135th循环流化床锅炉结构设计说明.doc

. 135t/h循环流化床锅炉结构设计1 绪论 随着锅炉这种将能量的化学能转化为动能的设备广泛的应用和发展,导致环境严重的污染尤其是燃煤锅炉燃烧排放出大量的灰渣、二氧化硫等气固污染物,严重影响生态环境再由于煤等化石燃料的燃烧而日益枯竭,高效率、低污染的燃烧方式就显得格外重要循环流化床锅炉是从上世纪七十年代发展的清洁燃烧技术,对环境问题的解决及其重要循环流化床燃烧技术对燃煤适应性强燃烧高硫煤加入石灰石,可以降低脱硫成本,代替成本较高的脱硫设备燃烧过程中的温度很低,空气又分两级送入,生成的氮氧化物浓度很低,灰渣活性强,便于综合利用循环流化床锅炉燃烧技术与链条炉和煤粉炉燃烧等常规燃煤技术相比,最突出的特点是：燃烧温度比较低,湍流混合强烈、燃烧强度大,负荷调节性能强等一系列优点由于上述优点使得循环流化床燃烧技术特别适合我国以煤为主的燃烧的国情,在较短的时间内得到了迅速的发展和应用1.1 国外、内研究现状和发展趋势1.1.1 国外循环流化床锅炉发展现状1、国外的先进性表现在：①基础工作扎实②锅炉的再用效率较高[1]。

③燃烧效率高④负荷调节性好, 自动控制水平高 2、目前国外CFBB设计结构特点上主要分为三大流派①德国鲁奇公司为代表的鲁奇型CFBB②芬兰奥斯龙公司的百宝炉型CFBB ③ 美国福斯特·惠勒公司的CFBB [2] 3、1985年9月德国杜易斯堡的电站级CFB B的运行经验为其后国际上电站级CFBB的应用起到了先导作用[3]4、1995年11月,法国普罗旺斯电站投入商业运行的250 M W CFBB,成为大型循环流化床锅炉发展史上的一个里程碑[4]目前,由由法国通用电气阿尔斯通斯坦因工业公司主导设计的亚临界CFBB已投入运行该公司的超临界CFBB也已设计完成1.1.2 国内循环流化床锅炉发展现状1、目前,我国CFBB在飞速发展过程中存在一些问题：①目前大型CFBB技术基本是从技术品种单一的法国的阿尔斯通公司引进的,存在一定的技术风险就更远目标来说,也不利于我国CFBB技术向更良性发展[5]②近年来电煤越来越紧张,目前投运的许多中小容量的CFBB所使用的燃料多数存在不合理使用的现象,从而造成锅炉磨损严重、燃料可用率低等严重的运行安全问题[6]和浪费现象③认为大型循环流化床锅炉是劣质燃料利用的设备,这一定位不利于CFBB技术的良性发展。

④对超临界CFBB的开发急功近利 超临界循环流化床锅炉在世界范围内也是刚刚发展我国若想在这尖端领域占有一席之地,必须先对我国燃料和国情与发展超临界CFBB的关系进行认真研究论证,这个问题直接关系到超临界CFBB在我国的市场开拓空间问题[7]1.2 主要研究内容循环流化床锅炉的结构特点,发展趋势,应用情况,旋风分离器及对炉膛的设计和排放的控制等进行研究1.2.1传统燃煤锅炉发展到循环流化床锅炉的过程因为传统的燃煤锅炉因其燃煤利用率低、传热性差、煤种单一且脱硫脱销装置的投资和运行费用高昂而受到挑战这样,作为第一代循环流化床锅炉的鼓泡硫化床锅炉就随之诞生它强化了燃烧和传热,燃料适应性广,炉温低,能减少NOx生成,加入石灰石脱硫的优点[8]尤其最近几年,第二代CFBB迅猛发展它保留了鼓泡床锅炉的上述优点,而又克服了鼓泡床锅炉的扬析率高、燃烧效率和石灰石利用率低、难以大型化的缺点[9]1.2.2 循环流化床锅炉的优缺点分析1、循环流化床锅炉的优点主要表现在以下几个方面：①煤种适应性广它除了燃用一般种类的煤外,还可以燃烧低热值的煤矸石、煤泥、造气炉渣、生活垃圾等,从而对处理城市垃圾、能源的综合利用和减少环境污染有着非常显著的经济效益和社会效益。

②高效脱硫由于循环流化床锅炉燃烧温度在850-950℃之间,对脱硫非常有利,且分离器效率高,脱硫剂很细,再加上物料循环使脱硫剂得以循环利用,石灰石的利用率高,因此脱硫效率高[10]③燃烧效率高CFBB燃烧效率高是因为 :空气和燃料混合充分；燃烧速率高：对粗燃料分离效率高,未燃尽的燃料会被循环装置再循环至炉膛再次燃烧[11]④氮氧化物排放低循环流化床锅炉 的炉膛温度一般较低,再通过合理配风、组织分段燃烧,可以有 效地减少 的生成也可易于实现灰渣 的综合利用[10] 2、同时CFBB也存在着一些缺点,具体表现如下：①支持燃料沸腾的一次风由鼓风机从炉膛底部喷入,但受风机功率的限制,影响了锅炉的出力②CFBB的运行维护比较烦繁琐③循环流化床更容易结焦④炉膛密相区磨损严重,密封性差 [11]1.3 本章小结 通过对循环流化床锅炉国内外研究现状对比分析,了解到国外的目前发展情况,也给我国冲击尖高端领域指明方向在分析了循环流化床锅炉的优缺点之后,我们更加清楚地认识到对其如何改进,意识到我们的不足,尽力使其达到效率高,污染小,经济性最佳2 锅炉结构与设计简介 通过对循环流化床锅炉的结构了解,在给定参数的情况下,从而进行设计计算。

2.1 循环流化床锅炉概述此次设计的CFBB可分为两个部分第一部分由炉膛、旋风分离器、物料循环装置等组成,形成固体物料循环系统第二部分为对流烟道,布置有高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器等循环流化床锅炉运行时,给煤机将煤和石灰石送入炉膛下部,一、二次风分别由炉膛的 底部和侧墙送入,燃烧主要发生在炉膛,脱硫剂固定生成的二氧化硫,燃烧产生的热量被炉膛四周布置的膜式水冷壁吸收旋风分离器将大部分烟气带走的固体物料分离出来,送入返料器返回炉膛烟气带着分离器出来的细颗粒飞灰进入尾部烟道,尾部受热面吸收余下热量,通过除尘器由烟囱排入大气[12]本次设计为135吨/小时循环流化床锅炉定蒸汽压力5.29MPa,属于中压自然循环锅炉锅炉炉膛布置膜式水冷壁,以减少漏风分离器为一个高温旋风分离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70%、30%,二次风在布风板以上5m处送入炉膛2.2 锅炉基本特性通过对锅炉的主要技术参数、燃烧特性等的分析、计算,从而得出锅炉特性和管子特性2.2.1锅炉主要技术参数表2-1锅炉主要技术参数名称符号数值单位锅炉蒸发量 D135t/h额定蒸汽压力5.29Mpa额定蒸汽温度450℃给水温度〔省煤器出口温度〕150℃一次风预热温度150℃二次风预热温度150℃排烟温度145℃锅炉设计热效率85%-88%脱硫效率85%钙硫比1.5—22.2.2 燃料特性表2-2燃料特性序号名称符号单位贫煤1碳%60.622氢%2.383氧%1.494氮%0.965硫%3.746水分%6.57灰分%24.318挥发分%13.289低位发热量23073注意：设计参数参阅手册自行选定2.2.3主要经济技术指标表2-3主要经济技术指标锅炉效率,％　排烟温度℃燃料耗㎏/s给水温度℃88.1114536.351502.2.4 燃料的燃烧计算 燃烧计算包括指定燃料燃烧所需提供的空气量、燃烧生成的烟气量和空气焓及烟气焓的计算,是锅炉设计计算过程中的最基础部分,这些计算为锅炉各个部分的热平衡计算、传热计算和通风设备的选择提供可靠的依据。

2.3 炉膛设计炉膛设计是循环流化床锅炉设计成功的关键属于炉膛设计的主要内容有：炉膛温度,炉膛传热计算,炉膛深度和炉膛宽度,高度等等[14] 1、炉膛温度,是CFBB设计时的关键数据之一它会影响锅炉的燃烧效率和水冷壁的吸热量以及吸收剂的利用情况,从而满足和的排放要求炉膛温度的选取,必须综合考虑燃料燃烧特性和排放控制要求[15] 2、炉膛传热计算是分段进行的循环流化床锅炉的炉膛由膜式水冷壁构成,保证了良好的气密性底部为一次风区一次风经布风板上的风帽均匀进入炉膛底部,确保底部流化状态,使燃烧粒子充分混合二次风离底部约5m高处射入炉膛燃烧回料口及给煤口、启动点火燃烧器均位于炉膛的下部[16] 3、燃烧室截面宽度与深度的设计 炉膛尺寸主要为炉膛深度、宽度、高度和炉膛下部界面收缩部分的尺寸燃烧室的截面宽度与深度的确定应考虑如下主要因素：①燃烧室受热面、局部受热面、分离器的布置等相协调；②二次风在燃烧室内的穿透深度；③燃料、石灰石及回灰的供给与扩散[17] 4、燃烧室高度的设计 燃烧室的高度,是循环床锅炉设计的一个重要参数高度的确定应综合考虑几个方面的要求：①保证燃料流化完全燃烧；②有足够的空间布置受热面保证吸热量；③保证脱硫所需的气体最短停留时间；④保证足够的循环物料正常回送；⑤与尾部受热面布置所需的高度相协调。

本设计锅炉炉膛内四壁由膜式水冷壁组成,膜式水冷壁采用的无缝钢管,管节距为100mm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,上部与上集箱连接,再由管子引入锅筒2.4 本章小结通过对循环流化床锅炉的结构分析,我们了解到从给煤到一、二次风,然后水冷壁的分配、布置,旋风分离器的位置,以及尾部烟道的合理分配从给定的参数,我们可以进行热力计算3 方案论证135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为前提设计过程中,主要考虑的是受热面的磨擦损失问题；炉膛内的着火稳定性及热流密度的横向均匀性；合理的烟气流速和合理的排烟温度；足够的传热量；煤的燃尽程度；旋风分离器的分离效率,物料的平衡问题及锅炉的脱硫效率等等本锅炉属于中型中压锅炉,受热面主要为蒸发受热面在尾部烟道中布置有高温过热器、低温过热器、钢管式省煤器和管式空气预热器空气预热器用于预热燃烧所用的空气,减少排烟热损失,,减少燃料消耗量,从而提高锅炉效率　由于锅炉容量不大,受热面可以满足锅炉的吸热要求,不布置高温旋风分离器等其他受热面,锅炉本体、旋风分离器和尾部烟道一字排开。

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,确定其截面积,然后确定容积热负荷,进而确定炉膛高度而截面热负荷选择与运行风速的选择是息息相关循环流化床锅炉的运行风速一般为,运行风速提高,炉子紧凑,炉膛的截面热负荷增大,炉膛高度增加,磨损加剧,锅炉造价、能耗增加然而运行风速过低则影响循环流化床锅炉的效率,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6.14 m/s截面热负荷一般在3-5MW/m2,在此风速下截面热负荷取4.099 MW/m2床温的选择要考虑锅炉结焦,燃烧效率,脱硫效率,NOx的排放等一系列问题当床温升高时,NOx排放量上升；当床温高于900℃时,床温升高,脱硫效率很快下降,但燃烧效率有所提高因此床温应控制在左右,一般不超过950℃对于本次设计,床温取918℃在设计中,锅炉的排烟温度和热空气温度是给定的基本参数排烟温度低时,锅炉排烟热损失提高,使热效率提高；但会使得烟气侧与工质侧的温差降低,增加受热面同时,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。