循环流化床锅炉论文设计(编辑修改稿)

循环流化床锅炉论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

技术的开发应用，实现煤炭的清洁、高效利用，从而减少污染、提高终端能源效率。 循环流化床锅炉简介 循环流化床流态化床料特点 （ 1）床表面总保持水平，相当于一个高温蓄热池。 （ 2）床内固体颗粒可像流体一样从底部或侧面孔口中排出。 （ 3）床内颗粒混合良好，加热床层时，床层温度基本均匀。 循环过程 循环过程就是指气固混合物通过高温或中温旋风分离器，将分离出固体物料返回炉膛继续燃烧的过程。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 6 传热过程 循环流化床由于炉膛内部有高浓度的物料循环 ，传热状况与煤粉炉不同。 煤粉炉主要通过辐射的方式将燃料燃烧释放的热量传递给受热面，而循环流化床传热既要考虑对流换热的的影响，也要考虑辐射换热的作用。 循环流化床固体颗粒之间的频繁碰撞加强了传热，气体与固体以及固体颗粒间的传热系数很大，使得炉膛温度表现出相当程度的均一性。 在炉膛底部的密相区，由于物料浓度很高，因此换热方式以颗粒对流换热为主。 在炉膛上部的悬浮段朝向壁面的传热包括气体的对流换热，同体颗粒的导热和气固流体对受热面的辐射换热等形式。 影响颗粒传热的主要因素 （ 1）流化风速：流化风速增加，气体和固体之间 扰动剧烈，碰撞增强，使颗粒传热系数增大。 循环流化床的运行风速是一个重要参数，一般为4m/s～ 5m/s，风速提高会使炉子更紧凑，截面热负荷相应增大，但风速过高不仅使磨损加大，而且锅炉造价增加，风机功率，厂用电也增加。 （ 2）颗粒粒径：粒径小，传热系数大。 （ 3）颗粒浓度：颗粒浓度越高，相互间碰撞机会也越多，传热条件好。 国外有的研究认为循环流化床中传热系数与悬浮浓度平方根成正比。 （ 4）循环倍率：循环倍率是反映炉内颗粒浓度的重要参数，是指返送回炉膛的物料量与燃料量及脱硫剂量之比。 循环倍率增加，返物料量增大，传热系数增大，炉内传热大大改善，又节省受热面。 同时燃烧效率随循环倍率的增加而增加，但提高循环倍率的同时增加了风机电耗，从燃烧效率和动力消耗综合考虑，增加循环倍率并不总是经济的。 循环流化床的技术特点 （ 1）燃料适应广 由于大量灰粒稳定循环，新加入循环流化床的煤仅占床料很小份额。 又由于循环流化床特殊流动动力特性，质量和动量交换非常充分，为新加入燃料预热着火创造十分有利的条件。 而未燃尽的煤粒通过多次循环既可增加炉内停留时间，又可多次参与床层中能量转换，有利于燃尽，可高效稳定燃烧3000kcal/kg～ 7000kcal/kg 的煤，使循环流化床不仅可燃用高效烟煤、褐煤哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 7 等易燃煤，又可燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值，高灰分或高水分的矸石，固体垃圾等。 循环流化床煤燃烧效率达 97﹪ ～ 99﹪，低温烧透的特性使排出的炉渣和循环灰几乎无含碳的成分，燃用二类烟煤锅炉燃烧效率达 ﹪ ,比我国目前工业锅炉 50﹪ ～ 60﹪的平均热效率高很多。 （ 2）截面热强度高 循环流化床使燃烧在较小截面内完成，还使床层和烟气流与水冷壁间传热效率大大增加。 这使循环流化床炉膛截面积和容积可小于同容量的链条炉、煤粉炉。 截面负荷主要影响炉膛高和 炉膛截面积，一般循环流化床截面负荷为 3WM/m2～ 6 WM /m2。 （ 3）污染物排放少 可利用石灰石等脱硫剂进行炉内高效脱硫是循环流化床突出优点。 循环流化床 850℃ ～ 900℃的燃料温度配上分级送风，使污染物的排放浓度可控制在 200ppm 以下，链条炉和煤粉炉不能实现，从而使循环流化床产生的氮氧化物也远低于煤粉炉和链条炉。 （ 4）锅炉负荷适应性强 循环流化床的负荷可以很低。 如额定负荷的 30﹪左右无需辅助液体燃料，也不会发生煤粉炉难于保持正常燃烧甚至熄火的情况。 （ 5）燃料制备系统简单 循环流化床无需煤粉炉复 杂制粉系统，只需简单的干燥及破碎装置即可。 循环流化床应用存在的问题 （ 1）虽然循环流化床的燃烧效率较鼓泡流化床有较大提高，但除燃烧无烟煤等难燃煤种外，其飞灰含碳量仍略高于煤粉炉。 （ 2）对固体颗粒分离设备的效率、耐高温和耐磨性能要求较高，尤其燃用高灰燃料时分离器磨损问题尚待解决。 （ 3）锅炉系统的烟风阻力较大，需要采用高压鼓风机，因此存在风机电耗高，噪声大等问题。 （ 4）锅炉受热面磨损严重，因此，不得不牺牲流化床传热强烈的优势，锅炉整体的金属耗量并不比同容量的煤粉炉少。 尽管如此，目前受热面的安全运行和寿 命还无法与煤粉炉相比。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 8 （ 5）燃烧控制系统比较复杂，锅炉的运行与常规煤粉炉有较大的不同，还未达到与常规煤粉炉相当的运行和控制水平。 选择和使用循环流化床锅炉自控系统要根据自己使用状况量身定做，设计、施工、调试要制定标准，严格把关，循环流化床能否经济运行自控是关键。 （ 6）流化床燃烧中的生成物 N2O 大大高于常规的煤粉燃烧系统 .N2O 是燃烧过程中间产物，通常在高温火焰下被破坏，而流化床燃烧的低温度水平有利于其形成，尤其在燃用烟煤时发生最高，如何解决这一问题亟待研究。 本章小结 由于循环流化床锅炉与煤粉炉和链条炉 相比，在环保方面具有明显的优势，使得其得到了广泛的应用，与此同时也取得了良好的经济效益。 这一切都成为推动流化床技术发展的源源动力，使得流化床技术在几十年间得到了飞速的发展。 但是由于其流化机理、传热机理复杂，给研究带来了很大的困难，同时也给致力于研究流化床技术的科研工作者巨大的机会。 本次毕业设计所设计的 10t/h 循环流化床锅炉属于小型工业锅炉，在国内应用的比较少，主要是由于 10t/h 的锅炉应用流化床技术不容易实现。 在设计的过程中遇到了不少的困难，同时也对循环流化床的设计过程有了初步的了解，学到了很多的知识， 收获颇丰。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 9 第 2章 锅炉设计方案 锅炉参数 锅炉工作参数要求 1）锅炉蒸发量： 10t/h 2）工作压力： 3）蒸汽温度： ℃ 4）给水温度： 105℃ 5）排烟温度： 小于 170℃ 煤种参数 褐煤 ： =12280kj/kg Car=% Har=% Oar=% Nar=% Sar=% Aar=% Mar=% Vdaf=% 锅炉的总体结构方案 本次设计的 10t/h 的循环流化床蒸汽锅炉采用单锅筒横向布置， 为自然循环锅炉。 本锅筒的标高为 9700mm，炉宽为 2350mm。 深度为 2020mm。 本锅炉采用的是钢梁悬吊结构 ， 炉膛分为密相区和稀相区，因为密相区有磨损，并且比较严重，所以没有布置 任何 受热面，在稀相区的四周布置了水冷壁。 在前墙密相区出口处给煤，另外，为了更好的组织燃烧，在稀相区入口处布置二次风，这样既可以提高燃烧效率，又可以降低 Nox 的排放。 由于炉膛出口处没有布置锅炉管束， 不需要对锅炉管束进行冲刷， 不布置折焰角， 炉膛出口采用水平炉顶。 在出口到分 离器留有一定的距离，并且出口截面积逐渐缩小使烟气更好的形成旋转，并且更容易进入从切向进入分离器，达到分离的效果。 在尾部烟道内布置了三级省煤器，高温级省煤器材料采用钢管，低温省煤器材料为铸铁，没有布置空气预热器。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 10 炉膛结构及其中受热面的布置 锅炉的炉膛采用 2m 的方形结构，炉顶标高为 8m，炉膛分为密相区和稀相区，密相区出口处标高为 ，炉膛出口不布置折焰角。 采用厚度为 380mm 的炉墙，其中保温层厚度为 230mm，耐火层厚度为120mm，保温层和耐火层为 30mm 的空隙。 为了减少炉膛密相区内受 热面的磨损，在密相区内不布置受热面。 在稀相区布置水冷壁，采用四周布置，其中水冷壁的管径为 60mm， s/d 为 ，e/d 为。 水冷壁在前墙和后墙的穿墙高度为 和 ，直接从炉顶引出，水冷壁在两侧墙的穿墙高度为 ，然后从两侧墙为 处引到上集箱。 旋风分离器和回料装置的结构设计 为了满足分离并返送物料的需求，本锅炉沿宽度方向并排布置了两个倒锥形的上排气式旋风分离器，此旋风分离器的分离效率为 95%,锅炉的循环倍率为。 旋风分离器的结构如图 1 所示，因为锅炉宽度已定，故可以计算出 旋风分离器的外径为 1140mm，内径为 900 mm，分离器的排烟管直径为 600 mm，分离器烟气入口处的高度为 1200 mm。 分离器竖直段的高度为 1900 mm，倒锥边与水平面成 60176。 的夹角。 分离器返料管的直径为 180 mm，与水平面的夹角为 65176。 ，分离器返料口为密相区出口。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 11 图 1 旋风分离器 尾部烟道结构以及其中受热面的布置 尾部烟道的烟深为 2m，烟道宽度为 ，在布置铸铁省煤器段，烟道的宽度变为 ，烟道顶部的标高为。 烟道内的炉墙与炉膛内的炉 墙结构相同，在烟道宽度为 处，前墙和后墙的保温层与耐火层之间的间隙变为 10mm。 省煤器分为铸铁式省煤器和钢管式省煤器，铸铁省煤器的强度不高，只用于工作压力低于 4MPa 的锅炉中，同时铸铁性脆，不能承受冲击，由于铸铁的耐腐蚀性好以及由于工艺要求，铸铁式省煤器具有较厚的管壁，常用于未经除氧的小型锅炉中，使其不致因内外腐蚀而很快破坏。 铸铁省煤器的缺点是：体积大，重量大，价格贵，而且因为连接的法兰多，容易发生漏水现象，同时又较易堵灰，因此不常用。 钢管省煤器是现代锅炉中最常用的一哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 12 种，可用于任何压力容量，任何形状 的烟道中。 与铸铁式相比，钢管式的优点是：体积小，重量轻，价格低廉。 在烟道内布置了两级钢管省煤器和一级铸铁省煤器，两级钢管省煤器由一系列错列的蛇行管组成。 其中钢管的内径为 42mm，横向截距为 90mm，纵向截距为 80mm。 平均横向排数为 ，第一级省煤器为 32 列，第二级省煤器为 16 列。 在各蛇行管进口端口和出口端口，分别连接到进口集箱和出口集箱。 集箱布置在锅炉的烟道外面。 给水的引出和引入是由沿集箱长度均匀错列布置的管子来实现，管子和集箱采用焊接连接。 由于省煤器中水速过低，为了提高水速，将每一级省煤器改成两个流 程。 铸铁省煤器采用管长为2m，内径为 60mm 的标准件，横向布置 6 排，纵向布置 12列。 为使水速满足要求，采用单进单出结构。 锅筒、集箱以及管道的结构 锅炉采用单锅筒横向布置，锅筒内径为 1400mm，壁厚为 20mm。 在炉膛四周统一采用外径为 219mm，壁厚为 10mm 的集箱，前墙和后墙的集箱长度为 2m，两侧墙为。 前墙与后墙只布置下集箱，两侧墙布置上、下集箱。 尾部烟道采用外径为 159mm，壁厚为 10mm 的集箱。 由于钢管省煤器采用两个流程，所以在长为 的集箱中间加上挡板。 所有集箱都采用圆形封头。 锅 筒下降管以及蒸汽引出管采用外径为 133mm 的管子，壁厚为。 尾部烟道外的集箱连接管道采用 89mm 的管子，壁厚为 4mm。 布风板的结构 布风板的结构设计是否合理关系到流化床锅炉是否可以稳定运行的关键。 它的结构应该保证颗粒能够均匀和稳定的流化、床料磨损最小、床内构件或受热面的磨损最轻、固体颗粒落入风箱的量最小、运行范围内节涌最小等，所以本锅炉采用比较通用的风帽型布风装置。 在布风板上布置 179 个风帽，采用四边形布置，每个风帽上开 6 个小孔，每个小孔直径为 8mm，横向孔间距为 120mm，纵向孔间距为 100mm。 为使布风板能够承受床料的压力，取用布风板的厚度为 30mm,钢板上布置厚度为 100mm 的耐火材料。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 13 给煤装置以及二次风系统的结构 给煤装置 的设计应首先考虑若干燃料特性，如粒度分布、水分、挥发分。 这些特性分别影响整个流化床燃烧特性。 为确保流化床锅炉连续稳定地运行，给煤系统必须运行可靠，维修方便。 给煤系统还应有调速装置，以满足负荷调节的要求。 使用床上抛煤机给煤方式米取代床下给煤，能将燃料抛撒到更大的床面面积上。 因此本设计中的给煤装置的主要特点是结构简单，制造和安装均比较。 在前墙布置有两个给煤箱，通过播煤装置 ，将煤均匀的布在布风板上方，使燃料能更好的充分燃烧。 二次风的布置在密相区的出口处，风口水平，二次风起到搅拌和混合的作用，增加未燃尽的燃料在炉膛内的停留时间，使燃料的尽可能燃尽，由于计算的燃料的消耗量大，并且在回料装置也要送风，所以二次风占的份额为 40%。 锅炉的支撑以及楼梯的结构 锅炉采用钢架支撑，钢架为两块槽钢对接而成，为 200 200 的结构。 水平面以下采用混凝土结构加固。 楼梯的结构应该方便锅炉的运行、检修等。 此锅炉楼梯采用钢架结构，分三层布置，每层间距为 2m。 为了方便操作，除炉顶和锅筒处的楼梯平台外，其他楼梯平台均与人孔相对应。 本章小结 锅炉的结构设计要考虑锅炉的安装、运行、检修等多方面的问题，所以需要大量的经验。 由于这是第一次比较系统的做锅炉设计，虽然参考了一些前人的经验，但是还是会有很多考虑不周的地方，希望在以后的工作和学习过程中加强这方面的能力。 哈尔滨工业大学毕业设计（论文） 14 第 3章 锅炉的热力计算及传热计算 锅炉。