绪论 .1第 2章 锅炉结构与设计简介 .22.1 循环流化床锅炉概述 .22.2 锅炉基本特性 .32.2.1 锅炉规范 .32.2.2 燃料特性 .32.2.3 石灰石特性 .32.2.4 管子特性 .32.2.5 主要经济技术指标 .42.2.6 锅炉基本尺寸 .42.3 方案论证 .42.4 锅炉结构简介 .62.4.1 锅筒及炉内设备 .62.4.2 水冷壁 .62.4.3 燃烧设备 .72.4.4 过热器 .102.4.5 省煤器 .112.4.6 空气预热器 .122.4.7 钢架及平台楼梯 .132.4.8 炉墙及保温结构 .132.4.9 锅炉阀门仪表及管道 .132.5 本章小结 .14第 3章 热力计算 .153.1 设计任务 .153.2 燃料特性 .153.3 辅助计算 .153.3.1 燃烧脱硫计算 .153.3.2 脱硫工况时燃烧产物平均特性计算 .193.3.3 锅炉热平衡及燃烧和石灰石消耗量计算 .213.4 炉膛设计及传热计算 .233.4.1 炉膛结构特性计算 .233.4.2 炉膛传热计算 .253.5 高温过热器设计及传热计算 .28哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -3.5.1 高温过热器结构计算 .283.5.2 高温过热器传热计算 .283.6 低温过热器设计及传热计算 .303.6.1 低温过热器结构计算 .303.6.2 低温过热器传热计算 .313.7 省煤器设计及传热计 .323.7.1 省煤器结构计算 .323.7.2 省煤器传热计算 .333.8 空气预热器设计计算 .343.8.1 空气预热器结构计算 .343.8.2 空气预热器传热计算 .353.9 热力计算结果汇总表 .363.10 本章小结 .37第 4章 强度计算 .384.1 锅筒强度校核计算 .384.1.1 筒体最大未加强孔直径计算 .394.1.2 孔加强的计算 .404.1.3 相邻两孔互不影响最小节距计算 .414.1.4 孔桥减弱系数计算 .414.1.5 锅筒筒体允许最小减弱系数计算 .424.1.6 锅筒凸形封头强度校核计算 .424.2 安全阀排放能力校核计算 .434.3 本章小结 .44第 5章 烟风阻力计算 .455.1 烟道阻力计算 .455.1.1 炉膛真空度 .455.1.2 旋风分离器阻力计算 .455.1.3 烟道转向室阻力计算 .495.1.4 高温过热器阻力计算 .505.1.5 低温过热器阻力计算 .505.1.6 烟道截面变化阻力计算 .515.1.7 省煤器阻力计算 .515.1.8 空气预热器阻力计算 .525.1.9 除尘器阻力计算 .535.1.10 烟囱阻力计算 .535.1.11 烟气侧自生通风力计算 .545.1.12 锅炉烟气侧烟总流阻 .545.2 空气侧阻力计算 .54哈尔滨理工大学学士学位论文- V -5.2.1 冷风道阻力计算 .545.2.2 空气预热器阻力计算 .545.2.3 热风道阻力 .565.2.4 炉膛风室压力计算 .565.2.5 炉膛空气进口处真空度计算 .585.2.6 锅炉空气侧总流阻计算 .585.3 送风机的选择 .585.4 引风机的选择 .595.5 本章小结 .59结 论 .60致 谢 .61参考文献 .62附录 A .63附录 B .70哈尔滨理工大学学士学位论文- 0 -第 1 章 绪论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。本次设计为 65 吨/小时循环流化床锅炉设计，无论是方案的选择论证，炉膛的选择，锅炉的整体布置，尾部受热面的型式和布置，分离器、回料器的设计等都经过仔细衡量，力求合理。热力计算，烟凤祖力计算，强度计算的数据力求精确，使整个设计力求完美。由于水平有限，此次设计难免有错误之处，但是经过此次设计，在一定程度掌握了锅炉的一般设计计算方法，加强了理论知识与实践的结合，为以后走向工作岗位奠定了基础。哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 2 章 锅炉结构与设计简介2.1 循环流化床锅炉概述当气流向上通过颗粒床层时，其运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动；当流速增加到某一速度后，颗粒不再由布风板支持，而全部由流体的摩擦力所承担，每个颗粒可在床层中自由运动，对整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。这种状态称为流体化。随着气流速度的增加，固体颗粒分别呈现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。循环流化床的上升段通常运行在 快速流化床状态下。此时，固体物料被速度大于单颗物料的终端速度的气流所流化，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混。颗粒团像各个方向运动，而且不断形成和解体，使循环流化床内发生强烈的热量和质量交换。循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛（快速流化床） 、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置换热器（本锅炉没有该设备）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（本锅炉没有该设备） 、省煤器、空气预热器等，与常规锅炉相近。循环流化床锅炉运行时，煤和石灰石有前墙或后墙通过给煤机送入炉膛下部，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，燃烧所生成的二氧化硫在燃烧过程中与脱硫剂反应而被固定下来。炉膛四周布置有水冷壁，用于吸收燃烧所产生部分热量。被烟气带出的一部分固体物料进入旋风分离器，在分离器中绝大部分固体颗粒被收集分离出来，通过返料密封器被送回炉膛下部，构成固体床料的循环。烟气则带着分离器不能分离的细颗粒飞灰进入尾部烟道，将热量传给尾部受热面后，通过除尘器由烟囱排入大气。本次设计为 65 吨/小时循环流化床锅炉，额定蒸发量 65t/h，额定蒸汽压力 3.82MPa，额定蒸汽温度 450，属于中压自然循环锅炉。锅炉炉膛布置膜式水冷壁，以减少漏风和便于采管上炉墙。分离器为高温旋风分离器，共布置两个。不布置外置换热器。尾部受热面中过热器两级布置。采用前墙给煤方式，流化风全部由一次风供给，一、二次风各占 50%，二次风在布风板以上 4.1m 出送入炉膛。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -2.2 锅炉基本特性2.2.1 锅炉规范锅炉规范见表 2-1。表 2-1 锅炉规范型号 额定蒸发 量 过热蒸汽压力 过热蒸汽温 度 给水温度CFB65-3.82 65t/h 3.82 MPa 450 1052.2.2 燃料特性燃料特性见表 2-2。表 2-2 燃料特性碳 氢 氧 氮 硫 水分 灰分 挥发分 低位发热 量符号 CarHarONSarWAarVarQnet.数值38.46 2.16 4.65 0.52 0.6110.5043.10 21.9113536KJ/Kg2.2.3 石灰石特性石灰石特性见表 2-3。表 2-3 石灰石特性特性含量3CaO含量3MgC水分 灰分符号 OdAd数值 97.32 0 0.8 1.882.2.4 管子特性管子特性见表 2-4。表 2-4 管子特性名称 管径厚 度 节距 排列及气流流向符号 WD横向 纵向单位 mm mm mm管子排列方式烟气冲刷方式烟气与工质流向水冷壁 56080高温过热 .342105 110 顺列 横向 交叉流哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -器低温过热器 5.3895 102.5 顺列 横向 交叉流省煤器 290 60 错列 横向 交叉流空气预热器 .14060 40 错列 纵向 交叉流下降管 蒸汽引出管522.2.5 主要经济技术指标主要经济技术指标见表 2-5。表 2-5 经济技术指标 锅炉效率 ,排烟温度 ，py燃料耗 /s，B给水温度 gst89.41 140 4.389 1052.2.6 锅炉基本尺寸锅炉基本尺寸见表 2-6。表 2-6 锅炉尺寸锅炉外形尺寸炉膛宽度 炉膛深度 锅筒中心高度 长 宽 高单位 数值 5620 2810 35673 23820 12560 374002.3 方案论证本次设计的题目是 65 吨/小时循环流化床锅炉设计，属水管式中压自然循环锅炉，应以运行的安全性和可靠性作为其首要特性设计准则。而且在此前提下，充分发挥循环流化床燃烧技术的一系列优点，并且尽量避免或克服其本身存在的缺点，如锅炉本身耗电量大，飞灰含炭量偏高，受热面磨损及腐蚀严重等负面特性。因此在设计过程中，主要考虑的方面是炉膛内着火的稳定性及热流密度的横向均匀性，炉膛内有足够的传热量，.煤的燃尽程度，合理的烟气流速和排烟温度，受热面的磨损问题，分离器的分离效率、物料的平衡以及锅炉的脱硫效率等。本锅炉属于小型中压锅炉，受热面以蒸发受热面为主，其吸热量约占锅炉总吸热量的 63.65%。在尾部烟道中布置有吸热量不多的过热器、钢管哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -式省煤器和管式空气预热器，且过热器两级布置，过热器和省煤器的吸热量分别约占锅炉总吸热量的 20.60%和 15.75%。空气预热器用于预热燃烧用的空气，使得排烟温度降低到合理的温度值，减少排烟损失，提高锅炉效率，减少燃料消耗量。由于锅炉容量不大，炉膛和尾部烟道中的受热面已经可以满足锅炉的吸热要求，无需布置其他受热面，并且为了获得高的分离效率，因此锅炉采用高温旋风分离器，而且不布置外置换热器，整个锅炉炉型采用 M 型布置。循环流化床锅炉属于室燃炉，炉膛设计中应首先确定炉膛的截面热负荷，其容积热负荷在循环流化床锅炉中没有多大意义。而截面热负荷选择与运行风速的选择是相关的。循环流化床锅炉的运行风速是一个很重要的参数，一般运行风速为 410m/s，运行风速提高会使炉子更为紧凑，截面热负荷相应增大，同时炉膛高度增加，磨损增加，锅炉造价，能耗都会增加。但运行风速过低则发挥不了流化床的优点，因此对每种燃料都具有最佳运行风速。对本次设计煤种运行风速为 4.60m/s。截面热负荷一般在34MW/m2，在此风速下截面热负荷取 3.57 W/m2。对于床温得选择，要考虑锅炉结焦，燃烧效率，脱硫效率，NO x 及N2O 的排放量等问题，而且尽量避免煤中金属升华。当床温升高时，NO x排放量上升；当床温高于 860时，床温升高，脱硫效率很快下降，而燃烧效率有所提高。因此床温应控制在 850900左右，一般不超过 900。对于本次设计，床温取 850。在设计中，锅炉的排烟温度 和热空气温度 是首要和基本的。排pyrkt烟温度低时，锅炉排烟热损失减少，热效率提高；但会使得受热面烟气侧与工质侧的温差降低，增加金属耗量。同时，排烟温度过低，会使烟气中的硫酸蒸汽低于受热面壁温，引起受热面低温腐蚀。对于该设计煤种特性全水分 为 10.50%，锅炉容量 65t/h，排烟温度选取为 140。热空气War温度的选择主要应保证燃料在锅炉内迅速着火。热空气温度过高对强化燃烧没有太大帮助，只要燃料能稳定燃烧，热空气温度不必太高，结合该煤种挥发分 为 21.91%，较易着火 ，热空气温度选取为 200。V过量空气系数对循环流化床锅炉的运行影响较大，如果选择过小，则燃料不能充分燃烧，使机械部完全燃烧损失增加；如果选择过大，会增加排烟热损失。燃烧室中过量空气系数一般在 1.11.2 之间，因此，在本次设计中，炉膛出口的过量空气系数取 1.2。在循环流化床锅炉燃烧过程中，为降低 NOx 的排放和降低风机的能耗，将燃烧用空气分成一、二次风送入炉内。二次风率过大，对脱硝和降低能耗有利，一次风率过低，不能保证密相区颗粒正常流化，而且大颗粒燃料无法燃尽。在此次设计中，一、二次风配比为 1:1，二次风单层送入，风速为 3050m/s，二次风入口位于距布风板 4.10m 处。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -炉膛的尺寸主要包括炉膛的长、宽、高及截面收缩形式。炉膛横截面积在流化风速确定后已经确定，长宽比主要考虑二次风在炉内的穿透能力，深度一把不超过 8m，长宽比在 1:1 至 2:1 都是正确的，对于本锅炉炉膛长宽比取 2:1。炉膛高度在保证细粉燃尽度、蒸发受热面需求、返料机构料腿足够静压头以及锅炉设计压力下足够自然循环的前提下，尽可能降低炉膛高度，以减少锅炉造价。由于空气分一、二次风送入，为保证二次风口以下的流化风速，炉膛下部区域采用锥形扩口，扩口角度为 。由于炉30膛下部风速较高，磨损严重，且为保证燃料稳定着火，在布风板至二次风入口处敷设一定厚度的防磨耐火材料。锅炉采用干式出灰，灰的排放有三个途经，一是通过密相区底部的排渣管，经水冷螺旋出渣机排放。二是通过分离器下部的灰冷却器排放。三是作为飞灰被除尘器收集排放。2.4 锅炉结构简介本锅炉锅炉为室内(外) 布置，由前部及尾部两个竖井烟道组成。前部竖井为悬吊结构，炉膛由膜式水冷壁组成，自下而上依次为一次风室、浓相床、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，两竖井之间由两个并列的旋风分离器相连通，分离器下部接回送装置及灰冷却器。燃烧室及分离器内部均设有防磨内衬，前部竖井采用敷管炉墙，后部竖井采用轻型板壁炉墙，由八根型钢柱承受锅炉全部重量。当属于锅炉以外的烟、风、汽水管道要支撑在锅炉构架上时，必须按负荷的大小及负荷着力点的位置校核构架强度，必要时另行加固。 2.4.1 锅筒及炉内设备2.4.1.1 锅筒内径 1400，壁厚 42，筒身长 5700，包括两侧封头一起为7184。上锅筒筒身用 20 钢板热卷冷校而成，封头为 20 钢冲压而成的gg椭圆形封头，封头和筒身壁厚都为 42。2.4.1.2 锅筒内装置1、方形挡板：汽水混合物进入锅筒汽空间后进入上挡板组成的缝隙，依靠转向时汽水所受惯性力不同进行汽水分离，并减弱汽水的动能。2、水下孔板：水下孔板一般放置在最低水位下 50100mm，孔径1012mm，蒸汽穿孔流速 23m/s，作用是均衡蒸汽负荷。水下孔板离锅筒底部 300500mm，以免蒸汽带入下降管中。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -3、顶部多孔板：利用其节流作用是蒸汽空间的负荷沿锅筒长度和宽度分布均匀。4、给水分配管。5、排污管。6、加药管。2.4.2 水冷壁在锅炉炉膛内布置尽可能多的水冷壁，对于中压锅炉来说，水冷壁得吸热量占锅炉总吸热量的 60%以上。可以充分发挥辐射受热面热强度的特点，同时它用来保护炉强免受高温破坏，使灰渣不易粘结在炉墙上，防止炉膛被冲刷磨损，过热破坏。它是自然循环锅炉构成水循环回路不可缺少的重要部件。本锅炉炉膛内四壁由膜式水冷壁组成,膜式水冷壁采用 605 的无缝钢管，管节距为 80mm，与 620 的扁钢焊制而成，材质为 20 钢。前墙水冷壁管屏下部与集箱连接，上部过炉顶后与上集箱连接，最后蒸汽由 8 根1025 的管子引入锅筒。后墙水冷壁管屏与前墙相似，但不过炉顶。两侧水冷壁管屏下部分别与下级箱连接，上部与各自上集箱连接，再由 4 根1025 的管子引入锅筒。 ，上下集箱规格为 21912。2.4.3 燃烧设备循环流化床锅炉的燃烧设备包括启动燃烧器、给煤机、风室、布风板、风口、分离器、回料器等。2.4.3.1 启动燃烧器启动燃烧器为燃油燃烧器，床上点火，布置在炉膛下部流化床层上面侧墙上，燃烧器略向下倾斜，以便火焰能与流化床接触，更好地加热床料。2.4.3.2 给煤机给煤机为螺旋给煤机，布置形式为前墙布置，给煤入口在布风板之上1.8m 处。2.4.3.3 布风板布风板作为重要的布风装置，其在流化床锅炉中作用有三个：一是支承静止的燃料层：二是布风板上具有均匀的气流速度分布：三是维持流化床层的稳定。其主要有风帽式和密孔板式两种形式。风帽式部分布风板由风室、花板、风帽和隔热板组成。本锅炉采用风帽式布风板。风帽外径为哈尔滨理工大学学士学位论文- 7 -42mm，内径 28mm，正方形布置，间距 8080mm，共布置 1050 只风帽。每只风帽开孔 14 个，孔径为 5mm。耐火保护层厚度为 150mm，花板厚度为 20mm。布风板阻力为整个床层阻力的 2530%才可以维持床层稳定运行。其结构见图 2-1。图 2-1 布风板及风帽2.4.3.4 分离器气固分离器是循环流化床锅炉系统的核心部件之一。它实现里锅炉的灰平衡和热平衡，保证路内燃烧的稳定与高校，分离器的设计、布置关系到锅炉的经济性和可靠性，而且气固分离技术的发展决定了循环流化床技术的发展。本锅炉采用高温旋风分离器，共两只。因为高温旋风分离器技术成熟，结构简单，分离效率高，性能稳定，直径小分离效率高。该分离器内直径 D0 为 3000mm，筒体高 h 为 4500mm，总高度 H 为 9500mm，排灰口直径 D0 为 1000mm，分离器入口高度 a 为 2337mm，分离器入口宽度b 为 779mm，排气管内直径 De 为 1182mm，排气管插入深度 hc 为1400mm，排气管总长度 L 为 2400mm。分离器从内到外分别是耐火层、保温层、钢外壳。总壁厚 300mm。其结构见图 2-2。哈尔滨理工大学学士学位论文- 8 -30图 2-2 旋风分离器2.4.3.5 回料器回料器的任务是将炉膛高压区与分离器低压区隔开，防止烟气从高压区流向低压区，而且将分离器中分离出来的固体物料送回循环流化床燃烧室内 。本锅炉采用 U 型回料器。一般由密封腿、回料器本体和返料腿组成。回料器本体包含松动床和输送床、隔板及相关配风装置和风室等。密封腿与分离器竖管相接处以及返料腿垂直段处均设有金属膨胀节。设计要则：一、回料器底部输送距离尽量要小；二、不得出现未流化区域；三、灰料不能以溢流态，而应以气力输送态经返料腿进入炉膛；四、整个回料器截面保持不变。密封腿直径 Dm 为 1000mm，返料腿直径 Df 为1000mm，回料器溢流堰高 Hw 为 1700mm，隔板与配风装置距离为1000mm，隔板厚度为 200mm，隔板高度为 1200mm，回料器本体宽度Wbh 为 1000mm，回料器本体高度 Hbh 为 2200mm，回料器本体深度 Bbh 为2200mm，炉膛配风装置至返料腿炉膛入口处中心线的高度 Hhz 为 1.8m。其结构见图 2-3。哈尔滨理工大学学士学位论文- 9 -图 2-3 回料器2.4.4 过热器从锅筒出来的饱和蒸汽，经过过热器被加热到额定过热温度。对于中压锅炉，采用纯对流过热器，布置在尾部竖井烟道中。过热器分成两级 ，低温过热器布置在烟气较低部分，逆流布置，材料为 20 钢；高温过热器布置在烟气的高温部分，顺流布置，以降低温压，避免过热损坏，材料为 20 钢。蒸汽从顶棚管出来后经低温级进口集箱进入低温过热器，出低温级出口集箱后进入自制冷凝水喷水减温器，调节汽温后，进入高温过热器，最后经过高温级出口集箱进入蒸汽总管被输往汽轮机利用。高温过热器管子规格 423.5，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 383.5，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。其结构见图 2-4 和图 2-5，具体尺寸见锅炉总图。哈尔滨理工大学学士学位论文- 10 -图 2-4高 温 过 热 器图 2-5 低 温 过 热 器2.4.5 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。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。管子规格为 323 的无缝钢管，错列布置，横向节距 90mm，纵向节距 60mm，横向管排数 24/23 排，平均横向管排数23.5 排，纵向管排数 52 排，总受热面积 475,99 m2。其结构见图 2-6，具体尺寸见锅炉总图。哈尔滨理工大学学士学位论文- 11 -图 2-6 省 煤 器2.4.6 空气预热器本锅炉采用管式空气预热器，单极布置，有两个管组，每个管组由三个并列管箱组成， 上、下流程分别由 3528 根长 3000mm， 401.5 钢管组成，错列布置，横向节距 60mm，纵向节距 40mm，上、下流程间隔800mm，空气预热器总高度 6800mm。烟气在管内自上而下流动，空气在管外横向冲刷，空气两次交叉流动后由热空气管道进入炉膛，空气预热器的总受热面积为 2560.30m2。其结构见图 2-7。 哈尔滨理工大学学士学位论文- 12 -图 2-7空 气 预 热 器2.4.7 钢架及平台楼梯锅炉钢架为桁架式，采用八根型钢柱,通过顶板及连系梁承受锅炉所有重量，按抗 7 度地震设计。柱脚与钢筋混凝土基础固接。凡属操作、检修、测试门孔处及连通道均设有平台和楼梯，平台采用栅格结构，固定支撑在钢架上。2.4.8 炉墙及保温结构燃烧室外部使用管上炉墙，有三层。第一层用超细玻璃棉压实于模式水冷壁后，厚度为 35mm；第二层为珍珠岩砖厚度为 160mm；第三层为密封抹面，炉墙总厚度为 210mm(自管子中心线算起)。尾部烟道采用轻型板壁炉墙，第一层为耐火混凝土，厚度为 60mm(省煤器处为 265mm)；第二层为保温混凝土，厚度为 60mm；第三层为绝热层，厚度为 120mm。炉墙上设有人孔，观察孔及测试孔，开孔处用耐火材料外加罩壳密封。在分离器、回送装置、空气预热器、汽水及灰管道外侧均设有硅酸钙或岩棉组成的保温层。2.4.9 锅炉阀门仪表及管道锅炉为单母管给水，给水经给水操作台进入省煤器入口集箱，给水由一条主管路及一条旁路组成。母管压力为 6.2MPa，调节阀后压力为4.8MPa，正常运行时使用主管路自动调节，升火启动及低负荷时使用旁路手动调节。哈尔滨理工大学学士学位论文- 13 -在锅筒上装有 2 只， 过热器集汽集箱上装有一只 PN10(6.4)，DN80、d0=40 的弹簧安全阀，在过热器集汽集箱出口装有 PN10(6.4)、DN200 的电动主汽阀，其它水位表排污、加药、取样等表计和阀门均按常规设置。2.5 本章小结本次设计的题目是 65 吨/小时循环流化床锅炉设计，本章首先对锅炉的整体概况进行了简单介绍，并结合设计题目，列出锅炉规范，燃料特性，管子特性，以及主要经济技术指标。根据选题作了方案论证，并简要介绍了锅筒及炉内设备，水冷壁，燃烧设备，过热器，省煤器，空气预热器，钢架，平台，扶梯，炉墙以及阀门仪表。哈尔滨理工大学学士学位论文- 14 -第 3 章 热力计算3.1 设计任务1. 锅炉额定蒸发量 =65t/hD2. 过热器出口蒸汽压力 =3.82MPa P3. 过热器出口蒸汽温度 =450grt4. 锅炉给水温度 =105st5. 冷空气温度 =20lk6. 热空气温度 =200rt7. 排烟温度 =140py8. 排污率 =1%w3.2 燃料特性燃料特性参数见表 3-1。表 3-1 燃料特性序号 名称 符号 单位 数据1 含碳量 Car 38.462 含氢量 H 2.163 含氧量 O 4.654 含氮量 N 0.525 含硫量 Sr 0.616 水分 Wa 10.507 灰份 A 43.108 挥发份 V 21.919 低位发热量 rQnet.KJ/Kg 13536哈尔滨理工大学学士学位论文- 15 -3.3 辅助计算3.3.1 燃烧脱硫计算3.3.1.1 无脱硫工况时的燃料计算计算见表 3-2。表 3-2 无脱硫工况时燃料计算序号 名称 符号 单位 公式及来源 数值1 理论空气量 0Vm3/kg 0.0889( +0.375 )+0.265CarSr-0.0333HO3.85702 三原子气体体 积 2ROm3/kg 10/)375.(86.10.72193 理论氮气体积 02Nm3/kg .9.0NarV3.05124 理论水蒸气体 积 OHVm3/kg06.24VWr0.43215 飞灰份额 fa 测量值 0.63.3.1.2 无脱硫工况时得烟气体积计算计算见表 3-3。表 3-3 无脱硫工况时烟气体积计算名称 公式 单位 炉膛旋风筒高温过热器低温过热器省煤器空气预热器出口过量空气系数 1.20 1.20 1.20 1.20 1.22 1.25平均过量空气系数)(5.0 1.20 1.20 1.20 1.20 1.21 1.235过量空气量0)1(Vpjm3/kg 0.7714 0.7714 0.7714 0.7714 0.8010 0.9064水蒸气体积 00)(6.2pjOHm3/kg 0.4445 0.4445 0.4445 0.4445 0.4451 0.4467哈尔滨理工大学学士学位论文- 16 -烟气总体积0)1(222VpjORNOHm3/kg 4.989 4.989 4.989 4.989 5.0282 5.12623.3.1.3 脱硫计算计算见表 3-4。表 3-4 脱硫计算序号 名称 符号 公式及来源 数值 单位1 SO2 原始排放浓 度 02SO（1.998 104）/SaryV2377.55 m3/kg2 SO2 允许排放浓 度 2“GB13271 锅炉大气污染物排放标准”表 2 900 m3/kg3 计算脱硫效率 jS，（1- / ）100%2SO062.15 m3/kg4 燃煤子脱硫能力 系数 A 测量值 80.8 5 石灰石脱硫能力 系数 K 测量值 0.8055 6 钙硫摩尔比 M )/A/K10ln(2SO0.9415 7 石灰石中 CaCO3含量 3CaO见表 2-3 97.32 %8 入炉石灰石量 dB3.122m /ar3C0.0184 kg/kg9 CaCO3 未利用率 3a测量值 15.0 %10 煅烧成 CaO 时吸热量 AQ（1- ）5561.8m /1003CaOS27.15 kj/kg11 脱硫时放热量 T15597.7( /100) ( /100)jS，2ar59.13 kj/kg12 可支配热量 Dar( +A )/(1+ )rnet.TQdB13322.8 kj/kg13 燃烧所需理论空 气量 0V见表 3-2 3.8570 m3/kg14 脱硫所需理论空 气量 d1.667( /100) ( /100)jSO，2ar0.00632 m3/kg15 燃烧和脱硫当量 理论空气量 0D( + )/(1+ )0dVdB3,7935 m3/kg16 燃烧产生理论氮 气体积 2NV见表 3-2 3.0512 m3/kg17 脱硫所需空气中 氮气体积 02d0.79 0d0.005 m3/kg哈尔滨理工大学学士学位论文- 17 -18 当量理论氮气体 积 02DNV(0.8 /100)/(1+ )+0.79ardB0DV3.0009 m3/kg19 燃烧产生 RO2 体积 2RO见表 3-2 0.7219 m3/kg20 煅烧石灰石生成 CO2 体积dC20.699m( /100)Sr0.004 m3/kg21 脱硫使 SO2 减少量 DSOV20.699( /100) ( /100)jO，2a0.0027 m3/kg22 燃烧和脱硫时产生 RO2 当量体积 R2( + - )/(1+ )2RdCV2DSdB0.7101 m3/kg23 燃烧产生理论水 蒸气体积 02OH见表 3-2 0.4321 m3/kg24 当量理论水蒸气体积 2DV0.0124( + Md)+War0.111 /(1+ )+0.961 0DV0.4245 m3/kg25 入炉燃料灰量 GF/100A0.4310 kg/kg26 入炉石灰石直接 生成飞灰量fCaOA33.122( /100)m( / )3CaOSr3CaO0.0028 kg/kg27 入炉石灰石灰分 含量 d(100- )/100 (1-3dB/100- M