循環(huán)流化床鍋爐設計《畢業(yè)設計》

河北工程大學科信學院畢業(yè)設計1目錄1 緒論.31.1 循環(huán)流化床鍋爐的概念.31.2 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點.32 燃料與脫硫劑.62.1 燃料.62.2 脫硫劑.63 無脫硫工況計算.73. 1 無脫硫工況下燃燒計算.73. 2 無脫硫工況下煙氣體積計算.74 灰平衡與灰循環(huán)倍率.84.1 循環(huán)灰量.84.2 灰平衡計算.84.2.1 灰循環(huán)倍率.84.2.2 與 和 的關系 .95 脫硫工況計算.105.1 脫硫原理.105.2 NOX 的排放 .105.3 脫硫計算.116 燃燒產(chǎn)物熱平衡計算.146.1 爐膛燃燒產(chǎn)物熱平衡方程式.146.2 燃燒產(chǎn)物熱平衡計算.147 傳熱系數(shù)計算.177.1 爐膛傳熱系數(shù).177.2 汽冷屏傳熱系數(shù).177.3 傳熱系數(shù)的計算.178 爐膛結構設計與熱力計算.208.1 爐膛結構.208.1.1 爐膛結構設計.208.1.2 爐膛受熱面積計算.208.2 爐膛熱力計算.21河北工程大學科信學院畢業(yè)設計29 汽冷旋風分離器結構設計與熱力計算.249.1 汽冷旋風分離器結構設計.249.2 汽冷旋風分離器熱力計算.2410 計算匯總.2710.1 基本數(shù)據(jù).2710.1.1 設計煤種.2710.1.2 石灰石.2810.2 燃燒脫硫計算.2810.2.1 無脫硫工況時的燃燒工況.2810.2.2 無脫硫工況時的煙氣體積計算.2810.2.3 脫硫計算.2910.2.4 脫硫工況時受熱面中燃燒產(chǎn)物的平均特性.3210.2.5 脫硫工況時燃燒產(chǎn)物焓溫表.3210.3 鍋爐熱力計算.3410.3.1 鍋爐設計參數(shù).3410.3.2 鍋爐熱平衡及燃料和石灰石消耗量.3410.3.3 爐膛膜式水冷壁傳熱系數(shù)計算.3610.3.4 爐膛汽冷屏傳熱系數(shù)計算.3810.4 結構計算.4110.4.1 爐膛膜式水冷壁計算受熱面積.4110.4.2 爐膛汽冷屏計算受熱面積.4310.4.3 汽冷旋風分離器計算受熱面積.4410.5 熱力計算.4610.5.1 爐膛熱力計算.4610.5.2 汽冷旋風分離器熱力計算.49設計總結.52謝辭.53參考文獻.54河北工程大學科信學院畢業(yè)設計31 緒論循環(huán)流化床鍋爐技術是近十幾年來迅速發(fā)展的一項高效低污染清潔燃燒枝術。國際上這項技術在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領域已得到廣泛的商業(yè)應用，并向幾十萬千瓦級規(guī)模的大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展；國內在這方面的研究、開發(fā)和應用也逐漸興起，已有上百臺循環(huán)流化床鍋爐投入運行或正在制造之中。未來的幾年將是循環(huán)流化床飛速發(fā)展的一個重要時期。1.1 循環(huán)流化床鍋爐的概念循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐的最大區(qū)別是循環(huán)流化床鍋爐有旋風分離器，流化床鍋爐的燃料相比煤粉爐要大得多，在燃燒的時候會有很多燃不盡的燃料（大于切割粒徑的灰粒） ，它們會經(jīng)過旋風分離器的分離進入返料系統(tǒng)，回到爐膛進行二次燃燒，如此循環(huán)，直到燃盡，循環(huán)流化床的“循環(huán)”兩字就指的就是此處。在燃燒過程中，燃料在風嘴送風的吹動下，一直處于流動狀態(tài)，這就是循環(huán)流化床中“流化床”的來源。循環(huán)流化床鍋爐是從鼓泡床鍋爐的基礎上發(fā)展起來的，早期循環(huán)流化床鍋爐的流化速度比較高，因此稱作快速循環(huán)流化床鍋爐。鼓泡床和快速床的基本理論可以用于循環(huán)流化床鍋爐。鼓泡床和快速床的基本理論已經(jīng)研究了很長時間，形成了一定的理論。要了解循環(huán)流化床鍋爐的原理，必須要了解鼓泡床和快速床的理論以及物料從鼓泡床到湍流床到快速床各種狀態(tài)下的動力特性，燃燒特性以及傳熱特性。1.2 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點（1）燃料適應性廣這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計，燃料僅占床料的 13% ，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個“ 大蓄熱池 ”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱” 的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應性很廣的原因所在。（2）燃燒效率高循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在 9599%范圍內，可與河北工程大學科信學院畢業(yè)設計4煤粉鍋爐相媲美。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因為有下述特點：氣固混合良好，燃燒速率高，其次是飛灰的再循環(huán)燃燒。（3）高效脫硫由于飛灰的循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內再利用。另外，已發(fā)生脫硫反應部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應的氣氛中。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。當鈣硫比為 1.52.0 時，脫硫率可達 8590%。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達到 8590% ，鈣硫比要達到 34，鈣的消耗量大一倍。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運行費用都大為降低。（4）氮氧化物(NO X)排放低氮氧化物排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個非常吸引人的特點。運行經(jīng)驗表明，循環(huán)流化床鍋爐的 NOX 排放范圍為 50150ppm 或 40120mg/MJ。循環(huán)流化床鍋爐 NOX 排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成 NOX；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉化為 NOX，并使部分已生成的 NOX 得到還原。（5）燃燒強度高，爐膛截面積小爐膛單位截面積的熱負荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點。其截面熱負荷約為3.54.5MW/m 2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大 23 倍。（6）負荷調節(jié)范圍大，負荷調節(jié)快當負荷變化時，只需調節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術，也不象煤粉鍋爐那樣，低負荷時要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負荷調節(jié)比可達(34)：1。負荷調節(jié)速率也很快，一般可達每分鐘 4%。（7）易于實現(xiàn)灰渣綜合利用循環(huán)流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低( 含炭量小于 1%)，屬于低溫燒透，易于實現(xiàn)灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料，同時低溫燒透也有利于灰渣中稀有金屬的提取。（8）床內不布置埋管受熱面循環(huán)流化床鍋爐的床內不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問題。此外，由于床內沒有埋管受熱面，啟動、停爐、結焦處理時間短，可以長時間壓火等。（9）燃料預處理系統(tǒng)簡單循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于 13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎河北工程大學科信學院畢業(yè)設計5系統(tǒng)大為簡化。（10）給煤點少循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時良好的混合和燃燒區(qū)域的擴展使所需的給煤點數(shù)大大減少，既有利于燃燒，也簡化了給煤系統(tǒng)。河北工程大學科信學院畢業(yè)設計62 燃料與脫硫劑2.1 燃料從燃燒技術上說，循環(huán)流化床鍋爐可以燃燒幾乎所有的燃料。相當多的燃料在試驗臺或投運機組上已經(jīng)燃燒過，有著許多經(jīng)驗可以借鑒。除了主燃料外，循環(huán)流化床鍋爐還需要啟動燃料，如氣體燃料、油或煤粉等。啟動燃料主要用于加熱床料，在完成鍋爐啟動運行后，還可做備用或輔助燃料，一旦主燃料臨時短缺，仍可以使鍋爐帶一定負荷。本次設計的燃料是煙煤，V daf=34.68%，A ar=30.63%。在循環(huán)流化床鍋爐中，灰分影響到燃料的著火與燃燒，但灰分使循環(huán)的傳熱增強、負荷調節(jié)范圍擴大，這是它有利的一面。2.2 脫硫劑在燃燒高硫煤的時候，循環(huán)流化床鍋爐需要加入脫硫劑進行爐內脫硫，以便使 SO2排放濃度達到標準。從經(jīng)濟角度來說，大都采用石灰石作脫硫劑。脫硫劑需要量與下列因素有關：（1） 脫硫劑成分（CaCO 3 含量）（2） 脫硫劑粒度（3） 脫硫劑反應特性（4） 脫硫劑爆裂特性（5） 脫硫劑在爐膛內的停留時間（6） 爐膛燃燒溫度（7） 燃料含硫量（8） 所需的脫硫效率本次設計燃料 Sar=2.52%，可以通過脫硫效率，鈣硫摩爾比等數(shù)據(jù)計算得出 CaCO3 的消耗量。河北工程大學科信學院畢業(yè)設計73 無脫硫工況計算3.1 無脫硫工況下燃燒計算理論空氣量：(3-1)0=.89(0.375)0.2650.3ararararVCSHO三原子氣體體積：(3-2)21.6(.)/1ROarar理論氮氣體積：(3-3)200.79.8/0NarVN理論水蒸氣體積：(3-4)20 0.1.12.16HOararMV3.2 無脫硫工況下煙氣體積計算過量空氣量：(3-5)0(1)pjVH2O 體積 ：2HOV(3-6)220 0+.6HOpjV煙氣總體積 ：y(3-7)22 200(1)+yNRpj HOV河北工程大學科信學院畢業(yè)設計84 灰平衡與灰循環(huán)倍率4.1 循環(huán)灰量循環(huán)灰量是設計，運行循環(huán)流化床鍋爐的基本參數(shù)。它不僅影響燃燒，而且影響傳熱。根據(jù)在冷態(tài)試驗臺上觀察的結果，循環(huán)流化床鍋爐爐膛大致可以分為密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)三個區(qū)域。密相區(qū)位于二次風口附近，含過渡區(qū)。在該區(qū)域里，灰粒粒度較粗，大小不一，床料密度最大，氣泡尺寸較大，速度不快，類似鼓泡流化床動力學特性。稀相區(qū)位于密相區(qū)上面。在該區(qū)域里，灰粒粒度較細，大小均勻，氣泡尺寸不大，速度較快，床料密度隨爐膛高度增加而迅速下降。循環(huán)灰量的熱容量雖小，二灰量卻大得驚人，因此灰焓必須計入，不得略去。這里所說的循環(huán)灰量是指外循環(huán)灰量，且只有分離器之前的受熱面才涉及循環(huán)灰量，需加入循環(huán)灰量。循環(huán)灰量的計量，可以入爐煤量為基準，也可以入爐灰量為基準。4.2 灰平衡計算4.2.1 灰循環(huán)倍率循環(huán)流化床內的物料循環(huán)分內循環(huán)和外循環(huán)兩種，物料內循環(huán)和外循環(huán)對床溫的影響不同，但對燃燒效率和脫硫效率的影響相同。這里我們所計算的物料循環(huán)指內循環(huán)。物料循環(huán)倍率公式為：(4-1)10nffnfCa令 Cf=Cn，即循環(huán)流化床鍋爐處于最佳燃燒工況，式(4-1)可以變?yōu)椋?4-2)1fna由式(4-2)可知，灰循環(huán)倍率僅與飛灰份額和分離器效率有關。換言之，灰循環(huán)倍率不是人為選取的，當 和 一定后， 也就確定了。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計94.2.2 與 和 的關系稱為飛灰份額，即除掉底灰的那部分灰份額，它在 01 之間變化。當 時，無 =0論 為何值，全部燃料灰以底灰形式排出爐膛，即 無灰可以循環(huán)。當 時， =0 =1全部燃料灰以飛灰形式飛入爐膛， 最大。這時，當 為 50%時， ，對循環(huán)流化床鍋爐，為最小循環(huán)倍率。可以認為定 =1出一個“轉擇點” ，若取 ， ，則 。換言之，當=0.7()=500 96.26%時， 變化對 影響不大；當 時， 為常數(shù)， 變化對 影響很大。96.26% 96.26% 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計105 脫硫工況計算5.1 脫硫原理SO2 是一種嚴重危害大氣環(huán)境的污染物，SO 2 與水蒸汽進行化學反應形成硫酸，和雨水一起降至地面即為酸雨。NO X 包括 NO、NO 2、 NO3 三種，其中 NO 也是導致酸雨的主要原因之一，同時它還參加光化學作用，形成光化學煙霧，還造成了臭氧層的破壞。煤加熱至 400時開始首先分解為 H2S，然后逐漸氧化為 SO2。其化學反方程式為FeS2 + 2H2 2H 2S + FeH2S + O2 H 2 + SO2對 SO2 形成影響最大的因素是床溫和過量空氣系數(shù)，床溫升高、過量空氣系數(shù)降低則 SO2 越高。循環(huán)流床燃燒過程中最常用的脫硫劑就石灰石，當床溫超過其煅燒溫度時，發(fā)生煅燒分解反應：CaCO3 CaO + CO2 183 kJ/mol脫硫反應方程式為：CaO + SO2 + 1/2 O 2 CaSO 45.2 NOX的排放燃煤循環(huán)流化床鍋爐，氮來自助燃空氣中的氮氣和煤中所含的氮。會