内蒙古工业大学20xx年热能与动力工程毕业论文

内蒙古工业大学20xx年热能与动力工程毕业论文内容摘要：

第一章 绪论 锅炉是电厂重要的机组之一。 锅炉是将煤炭、石油或天然气等所储存的化学能转化为水或蒸汽的热能的重要动力设备。 高温水或蒸汽的热能可以直接应用在生活和生产中 ,为房屋采暖、空气调节、纺织、化工、造纸等工业应用 ,也可以转化为其他形势的能 ,如电能、机械能等。 随着水和蒸汽的热能应用范围日益扩大 ,随着市场经济体制不断发展和完善 , 节能的经济效益越来越被人们重视。 向锅炉要经济效益和社会效益是全社会一个重要工作。 锅炉又是具有爆炸危险的特种设备， 锅炉设备能否安全，经济运行直接关系着整个机组的安全性和经济性； 锅 炉的安全运行对保障人民生命财产安全，维护社会稳定，具有重要意义；因此调节好锅炉运行是 重中之重的事情。 但是随着 锅炉 大量的投产与长 时间的应用，许多电厂发生了严重 的锅炉事故。 为了减少人生伤害及经济损失，研究与分析锅炉事故刻不容缓。 同时，锅炉事故分析 与处理也是电厂热能动力工程个一个重要的研究课题，对锅炉事故的分析与对策的探索、对锅炉事故的预防和锅炉改进有着重要意义。 第二章 循环流化床锅炉的概况 流化床锅炉的研究与应用 流化床燃烧技术的研究最早可追溯到 1921 年，当时 Fritz Winkler 建立了一个小型流化床燃烧试验台，用于流态化技术的试验研究； 60 年代第一台常规流化床锅炉投入运行，由于常规流化床锅炉飞灰大未完全燃烧损失较大，燃烧效率不高，于是能够收集飞灰进行再循环燃烧的循环流化床技术便应运而生。 新一代的循环流化床真正得到应用始于七十年代末八十年代初。 1979 年，芬兰奥斯龙（ Ahlsltrom）公司开发的世界首台 20t/h 商用循环流化床锅炉投入运行，随后， 1982年，德国鲁奇（ Lurgi）公司开发的世界上首台用于产汽与供热的循环流化床（ 84MWth）建成投运。 至此，循环流化床技术开始迅速发展。 2020 年，即发展到 460MW 超临界参数锅炉。 可见这种技术的巨大经济效益、环保效益，以及各国政府对此项技术的重视。 我国对循环流化床锅炉的研究方面，虽然起步较晚，但政府高度重视，所以，发展非常迅速。 1987 年，中科院工程热物理所与原开封锅炉厂联合，生产出中国第一台循环流化床锅炉，并在原开封中药厂（现在的天地药业）投入运行，取得了循环流化床锅炉在中国零的突破。 20 多年后的今天，该台锅炉还在稳定运行，对该企业的发展起到了巨大的推动作用。 1987 年之后，几乎所有与热工程有关的科研院校，如清华大学、浙江大学、华中理工大学、西安交通大学和西安热工研究院等，都投入到循环流化床锅炉额研发当中，各锅炉制造厂先后开发出 20t/h、 35t/h、 65t/h、 75t/h、 130t/h 及 220t/h 等中、小型循环流化床锅炉，通过多 年的发展，我国在中、小型循环流化床技术方面已经相当成熟。 并相继开发出具有自主知识产权的 100MW、 135MW、 150MW 及 200MW 等级的循环流化床锅炉，并在全国范围内大量投运。 从中可以看出，循环流化床锅炉，是中国锅炉行业的循环流化床趋势，其他类型的锅炉，必将被循环流化床锅炉所取代。 流化床锅炉的特点 炉膛底部是大量的炽热灰粒和煤粒混合物，燃烧所需空气经炉膛底部的布风板 均匀进入流化床，在流化床中气流上升速度约为 2～ 5m/s,气流将大部分粒子托起，成沸腾状，粒子上下运动，掺混非常强烈，这种现象被称流化。 煤由给媒机送入炉膛，刚进入炉膛的煤粒很快就与床温床料混合，是煤粒迅速加热，干燥着火燃烧。 在流化床内平均停留十几～几十分钟后有放渣口排出炉膛。 由于流化床容量大，掺混强烈，粒子停留时间长等因素，流化床锅炉不但能燃高热之煤，而且其他炉型（如链条炉、煤粉炉）不能燃烧的低热值、低挥发分、高灰分的劣质燃料。 如劣质烟煤、无烟煤、煤石、油页石、造汽炉渣也能在流化床锅炉内稳定燃烧。 流化床锅炉还 有环保方面的优点，通过向炉内添加石灰石或白云石能大大降低烟气中的二氧化硫，方法简便、经济、高效地解决了高硫造成的大气污染问题。 而一般的链条锅炉、煤粉炉的尾气脱硫技术费用昂贵，难于推广，几乎不可能用于中小型的工业锅炉。 流化床锅炉的燃烧温度 900～1000℃，较链条锅炉、煤粉炉都低，抑制了 NOX 的生成，烟气中 NOX 含量少，有利于保护环境。 我国用于烧劣质煤的沸腾炉以有上千台，但他们都是属于鼓泡床技术，对于这种鼓泡床锅炉，由于较大的上升烟气速度将相当多的未燃尽细小煤粒带出炉膛，造成燃烧效率下，烟气含量大，特别是燃 烧高灰分的劣质燃料是更为严重。 因为绝大多数的煤粒是在煤粒是在流化床中燃烧放热，在流化床中设置了大量的埋管受热面，物料的强烈冲刷使埋管磨损相当严重，一般只能使用六个月左右，炉子的可靠性差。 另外，风机的电耗高，向大型化发展困难，脱硫剂利用率低等使得它被局限于烧煤石、炉渣等劣质燃料的场合。 外循环流化床燃烧技术是国际上八十年代初发展起来的锅炉燃烧技术，它不仅具有鼓泡床流化燃烧的技术特点，而且具有更新的技术优势，该技术一出现就以其特有的特点，受到国内有关部门和专家的关注，被认为是锅炉燃烧技术领域的一次革命，其显著特 点有： （ 1） 燃料适应性广 在外循环流化床锅炉中按重量计，燃料进展床料的 1％～ 3％，其余的是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣，循环流化床锅炉的特殊流体动力特性，使得气～固和固～固混合非常好，因此燃料进入炉膛后很快与大量床料混合，燃料被迅加热之高于着火温度，而同时床温没有明显降低。 只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃料所需的空气至着火温度所需的热量，上述优点就可以使得外循环流化床锅炉不许辅助燃料而燃用任何燃料。 外循环流化床锅炉即可以燃用优质煤，也可以燃用链条锅炉不能燃烧的各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高 水分煤、煤矸石、煤泥、以及油页石。 （ 2） 燃烧效率高 循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉、链条锅炉高，燃烧效率通常在 ％～ ％范围内，可与煤粉炉相比媲美，循环流化床锅炉能在较宽范围内保持较高的燃烧效率，甚至燃用细分含量高的燃料时也是如此，而鼓泡流化锅炉、链条锅炉则不可能有此优点。 （ 3） 有效脱硫 循环流化床锅炉的脱硫效率比鼓泡床流化床锅炉更加有效，典型的循环流化床锅炉达到 90％脱硫效率时所需的脱硫剂化学当量比为 ～ ，鼓泡流化床锅炉达到 90％脱硫效率时则需要脱硫剂化学当量比为 ～ 3，甚至更高。 有时即使钙硫比再高，也不能达到 90％的脱硫效率。 因此，无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的脱除率，循环流化床锅炉流化床锅炉优越，链条锅炉不可能在炉内进行脱硫。 （ 4） 氧化物排放低 氮氧化物排放是外循环流化锅炉另一个非常吸引人的特点。 实践表明，外循环流化床锅炉的氮氧化物排放在 50～ 150PPM。 外循环流化床锅 炉 NOX 排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成 NOX,二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为 NOX，并使已生成的 NOX 得到还原，鼓泡（内循环）流化床锅炉、链条锅炉无此特点。 （ 5） 燃烧强度高，炉膛截面小 炉膛单位截面积的热负荷高是外循环流化床锅炉的主要特点之一，循环流化床锅炉的截面热负荷约为 ～ ,接近或高于煤粉炉，同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比外循环流化锅炉达 2～ 3 倍。 （ 6） 给煤点少 循环流化床锅炉的截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数 大大减少，如热功率为 100MW 的循环流化床锅炉只需一个给煤点，而相同容量的鼓泡流化床锅炉则需 20～ 30 给煤点。 （ 7） 燃料与处理系统简单 循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于 12mm，因此与煤粉炉相比，燃料的制备系统大为简单。 此外，循环流化床锅炉能直接用高水分煤（水分的达 30％以上），当燃用高水分煤时也不需要专门的处理系统。 （ 8） 易于实现灰渣的综合利用 循环流化床锅炉燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣燃烧充分，因此含碳量极低，易于灰渣的综合利用，可做水泥搀合料和建筑材料。 （ 9） 负荷调节范围大 当负荷变 化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床 炉那样采用分床压火技术。 一般而言，外循环流化床锅炉的负荷调节比可达 1：4，而链条锅炉、鼓泡流化床锅炉的负荷调节仅为 70％，此外，由于截面风速和吸热控制容易，循环流化床锅炉的负荷调节速度也快，一般可达每分钟 5％。 （ 10） 床内不布置埋管受热面 循环流化床的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。 此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，同时可长时间压火。 （ 11） 故障率低、运行周期长 循环流化床锅炉 本体范围内设有两台螺旋给煤机，避免了链条锅炉设备故障而经常造成停炉的缺陷。 此外，外循环流化床锅炉具有故障率低、运行周期长的特点。 （ 12） 司炉工劳动强度大 由于循环流化床锅炉的燃烧方式为循环流化燃烧，司炉工仅看仪表就可进行控制，调解。 而链条锅炉则需不断通过关火门观察燃烧状况，并且还要不时的用火钩、火耙搂火，因此司炉工的劳动强度大、工作环境恶劣。 流化床锅炉主要优缺点 （ 1)对燃料的适应性好 只要所用燃料的热值足以把燃料和空气升温到稳定燃烧所需温度，该燃料就能在CFBB 中稳定燃烧。 当燃料热值大于 CFBB 所需最低热值时，可以通过改变一、二次风量分配和返料量来控制炉床的吸热份额，从而达到稳定运行的要求。 CFBB 既能烧高挥发份及高热值的优质煤，也能烧高灰份、低热值的劣质煤，甚至还可以烧煤矸石及垃圾。 (2)燃烧效率高 常规工业锅炉和普通流化床锅炉燃烧效率不高，仅为 85％－ 90％。 循环流化床锅炉由于采用飞灰再循环燃烧，其锅炉燃烧效率可达 95％－ 99％。 燃烧劣质煤时，燃烧效率比煤粉炉高 5%。 （ 3） 燃 烧热强度高 采用飞灰再循环燃烧，提高了锅炉的炉膛截面热强度和容积热负荷。 常规流化床锅炉的截面热强度和炉膛容积热强度分别为 1－ 3MW/m2和 － ，而 CFBB 的截面热强度和炉膛容积热强度分别为 3－ 8MW/m2和 － ，大约是煤粉炉的 10倍。 (4)脱硫效果好 由于石灰石脱硫的最佳反应温度在 850℃左右，而 CFBB 炉床温度一般控制在 850℃－ 900℃之间，加上飞灰再循环可进一步提高脱硫效率，故当 Ca/S 为 － 时， CFBB脱硫率可达到 85%－ 90%。 (5)NOX排放量低 由于 CFBB 采取分段低温燃烧方式，炉膛温度一般控制在 800℃－ 900℃之间， NOX生成量明显减少， 排放浓度一般为 100－ 200ppm，远低于常规煤粉炉 排放量 500－ 600ppm。 (6)负荷调节性能好 锅炉需要改变负荷时，可通过调节给煤量、一次风量、二次风量、流化风速及返料量来实现。 一般情况下， CFBB 热负荷变化范围为 25％－ 100％，其变化速率可达到 5％－ 10％ /min； 同样， CFBB 也存在一些缺点，主要有： （ 1） 风机电耗大 返料所需高压风机的风压大，电耗高。 （ 2） 热惯性大 高温旋风分离器和返料装置具有笨重的耐火材料内砌体，冷热惯性大，给机组快速启停带来困难。 （ 3） 漏灰严重 由于 CFBB 炉 内采用微正压燃烧，高温旋风分离器也采用局部正压，因此漏灰严重。 第三章 循环流化床锅炉的工作原理 循环流化床锅炉工艺流程图 图 31 循环流化床锅炉工艺流程图 除尘器烟囱二次风机一次风机暖风器暖风器引风机炉 膛床层J阀空气预热器分离器上二次风下二次风给煤机烟道省煤器低温过热器高温过热器汽包冷渣器高压风机热风冷风排渣一次风点火器点火助燃风流化风播煤风石灰石给料机石灰石给料风给水图1 循环流化床锅炉系统图典型循环流化床锅炉流程 如图 31 所示，其基本流程为：煤和脱硫剂进入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内的布置的其他受热面放热。 粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。 气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。 未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器、和空气预热器，经除尘器排至大气。 循环流化床锅 的系统组成 尽管循环流化床锅炉结构形式多种多样，但其系统组成也基本相同， 图 31 和图 33为 典型的循环流化床锅炉系统图。 循环流化床锅炉由布风装置、密相区、稀相区、炉内受热面、气固物料分离装置、固体物料再循环装置 (返料装置 )、尾部受热面及床外热交换器等部分组成。 煤和石灰石通过给料装置送入炉膛内，与从布风板下部送入的一次空气和从炉膛中上部送入的二次空气进行燃烧反应。 燃烧产物及颗粒较小的未燃物质随气流携带进入气固分离装置，颗粒较大的未燃物质则在床层上面上、下运动，与床料一起成沸腾状态，构成循环流化床锅炉的密相区。 密相区上面的 炉膛空间即为稀相区。 炉膛排出的气固混合物经上部烟道进入气固分离装置，经分离装置分离后的气体进入尾部烟道。 分离器出来的固体物质有的经返料装置直接进入炉膛再次燃烧，有的还要经过床外换热器冷却后再进入炉膛进行燃烧，以达到调节床温的目的。 循环流化床锅炉炉堂内一般都布置炉内受热面，以吸收燃料燃烧所释放的热量。 为了进一步吸收烟气热量及降低排烟温度，与煤粉炉一样，循环流化床锅炉尾部布置有过热器、省煤器及空气预热器等尾部受热面。 另外，有的循环流化床锅炉还设置有床外热交换器。 循环流化床锅炉的工作原理 图 33 循环硫化床锅炉工作原理图 循环流化床燃煤锅炉基于 循环流态化 的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃烧为重要特征。 炉膛内的颗粒物料处于携带速度和气力输送状态之间的流化区间，烟气速度大大高于鼓泡流化床，没有鼓泡流化床那样清晰的床层上表面，气泡不再存在，同时具有湍流流化和快速流化的特征，固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧方式。 但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程比较，颗粒在循环流化床炉膛内的浓度远大于煤粉炉，但小于鼓泡流化床，并且存在显著的颗粒成团和床料的颗粒回混，颗粒与气体间的相对速度大，这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。 经过预热的一次风（流化风）通过风室由炉膛底部穿过布风板送入炉膛 ，炉膛内的固体处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰性床料中燃烧；炉膛下部为颗粒浓度较大的密相区，上部为颗粒浓度较小的稀相区；较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由飞灰分离装置收集，经回料管和反料器送回炉膛循环燃烧；燃料在燃烧系统内完成燃烧和高温烟气向管内工质的热量传递过程。 烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道，继续与受热面进行对流换热，最后排出锅炉。 循环流化床锅炉炉内高速流动的烟气与其携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，燃料的燃烧过程发生在整个固体循环通道内。 在这种燃烧方式下，燃烧室内，尤其是密相 区的温度水平受到燃煤过程中的高温结渣和最佳脱硫温度的限制，必须维持在850℃左右。 尽管温度较低，但由于炉内颗粒的浓度较大，炉内受热面的传热条件优于常规的煤粉锅炉。 由于采用高温固体颗粒物料的循环燃烧方式，炉内温度分布十分均匀，炉内的热容量很大，因此循环流化床锅炉对燃料的适应性优于常规煤粉锅炉，燃烧效率也基本相当。 第四章 循环流化床锅炉的结构 循环流化床锅炉的结构 图 41 循环流化床锅炉的结构图 1 风室 2给煤机 3燃烧室 4主蒸汽出口集箱 5过热器 6蒸发管束 7旋。