循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目： 75t/h循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 彭新新 院 （系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 能源與動(dòng)力工程專業(yè)1302班 指導(dǎo)教師： 王治國(guó) 完成時(shí)間： 2017年 3 月 9日 一、設(shè)計(jì)背景我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)是“富煤、貧油、少氣”，在能源消費(fèi)中，煤炭所占比重能達(dá)到60%。利用煤炭最主要的形式是燃燒，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)多使用循環(huán)流化床鍋爐來燃燒煤炭2，而許多企業(yè)為節(jié)省成本，多采用劣質(zhì)煤或泥煤進(jìn)行摻燒，在此過程中如果盲目使用混煤，可能會(huì)造成循環(huán)流化床鍋爐的損毀，導(dǎo)致企業(yè)的停工停產(chǎn)，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃料煤的研究顯得尤為重要。12在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)

2、，燃煤工業(yè)鍋爐仍將是我國(guó)工業(yè)鍋爐的主導(dǎo)產(chǎn)品，且以中大容量（單臺(tái)蒸發(fā)量10t/h）居多。但燃煤鍋爐會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，隨著能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化和節(jié)能環(huán)保要求日益嚴(yán)格，天然氣開發(fā)應(yīng)用將進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。小型燃煤工業(yè)鍋爐將退出中心城區(qū)。因此采用清潔燃料和潔凈燃燒技術(shù)的高效、節(jié)能、低污染工業(yè)鍋爐將是產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。我國(guó)工業(yè)鍋爐行業(yè)和企業(yè)面臨著各種挑戰(zhàn)和機(jī)遇。工業(yè)鍋爐制造企業(yè)做為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主體，應(yīng)該對(duì)自身所處的外部環(huán)境和自己擁有的內(nèi)部條件有清醒的認(rèn)識(shí)，明確自己的市場(chǎng)定位，并從戰(zhàn)略的高度加以管理，做到有所為和有所不為，這樣才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。二、工業(yè)鍋爐中普遍存在的問題2.1鍋爐燃燒設(shè)備設(shè)

3、計(jì)制造質(zhì)量不高且嚴(yán)重偏大我國(guó)的燃煤工業(yè)鍋爐自控水平較低,多為開環(huán)控制,不能根據(jù)外界用能情況變化自動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)。另外,因配置的運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀表不全或者失靈,又缺少必要的化驗(yàn)手段,所以不能測(cè)定蒸汽或給水流量、燃煤量、過量空氣系數(shù)、爐渣含碳量、排煙溫度等經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)。工業(yè)鍋爐輔機(jī)配套普遍偏大,造成不必要的資源和能源浪費(fèi)。從工業(yè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況看,過量空氣系數(shù)普遍存在嚴(yán)重超出正常范圍的現(xiàn)象。2.2使用煤種與爐型要求有差異且燃料利用率低燃煤工業(yè)鍋爐是按一定的煤種(如揮發(fā)分、熱值、灰分、水分等)設(shè)計(jì)的,只有在燃用與設(shè)計(jì)煤種性能相近的燃煤時(shí),鍋爐的運(yùn)行才能處于比較好的狀態(tài)。而我國(guó)幅員廣大,煤的種類很多,煤

4、質(zhì)差別很大,由于燃煤供應(yīng)幾乎沒有任何約束性規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),完全由市場(chǎng)調(diào)節(jié),供給工業(yè)鍋爐使用的燃煤基本是原煤,其粒度、熱值、灰分、水分經(jīng)常發(fā)生變化,造成煤種與爐型不適應(yīng),著火困難,燃盡更困難。2.3鍋爐水質(zhì)差而影響鍋爐熱效率目前很大一部分工業(yè)鍋爐沒有使用水處理設(shè)備,就是已配置的水處理設(shè)備其實(shí)際利用率也不足70,尤其是邊遠(yuǎn)地區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的工業(yè)鍋爐,既未安裝水處理設(shè)備,也未采用鍋內(nèi)加藥處理方式。蒸汽鍋爐、承壓熱水鍋爐的給水應(yīng)采用鍋外化學(xué)處理,也就是要安裝水處理設(shè)備對(duì)鍋爐給水進(jìn)行處理。否則鍋爐水質(zhì)不達(dá)標(biāo),會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)垢,既影響鍋爐受熱面?zhèn)鳠?增加熱阻,又危及鍋爐的安全運(yùn)行。2.4鍋爐運(yùn)行負(fù)荷低，爐渣含碳量

5、高且散熱損失大據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全國(guó)工業(yè)鍋爐的平均運(yùn)行負(fù)荷只有額定負(fù)荷的50左右,實(shí)際運(yùn)行效率往往要比鑒定效率低10-15個(gè)百分點(diǎn),造成一次能源的浪費(fèi)很大。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行容易造成漏風(fēng)量增大,火床和爐膛溫度偏低,燃燒速度明顯減慢,燃燒工況不穩(wěn)定,煤中的固定碳燃燒變得更加困難,爐渣含碳量增加,這樣就使不完全燃燒熱損失增大。三、立題目的和意義循環(huán)流化床鍋爐是我國(guó)目前最普遍的鍋爐之一，通過自主完成鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和整體熱力計(jì)算在內(nèi)的鍋爐設(shè)計(jì)過程，能夠讓我們真正了解鍋爐各個(gè)部分的特點(diǎn)和功能，并且通過這種實(shí)踐來完成對(duì)本專業(yè)知識(shí)的鞏固、充實(shí)和提高。在計(jì)算設(shè)計(jì)過程中能培養(yǎng)我的綜合知識(shí)運(yùn)用能力及資料搜集整理意識(shí)，學(xué)會(huì)分

6、析問題并解決問題。對(duì)給定的數(shù)據(jù)資料學(xué)會(huì)分析并補(bǔ)充自己所需的材料內(nèi)容和構(gòu)思，間接地培養(yǎng)對(duì)工程問題的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和計(jì)算能力。四、論文研究?jī)?nèi)容4.1循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)4.1.1燃燒效率高國(guó)外的循環(huán)流化床鍋爐效率能達(dá)到99，我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐效率也能達(dá)到9598。能有這么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)能充分燃盡。循環(huán)流化床鍋爐燃燒屬低溫燃燒。燃料由爐前給煤系統(tǒng)送入爐膛，送風(fēng)一般設(shè)有一次風(fēng)和二次風(fēng)，有的生產(chǎn)還設(shè)置三次風(fēng)。循環(huán)流化床鍋爐一大特點(diǎn)是采用分離回料裝置。分離回料裝置有慣性分離和旋風(fēng)分離兩種。有的大型循環(huán)流化床鍋爐還會(huì)采用兩級(jí)分離，例如75t/h、130t/h爐采用兩級(jí)分離，一

7、級(jí)是爐室出口的慣性和百葉窗高溫分離，二級(jí)是在省煤器后加旋風(fēng)分離，末燃盡煤粒經(jīng)旋風(fēng)筒分離回流至燃燒室繼續(xù)燃燒。44.1.2煤種適應(yīng)性強(qiáng)循環(huán)流化床鍋爐對(duì)低熱值無煙煤、劣質(zhì)煤、頁(yè)炭、爐渣石矸等都有很好的適應(yīng)能力，適應(yīng)性比煤粉爐、層燃爐好。原因一個(gè)是循環(huán)流化床配備分離回料裝置能夠保證煤粒得到充分地燃燒，另外，循環(huán)流化床鍋爐使煤粒在爐內(nèi)產(chǎn)生一定的流化，保證煤粒能夠得到充分燃燒。4.1.3添加石灰石，有較高脫硫效果石灰石脫硫劑在多次循環(huán)過程中，延長(zhǎng)了與煙氣中SO2的接觸時(shí)間，Ca/S比顯著降低，即以少量的石灰石達(dá)到較高的脫硫效率，脫硫效果可達(dá)95，產(chǎn)生硫酸鈣隨渣排出。這種低倍率循環(huán)流化床鍋爐適用于20t/

8、h、35t/h、65t/h容量等級(jí)的發(fā)電鍋爐和工業(yè)鍋爐的舊爐改造，在利用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)煤資源方面尤效顯著。另外，含有硫酸鈣的灰渣是綜合利用的好材料。4.1.4添加石灰石，降低了氮氧化物生成量煤粒和添加的石灰石在爐膛內(nèi)以800900溫度燃燒，可以控制NOX的生成，這是因?yàn)樯傻腘OX被爐子部未燃燒的碳或CaO還原，因此減少了NOX的排放。4.1.5系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行操作方便從原煤到落煤經(jīng)螺旋給煤機(jī)進(jìn)入爐膛；一次風(fēng)經(jīng)布風(fēng)板引入爐膛底部；煤粉（10mm以下）懸空燃燒；二次風(fēng)從前后墻引入，起助燃攪拌作用；隨煙氣向爐膛尾部帶起走的較大顆粒旋風(fēng)分離器后返回到爐膛，循環(huán)燃燒，進(jìn)入尾部煙道只剩下很小的灰粒。經(jīng)過上述簡(jiǎn)單

9、流程，鍋爐即達(dá)到應(yīng)當(dāng)?shù)恼羝浚瑵M足汽輪機(jī)蒸汽品質(zhì)要求。4.1.6灰渣綜合利用，前途廣泛灰渣中有一定的硫酸鈣，可作各種建筑材料的摻合料，水泥行業(yè)、制磚行業(yè)利用灰渣前途最廣泛。該爐型推廣應(yīng)用可減少除灰渣場(chǎng)地，對(duì)無灰場(chǎng)條件的中小城市而言，不僅可以大大改善環(huán)境條件，而且可以推進(jìn)建材行業(yè)的發(fā)展，變廢為寶，使煤炭發(fā)揮綜合效益。4.2論文研究構(gòu)思75t/循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)首先根據(jù)給定的技術(shù)要求和燃料指標(biāo)進(jìn)行主要部件的初步確定，可分為： 爐型、受熱面、固體顆粒分離裝置、尾部煙道布置、對(duì)流受熱面的設(shè)計(jì)等。這一步主要對(duì)鍋爐的整體布局和設(shè)計(jì)進(jìn)行基本確定，便于鍋爐的整體設(shè)計(jì)計(jì)算。爐膛尺寸主要為爐寬、爐深、爐高和爐膛

10、下部界面收縮部分的尺寸，其大小的確定需考慮鍋爐額定蒸發(fā)量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水溫度、排煙溫度等因素。當(dāng)確定好爐型大小后其他布置根據(jù)設(shè)計(jì)情況再逐一設(shè)計(jì)。 鍋爐內(nèi)部的幾大系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，如風(fēng)煙系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、過熱系統(tǒng)、再熱系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)等，利用初步設(shè)計(jì)的鍋爐整體空間設(shè)計(jì)布置，將幾大系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的功能組件一一考慮進(jìn)去，并根據(jù)給定參數(shù)選擇各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式。（風(fēng)煙系統(tǒng)擬定采用平衡通風(fēng)，空氣采用兩級(jí)送風(fēng)；水循環(huán)系統(tǒng)中鍋筒、水冷壁和下降管根據(jù)蒸發(fā)量計(jì)算設(shè)定；制粉系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等將根據(jù)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)） 循環(huán)流化床鍋爐還應(yīng)考慮物料循環(huán)系統(tǒng)（即返料裝置），有機(jī)械閥和非機(jī)械閥

11、兩種，回料管、回送裝置，溢流管及灰冷卻器等幾部分在其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成時(shí)根據(jù)煤質(zhì)及技術(shù)要求最后確定。 之后設(shè)計(jì)要考慮鍋爐內(nèi)各個(gè)受熱面的布置，有爐膛水冷壁受熱面、過熱器受熱面、省煤器、空氣預(yù)熱器等，整體設(shè)計(jì)之后再考慮鍋爐的吹灰布置。初步設(shè)計(jì)爐膛水冷壁和水冷屏采用膜式壁結(jié)構(gòu)，懸吊于鋼架的頂部橫梁上，下膨脹；高溫過熱器和低溫過熱器采用低溫過熱懸吊管進(jìn)行懸吊，根據(jù)需要添加屏式過熱器，若需要?jiǎng)t懸吊在爐頂?shù)钠潦竭^熱器集箱上；省煤器布置在低溫過熱器下部區(qū)域，由省煤器支撐梁支撐，中通空氣冷卻（省煤器的布置方式待定）；空氣預(yù)熱器的選擇是間壁式（鋼管式空氣預(yù)熱器）還是再生式（回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器）則根據(jù)爐膛空間設(shè)計(jì)和后面

12、的熱力計(jì)算進(jìn)行選擇。 整體設(shè)計(jì)之后進(jìn)行鍋爐整體熱力計(jì)算，具體有1）燃料與燃燒產(chǎn)物計(jì)算和鍋爐熱平衡計(jì)算；2）爐膛熱力計(jì)算，這部分計(jì)算結(jié)果獲得爐膛出口煙溫及爐膛區(qū)域各受熱面的吸熱量、焓增量等數(shù)據(jù)；3）高低溫過熱器熱力計(jì)算，為了使工質(zhì)出口參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，須先假設(shè)受熱面積，再進(jìn)行熱平衡的校核，如果不滿足誤差條件，則要進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，從而得出適合的受熱面積；4）省煤器、空氣預(yù)熱器熱力計(jì)算，通常省煤器和空氣預(yù)熱器計(jì)算，滿足本身的熱平衡后，得到的熱空氣和排煙溫度與已知的輸入數(shù)據(jù)是不一樣的，這時(shí)還須進(jìn)行鍋爐整體的熱平衡計(jì)算誤差的校核，根據(jù)規(guī)定，當(dāng)誤差大于0.5%時(shí)，須把熱空氣溫度和排煙溫度迭代回到鍋爐熱平衡計(jì)

13、算前進(jìn)行迭代循環(huán)。 強(qiáng)度計(jì)算主要計(jì)算鍋筒外接下降管、水冷壁管、上下集箱、省煤器上集箱及引出管等的強(qiáng)度校核，保證各個(gè)管路的壁厚滿足給定技術(shù)要求壓力及溫度要求。 鍋爐煙風(fēng)道阻力計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)好的鍋爐各個(gè)管道布置及設(shè)計(jì)尺寸和參數(shù)進(jìn)行煙道阻力計(jì)算和風(fēng)道阻力計(jì)算。 關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)分析循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)部件有：高溫絕熱旋風(fēng)分離器、U型自平衡返料器、風(fēng)帽等。分別針對(duì)高溫絕熱旋風(fēng)分離器容易堵塞、或嚴(yán)重腐蝕和磨損等缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)；返料器則有漏風(fēng)嚴(yán)重，返料風(fēng)壓不夠，或波動(dòng)過大，或返料風(fēng)中斷及易結(jié)焦的不足；風(fēng)帽則非常容易受到磨損。4.3設(shè)計(jì)中注意的問題在資料整理時(shí)注意循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中注意這種鍋爐的不

14、足，主要有以下幾點(diǎn)：1)循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)電耗大、煙風(fēng)道阻力高。相對(duì)于煤粉鍋爐，流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、流化風(fēng)機(jī)壓頭高；流化床獨(dú)有的布風(fēng)板裝置和飛灰再循環(huán)燃燒現(xiàn)象系統(tǒng)使送風(fēng)系統(tǒng)的阻力長(zhǎng)遠(yuǎn)于煤粉鍋爐送風(fēng)的阻力，煤粉爐輸風(fēng)機(jī)器風(fēng)壓普通在2KPa以下，而流化床鍋爐的輸風(fēng)機(jī)器風(fēng)壓普通運(yùn)行在10KPa以上，電耗大，噪音高，震蕩大。普通循環(huán)流化床鍋爐用電比值比煤粉爐至少高45百分之百以上。2)鍋爐器件的磨耗較嚴(yán)重。因?yàn)榱骰插仩t內(nèi)的物料成高液體濃度、高風(fēng)速的獨(dú)特的地方，故鍋爐器件的磨耗比較嚴(yán)重。固然采取了耐火耐磨澆注料處置、噴涂處置、密稀相區(qū)讓管等防磨處理辦法處置10，但實(shí)際運(yùn)行中循環(huán)流化床爐膛內(nèi)的

15、受熱面磨耗速度仍長(zhǎng)遠(yuǎn)于煤粉鍋爐。密稀相區(qū)兩地相連處的管壁磨耗處置修復(fù)要比煤粉爐困難程度大得多。3)耐火耐磨層磨耗、出現(xiàn)裂縫和剝離是流化床鍋爐比較棘手的問題。流化床鍋爐運(yùn)用耐火物質(zhì)的部位和數(shù)目比煤粉爐要多很多。而因?yàn)槟突鹉湍ゲ牧咸暨x不合適，還是動(dòng)工工藝不符合理，還是烘爐和點(diǎn)火開始工作中溫度扼制不合適，升溫、降低溫度過快，造成耐火物質(zhì)中蒸發(fā)水汽不可以趁早排出，還是熱應(yīng)力過大，導(dǎo)致耐火物質(zhì)內(nèi)襯出現(xiàn)裂縫和剝離。密相區(qū)內(nèi)耐火物質(zhì)的的剝離將毀傷正常的床料流化工況，導(dǎo)致床料結(jié)渣。離合器、料腿及返料閥系統(tǒng)耐火物質(zhì)的的剝離將擁塞返料系統(tǒng)結(jié)渣，物料循環(huán)毀傷，循環(huán)流化床鍋爐成為鼓泡流化床鍋爐，蒸發(fā)量沒有辦法保持，被

16、迫停爐。而在煤粉鍋爐中不存在這個(gè)問題，因煤粉鍋爐冷灰斗耐火物質(zhì)的剝離及結(jié)渣而影響停爐的意外很少見。4)點(diǎn)火開始工作時(shí)間長(zhǎng)。循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火開始工作時(shí)間除受汽包升溫效率的影響外，還遭受耐火防磨層內(nèi)襯材料溫升和能承擔(dān)的熱應(yīng)力限止。溫升過快，耐火防磨層內(nèi)襯材料熱應(yīng)力將超過準(zhǔn)許熱應(yīng)力顯露出來出現(xiàn)裂縫。所以，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火開始工作時(shí)間和升溫效率有嚴(yán)明要求。汽冷旋風(fēng)離合器的循環(huán)流化床鍋爐從冷態(tài)開始工作到帶滿載荷的時(shí)間普通扼制在68鐘頭。而煤粉鍋爐因無大平面或物體表面的大小的耐火防磨內(nèi)襯材料，點(diǎn)火開始工作只思索問題汽包升溫效率，點(diǎn)火時(shí)間相對(duì)較短,冷態(tài)在56鐘頭就可達(dá)到預(yù)設(shè)載荷。5)循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃

17、燒材料適合性廣，但對(duì)燃煤粒徑要求嚴(yán)明。循環(huán)流化床鍋爐燃煤粒徑普通在010mm之間，均勻粒徑在2.53.5mm之間，假如達(dá)不到這個(gè)要求，將帶來運(yùn)行中的不好后果，鍋爐達(dá)不到預(yù)設(shè)蒸發(fā)量，主汽溫度難于保障，灰渣含碳量高，受熱面磨耗嚴(yán)重。6)N2O生成量較煤粉爐高。與高溫煤粉爐燃燒現(xiàn)象過程對(duì)比，循環(huán)流化床鍋爐燃燒現(xiàn)象溫度較低，NOX（NO、NO2等氮氧氣化物的總稱）生成量較少，但N2O的生成量較大，它俗稱“笑氣”，是一種強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體，對(duì)大氣臭氧氣層具備毀傷效用，造成紫外光直接映射到地球上，導(dǎo)發(fā)肉皮兒癌。到現(xiàn)在為止國(guó)際上對(duì)“笑氣”排放比較關(guān)心注視。97)循環(huán)流化床鍋爐尾部受熱面的磨耗比煤粉爐大。循環(huán)流化

18、床鍋爐的飛灰份額比煤粉爐小，但飛灰粒徑比煤粉爐大得多，在運(yùn)行中假如離合器效果差或煙氣流速大，將造成過熱器、省煤器等受熱面磨耗嚴(yán)重。8)循環(huán)流化床鍋爐的中心器件風(fēng)帽較易磨耗。風(fēng)帽通風(fēng)孔之間的橫向沖刷，及高速床料對(duì)風(fēng)帽的磨耗容易引動(dòng)風(fēng)室漏渣、流化效果惡化、結(jié)焦炭、溝流現(xiàn)象，影響鍋爐載荷。而風(fēng)帽的維修異常艱難，需求先掃除凈盡布風(fēng)板上幾十噸的惰性床料，而后又回裝，檢查修理周期長(zhǎng)，生產(chǎn)力需要大。五、論文工作計(jì)劃本課題是循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)過程中工作量最大的是熱力計(jì)算，所以工作安排如下：1、搜集循環(huán)流化床的中文及外文文獻(xiàn)，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐目前現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)容易存在的問題進(jìn)行分析和整理。2、在熱力計(jì)算中需要大量數(shù)據(jù)計(jì)算，有必要時(shí)利用Excel進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)列表分析并計(jì)算。3、根據(jù)任務(wù)書要求將熱力計(jì)算完成后畫出鍋爐總體的結(jié)構(gòu)圖。4、計(jì)算煙風(fēng)道阻力，完成計(jì)算后進(jìn)行校核檢查。5、翻譯外文文獻(xiàn)補(bǔ)充論文中缺少的注意事項(xiàng)及技術(shù)要求