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

河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(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 與 和 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).177.3 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.21河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)29 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).54河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)31 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，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)，可與河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4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)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(NO X)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，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/m 2，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）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)福子趯?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，燃料的制備破碎河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5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)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)。河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)62 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，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(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（CaCO 3 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。河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)73 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)0=.89(0.375)0.2650.3ararararVCSHO三原子氣體體積：(3-2)21.6(.)/1ROarar理論氮?dú)怏w積：(3-3)200.79.8/0NarVN理論水蒸氣體積：(3-4)20 0.1.12.16HOararMV3.2 無(wú)脫硫工況下煙氣體積計(jì)算過(guò)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(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(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(guān)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)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(guān)。換言之，灰循環(huán)倍率不是人為選取的，當(dāng) 和 一定后， 也就確定了。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)94.2.2 與 和 的關(guān)系稱(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) 時(shí)，無(wú) =0論 為何值，全部燃料灰以底灰形式排出爐膛，即 無(wú)灰可以循環(huán)。當(dāng) 時(shí)， =0 =1全部燃料灰以飛灰形式飛入爐膛， 最大。這時(shí)，當(dāng) 為 50%時(shí)， ，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐，為最小循環(huán)倍率?？梢哉J(rèn)為定 =1出一個(gè)“轉(zhuǎn)擇點(diǎn)” ，若取 ， ，則 。換言之，當(dāng)=0.7()=500 96.26%時(shí)， 變化對(duì) 影響不大；當(dāng) 時(shí)， 為常數(shù)， 變化對(duì) 影響很大。96.26% 96.26% 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)105 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，SO 2 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。NO X 包括 NO、NO 2、 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 2H 2S + FeH2S + O2 H 2 + 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 O 2 CaSO 45.2 NOX的排放燃煤循環(huán)流化床鍋爐，氮來(lái)自助燃空氣中的氮?dú)夂兔褐兴牡?。?huì)