200t每小时循环流化床锅炉.docx

目 录1.1循环流化床（CFB）锅炉的概念43.3.1无脱硫工况下燃烧计算73.3.2无脱硫工况下烟气体积计算76.2.2锅炉热平衡计算1510.1.1旋风分离器本体阻力计算2410.1.2炉膛风室压力2710.1.3炉膛配风装置阻力计算2711.1回料器结构计算2812.1风帽3012.2布风板3013.1.2 石灰石3113.2.1 无脱硫计算时的燃烧计算3213.2.2 无脱硫工况时的烟气体积计算3213.2.3 脱硫计算3313.2.4 脱硫工况时受热面中燃烧产物的平均特性3613.2.5 脱硫工况时燃烧产物焓温表3713.3 CFB锅炉热力计算3913.3.1 锅炉设计参数39循环硫化床燃烧4013.3.2 锅炉热平衡及燃料燃烧方式和石灰石消耗量4013.3.3 炉膛膜式水冷壁传热系数4213.3.4 炉膛汽冷屏传热系数计算4413.4.1 炉膛膜式水冷壁计算受热面积：4713.4.2 炉膛汽冷屏计算受热面积4813.4.3 炉膛汽冷旋风分离器计算受热面积4913.5.1 炉膛热力计算5013.5.2 汽冷旋风分离器热力计算5413.6 旋风分离器烟气阻力计算5813.7.2 炉膛配风装置阻力计算67 摘 要thermodynamic calculation, strength calculation, the smoke and wind resistance calculation. In the thermodynamic calculation, The efficiency of the boiler is 90.64% and the sectional area is 52.878m2. It can be seen from the calculating result that the entire design is rational and efficient, which indicates that the design can be provided as reference of actual engineering design. Drawings of the boiler ,cyclone and the flow process of refrigerant are attached in the end of the essay. Key words circulating fluidized bed; design of boiler; high temperature cyclone separator1概述人类可利用的能源多种多样，根据利用历史与技术水平及对环境的污染程度分为：一次能源与二次能源，可再生能源与非可再生能源等，我国的一次能源的供应主要以煤炭为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是SO2、NOX的排放。SO2的排放是造成酸雨的主要原因。CFB锅炉技术是一项高效低污染清洁燃烧枝术。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，为了满足火力机组向着高参数大容量发展的趋势CFB锅炉已经发展到了亚临界参数，容量达到1024t/h等级，可与300MW机组配合。国内现在已经有4家锅炉厂具备为300MW机组配合的CFB锅炉，其中以哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂为代表。1.1循环流化床（CFB）锅炉的概念CFB锅炉是从鼓泡床锅炉的基础上发展起来的，早期CFB锅炉的流化速度比较高，因此称作快速CFB锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论可以用于CFB锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一定的理论。要了解CFB锅炉的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床到湍流床到快速床各种状态下的动力特性，燃烧特性以及传热特性。1.2CFB锅炉的优点CFB锅炉炉膛内物燃料分为浓相区和希相区，浓相区物料混合强烈，新加入炉内的燃料受到炉内大量的高温灰加热，有利于着火。稳燃效果好，燃用劣质煤时，煤粉锅炉不投辅助燃料时最低负荷一般在60%-90%;而同样的燃料CFB锅炉可达到40%-50%，节约价格昂贵的辅助燃料。低温燃烧，CFB锅炉的燃烧温度为850950燃烧产生的氮氧化物污染物较低。 由于这些突出的优点CFB锅炉在火力发电机组上得到越来越广泛的应用。2燃料与脱硫剂2.1燃料CFB锅炉的燃料适应性很强，可以燃烧各品质的煤，可以掺烧秸秆、垃圾等一些低成本的燃料，这也是它受到追捧的主要原因之一。考虑到燃料中水分和灰分所占质量较大，且随外界运输条件有较大波动，必然对其他可热成分造成很大的影响，为了有利于分析采用四种不同“基”准的质量方法。收到基（下表符号ar）表示燃料中全部成分的质量百分数之和。是锅炉计算原始依据。 本次设计的燃料是烟煤，收到基挥发分30.5%，收到基灰分30.92%。在CFB锅炉中，灰分影响到燃料的着火与燃烧，但灰分使循环的传热增强、负荷调节范围扩大，这是它有利的一面。2.2脱硫剂脱硫剂一般指脱除燃料中游离的硫或硫化合物的药剂，各种碱性化合物都可以作为脱硫剂。一般多采用廉价的石灰、石灰石和用石灰质药剂配制的碱性溶液。脱硫剂能吸收烟气中大部分的二氧化硫固定在燃料渣中。本次设计中煤的收到基硫含量是1.18%，可以通过脱硫效率，钙硫摩尔比等数据计算得出CaCO3的消耗量。 本次设计石灰石表格2根据300MW容量的锅炉模型比算的本次设计的脱硫效率等。SO2的原始排放浓度为3301.727mg/m3而允许排放浓度为900mg/m3。 接着我总结了在脱硫工况下受热面中燃烧产物的平均特性，并制作出它的焓温表，为后续计算做铺垫。3.3 无脱硫工况燃烧计算3.3.1无脱硫工况下燃烧计算理论空气量 （3-1) m3/kg三原子气体体积 (3-2) =1.866（53.8+0.3751,18）/100=1.013m3/kg理论氮气体积 (3-3) =0.795.539+0.80.75/100=4.265m3/kg理论水蒸气体积 (3-4) =0.1112.64+0,0126.8+0.0165.398=0.461m3/kg 飞灰分额=0.7%(测量值)3.3.2无脱硫工况下烟气体积计算过量空气量 (3-5) H2O体积 (3-6)烟气总体积 （3-7） 由上面公式带入各数据得出计算结果统计成如下表合格（备注：由于计算数据比多统计成表格方便书写和计算。 4.1物料循环对锅炉燃烧特性的影响物料循环对燃烧的影响表现在以下四个方面：物料循环量增加，由于循环物料温度较低，物料的理论燃烧温度降低；物料循环增加，使得燃料在炉内的停留时间加大，燃烧效率将增大，当然，在燃烧效率达到一定值后，循环物料增加使得燃烧效率增加的趋势减缓；物料循环量增加，使得床内的物料浓度和温度趋于均匀；物料循环量增加，由于循环物料的温度较低，床温会有所降低。 4.2物料循环倍率的选择CFB内的物料循环分内循环和外循环两种，物料内循环和外循环对床温的影响不同，但对燃烧效率和脱硫效率的影响相同。这里我们所计算的物料循环指内循环。物料循环倍率公式为: （4-1） 或 （4-2） 由公式可知灰循环倍率 紧与飞灰份额和分离器效率有关 。 5脱硫工况计算 5.1脱硫计算SO2原始排放浓度 （5-1） 计算脱硫效率 （5-2）钙硫摩尔比 （5-3） 与1kg燃料相配的入炉石灰石量 （5-4)式中：与1kg燃料相配的入炉石灰石量，kg/kg石灰石中CaCO3含量，%。燃烧生成CaO时吸热量 （5-5）式中：煅烧生成CaO的吸热量，kj/kg入炉的石灰石直接飞出分离器成为飞灰的份额，简称CaCO3脱硫放热量 （5-6）式中：脱硫是生成CaSO4的放热量，kj/kg可支配热量 （5-7）式中：可支配热量，kj/kg脱硫所需要的理论空气量 （5-8）燃烧和脱硫当量理论空气量 （5-9）式中：当量理论空气量，石灰石脱硫所需要的理论空气量，与1kg燃料相配的入炉石灰石量，kg/kg脱硫所需空气的氮气体积 (5-10)当量理论氮气体积 (5-11)式中：当量理论氮气体积，燃料中的氮，%；当量理论空气量，石灰石脱硫所需要的理论空气量，煅烧石灰石生成的CO2的体积 (5-12)脱硫时SO2体积减少量 (5-13) 燃烧和脱硫时产生的RO2的当量体积 (5-14)式中： CO2和SO2的当量体积，三原子气体体积， 石灰石煅烧产生的CO2体积， SO2体积减少量，石灰石脱硫所需要的理论空气量，当量理论水蒸气体积（5-15）式中 ： 当量理论水蒸气体积， 燃料中的水分， 石灰石中的水分， 石灰石脱硫所需要的理论空气量，燃料中的氢，%； 当量理论空气量，入炉燃料灰量 （5-16）式中：燃料收到基灰分入炉的石灰石直接成为飞灰的量 (5-17)入炉的石灰石分含量 (5-18)式中： 入炉石灰石灰分，kg/kg石灰石的水分，%。一般小于3%。未反应的CaO的量 (5-19)脱硫产物CaSO4的量 (5-20)灰分 (5-21)式中： 当量灰分，%；入炉燃料灰量，kg/kg； 入炉石灰石直接变成飞灰的量，kg/kg； 入炉的石灰石灰分，kg/kg；未反应的CaO;量，kg/kg； 脱硫产物CaSO4的量，kg/kg；石灰石脱硫所需要的理论空气量，脱硫工况时的底灰份额 (5-22)未脱硫时的飞灰份额 (5-23)脱硫工况时的飞灰份额 (5-24)灰循环倍率 (5-25) 分离器前飞灰的份额 (5-26) 脱硫后SO2排放浓度 (5-27)脱硫效率 (5-28) 6.燃烧产物热平衡燃烧产生的烟气从炉膛的出口进入旋风分离器，其实大于切割粒径的灰粒被旋风分离器捕捉进入回料器再次燃烧，小于切割粒径的颗粒将被送入尾部烟道。这就是CFB锅炉与煤粉炉的不同点，很多的灰粒多次进入炉膛燃烧，这部分的灰粒被称为循环灰。循环灰是CFB锅炉的特有产物，它携带着大量的热量，对锅炉的热平衡有很大的影响。6.1炉膛燃烧产物热平衡方程式 和空气进入炉膛后着火，随着燃烧的继续，燃烧产物的温度会持续上升，但同时热量又会被炉膛内的水冷壁等传热面吸收，所以温度又会沿着其上升的趋势下降，在这两种因素的作用下，炉膛的温度会趋于一个温度的值。对炉膛而言，其输入热量为：输出热量为对1kg燃料来说，炉膛热平衡方程式为： 6.2 燃烧产物热平衡计算 6.2.1脱硫对CFB锅炉热效率的影响未脱硫工况和脱硫工况对可燃气体未完全燃烧热损失q3和散热损失q5没有什么影响，尤其是q5，它是由锅炉总输出热量Q1决定的，只要Q1不变，q5也不变。总的来说，脱硫总是是CFB锅炉的热效率下降的。固体未完全燃烧热损失为： （6-1）式中： 固体未完全燃烧热损失，%锅炉可支配热量，底灰份额；底灰含碳量，%；飞灰份额，飞灰含碳量；燃料收到基灰份，%。排烟热损失为： （6-2） 式中： 排烟热损失，%；在相应的过量空气系数和排烟温度状况下的排烟焓，；冷空气焓，。底灰物理热损失为： （6-3）式中：底灰物理热损失，%； 底灰份额；灰焓，；当量灰分，%；入炉可支配热量，。6.2.2锅炉热平衡计算锅炉的热平衡是值送入锅炉的可支配热量与总输出热量及各种热损失的总和应该是相等的。 (6-4) 式中：锅炉机组热效率。%；排烟热损失，%； 可燃气体未完全燃烧热损失， 固体未完全燃烧热损失， 散热损失，灰渣物理热损失保温系数 (6-5)锅炉机组有效利用热量 (6-6)脱硫工况当量燃烧消耗量 (6-7)脱硫工况计算燃料消耗量 (6-8)脱硫工况燃料消耗量 (6-9)计算石灰石消耗量 (6-10)石灰石消耗量 (6-11)计算燃料当量消耗量 (6-12)7传热系数计算 7.1汽冷屏传热系数首先要先设计出汽冷屏的结构和尺寸，然后确定它的受热面，根据汽冷屏在炉膛中的位置来确定折算系数，同样，汽冷屏要分为汽冷屏管和鳍片分别计算。在实际计算汽冷屏管中，要先假设一个管外壁壁温，然后由这个假设的温度算出辐射放热系数和对流放热系数，得出一个假定的传热系数，然后根据管内壁温度的计算，一步步反复迭代，得出一个在误差范围内的管外温度，确定这个传热系数。以类似的方法计算出鳍片的传热系数，最后加权平均，得出汽冷屏的传热系数。炉膛截面烟气流速 (7-1)内外壁平均温度 (7-2)床辐射放热系数 (7-3)吸收率 (7-4)床密相区对水冷管的传热系数 (7-5)管子外壁的计算温度 (7-6)鳍端温度 (7-8)床密相区对鳍片的传热系数 (7-9)炉膛膜式水冷壁的平均传热系数 (7-10)8炉膛8.1炉膛结构设计炉膛可以说是整个CFB锅炉系统的心脏，CFB锅炉的炉膛结构主要包括以下几个方面：（1）炉膛的截面尺寸，炉膛高度等；（2）炉膛内受热面的布置；（3）CFB的布风装置等；燃烧室由水冷壁前墙、后墙、两侧墙构成，确定炉膛长、宽、深度时，主要考虑各受热面的布置及分离器的的位置，此外还必须注意当炉膛深度过大会影响二次风的穿透能力，二次风不能充分对稀相区燃烧进行扰动，保证燃烧应具备的足够的氧量。炉膛高度也是一个关键参数，合适的炉膛高度应能：综合烤炉燃烧和脱硫要求，一般取炉膛温度为850在MCR工况下，采用以下速度值确定炉膛截面积：炉膛上部轴向速度5-6米/秒配风装置上部的轴向速度为4.5-5米/秒炉膛中任何位置速度应避免大于7米/秒在本次设计中，我在热力计算的反复校核后设计出炉膛宽5460mm，深8056mm截面积43.98m2,炉膛高度31.32.m由于燃用的是挥发分较高的烟煤，故采用前后墙对冲燃烧，故炉膛深度较大。8.2炉膛热力计算炉膛出口空气过量空气系数 (8-1) 炉膛有效放热量 (8-2) (8-3) 折算成1kg燃料的分离器循环灰焓增 (8-4)分离器循环灰焓增份额 (8-5)分离器烟气焓增份额 (8-6)分离器放热份额 (8-7)炉膛放热份额 (8-8) (8-9)炉膛膜式水冷壁吸热量 (8-10)炉膛汽冷屏传热温差 (8-11)炉膛汽冷屏吸热量 (8-12) (8-13)1kg燃料燃烧产物向炉膛受热面内工质和循环灰传递的热量 (8-14)炉膛受热面内工质的吸热量 (8-15)误差 (8-16)汽冷屏工质焓增 (8-17)平均比容 (8-18)蒸汽流通截面积 (8-19)工质流速 (8-20)蒸汽质量流速 (8-21)9汽冷旋风分离器 旋风分离器是CFB锅炉的核心部件之一。其主要作用是将大量的高温固体物料从炉膛出口的气流中分离出来。通过返料装置送回炉膛，以维持燃烧室快速流态化状态，燃料剂和脱硫剂多次循环，反复燃烧和反应。旋风分离器主要由导涡管，筒体，椎体，和尾部竖管组成。导涡管直径是1600mm进口烟道直径3200mm筒体长度1610mm，椎体长度是7835mm,尾部烟竖管直径是3130mm。分离器的分离效率队灰循环倍率影响很大，本次设计的分离器分离效率达99%，可见，分离器作为CFB锅炉的重要部件的作用。 9.1汽冷旋风分离器热力计算 火焰辐射层有效厚度 (9-1)分离器水冷程度 (9-2)面积比 (9-3)分离器理论烟焓 (9-4)分离器理论循环灰焓 (9-5)火焰中三原子气体的分压力 (9-6)三原子气体减弱系数 (9-7)不发光火焰辐射减弱系数 (9-8)不发光火焰黑度 (9-9)发光火焰黑度 (9-10)发光火焰辐射减弱系数 (9-11)火焰黑度 (9-12)汽冷分离器黑度 (9-13)烟气平均热容量 (9-14) 汽冷旋风分离器出口烟温 (9-15)烟气放热量 (9-16)循环灰放热量 (9-17)总放热量 (9-18)蒸汽焓增 (9-19)蒸汽出口焓 (9-20)平均比容 (9-21)蒸汽流速 (9-22)10风烟系统从一次风机出来的空气分两路送入炉膛。第一路，经一次风空气预热器加热后的热风进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在风板上的风帽使其流化，并行向上通过炉膛的气固两相流；第二路，热风经播煤增压风机后，用于炉前气力播煤；二次风机供风分为两路，第一路经预热器后的二次风直接经炉膛上部的二次风箱分级进入炉膛。第二路，一部分未经预热的冷二次风作为给煤皮带的密封用风。表101 和值阻力系数0.5小孔水平1.95小孔下倾15201.65 10.1风烟系统烟气阻力计算10.1.1旋风分离器本体阻力计算烟气密度 (10-1)灰密度 (10-2)烟气实际密度 (10-3)炉膛上部出口面积 (10-4)进口烟道入口截面积 (10-5)烟气（进口烟道）入口速度 (10-6)烟气（炉膛上部）出口速度 (10-7)压缩系数 (10-8)修正系数 (10-9)烟气加速突变损失 (10-10)灰粒急速突变损失 (10-11)烟道出口截面积 （10-12）烟气出口速度 (10-13)压缩系数 (10-14) (10-15) (10-16)筒体入口水力直径 (10-17)摩擦阻力系数 (10-18)烟道截面积 (10-19)烟气速度 (10-20)进口烟道沿程阻力 (10-21)摩擦阻力系数 (10-22)烟气旋转圈数 (10-23)筒体摩擦阻力 (10-24) (10-25)筒体截面积 (10-26)烟气返程阻力 (10-27)烟气沿程阻力 (10-28)弯头阻力损失 (10-29)出口烟道烟气扩张损失 (10-30)旋风分离器阻力(1031) 10.1.2炉膛风室压力 (10-32)其中 炉膛风室压力 炉膛配风装置上压力配风装置阻力 (10-33) (10-34)式中装料高度。床料推积密度，kg/m3.的给煤颗粒度分布范围内，取770kg/m3密相区高度，m床的膨胀床，=1010.1.3炉膛配风装置阻力计算配风装置阻力 (10-35)炉膛风室压力 (10-36)空气实际密度 (10-37)一次风量 (10-38) (10-39) 心管进口处空气流速 (10-40) 雷诺数 (10-41) 心管出口压力 (10-42) 管与风帽间环形通道当量直径 (10-43) 风帽罩小孔出口阻力 (10-44)误差 (10-45) 11回料器结构计算竖管中灰下降速度 (11-1)返料腿直径 (11-2)回料器溢流堰高 (11-3)回料器本体（一半）深度 (11-4)回料器本体高度 (11-5)密封腿料位高度 (11-6) 11.2回料器压力计算 回料器风室压力计算 (11-7)回料器风室压力