循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)《畢業(yè)設(shè)計(jì)》

1、河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(diǎn)32 燃料與脫硫劑62.1 燃料62.2 脫硫劑63 無(wú)脫硫工況計(jì)算73. 1無(wú)脫硫工況下燃燒計(jì)算73. 2無(wú)脫硫工況下煙氣體積計(jì)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(jì)算84.2.1 灰循環(huán)倍率84.2.2 an與af和f的關(guān)系95 脫硫工況計(jì)算105.1 脫硫原理105.2 NOX的排放105.3 脫硫計(jì)算116 燃燒產(chǎn)物熱平衡計(jì)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(jì)算147 傳熱系數(shù)計(jì)算177.1 爐膛傳熱系數(shù)177.2 汽冷屏傳熱系數(shù)177

2、.3 傳熱系數(shù)的計(jì)算178 爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱力計(jì)算208.1 爐膛結(jié)構(gòu)208.1.1 爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)208.1.2 爐膛受熱面積計(jì)算208.2 爐膛熱力計(jì)算219 汽冷旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱力計(jì)算249.1 汽冷旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)249.2 汽冷旋風(fēng)分離器熱力計(jì)算2410 計(jì)算匯總2710.1 基本數(shù)據(jù)2710.1.1設(shè)計(jì)煤種2710.1.2 石灰石2810.2 燃燒脫硫計(jì)算2810.2.1 無(wú)脫硫工況時(shí)的燃燒工況2810.2.2 無(wú)脫硫工況時(shí)的煙氣體積計(jì)算2810.2.3 脫硫計(jì)算2910.2.4 脫硫工況時(shí)受熱面中燃燒產(chǎn)物的平均特性3210.2.5 脫硫工況時(shí)燃燒產(chǎn)物焓溫表3210.3 鍋爐

3、熱力計(jì)算3410.3.1 鍋爐設(shè)計(jì)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(jì)算3610.3.4 爐膛汽冷屏傳熱系數(shù)計(jì)算3810.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算4110.4.1 爐膛膜式水冷壁計(jì)算受熱面積4110.4.2 爐膛汽冷屏計(jì)算受熱面積4310.4.3 汽冷旋風(fēng)分離器計(jì)算受熱面積4410.5 熱力計(jì)算4610.5.1 爐膛熱力計(jì)算4610.5.2 汽冷旋風(fēng)分離器熱力計(jì)算49設(shè)計(jì)總結(jié)52謝辭53參考文獻(xiàn)541緒論循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近十幾年來(lái)迅速發(fā)展的一項(xiàng)高效低污染清潔燃燒枝術(shù)。國(guó)際上這項(xiàng)技術(shù)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領(lǐng)域已得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用，

4、并向幾十萬(wàn)千瓦級(jí)規(guī)模的大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展；國(guó)內(nèi)在這方面的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也逐漸興起，已有上百臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐投入運(yùn)行或正在制造之中。未來(lái)的幾年將是循環(huán)流化床飛速發(fā)展的一個(gè)重要時(shí)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(fēng)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(shí)候會(huì)有很多燃不盡的燃料（大于切割粒徑的灰粒），它們會(huì)經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器的分離進(jìn)入返料系統(tǒng)，回到爐膛進(jìn)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(guò)程中，燃料在風(fēng)嘴送風(fēng)的吹動(dòng)下，一直處于流動(dòng)狀態(tài)，這就是循環(huán)流化床中“流化床”的來(lái)源。循環(huán)流化床鍋爐是從鼓泡

5、床鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，早期循環(huán)流化床鍋爐的流化速度比較高，因此稱(chēng)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(diǎn)（1）燃料適應(yīng)性廣這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)，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(dāng)于一個(gè)“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內(nèi)混合劇烈，這些

6、灼熱的灰渣顆粒實(shí)際上起到了無(wú)窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開(kāi)始燃燒。在這個(gè)加熱過(guò)程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對(duì)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(méi)有困難，并且煤種適應(yīng)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(nèi)，可與煤粉鍋爐相媲美。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因?yàn)橛邢率鎏攸c(diǎn)：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(guò)程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用。另外，已發(fā)

7、生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過(guò)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(yīng)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(dāng)鈣硫比為1.52.0時(shí)，脫硫率可達(dá)8590%。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達(dá)到8590% ，鈣硫比要達(dá)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(yùn)行費(fèi)用都大為降低。（4）氮氧化物(NOX)排放低氮氧化物排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個(gè)非常吸引人的特點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(gè)原因：一是低溫燃燒

8、，此時(shí)空氣中的氮一般不會(huì)生成NOX；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為NOX，并使部分已生成的NOX得到還原。（5）燃燒強(qiáng)度高，爐膛截面積小爐膛單位截面積的熱負(fù)荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點(diǎn)。其截面熱負(fù)荷約為3.54.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負(fù)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(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，只需調(diào)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(shù)，也不象煤粉鍋爐那樣，低負(fù)荷時(shí)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(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá)(34)：1。負(fù)荷調(diào)節(jié)速率也很快，一般可達(dá)每分鐘4%。（7

9、）易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用循環(huán)流化床燃燒過(guò)程屬于低溫燃燒，同時(shí)爐內(nèi)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?zé)?，易于?shí)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(shí)低溫?zé)敢灿欣诨以邢∮薪饘俚奶崛?。?）床內(nèi)不布置埋管受熱面循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)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(wèn)題。此外，由于床內(nèi)沒(méi)有埋管受熱面，啟動(dòng)、停爐、結(jié)焦處理時(shí)間短，可以長(zhǎng)時(shí)間壓火等。（9）燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)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，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。（10）給煤點(diǎn)少循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時(shí)良好的混合和燃燒區(qū)

10、域的擴(kuò)展使所需的給煤點(diǎn)數(shù)大大減少，既有利于燃燒，也簡(jiǎn)化了給煤系統(tǒng)。2 燃料與脫硫劑2.1 燃料從燃燒技術(shù)上說(shuō)，循環(huán)流化床鍋爐可以燃燒幾乎所有的燃料。相當(dāng)多的燃料在試驗(yàn)臺(tái)或投運(yùn)機(jī)組上已經(jīng)燃燒過(guò)，有著許多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。除了主燃料外，循環(huán)流化床鍋爐還需要啟動(dòng)燃料，如氣體燃料、油或煤粉等。啟動(dòng)燃料主要用于加熱床料，在完成鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行后，還可做備用或輔助燃料，一旦主燃料臨時(shí)短缺，仍可以使鍋爐帶一定負(fù)荷。本次設(shè)計(jì)的燃料是煙煤，Vdaf=34.68%，Aar=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(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大，這是它有利的一面。2.2 脫硫劑在燃燒高硫煤的

11、時(shí)候，循環(huán)流化床鍋爐需要加入脫硫劑進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，以便使SO2排放濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，大都采用石灰石作脫硫劑。脫硫劑需要量與下列因素有關(guān)：（1） 脫硫劑成分（CaCO3含量）（2） 脫硫劑粒度（3） 脫硫劑反應(yīng)特性（4） 脫硫劑爆裂特性（5） 脫硫劑在爐膛內(nèi)的停留時(shí)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(shè)計(jì)燃料Sar=2.52%，可以通過(guò)脫硫效率，鈣硫摩爾比等數(shù)據(jù)計(jì)算得出CaCO3的消耗量。3 無(wú)脫硫工況計(jì)算3.1無(wú)脫硫工況下燃燒計(jì)算理論空氣量： (3-1)三原子氣體體積： (3-2)理論氮?dú)怏w積： (3-3)理論水蒸氣體積： (3-4)3.2無(wú)脫硫工況下煙

12、氣體積計(jì)算過(guò)量空氣量： (3-5)H2O體積： (3-6)煙氣總體積： (3-7)4 灰平衡與灰循環(huán)倍率4.1 循環(huán)灰量循環(huán)灰量是設(shè)計(jì)，運(yùn)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(yàn)臺(tái)上觀察的結(jié)果，循環(huán)流化床鍋爐爐膛大致可以分為密相區(qū)、過(guò)渡區(qū)和稀相區(qū)三個(gè)區(qū)域。密相區(qū)位于二次風(fēng)口附近，含過(guò)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(lèi)似鼓泡流化床動(dòng)力學(xué)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(xì)，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(jì)入，不得

13、略去。這里所說(shuō)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(jì)量，可以入爐煤量為基準(zhǔn)，也可以入爐灰量為基準(zhǔn)。4.2 灰平衡計(jì)算4.2.1 灰循環(huán)倍率循環(huán)流化床內(nèi)的物料循環(huán)分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，物料內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)對(duì)床溫的影響不同，但對(duì)燃燒效率和脫硫效率的影響相同。這里我們所計(jì)算的物料循環(huán)指內(nèi)循環(huán)。物料循環(huán)倍率公式為： (4-1)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)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(guān)。換言之，灰循環(huán)倍率不是人為選取的，當(dāng)af和f一定后，an也就確定了。4.2.2 an

14、與af和f的關(guān)系af稱(chēng)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(dāng)af=0時(shí)，無(wú)論f為何值，全部燃料灰以底灰形式排出爐膛，即an=0無(wú)灰可以循環(huán)。當(dāng)af=1時(shí)，全部燃料灰以飛灰形式飛入爐膛，an最大。這時(shí)，當(dāng)f為50%時(shí)，an=1，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐，為最小循環(huán)倍率。可以認(rèn)為定出一個(gè)“轉(zhuǎn)擇點(diǎn)”，若取af=0.7，f=500 ，則f96.26%。換言之，當(dāng)f96.26%時(shí)，af變化對(duì)an影響不大；當(dāng)f96.26%時(shí)，af為常數(shù)，f變化對(duì)an影響很大。5 脫硫工況計(jì)算5.1 脫硫原理SO2是一種嚴(yán)重危害大氣環(huán)境的污染物，SO2與水蒸汽進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成硫酸，和雨水一起降至地面即為酸雨。N

15、OX包括NO、NO2、NO3三種，其中NO也是導(dǎo)致酸雨的主要原因之一，同時(shí)它還參加光化學(xué)作用，形成光化學(xué)煙霧，還造成了臭氧層的破壞。煤加熱至400時(shí)開(kāi)始首先分解為H2S，然后逐漸氧化為SO2。其化學(xué)反方程式為FeS2+ 2H2 2H2S + FeH2S +O2 H2 + SO2對(duì)SO2形成影響最大的因素是床溫和過(guò)量空氣系數(shù)，床溫升高、過(guò)量空氣系數(shù)降低則SO2越高。循環(huán)流床燃燒過(guò)程中最常用的脫硫劑就石灰石，當(dāng)床溫超過(guò)其煅燒溫度時(shí)，發(fā)生煅燒分解反應(yīng)：CaCO3 CaO + CO2 183 kJ/mol脫硫反應(yīng)方程式為：CaO + SO2+1/2 O2 CaSO45.2 NOX的排放燃煤循環(huán)流化床鍋

16、爐，氮來(lái)自助燃空氣中的氮?dú)夂兔褐兴牡?huì)形成熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物。根據(jù)Zeldovich機(jī)理，高溫下氧氣與助燃空氣中的N2將按下述反應(yīng)式進(jìn)行反應(yīng)：O+N2=NO+NN+O2=NO+O根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行溫度和氧的含量，熱力型NOX的生產(chǎn)速率很低，即使不考慮各種分解還原過(guò)程，其平衡濃度也很低，一般可不予考慮。研究表明：（1）爐膛燃燒溫度升高，將使排放的NOX增加，N2O減少；（2）與低揮發(fā)分燃燒相比，高揮發(fā)分燃燒對(duì)NOX的影響多半較小；（3）過(guò)量空氣系數(shù)增加，NOX和N2O都將增加，增加的程度與燃料特性相關(guān)；就N2O排放而言，循環(huán)流化床過(guò)量的爐膛溫度不宜低于900提高燃燒溫度，

17、不僅可以減少N2O的排放，還可以減少CO的排放，增加燃料的燃燒效率。在燃燒貧煤、無(wú)煙煤等反應(yīng)性差的煤種時(shí)，可以把溫度提高到950。本次設(shè)計(jì)中SO2的原始排放濃度為7749.43 mg/m3而允許排放濃度為900 mg/m3從而根據(jù)鈣硫摩爾比為2.3871確定石灰石的消耗量，計(jì)算出實(shí)際脫硫效率為88.18%。5.3 脫硫計(jì)算SO2原始排放濃度： (5-1)計(jì)算脫硫效率： (5-2)鈣硫摩爾比： (5-3)與1kg燃料相配的入爐石灰石量： (5-4)燃燒生成CaO時(shí)吸熱量： (5-5)脫硫放熱量： (5-6)可支配熱量： (5-7)脫硫所需要的理論空氣量： (5-8)燃燒和脫硫當(dāng)量理論空氣量： (

18、5-9)脫硫所需空氣的氮?dú)怏w積： (5-10)當(dāng)量理論氮?dú)怏w積： (5-11)煅燒石灰石生成的CO2的體積： (5-12)脫硫時(shí)SO2體積減少量： (5-13)燃燒和脫硫時(shí)產(chǎn)生的RO2的當(dāng)量體積： (5-14)當(dāng)量理論水蒸氣體積： (5-15)入爐燃料灰量： (5-16)入爐的石灰石直接成為飛灰的量： (5-17)入爐的石灰石分含量： (5-18)未反應(yīng)的CaO的量 (5-19)脫硫產(chǎn)物CaSO4的量： (5-20)灰分： (5-21)脫硫工況時(shí)的底灰份額： (5-22)未脫硫時(shí)的飛灰份額： (5-23)脫硫工況時(shí)的飛灰份額： (5-24)灰循環(huán)倍率： (5-25)分離器前飛灰的份額： (5-

19、26)脫硫后SO2排放濃度： (5-27)脫硫效率： (5-28)6 燃燒產(chǎn)物熱平衡計(jì)算燃燒產(chǎn)生的煙氣從爐膛出口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，大于切割粒徑的灰粒經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器分離返回爐膛再次燃燒，小于切割粒徑的顆粒將被送入尾部煙道。這就是循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐的最大不同，很多的灰粒多次進(jìn)入爐膛反復(fù)燃燒，這部分的灰粒被稱(chēng)為循環(huán)灰。循環(huán)灰是循環(huán)流化床鍋爐的特有產(chǎn)物，它攜帶著大量的熱量，對(duì)鍋爐的熱平衡有很大的影響。6.1 爐膛燃燒產(chǎn)物熱平衡方程式對(duì)爐膛而言，其輸入熱量為：輸出熱量為：對(duì)1kg燃料來(lái)說(shuō)，爐膛熱平衡方程式為：6.2 燃燒產(chǎn)物熱平衡計(jì)算6.2.1 脫硫?qū)ρh(huán)流化床鍋爐熱效率的影響CFB鍋爐在燃燒高硫煤時(shí)

20、，需要加入石灰石進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，這將引起入爐支配熱量、入爐灰量、底灰份額、底灰含碳量、飛灰份額、飛灰含碳量、燃燒和脫硫所需的空氣量以及排煙氣量等變化，也將q2、q4、q5和q6發(fā)生變化。在脫硫過(guò)程中，石灰石煅燒成CaO時(shí)需要吸熱，生成CaSO4又會(huì)放熱，因此，入爐可支配熱量QarD隨加入石灰石的Ca/S摩爾比m而變化。在某一Ca/S摩爾比下，有可能脫硫產(chǎn)物CaSO4的放熱量大于脫硫劑CaCO3煅燒成CaO的吸熱量，但不能使入爐可支配熱量QarD增加。未脫硫工況和脫硫工況對(duì)可燃?xì)怏w未完全燃燒熱損失q3和散熱損失q5沒(méi)有什么影響，尤其是q5，它是由鍋爐總輸出熱量Q1決定的，只要Q1不變，q5也不變。

21、影響顯著的是q4、和q6?？偟膩?lái)說(shuō)，脫硫總是是循環(huán)流化床鍋爐的熱效率下降的。固體未完全燃燒熱損失為： (6-1)排煙熱損失為： (6-2)。底灰物理熱損失為： (6-3)6.2.2 鍋爐熱平衡計(jì)算鍋爐的熱平衡是值送入鍋爐的可支配熱量與總輸出熱量及各種熱損失的總和應(yīng)該是相等的。即鍋爐機(jī)組熱效率： (6-4)保溫系數(shù)： (6-5)鍋爐機(jī)組有效利用熱量： (6-6)脫硫工況當(dāng)量燃燒消耗量： (6-7)脫硫工況計(jì)算燃料消耗量： (6-8)脫硫工況燃料消耗量： (6-9)計(jì)算石灰石消耗量： (6-10)石灰石消耗量： (6-11)計(jì)算燃料當(dāng)量消耗量 (6-12)7 傳熱系數(shù)計(jì)算7.1 爐膛傳熱系數(shù)理論上

22、講，爐膛傳熱系數(shù)在爐膛中不同的位置是不同的。在工程計(jì)算中，無(wú)需知道各點(diǎn)的傳熱系數(shù)，只需要知道某一區(qū)域的平均傳熱系數(shù)，這樣可以使問(wèn)題簡(jiǎn)化，同時(shí)還具有一定的準(zhǔn)確度。循環(huán)流化床鍋爐爐膛傳熱計(jì)算所采用的傳熱系數(shù)，以密相區(qū)受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)Km為準(zhǔn)。由于爐膛傳熱基本上是由對(duì)流換熱和輻射換熱組成，所以要計(jì)算傳熱系數(shù)，必須要知到對(duì)流放熱系數(shù)K和輻射放熱系數(shù)h。爐膛膜式水冷壁是由水冷管和鰭片焊接而成，在爐膛膜式水冷壁的計(jì)算中，我們要將水冷管和鰭片分開(kāi)計(jì)算各自的傳熱系數(shù)，然后加權(quán)平均。7.2 汽冷屏傳熱系數(shù)隨著鍋爐參數(shù)的提高，爐膛內(nèi)需要布置水冷屏和汽冷屏。水冷屏是蒸發(fā)受熱面，爐膛溫度與其工質(zhì)的平均溫差，同爐膛膜式水

23、冷壁的狀況相同。它們之間唯一的區(qū)別是：水冷壁的傳熱周界大致為爐膛模式水冷壁的2倍。對(duì)汽冷屏而言，其工質(zhì)溫度取其進(jìn)、出口平均溫度，在實(shí)際計(jì)算汽冷屏管中，要先假設(shè)一個(gè)管外壁壁溫，然后由這個(gè)假設(shè)的溫度算出輻射放熱系數(shù)和對(duì)流放熱系數(shù)，得出一個(gè)假定的傳熱系數(shù)，然后根據(jù)管內(nèi)壁溫度的計(jì)算，一步步反復(fù)迭代，得出一個(gè)在誤差范圍內(nèi)的管外溫度，確定這個(gè)傳熱系數(shù)。以類(lèi)似的方法計(jì)算出鰭片的傳熱系數(shù)，最后加權(quán)平均，得出汽冷屏的傳熱系數(shù)。7.3 傳熱系數(shù)的計(jì)算爐膛截面煙氣流速： (7-1)內(nèi)外壁平均溫度； (7-2)床輻射放熱系數(shù)： (7-3)床總放熱系數(shù)： (7-4)表7-1 吸收率tW1/R/5010015020025

24、03003504004505005000.0760.2760.3940.4550.4930.6690.7160.7850.8605500.0750.2690.3860.4460.4830.6340.6710.7230.7830.8476000.0740.2620.3780.4380.4740.6000.6280.6650.7120.7776500.0730.2550.3670.4280.4630.5660.5890.6220.6600.7137000.0720.2480.3580.4180.4520.5340.5530.5820.6110.6557500.0710.2420.3520.4060

25、.4380.4480.5070.5340.5630.6028000.0700.2340.3460.3940.4240.4460.4650.4900.5180.5538500.0680.2180.3140.3660.3990.4250.4400.4550.4800.5089000.0640.1960.2860.3420.3730.4070.4160.4260.4420.4719500.0600.1760.2620.3180.3480.3760.3820.3950.4090.43410000.0560.1620.2400.2940.3240.3500.3550.3650.3800.400床密相區(qū)對(duì)

26、水冷管的傳熱系數(shù): (7-5)管子外壁的計(jì)算溫度: (7-6)鰭端溫度： (7-7)床密相區(qū)對(duì)鰭片的傳熱系數(shù)： (7-8)爐膛膜式水冷壁的平均傳熱系數(shù)： (7-9)8 爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱力計(jì)算8.1 爐膛結(jié)構(gòu)8.1.1 爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐膛可以說(shuō)是整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的心臟，循環(huán)流化床鍋爐的爐膛結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）爐膛的截面尺寸，爐膛高度等；（2）爐膛內(nèi)受熱面的布置；（3）循環(huán)流化床的布風(fēng)裝置等；鍋爐采用單汽包橫置式自然循環(huán)，自前向后依次布置燃燒室，旋風(fēng)分離器，尾部豎井。膜式壁系統(tǒng)和過(guò)熱器、省煤器均為吊掛結(jié)構(gòu)，空氣預(yù)熱器為支撐結(jié)構(gòu)。全鋼架型結(jié)構(gòu)，室外布置。鍋爐總圖見(jiàn)附圖。由于循環(huán)流化床

27、鍋爐燃燒室內(nèi)固體物料濃度很高，因此爐室需要良好的密封和防磨，為此采用膜式壁結(jié)構(gòu)，鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風(fēng)機(jī)提供。一次風(fēng)機(jī)出口的風(fēng)經(jīng)一次風(fēng)空氣預(yù)熱器冷段和熱段后，其中一部分由左右兩側(cè)風(fēng)道引入爐前水冷風(fēng)室中，同過(guò)安裝在水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入燃燒室；另一部分由布置在前后墻的上一次風(fēng)進(jìn)入燃燒室。二次風(fēng)經(jīng)布置在一次風(fēng)空氣預(yù)熱器冷段與熱段之間的二次風(fēng)空氣預(yù)熱器后由播煤封口、兩側(cè)上二次風(fēng)口進(jìn)入爐膛。燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量煙氣和灰顆粒；煙氣攜帶大量未燃盡碳粒子離開(kāi)下部到上部，進(jìn)一步燃燒放熱后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器中，煙氣和物料分離。被分離出來(lái)的物料通過(guò)回料系統(tǒng)回到爐膛，實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。經(jīng)分離器后的煙氣進(jìn)入煙

28、道。爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成，爐膛寬7490mm，深14480mm，截面積108.46m2，凈空高34.19m（如圖10-1），前后墻在爐膛下部收縮形成錐形爐底，前墻水冷壁向后彎，與兩側(cè)水冷壁共同形成水冷布風(fēng)板和風(fēng)室。燃燒室后墻水冷壁向前玩去與水平成7角，形成燃燒室頂。8.1.2 爐膛受熱面積計(jì)算表8-1 爐膛各區(qū)域各種形式受熱面積折算系數(shù)名稱(chēng)mnmxxn數(shù)值0.0751.00.5770.043爐膛計(jì)算受熱面積（見(jiàn)圖10-1）：Hjm=(mnHmn+Hm+xHx+xnHxn)8.2 爐膛熱力計(jì)算爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)： (8-1)爐膛有效放熱量： (8-2)分離器循環(huán)灰焓增： (8-3)表8-2 灰

29、焓Ih溫度/1002003004005006007008009001000灰焓/kJ/kg-181169264360458560662767875984折算成1kg燃料的分離器循環(huán)灰焓增： (8-4)分離器循環(huán)灰焓增份額： (8-5)分離器煙氣焓增份額： (8-6)分離器放熱份額： (8-7)爐膛放熱份額： (8-8)爐膛膜式水冷壁傳熱溫差：tZ=m-tZ (8-9)爐膛膜式水冷壁吸熱量： (8-10)爐膛汽冷屏傳熱溫差： (8-11)爐膛汽冷屏吸熱量： (8-12)爐膛循環(huán)灰焓減： (8-13)1kg燃料燃燒產(chǎn)物向爐膛受熱面內(nèi)工質(zhì)和循環(huán)灰傳遞的熱量： (8-14)爐膛受熱面內(nèi)工質(zhì)的吸熱量：

30、(8-15)誤差： (8-16)汽冷屏工質(zhì)焓增： (8-17)平均比容： (8-18)蒸汽流通面積：Fn=1720.0242/4 (8-19)工質(zhì)流速： (8-20)蒸汽質(zhì)量流速： (8-21)9 汽冷旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱力計(jì)算9.1汽冷旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旋風(fēng)分離器具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，含灰煙氣流切向進(jìn)入旋風(fēng)筒，灰粒在離心力作用下，沿徑向向外撞向旋風(fēng)筒壁，在重力作用下，進(jìn)入錐體和豎管?；曳蛛x后的煙氣，經(jīng)導(dǎo)渦管進(jìn)入對(duì)流后煙井。旋風(fēng)分離器具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)切向煙氣速度為25m/s時(shí)，含灰煙氣流旋轉(zhuǎn)角可達(dá)1900左右，其分離效率可達(dá)99%以為。此外，還設(shè)置了導(dǎo)渦管，使灰再揚(yáng)析率降至最低，與其他形式的分離

31、器相比，總的分離效果最佳。本次設(shè)計(jì)布置兩個(gè)分離器，旋風(fēng)筒直徑6910mm，筒體長(zhǎng)度6912mm，椎體長(zhǎng)度是8661mm，尾部煙豎管直徑是1330mm。9.2 汽冷旋風(fēng)分離器熱力計(jì)算火焰輻射層有效厚度： (9-1)分離器水冷程度： (9-2)面積比： (9-3)分離器理論煙焓： (9-4)分離器理論循環(huán)灰焓： (9-5)火焰中三原子氣體的分壓力： (9-6)三原子氣體減弱系數(shù)： (9-7)不發(fā)光火焰輻射減弱系數(shù)： (9-8)不發(fā)光火焰黑度： (9-9)發(fā)光火焰黑度： (9-10)發(fā)光火焰輻射減弱系數(shù)： (9-11)火焰黑度： (9-12)汽冷分離器黑度： (9-13)煙氣平均熱容量： (9-14

32、)汽冷旋風(fēng)分離器出口煙溫： (9-15)煙氣放熱量： (9-16)循環(huán)灰放熱量： (9-17)總放熱量： (9-18)蒸汽焓增：Ii=QEBjDDd (9-19)蒸汽出口焓：i,=i,+i (9-20)平均比容： (9-21)蒸汽流速： (9-22)10 計(jì)算匯總10.1 基本數(shù)據(jù)10.1.1設(shè)計(jì)煤種序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)來(lái)源數(shù)值單位1收到基水分測(cè)量值6.46%2收到基碳含量測(cè)量值46.37%3收到基氫含量測(cè)量值3.56%4收到基氧含量測(cè)量值9.34%5收到基氮含量測(cè)量值1.12%6收到基硫含量測(cè)量值2.52%7收到基灰分測(cè)量值30.63%8收到基硫酸鹽二氧化碳含量測(cè)量值0%9收到基揮發(fā)分Vdaf測(cè)量值

33、34.68%10收到基低位發(fā)熱量測(cè)量值1850011收到基含量測(cè)量值0%煤質(zhì)分析校核計(jì)算：Qnet,ar計(jì)=339.13Car+1029.95Har-108.86Oar-Sar-25.12Mar =18487.3797 kJ/kgQnet,ar-Qnet,ar計(jì)=12.6203kJ/kg628 kJ/kg說(shuō)明煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)合理。10.1.2 石灰石序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)來(lái)源數(shù)值單位1石灰石CaCO3含量CaCO3測(cè)量值97.32%2石灰石MgCO3含量MgCaCO3測(cè)量值0%3石灰石水分測(cè)量值0.8%4石灰石灰分測(cè)量值1.88%10.2 燃燒脫硫計(jì)算10.2.1 無(wú)脫硫工況時(shí)的燃燒工況序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)公式或來(lái)

34、源數(shù)值單位1理論空氣量0.0889Car+0.375Sar+0.265Har-0.0333Oar4.83872三原子氣體體積1.866(Car+0.375Sar)/1000.88293理論氮?dú)怏w積0.79V0+0.8Nar/1003.83154理論水蒸氣體積0.111Har+0.0124Mar+0.0161V00.55325飛灰分額測(cè)量值0.7%10.2.2 無(wú)脫硫工況時(shí)的煙氣體積計(jì)算名稱(chēng)及公式符號(hào)單位爐膛旋風(fēng)筒高過(guò)低過(guò)省煤器空預(yù)器出口處過(guò)量空氣系數(shù)1.221.221.221.221.241.27平均過(guò)量空氣系數(shù)1.221.221.221.221.231.255過(guò)量空氣量（）1.06451.0

35、6451.06451.06451.11291.2339體積0.57030.57030.57030.57030.57110.5731煙氣總體積+（1）6.34926.34926.34926.34926.39846.497210.2.3 脫硫計(jì)算序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)公式或來(lái)源數(shù)值單位1原始排放濃度式（5-1）7749.432最高允許排放濃度GB13271-2001鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)9003計(jì)算脫硫效率式(5-2)88.39%4燃料自脫硫能力系數(shù)測(cè)量值80.8%5石灰石脫硫性能系數(shù)測(cè)量值0.80556鈣硫摩爾比式（5-3）2.38717石灰石中含量見(jiàn)10.1.2序197.32%8與1kg燃料相配的入爐石

36、灰石量式（5-4)0.19309未利用率測(cè)量值15.0%10煅燒成時(shí)的吸熱量式（5-5）284.3811脫硫時(shí)的放熱量式（5-6）346.5812可支配熱量式（5-7）15559.2613燃燒所需的理論空氣量見(jiàn)10.2.1序14.838714脫硫所需的理論空氣量式（5-8）0.037015燃燒和脫硫的當(dāng)量理論空氣量式（5-9）4.086916燃燒所產(chǎn)生的理論氮?dú)饬恳?jiàn)10.2.1序33.831517脫硫所需的空氣中的氮?dú)怏w積式(5-10)0.029218當(dāng)量理論氮?dú)怏w積式(5-11)3.236219燃燒產(chǎn)生的體積式(5-12)0.882920煅燒石灰石生成的的體積式(5-12)0.042021脫

37、硫使體積減少量式(5-13)0.015522燃燒和脫硫時(shí)產(chǎn)生的的當(dāng)量體積式(5-14)0.762323燃燒產(chǎn)生的理論水蒸氣體積見(jiàn)10.2.1序40.553224當(dāng)量理論水蒸氣體積式（5-15）0.465825入爐燃料灰量式（5-16）0.306326入爐的石灰石直接成為飛灰的量式(5-17)0.031927入爐的石灰石灰分含量式(5-18)0.003128未反應(yīng)的的量式(5-19)0.050629脫硫產(chǎn)物的量式(5-20)0.094330當(dāng)量灰分式(5-21)40.75%31未脫硫時(shí)的低灰分額取定0.332脫硫工況時(shí)的低灰分額式(5-22)0.493533未脫硫時(shí)的飛灰分額式(5-23)0.7

38、34脫硫工況時(shí)的飛灰分額式(5-24)0.506735分離效率設(shè)計(jì)值99.0%36灰循環(huán)倍率式(5-25)50.1637分離器前飛灰的分額式(5-26)50.6738脫硫后的排放濃度式(5-27)892.0639脫硫效率式(5-28)88.18%40誤差SO2j-SO2SO2=0.02%0.15%迭代收斂認(rèn)可0.0210.2.4 脫硫工況時(shí)受熱面中燃燒產(chǎn)物的平均特性計(jì)算公式單位分離器前=50.67煙道名稱(chēng)分離器后=0.5067爐膛分離器旋風(fēng)筒高溫過(guò)熱器低溫過(guò)熱器省煤器空預(yù)器=1.22=1.22=1.22=1.22=1.24=1.271.221.221.221.221.231.2550.4803

39、0.48030.48030.48030.48090.48265.45085.45085.45085.45085.49175.59390.13990.13990.13990.13990.13880.13630.10150.10150.10150.10150.10070.09890.24140.24140.24140.24140.23950.23953788.072437.880737.880737.880737.598636.9117煙氣中飛灰量：4187afDAarQnet,ar=3.51266所以飛灰焓略去不計(jì)。10.2.5 脫硫工況時(shí)燃燒產(chǎn)物焓溫表（見(jiàn)下頁(yè)橫表）33焓溫表支配熱量：1555

40、9.26 kJ/kg溫度VRO2D=0.7623VDN20=3.2362VDH2O0=0.4658Ir0VD0=4.0869Ir=Ir0+(-1)I0kJ/(kg)低過(guò)前省煤器空預(yù)器cco2(c)CO2VRO2D(c)N2(c)N2VDN20(c)H2O(c)H2OVDH2O03+5+7(c)I0=(c)VD0d=1.22C=1.22K=1.2212345678910111213100170.0129.5910129.8405.7808150.770.1961605.5679132.3540.6969724.5212735.3352751.5561200357.6272.5985260.081

41、2.8120304.4141.78951227.2000256.31047.47251457.64391478.59341510.0176300558.9426.0495391.91225.1578462.6215.47911886.6864402.81646.20332248.85112281.77522331.1613400772.0588.4956526.71646.5695626.3291.73052526.7956541.82214.28243013.93773058.22342123.6518500996.5759.6319664.02075.7968794.7370.171332

42、05.6000684.12795.84833820.68663876.60363960.47906001222.5931.9117803.92513.1522967.2450.52183895.5857829.83391.30964605.67384673.50004775.23937001461.21113.8728946.22958.01041147.2534.36584606.2490979.74003.93595487.11495567.19365687.31178001704.01298.95921092.83416.31141335.6622.12255337.39311130.4

43、4619.83186353.75616446.15276584.74779001951.01487.24731243.53887.42971524.0709.87926084.55621281.25236.13637236.50627341.22897498.313010002202.31678.81331390.04345.41801725.0803.50506827.73631436.15869.19718118.95978236.34368412.419511002457.71873.50471544.94829.66641925.9897.08427600.25531595.26519.42299034.52839164.91689360.49951