西昌地区循环流化床蒸汽锅炉结构设计论文.doc

千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印在目录上点右键"更新域",然后"更新整个目录"打印前,不要忘记把上面"Abstract"这一行后加一空行 / XX地区循环流化床蒸汽锅炉结构设计论文第1章 绪论1.1 循环流化床锅炉的发展历程与应用循环流化床锅炉燃烧技术的发展始于上个世纪70年代,是一种新型的清洁煤燃烧技术由于它具有高效,低污染且煤种适应性强这三大特点,自从70年代末第一台20t/h循环流化床锅炉问世以来,循环流化床燃烧技术得到了许多国家的重视,并与此同时得到了迅速的发展八十年代,德国鲁奇公司首先取得了循环流化床装置的专利,并研究开发出当时世界上最大的270t/h循环流化床锅炉,由此引发出了全世界循环流化床的开发热潮至今已经形成几个技术流派：以鲁奇公司为代表<包括Stain公司和ABB公司>的绝热旋风筒带有外置换热床的循环流化床锅炉技术；以德国B&W公司为代表的采用塔式布置中温旋风分离循环流化床锅炉技术；以原芬兰Alhstrom公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床锅炉技术；以美国FW公司为代表的带有Intrex的汽冷旋风分离循环流化床锅炉技术和美国B&W公司采用简易分离的循环流化床锅炉技术。

九十年代中期,又迅速崛起了由前Alhstrom公司开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉技术技术流派的演变是一个技术发展的过程八十年代,由笨重易损的热旋风筒,进步到九十年代初的精巧耐用的汽冷旋风筒,进而到九十年代中开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉又克服了汽冷旋风筒的生产成本问题,并为循环流化床锅炉最终回归到传统锅炉的简洁布置开创了道路；目前由Foster Wheeler 公司生产,安装于波兰的260MWe循环流化床锅炉即采用方形分离器技术 从容量上看,循环流化床锅炉也从热电用小中型低参数容量发展到高参数大型电站锅炉目前世界上在运行的最大容量循环流化床锅炉为美国佛罗里达300MWe燃用石油焦的循环流化床锅炉另有近十台200~300 MWe循环流化床锅炉正在安装或制造国外公司预计,目前的技术水平制造600MWe循环流化床锅炉是有把握的当前全世界〔除中国外〕100MWe以上循环流化床锅炉运行台约60台其中已经投产运行的40余台这些循环流化床锅炉主要在欧美,只有20％左右在亚洲单台连续运行最高记录为13个月,可用率达到98％循环流化床锅炉检验规程和安全规程已经列入美国的ASME标准,这是该技术成熟及标准化的重要标志。

1.2 我国循环流化床锅炉的发展我国的循环流化床燃烧技术的来自于自主开发、国外引进、引进技术的消化吸收三个主要来源上世纪八十年代以来,我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐年增加国内自主开发的主要研究单位为清华大学,中科院热物理研究所及XX热工研究院等他们与锅炉厂结合,开发了从35t/h-440t/h 系列化国产循环流化床锅炉以性能和价格优势将国外技术挤出了中国中小循环流化床锅炉市场其中清华大学与XX锅炉厂刚刚完成的十五攻关国产化440t/h 再热超高压循环流化床锅炉〔135MWe〕示范工程于今年七月通过了科技部验收这是目前国内在运行的最大容量循环流化床锅炉同时,清华完成了世界首台135MWe再热循环流化床锅炉电厂仿真机,技术水平世界领先清华大学与国内合作锅炉厂多年合作研究完成的循环流化床锅炉设计理论,设计导则,热力计算软件完全突破了国外对我国的技术封锁该软件已经出口到日本,打破了多年来我国一直依赖进口循环流化床技术的局面鉴于清华大学在循环流化床锅炉研究开发中的声誉,一些著名的国际公司,如ABB、法国EDF公司、石川岛播磨等与清华大学合作研究一些循环流化床燃烧技术中的难题目前容量在400t/h级再热型循环流化床锅炉,国内已经基本掌握,进入了推广示范阶段。

国产化670t/h <200MWe> 正在立项实施我国曾多次引进国外循环流化床锅炉技术,并数次购买国外循环流化床锅炉产品,推动了中国循环流化床锅炉技术的发展如电力部从芬兰Alhstrom公司购买的内江电厂410t/h炉;石化系统从同一公司购买的XX2台220t/h 燃用油页岩的循环流化床锅炉;近年从美国Foster Wheeler 公司购买的镇海石化220t/h,金山石化的280t/h燃用石油焦循环流化床锅炉国内三家大型锅炉厂先后引进了美国Foster Wheeler 公司50~100MWe汽冷旋风筒循环流化床锅炉技术,德国EVT 150MWe以下容量再热循环流化床锅炉技术和前美国ABB-CE的再热循环流化床锅炉技术目前国家发改委组织引进了法国阿尔斯通300MWe循环流化床锅炉技术,希望一次性解决电力系统对大型发电循环流化床锅炉的需要根据不完全统计,我国已在引进循环流化床锅炉方面花费了近两亿美元然而,国外从来也没有把循环流化床的设计核心技术教给中国甚至热力计算程序都不是源代码 国内的循环流化床技术发展,应是消化引进国外循环流化床技术和研制开发自主知识产权的大型循环流化床锅炉制造技术并重,一方面消化完善引进国外循环流化床技术,使之完全适应我国的国情,另一方面在消化的基础上找到突破口,结合自己开发工作的成果和经验予以创新,形成自己的专利技术,打破国外循环流化床技术一统我国大型循环流化床市场的局面,建立拥有良好竞争机制大型循环流化床市场。

我国循环流化床锅炉技术的发展史提供的教训实在太多了1.3 循环流化床锅炉的前景展望1.3.1 循环流化床高参数化----超临界化循环流化床锅炉大型化发展的一个重要的目标是开发超临界参数循环流化床锅炉由于超临界技术及大型循环流化床均是已经掌握的技术,将二者结合形成的超临界循环流化床锅炉将在环保及效率上实现双突破特别是国际上及清华大学近期的研究证明,循环流化床锅炉及超临界均是成熟技术,二者的结合相对技术风险不大,然而,结合后产生的技术综合了循环流化床锅炉低成本污染控制及高供电效率两个优势因此,其商业前途十分光明,具有巨大的商业潜力,是清洁煤燃烧技术中一个异军突起的新方案因而极可能形成一个在IGCC、PFBC、PC＋FGD之外的清洁煤技术新起点超临界循环流化床锅炉技术实现难度低于超临界煤粉炉,由于燃烧室内热负荷低,有可能以相对简单的本生炉垂直管方案构成燃烧室受热面；而且,低质量流率带来的低阻力降可能使其在低负荷亚临界区具有自然循环性质,运行十分安全我国是一个燃煤大国,在电力部门需要装备相对一批大型燃煤发电设备常压循环流化床燃烧技术是已经为国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术,但在达到较高的供电效率方面并未具有明显的优越性。

超临界CFB作为下一代CFB技术,由于可以得到较高的供电效率〔比目前我国发电厂平均效率28％高出12个百分点〕,脱硫成本比FGD低50％以上,而投资最多与SPC+FGD持平,是一种适于在中国大量推广的燃煤发电技术因此一些著名的循环流化床锅炉公司均非常关注这一方向法国阿尔斯通和美国福斯特惠勒均投入大量人力物力开发大容量超临界参数循环流化床锅炉特别是20XX三月Foster Wheeler 公司签订了世界上第一台,也是最大容量的460MWe 超临界循环流化床锅炉合同它将安装在波兰南部Lagisza 电厂我国近年来流化床技术发展迅速总运行台数已经超过了世界其他地区的所有循环流化床锅炉的总和单台容量从75t/h〔3.82MPa〕发展到440t/h〔13.7MPa〕国家发改委支持引进了300MWe亚临界循环流化床锅炉〔17MPa〕因此我国应尽快开展超临界循环流化床锅炉的研究趁国外超临界循环流化床锅炉相关专利及产品出现之前,形成我国的超临界循环流化床锅炉自主知识产权和相关专利,这样,可以摆脱过去的反复引进的被动局面,使我国循环流化床燃烧技术实现跨越式发展1.3.2 循环流化床调峰机组循环流化床锅炉已证明具有远高于煤粉炉的负荷调节特性。

它可以在30％MCR下稳定不投油运行冷却型分离器循环流化床锅炉具有频繁调负荷的能力因此,我国电网峰谷差逐年加大,调峰循环流化床锅炉是一个良好的解决方案今后应加强调峰循环流化床锅炉的开发工作1.3.3 循环流化床热水锅炉中国城镇社区的快速发展,对大容量供暖锅炉需求加大这些燃煤锅炉的污染排放极难解决燃用天然气从经济到资源方面均不宜大面积推广循环流化床热水锅炉是一个良好选择我国新开发的116MWth 循环流化床热水锅炉经XX市两年运行经验证明了该炉在节能,环保,可靠性方面的突出优势可以作为今后的重点发展推广方向第2章 锅炉的总体结构布置2.1 锅炉结构初步选定及其概述循环流化床锅炉整体结构采用"M"型布置,即分离器布置于炉膛与尾部竖井烟道之间在炉膛底部的密相区布置有多排竖直埋管,在密相区以上至炉膛顶部的四周竖直墙上布置有膜式水冷壁从炉膛出口出来的含尘烟气经过布置在炉膛与尾部烟道之间的两级高温绝热旋风分离器后其中的固体颗粒被分离,烟气进入竖直烟道进而冲刷布置其中的对流受热面,在竖直烟道至上而下依次布置有高温对流过热器、低温对流过热器、上级省煤器、上级空气预热器、下级省煤器、下级空气预热器在炉膛底部布风板以上约2m处的前后墙上分别开有给料口和循环灰料的入口。

循环流化床锅炉的炉膛横截面呈正方形状,为了均匀的配给二次风在密相区与稀相区的交界处,亦即炉膛底部倾斜墙的上方,开有两排,共十六个二次风口,均匀分布于四周的炉墙上这同时有利于二次风在炉膛内有足够的穿透深度布置于烟道上的卧式流过热器采用分两级布置,在两级过热器之间设有锅炉自制冷凝水喷水减温器,由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水,回收凝结放热量后再进入省煤器省煤器和空气预热器采用两级交错配合布置,以节省受热面,减少钢材消耗量锅炉汽泡的正方布置四根集中下降管,分别供水给12组水冷壁系统汽包内部装设汽水旋风分离器、二次分离用百叶窗分离器由于循环流化床锅炉的炉膛高度要大于普通的煤粉炉锅炉,因此采用轻而薄的管上炉墙,炉墙通过吊装结构挂在膜式水冷壁上这样的结构既节省了钢材,又节省了炉墙上的耐火材料,同时又减轻了锅炉与构架的重量采用管上炉墙另外,这样的结构还具有良好的密封性能,漏风系数小,不容易结渣等优点因此采用管外炉墙与膜式水冷壁[1]锅炉总体布置见图2-1图2-1：锅炉总体结构布置图2.2 方案论证2.2.1 锅炉的总体布置锅炉的总体布置既与锅炉的参数、容量有关,也和锅炉用的燃料的性质等因素有关。

根据任务书所给的锅炉容量为20.83kg/s<75t/h>,属于中容量循环流化床电站锅炉,总体布置采用常用的M形布置,这样虽然锅炉的整体高度较大,但占地面积较小,布置以及检修尾部受热面都比较方便,且有较好的燃烧效率[1]2.2.2 气固分离器的选取高温旋风分离器是一种常用的气固分离装置,这种分离器相对于惯性分离器而言,具有较高的分离效率,对于循环流化床来说更为适用目前的循环流化床锅炉多采用这种分离器另外,相对于汽〔水〕冷结构的高温旋风分离器而言,在目前,由耐火材料制成的高温绝热旋风分离器已经具有了较为成熟的设计方法因此采用这种气固分离较为合适[5] [8]2.2.3 炉膛结构的初步设计锅炉设计的初期必须对炉膛的基本尺寸进行设计,这些初步设计主要包括炉膛高度,横截面形状,炉深,炉宽以及炉膛下部收缩部分尺寸的确定这些设计需要综合考虑锅炉制造和运行时的一系列因素设计时初步选定的锅炉截面热负荷和容积热负荷,由此可以确定锅炉的横截面积以及炉膛的整体高度再取炉膛的深宽比为1：1,这样有利于二次风在炉内的均匀分布和在炉内的穿透力度炉膛下部收缩部分的尺寸根据初步选定的铺角以及一次风高度确定[5] [8]。

2.2.4 水冷壁及其炉墙形式的选取循环流化床锅炉的燃烧方式决定了它较通常的煤粉炉来说,具有较大的高度。