75噸時(shí)循環(huán)流化床蒸汽鍋爐

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-PAGEII- -PAGEIII-學(xué)士學(xué)位論文西昌地區(qū)75t/h循環(huán)流化床蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)摘要循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)70年代在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)，80年代在鍋爐上得到成功應(yīng)用的一種清潔煤燃燒技術(shù)。由于它具有高效，低污染且煤種適應(yīng)性強(qiáng)這三大特點(diǎn)，自從70年代末第一臺(tái)20t/h循環(huán)流化床鍋爐問(wèn)世以來(lái)，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)得到了許多國(guó)家的重視，并與此同時(shí)得到了迅速的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)根據(jù)給定的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，參考相關(guān)資料，結(jié)合工程實(shí)際情況，在分析鍋爐的基本構(gòu)造、工作過(guò)程及基本特性的基礎(chǔ)上，對(duì)西昌地區(qū)75t/h循環(huán)流化床蒸汽鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)。鍋爐主體采用最典型的M型布置方式，在爐膛出口與尾部煙道之間布置高溫絕熱旋風(fēng)分離器。尾部豎井煙道依次布置兩級(jí)過(guò)熱器，交錯(cuò)布置兩級(jí)省煤器和兩級(jí)空氣預(yù)熱器。另外本設(shè)計(jì)進(jìn)行了爐膛設(shè)計(jì)計(jì)算、鍋爐各對(duì)流受熱面的設(shè)計(jì)計(jì)算、氣包與集箱的強(qiáng)度校核計(jì)算、煙風(fēng)阻力計(jì)算。在熱力計(jì)算中，利用相似原理，采用逐次逼近法，進(jìn)行迭代計(jì)算，確定爐體及相關(guān)部件的尺寸。本次設(shè)計(jì)的鍋爐效率為86.83%，爐膛截面積為31.27m2，爐膛容積為關(guān)鍵詞循環(huán)流化床；鍋爐設(shè)計(jì)；高溫絕熱旋風(fēng)分離器Designof75t/hcirculatingfluidizedbedsteamboilerforXichangAbstractThecirculationfluidbed(CFB)burningtechnologyisakindofcleancoalburningtechnologywhichstartsfrom70's,andachievetheapplicationontheboilersuccessfullyat80'sinthelastcentury.Becauseitshighlyeffective,thelowpollutionandstrongcompatibleformanycoalplants.Itisattheendofthe70'swhenthefirst20t/hcirculationfluidbedboilerhasbeenpublished,thecirculationfluidbedburningtechnologyobtainedmanynationals’values,andobtainedtherapiddevelopmentatthesametime.Ourcountryopensthebeginningofdeveloppingthecirculationfluidbedboilertechnologyfromoncentury80's,andsimultaneouslyadoptstheintroductionandtheself-developmenttwopoliticallines,wearealreadycompletelyhadgraspedthedesignandmanufacturetechnologyformiddleandsmallscalecirculationfluidbedboileratpresent.Accordingtothegraduationdesignmissionbookthatthetutorgavedefinitely,thisdesigncombinestheoperationexperienceoftheprojectpracticeandconsulttherelevantdesigndata,a75t/hCFBsteamboilerforXichangisdesignedonthebasisofconsultingconcerningreferencesandanalyzingbasicstructure,workingprocessandgeneralfeaturesoftheboiler.TypicalMtypeboiler.Thehightemperaturecycloneseparatorisdistributedbetweentheoutergateofthefurnaceandverticalflue;primary,secondarysuperheaterhigherandlowerleveleconomizerscross-connectedlyisdistributedintheverticalflue.Inaddition,designingcalculationoffurnace,convectiveheatingsurface,intensityofdrumandsmoke-windresistanceareaccomplished.Itshouldbeemphasizedthatsimilaritycriterionandsuccessiveapproximationmethodwithiterativecomputingareusedinheatingcalculation.Theefficiency、sectionalareaandvolumeofthedesignedboilerare86.83%,31.27m2,781.85m3respectively.Itcanbeseenfromthecalculatingresultthatthetotaldesigncangainboththeeconomicalbenefitandthesocialbenefit,whichindicatesthedesigncanbeprovidedasreferenceofactualengineeringdesign.Keywordscirculatingfluidizedbed;designofboiler;hightemperaturecycloneseparatorPAGEII---PAGE114-目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 61.1循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展歷程與應(yīng)用 61.2我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展 71.3循環(huán)流化床鍋爐的前景展望 81.3.1循環(huán)流化床高參數(shù)化超臨界化 81.3.2循環(huán)流化床調(diào)峰機(jī)組 91.3.3循環(huán)流化床熱水鍋爐 9第2章鍋爐的總體結(jié)構(gòu)布置 102.1鍋爐結(jié)構(gòu)初步選定及其概述 102.2方案論證 112.2.1鍋爐的總體布置 112.2.2氣固分離器的選取 122.2.3爐膛結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 122.2.4水冷壁及其爐墻形式的選取 122.2.5過(guò)熱器與減溫器的選取 122.2.6省煤器的選取 132.2.7空氣預(yù)熱器的選取 132.2.8西昌地區(qū)的煤種情況 132.3本章小結(jié) 14第3章熱力計(jì)算 153.1鍋爐規(guī)范、輔助計(jì)算及熱平衡計(jì)算 153.1.1基本參數(shù) 153.1.2煤種及燃料特性 153.1.3輔助計(jì)算 153.2各受熱面的設(shè)計(jì)及其熱力計(jì)算 243.2.1密相區(qū)埋管的設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算 243.2.2稀相區(qū)水冷壁的設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算 273.2.3過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算 303.2.4鍋爐吸熱量的受熱面分配 373.2.5省煤器和空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算 383.3熱力計(jì)算結(jié)果匯總 483.4本章小結(jié) 49第4章循環(huán)流化床鍋爐主要部件的設(shè)計(jì)及計(jì)算 504.1高溫絕熱旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算 504.1.1分離器基本參數(shù)與尺寸的確定 504.1.2分離器的離心沉降速度的校驗(yàn) 514.1.3分離器的理論切割直徑 514.1.4分離器中的煙氣阻力計(jì)算 514.2U型返料器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 514.2.1返料器尺寸的確定 524.2.2U型返料器送風(fēng)量的計(jì)算 524.3布風(fēng)板的設(shè)計(jì) 534.3.1花板的設(shè)計(jì) 534.3.2風(fēng)帽 544.3.3耐火保護(hù)層 554.4爐膛開(kāi)口 554.4.1給料口 554.4.2床層底部的排渣口 554.4.3循環(huán)物料進(jìn)口 554.4.4二次風(fēng)入口的設(shè)計(jì) 554.5本章小結(jié) 55第5章強(qiáng)度計(jì)算 575.1鍋筒強(qiáng)度校核計(jì)算 575.1.1鍋筒筒體強(qiáng)度校核計(jì)算 605.1.2孔的加強(qiáng)計(jì)算 605.2下降管聯(lián)箱的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 655.3本章小結(jié) 68第6章煙風(fēng)阻力計(jì)算 696.1煙氣側(cè)流阻計(jì)算 696.2空氣預(yù)熱器空氣側(cè)流阻計(jì)算 756.3布風(fēng)裝置的空氣側(cè)阻力計(jì)算 766.4引、送風(fēng)機(jī)的選取 766.5本章小結(jié) 77結(jié)論 78致謝 79參考文獻(xiàn) 80附錄A英文資料（原文） 82附錄Ｂ英文資料（譯文） 101緒論循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展歷程與應(yīng)用循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)的發(fā)展始于上個(gè)世紀(jì)70年代，是一種新型的清潔煤燃燒技術(shù)。由于它具有高效，低污染且煤種適應(yīng)性強(qiáng)這三大特點(diǎn)，自從70年代末第一臺(tái)20t/h循環(huán)流化床鍋爐問(wèn)世以來(lái)，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)得到了許多國(guó)家的重視，并與此同時(shí)得到了迅速的發(fā)展。八十年代，德國(guó)魯奇公司首先取得了循環(huán)流化床裝置的專利，并研究開(kāi)發(fā)出當(dāng)時(shí)世界上最大的270t/h循環(huán)流化床鍋爐，由此引發(fā)出了全世界循環(huán)流化床的開(kāi)發(fā)熱潮。至今已經(jīng)形成幾個(gè)技術(shù)流派：以魯奇公司為代表(包括Stain公司和ABB公司)的絕熱旋風(fēng)筒帶有外置換熱床的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)；以德國(guó)B&W公司為代表的采用塔式布置中溫旋風(fēng)分離循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)；以原芬蘭Alhstrom公司為代表的燃燒室內(nèi)布置翼形受熱面的高溫絕熱旋風(fēng)分離的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)；以美國(guó)FW公司為代表的帶有Intrex的汽冷旋風(fēng)分離循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)和美國(guó)B&W公司采用簡(jiǎn)易分離的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。九十年代中期，又迅速崛起了由前Alhstrom公司開(kāi)發(fā)出的冷卻式方型分離緊湊式循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。技術(shù)流派的演變是一個(gè)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程。八十年代，由笨重易損的熱旋風(fēng)筒，進(jìn)步到九十年代初的精巧耐用的汽冷旋風(fēng)筒，進(jìn)而到九十年代中開(kāi)發(fā)出的冷卻式方型分離緊湊式循環(huán)流化床鍋爐又克服了汽冷旋風(fēng)筒的生產(chǎn)成本問(wèn)題，并為循環(huán)流化床鍋爐最終回歸到傳統(tǒng)鍋爐的簡(jiǎn)潔布置開(kāi)創(chuàng)了道路；目前由FosterWheeler公司生產(chǎn)，安裝于波蘭的260MWe循環(huán)流化床鍋爐即采用方形分離器技術(shù)。從容量上看，循環(huán)流化床鍋爐也從熱電用小中型低參數(shù)容量發(fā)展到高參數(shù)大型電站鍋爐。目前世界上在運(yùn)行的最大容量循環(huán)流化床鍋爐為美國(guó)佛羅里達(dá)300MWe燃用石油焦的循環(huán)流化床鍋爐。另有近十臺(tái)200~300MWe循環(huán)流化床鍋爐正在安裝或制造。國(guó)外公司預(yù)計(jì)，目前的技術(shù)水平制造600MWe循環(huán)流化床鍋爐是有把握的。當(dāng)前全世界（除中國(guó)外）100MWe以上循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行臺(tái)約60臺(tái)。其中已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的40余臺(tái)。這些循環(huán)流化床鍋爐主要在歐美，只有20％左右在亞洲。單臺(tái)連續(xù)運(yùn)行最高記錄為13個(gè)月，可用率達(dá)到98％。循環(huán)流化床鍋爐檢驗(yàn)規(guī)程和安全規(guī)程已經(jīng)列入美國(guó)的ASME標(biāo)準(zhǔn)，這是該技術(shù)成熟及標(biāo)準(zhǔn)化的重要標(biāo)志。我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展我國(guó)的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的來(lái)自于自主開(kāi)發(fā)、國(guó)外引進(jìn)、引進(jìn)技術(shù)的消化吸收三個(gè)主要來(lái)源。上世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐數(shù)量和單臺(tái)容量逐年增加。國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的主要研究單位為清華大學(xué)，中科院熱物理研究所及西安熱工研究院等。他們與鍋爐廠結(jié)合，開(kāi)發(fā)了從35t/h-440t/h系列化國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐。以性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)將國(guó)外技術(shù)擠出了中國(guó)中小循環(huán)流化床鍋爐市場(chǎng)。其中清華大學(xué)與哈爾濱鍋爐廠剛剛完成的十五攻關(guān)國(guó)產(chǎn)化440t/h再熱超高壓循環(huán)流化床鍋爐（135MWe）示范工程于今年七月通過(guò)了科技部驗(yàn)收。這是目前國(guó)內(nèi)在運(yùn)行的最大容量循環(huán)流化床鍋爐。同時(shí)，清華完成了世界首臺(tái)135MWe再熱循環(huán)流化床鍋爐電廠仿真機(jī)，技術(shù)水平世界領(lǐng)先。清華大學(xué)與國(guó)內(nèi)合作鍋爐廠多年合作研究完成的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)導(dǎo)則，熱力計(jì)算軟件完全突破了國(guó)外對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖。該軟件已經(jīng)出口到日本，打破了多年來(lái)我國(guó)一直依賴進(jìn)口循環(huán)流化床技術(shù)的局面。鑒于清華大學(xué)在循環(huán)流化床鍋爐研究開(kāi)發(fā)中的聲譽(yù)，一些著名的國(guó)際公司，如ABB、法國(guó)EDF公司、石川島播磨等與清華大學(xué)合作研究一些循環(huán)流化床燃燒技術(shù)中的難題。目前容量在400t/h級(jí)再熱型循環(huán)流化床鍋爐，國(guó)內(nèi)已經(jīng)基本掌握，進(jìn)入了推廣示范階段。國(guó)產(chǎn)化670t/h(200MWe)正在立項(xiàng)實(shí)施。我國(guó)曾多次引進(jìn)國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，并數(shù)次購(gòu)買國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)品，推動(dòng)了中國(guó)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展。如電力部從芬蘭Alhstrom公司購(gòu)買的內(nèi)江電廠410t/h爐;石化系統(tǒng)從同一公司購(gòu)買的茂名2臺(tái)220t/h燃用油頁(yè)巖的循環(huán)流化床鍋爐;近年從美國(guó)FosterWheeler公司購(gòu)買的鎮(zhèn)海石化220t/h,金山石化的280t/h燃用石油焦循環(huán)流化床鍋爐。國(guó)內(nèi)三家大型鍋爐廠先后引進(jìn)了美國(guó)FosterWheeler公司50~100MWe汽冷旋風(fēng)筒循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，德國(guó)EVT150MWe以下容量再熱循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)和前美國(guó)ABB-CE的再熱循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。目前國(guó)家發(fā)改委組織引進(jìn)了法國(guó)阿爾斯通300MWe循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，希望一次性解決電力系統(tǒng)對(duì)大型發(fā)電循環(huán)流化床鍋爐的需要。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已在引進(jìn)循環(huán)流化床鍋爐方面花費(fèi)了近兩億美元。然而，國(guó)外從來(lái)也沒(méi)有把循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)核心技術(shù)教給中國(guó)。甚至熱力計(jì)算程序都不是源代碼。國(guó)內(nèi)的循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展，應(yīng)是消化引進(jìn)國(guó)外循環(huán)流化床技術(shù)和研制開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型循環(huán)流化床鍋爐制造技術(shù)并重，一方面消化完善引進(jìn)國(guó)外循環(huán)流化床技術(shù)，使之完全適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情，另一方面在消化的基礎(chǔ)上找到突破口，結(jié)合自己開(kāi)發(fā)工作的成果和經(jīng)驗(yàn)予以創(chuàng)新，形成自己的專利技術(shù)，打破國(guó)外循環(huán)流化床技術(shù)一統(tǒng)我國(guó)大型循環(huán)流化床市場(chǎng)的局面，建立擁有良好競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制大型循環(huán)流化床市場(chǎng)。我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展史提供的教訓(xùn)實(shí)在太多了。循環(huán)流化床鍋爐的前景展望循環(huán)流化床高參數(shù)化超臨界化 循環(huán)流化床鍋爐大型化發(fā)展的一個(gè)重要的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐。由于超臨界技術(shù)及大型循環(huán)流化床均是已經(jīng)掌握的技術(shù)，將二者結(jié)合形成的超臨界循環(huán)流化床鍋爐將在環(huán)保及效率上實(shí)現(xiàn)雙突破。特別是國(guó)際上及清華大學(xué)近期的研究證明，循環(huán)流化床鍋爐及超臨界均是成熟技術(shù)，二者的結(jié)合相對(duì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)不大，然而，結(jié)合后產(chǎn)生的技術(shù)綜合了循環(huán)流化床鍋爐低成本污染控制及高供電效率兩個(gè)優(yōu)勢(shì)。因此，其商業(yè)前途十分光明，具有巨大的商業(yè)潛力，是清潔煤燃燒技術(shù)中一個(gè)異軍突起的新方案。因而極可能形成一個(gè)在IGCC、PFBC、PC＋FGD之外的清潔煤技術(shù)新起點(diǎn)。超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度低于超臨界煤粉爐，由于燃燒室內(nèi)熱負(fù)荷低，有可能以相對(duì)簡(jiǎn)單的本生爐垂直管方案構(gòu)成燃燒室受熱面；而且，低質(zhì)量流率帶來(lái)的低阻力降可能使其在低負(fù)荷亞臨界區(qū)具有自然循環(huán)性質(zhì)，運(yùn)行十分安全。我國(guó)是一個(gè)燃煤大國(guó)，在電力部門需要裝備相對(duì)一批大型燃煤發(fā)電設(shè)備。常壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是已經(jīng)為國(guó)際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)，但在達(dá)到較高的供電效率方面并未具有明顯的優(yōu)越性。超臨界CFB作為下一代CFB技術(shù)，由于可以得到較高的供電效率（比目前我國(guó)發(fā)電廠平均效率28％高出12個(gè)百分點(diǎn)），脫硫成本比FGD低50％以上，而投資最多與SPC+FGD持平，是一種適于在中國(guó)大量推廣的燃煤發(fā)電技術(shù)。因此一些著名的循環(huán)流化床鍋爐公司均非常關(guān)注這一方向。法國(guó)阿爾斯通和美國(guó)福斯特惠勒均投入大量人力物力開(kāi)發(fā)大容量超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐。特別是2003年三月FosterWheeler公司簽訂了世界上第一臺(tái)，也是最大容量的460MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐合同。它將安裝在波蘭南部Lagisza電廠。我國(guó)近年來(lái)流化床技術(shù)發(fā)展迅速?？傔\(yùn)行臺(tái)數(shù)已經(jīng)超過(guò)了世界其他地區(qū)的所有循環(huán)流化床鍋爐的總和。單臺(tái)容量從75t/h（3.82MPa）發(fā)展到440t/h（13.7MPa）。國(guó)家發(fā)改委支持引進(jìn)了300MWe亞臨界循環(huán)流化床鍋爐（17MPa）。因此我國(guó)應(yīng)盡快開(kāi)展超臨界循環(huán)流化床鍋爐的研究。趁國(guó)外超臨界循環(huán)流化床鍋爐相關(guān)專利及產(chǎn)品出現(xiàn)之前，形成我國(guó)的超臨界循環(huán)流化床鍋爐自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和相關(guān)專利，這樣，可以擺脫過(guò)去的反復(fù)引進(jìn)的被動(dòng)局面，使我國(guó)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。循環(huán)流化床調(diào)峰機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐已證明具有遠(yuǎn)高于煤粉爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)特性。它可以在30％MCR下穩(wěn)定不投油運(yùn)行。冷卻型分離器循環(huán)流化床鍋爐具有頻繁調(diào)負(fù)荷的能力。因此，我國(guó)電網(wǎng)峰谷差逐年加大，調(diào)峰循環(huán)流化床鍋爐是一個(gè)良好的解決方案。今后應(yīng)加強(qiáng)調(diào)峰循環(huán)流化床鍋爐的開(kāi)發(fā)工作。循環(huán)流化床熱水鍋爐中國(guó)城鎮(zhèn)社區(qū)的快速發(fā)展，對(duì)大容量供暖鍋爐需求加大。這些燃煤鍋爐的污染排放極難解決。燃用天然氣從經(jīng)濟(jì)到資源方面均不宜大面積推廣。循環(huán)流化床熱水鍋爐是一個(gè)良好選擇。我國(guó)新開(kāi)發(fā)的116MWth循環(huán)流化床熱水鍋爐經(jīng)石家莊市兩年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明了該爐在節(jié)能，環(huán)保，可靠性方面的突出優(yōu)勢(shì)?？梢宰鳛榻窈蟮闹攸c(diǎn)發(fā)展推廣方向。鍋爐的總體結(jié)構(gòu)布置鍋爐結(jié)構(gòu)初步選定及其概述循環(huán)流化床鍋爐整體結(jié)構(gòu)采用“M”型布置，即分離器布置于爐膛與尾部豎井煙道之間。在爐膛底部的密相區(qū)布置有多排豎直埋管，在密相區(qū)以上至爐膛頂部的四周豎直墻上布置有膜式水冷壁。從爐膛出口出來(lái)的含塵煙氣經(jīng)過(guò)布置在爐膛與尾部煙道之間的兩級(jí)高溫絕熱旋風(fēng)分離器后。其中的固體顆粒被分離，煙氣進(jìn)入豎直煙道進(jìn)而沖刷布置其中的對(duì)流受熱面，在豎直煙道至上而下依次布置有高溫對(duì)流過(guò)熱器、低溫對(duì)流過(guò)熱器、上級(jí)省煤器、上級(jí)空氣預(yù)熱器、下級(jí)省煤器、下級(jí)空氣預(yù)熱器。在爐膛底部布風(fēng)板以上約2m處的前后墻上分別開(kāi)有給料口和循環(huán)灰料的入口。循環(huán)流化床鍋爐的爐膛橫截面呈正方形狀，為了均勻的配給二次風(fēng)。在密相區(qū)與稀相區(qū)的交界處，亦即爐膛底部?jī)A斜墻的上方，開(kāi)有兩排，共十六個(gè)二次風(fēng)口，均勻分布于四周的爐墻上。這同時(shí)有利于二次風(fēng)在爐膛內(nèi)有足夠的穿透深度。布置于煙道上的臥式流過(guò)熱器采用分兩級(jí)布置，在兩級(jí)過(guò)熱器之間設(shè)有鍋爐自制冷凝水噴水減溫器，由進(jìn)入鍋爐的給水來(lái)冷卻飽和蒸汽制成凝結(jié)水，回收凝結(jié)放熱量后再進(jìn)入省煤器。省煤器和空氣預(yù)熱器采用兩級(jí)交錯(cuò)配合布置，以節(jié)省受熱面，減少鋼材消耗量。鍋爐汽泡的正方布置四根集中下降管，分別供水給12組水冷壁系統(tǒng)。汽包內(nèi)部裝設(shè)汽水旋風(fēng)分離器、二次分離用百葉窗分離器。由于循環(huán)流化床鍋爐的爐膛高度要大于普通的煤粉爐鍋爐，因此采用輕而薄的管上爐墻，爐墻通過(guò)吊裝結(jié)構(gòu)掛在膜式水冷壁上。這樣的結(jié)構(gòu)既節(jié)省了鋼材，又節(jié)省了爐墻上的耐火材料，同時(shí)又減輕了鍋爐與構(gòu)架的重量采用管上爐墻。另外，這樣的結(jié)構(gòu)還具有良好的密封性能，漏風(fēng)系數(shù)小，不容易結(jié)渣等優(yōu)點(diǎn)。因此采用管外爐墻與膜式水冷壁[1]。鍋爐總體布置見(jiàn)圖2-1。圖2-1：鍋爐總體結(jié)構(gòu)布置圖方案論證鍋爐的總體布置鍋爐的總體布置既與鍋爐的參數(shù)、容量有關(guān)，也和鍋爐用的燃料的性質(zhì)等因素有關(guān)。根據(jù)任務(wù)書(shū)所給的鍋爐容量為20.83kg/s(75t/h)，屬于中容量循環(huán)流化床電站鍋爐，總體布置采用常用的M形布置，這樣雖然鍋爐的整體高度較大，但占地面積較小，布置以及檢修尾部受熱面都比較方便，且有較好的燃燒效率[1]。氣固分離器的選取高溫旋風(fēng)分離器是一種常用的氣固分離裝置，這種分離器相對(duì)于慣性分離器而言，具有較高的分離效率，對(duì)于循環(huán)流化床來(lái)說(shuō)更為適用。目前的循環(huán)流化床鍋爐多采用這種分離器。另外，相對(duì)于汽（水）冷結(jié)構(gòu)的高溫旋風(fēng)分離器而言，在目前，由耐火材料制成的高溫絕熱旋風(fēng)分離器已經(jīng)具有了較為成熟的設(shè)計(jì)方法。因此采用這種氣固分離較為合適[5][8]。爐膛結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)鍋爐設(shè)計(jì)的初期必須對(duì)爐膛的基本尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些初步設(shè)計(jì)主要包括爐膛高度，橫截面形狀，爐深，爐寬以及爐膛下部收縮部分尺寸的確定。這些設(shè)計(jì)需要綜合考慮鍋爐制造和運(yùn)行時(shí)的一系列因素。設(shè)計(jì)時(shí)初步選定的鍋爐截面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷，由此可以確定鍋爐的橫截面積以及爐膛的整體高度。再取爐膛的深寬比為1：1，這樣有利于二次風(fēng)在爐內(nèi)的均勻分布和在爐內(nèi)的穿透力度。爐膛下部收縮部分的尺寸根據(jù)初步選定的鋪角以及一次風(fēng)高度確定[5][8]。水冷壁及其爐墻形式的選取循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式?jīng)Q定了它較通常的煤粉爐來(lái)說(shuō)，具有較大的高度。本次設(shè)計(jì)的鍋爐為75t/h的蒸汽鍋爐，在目前的電站鍋爐行業(yè)已經(jīng)屬于是小容量鍋爐，但是其高度仍然較大。為了盡量減輕鍋爐的重量和方便鍋爐的安裝，本次設(shè)計(jì)的水冷壁采用膜式水冷壁，爐膛的爐墻采用輕而薄的管上爐墻，通過(guò)吊裝結(jié)構(gòu)掛在水冷壁上。這樣便減輕了鍋爐及其構(gòu)架的重量。與此同時(shí)可以提高爐膛的密封性能，減少了爐膛的漏風(fēng)，而且水冷壁不容結(jié)渣，也節(jié)省了爐墻上的耐火材料。過(guò)熱器與減溫器的選取過(guò)熱器的工作任務(wù)是把鍋爐所產(chǎn)生的飽和蒸汽過(guò)熱到一定溫度，同時(shí)在鍋爐允許的負(fù)荷波動(dòng)（一般是60%～70%負(fù)荷到100%負(fù)荷）范圍內(nèi)以及工況變化（如燃料水分變化，過(guò)量空氣量變化）時(shí)保持過(guò)熱蒸汽溫度正常，其波動(dòng)范圍保持在一般規(guī)定的±10℃以內(nèi)。過(guò)熱器根據(jù)它所采用的傳熱方式分為對(duì)流過(guò)熱器、半輻射過(guò)熱器及輻射過(guò)熱器三種。對(duì)流過(guò)熱器是放在爐膛外面對(duì)流煙道里的過(guò)熱器，主要以對(duì)流傳熱方式吸收流過(guò)它的煙氣的熱量，常用于低參數(shù)及中參數(shù)鍋爐中。半輻射過(guò)熱器也稱屏式過(guò)熱器，一般放在爐膛上部出口附近，它既吸收爐膛中火焰的輻射熱，又以對(duì)流方式吸收流過(guò)它的煙氣的熱量。輻射過(guò)熱器是放在爐頂或爐墻上的過(guò)熱器，它基本上只吸收爐膛里火焰和煙氣的輻射熱，常應(yīng)用于高參數(shù)鍋爐[1][4]。因本次設(shè)計(jì)的鍋爐屬中容量鍋爐，所以采用兩級(jí)對(duì)流過(guò)熱器較為合理。減溫器的作用就是冷卻蒸汽，使之溫度降低，從而保護(hù)汽輪機(jī)及過(guò)熱器的管壁不超溫。減溫器的形式有兩種，第一種是面式減溫器，其原理是將鍋爐給水的一部分通過(guò)由管子組成的傳熱面的一側(cè)，蒸汽通過(guò)另一側(cè)，用給水來(lái)冷卻蒸汽，可通過(guò)調(diào)節(jié)給水量來(lái)調(diào)節(jié)蒸汽溫度。但這種調(diào)節(jié)溫的方法所用面式減溫器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管子彎頭有時(shí)會(huì)斷裂、漏水，運(yùn)行上不夠安全可靠，同時(shí)由于減溫器熱容量大，調(diào)節(jié)汽溫時(shí)汽溫反應(yīng)遲緩。第二種是噴水減溫器，就是把水直接噴入蒸汽中以降低其溫度。這種減溫器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，反應(yīng)又快，因此目前采用較廣[1][4]。所以在兩級(jí)過(guò)熱器之間采用噴水減溫器進(jìn)行減溫。但噴水減溫時(shí)，減溫水的水質(zhì)必須非常純凈，含雜質(zhì)非常少，否則會(huì)使鹽結(jié)在過(guò)熱器管中，鹽結(jié)的比較多時(shí)會(huì)使過(guò)熱器受熱面超溫而燒壞。為此采用自制冷凝水減溫方法來(lái)解決噴水減溫所用水的問(wèn)題。省煤器的選取省煤器可分為兩種：一種是鑄鐵省煤器，優(yōu)點(diǎn)是不論水側(cè)或煙氣側(cè)都不太怕腐蝕，缺點(diǎn)是太笨重、彎頭及法蘭多，材料本身也缺乏塑性、不能隨沖擊和高壓，僅能用在壓力低于2.2MPa的情況下。另一種是鋼管省煤器，因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低、能承受汽水沖擊、能承受高壓、運(yùn)行可靠，固采用之[1][4]。空氣預(yù)熱器的選取空氣預(yù)熱器可分為回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器和管式空氣預(yù)熱器：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省鋼材、結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省場(chǎng)地，而且可以和鍋爐尾部其他受熱面分開(kāi)布置，在布置上較方便，抗腐蝕性能好，因此在大型鍋爐中常采用；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造機(jī)加工工作量大，對(duì)制造及安裝要求比較高。管式空氣預(yù)熱器是在我國(guó)使用很廣的一種空氣預(yù)熱器，煙氣在管中縱向流動(dòng)，空氣在管外橫向流動(dòng)沖刷受熱面，而且多制成“管箱”形式，使制造、運(yùn)輸、安裝都非常方便[2][3]。因本次設(shè)計(jì)的鍋爐屬中、小型電站鍋爐，應(yīng)優(yōu)先考慮制造、運(yùn)輸和安裝的方便性，所以采用管式空氣預(yù)熱器。西昌地區(qū)的煤種情況本次設(shè)計(jì)之前經(jīng)過(guò)多方面調(diào)查以及資料收集和文獻(xiàn)查閱表明，西昌地區(qū)屬于常壓地帶，具有很大的含煤面積，共探明煤炭資源62億噸，煤種以褐煤為主，約占41噸，占2/3，其余為瘦煤，焦煤，與少量無(wú)煙煤。因此本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)煤種為褐煤。設(shè)計(jì)時(shí)采用內(nèi)蒙古扎賚諾爾的代表性褐煤。本章小結(jié)本章根據(jù)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，結(jié)合西昌地區(qū)的環(huán)境以及燃料情況，選定設(shè)計(jì)煤種；依據(jù)褐煤的燃料特性、以及所設(shè)計(jì)鍋爐的噸位和蒸汽參數(shù)等給定值，初步選定了過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、水冷壁等受熱面的型式和布置方式；因?yàn)槿紵绞綖檠h(huán)流化床燃燒，本次設(shè)計(jì)的鍋爐受用最常用的“M”型布置。熱力計(jì)算鍋爐規(guī)范、輔助計(jì)算及熱平衡計(jì)算基本參數(shù)1．鍋爐額定蒸發(fā)量：20.83kg/s(75t/h)2．過(guò)熱器出口蒸汽壓力：p=9.8MP3．過(guò)熱器出口蒸汽溫度：t=450℃4．給水溫度：205．給水壓力：10.3MP6．排污率：=5%7．排煙溫度：=140℃8．冷空氣溫度：=30℃煤種及燃料特性1．燃料名稱：褐煤（采用內(nèi)蒙古扎賚諾爾的代表性褐煤）2．煤的應(yīng)用基成分：①碳：=34.65%②氫：=2.34%③氧：=10.48%④氮：=0.57%⑤硫：=0.31%⑥灰分：=17.02%⑦水分：=34.63%3．煤的干燥器無(wú)灰基揮發(fā)分：=9%4．燃料低位發(fā)熱量：=12288.3kJ/kg輔助計(jì)算1．燃燒產(chǎn)物容積計(jì)算：煤完全燃燒（=1）時(shí)理論空氣量及燃燒產(chǎn)物容積計(jì)算見(jiàn)表3-1（以1kg燃料為準(zhǔn)）。表3-1燃料產(chǎn)物的計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果1理論空容積Vokm3/kg3.36182三原子氣體容積VRO2m3/kg0.64873理論氮?dú)馊莘eVoN2m3/kg2.66044理論蒸汽容積VoH2Om3/kg0.68925理論煙氣容積Voym3/kg3.99832．漏風(fēng)系數(shù)煙道各各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)及過(guò)量空氣系數(shù)見(jiàn)表3-2：表3-2空氣過(guò)量系數(shù)及各段煙道的漏風(fēng)系數(shù)序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果1密相區(qū)出口處的名義過(guò)量空氣系數(shù)α＂／查表5-2[2]1.12稀相區(qū)的漏風(fēng)系數(shù)Δαb.c／查表5-2[2]0.13上級(jí)過(guò)熱器漏風(fēng)系數(shù)Δαgr1／查表5-2[2]0.034下級(jí)過(guò)熱器漏風(fēng)系數(shù)Δαgr2／查表5-2[2]0.035上級(jí)省煤器漏風(fēng)系數(shù)Δαsm1／查表4-3[1]0.026下級(jí)省煤器漏風(fēng)系數(shù)Δαsm2／查表4-3[1]0.027上級(jí)空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)Δαky1／查表4-3[1]0.038下級(jí)空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)Δαky2／查表4-3[1]0.033．鍋爐的各項(xiàng)熱損失見(jiàn)表3-3：表3-3鍋爐的各項(xiàng)熱損失序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果1氣體不完全燃燒損失q3%查表5-2[2]0.52固體不完全燃燒損失q4%查表5-2[2]33密相區(qū)出口處的氣體不完全燃燒熱損失q3bb%q3+2=2.52.54密相區(qū)內(nèi)的燃燒份額δ／選取0.55密相區(qū)內(nèi)的固體不完全燃燒熱損失q4bb%49.256一次風(fēng)占總風(fēng)量的比率x%查表5-2[2]607密相區(qū)出口處的名義空氣系數(shù)αbb／查表5-2[2]1.18密相區(qū)出口處的實(shí)際空氣過(guò)剩系數(shù)α"bb／1.2614．煙氣特性計(jì)算見(jiàn)表3-4：表3-4煙氣特性計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源密相區(qū)稀相區(qū)上過(guò)熱器下過(guò)熱器上省煤器下空預(yù)器下省煤器下空預(yù)器1進(jìn)口空氣過(guò)剩系數(shù)α＇//1.231.261.281.311.332出口空氣過(guò)剩系數(shù)α"http://31.261.281.311.331.363平均空氣過(guò)剩系數(shù)αar/151.2451.271.2951.321.3454水蒸汽體積VH2Om3/kg0.69460.69730.70080.70250.70380.70540.70620.70795干煙氣體積Vgdm3/kg4.33454.50264.72114.82194.9064.98295.05735.15816煙氣體積Vgm3/kg5.02915.19995.42195.52445.60985.68835.76355.8667二氧化物分壓力rRO2/0.1290.12480.11960.11740.11560.1140.11260.11068水蒸汽分壓力rH2O/0.13810.13410.12930.12720.12550.12120.12250.12079三原子氣體分壓力rR/0.26710.25890.24890.24460.24110.23520.23510.231310煙氣的重量Ggkg/kg5.65575.8756.16026.29186.40156.53316.59896.730511各段煙氣處飛灰份額αfa/查表B5-2選30~70%[2]0.6512飛灰含碳量C%查表B5-2(<10%)[2]8.0底渣含碳量C%查表B5-2(<2%)[2]1.0飛灰質(zhì)量濃度μkg/kg0.9060.8720.016640.016280.01600.01570.01550.0152飛灰體積濃度μkg/m30.18020.16770.003070.002950.002850.002760.002690.00259固體不完全燃燒損失q4%查表B5-2(2~6%)[2]3.0循環(huán)倍率R選取518所需分離器分離效率η%98煙氣中飛灰的質(zhì)量濃度Gfakg/kg0.11065．煙氣焓溫表見(jiàn)表3-5：表3-5空氣煙氣焓溫表序號(hào)溫度(℃)=0.6487=206604=0.6892=++（KJ/kg）(KJ/m3)=.(KJ/kg)(KJ/m3)=.(KJ/kg)(KJ/m3)=.(KJ/kg)1100170.03110.3129.58344.73150.52103.74558.772200357.46231.88259.92691.49304.46209.831133.23300558.81362.5392.011042.9462.72318.911724.314400771.88500.72525.441397.88626.16431.552330.155500994.35645.03663.81765.97794.85547.812958.8166001224.66794.44804.122139.28968.88667.753601.4777001461.88948.32947.522520.781148.84791.784260.8888001704.881105.961093.62909.411334.4919.674935.0499001952.281266.441241.643303.261526.131051.815621.511010002203.51429.411391.73702.481722.91187.426319.31續(xù)表3-5=3.3618(m3/kg)=0.65；=17.02%；=8%；=3%；=98%(m3/kg)=.(m3/kg)(kJ/kg)分離器前：=.[100../(100-).(100-q4)+n]分離器后：=.[100../(100-).(100-q4)+n].(1-η)序號(hào)密相區(qū)稀相區(qū)上過(guò)熱器下過(guò)熱器上省煤器上空預(yù)器下省煤器下空預(yù)器1132.43445.282.6922266.36895.45173.2819.2219.1819.1819.1119.2219.133402.691353.76268.9529.8329.7729.7729.6729.8329.694541.761821.29367.7940.7940.7140.7140.5740.7940.65684.12299.81468.7351.9851.8951.8951.751.9851.756829.742789.42571.3663.3663.2563.2563.0263.6363.087978.323288.92675.773462.633462.674.9474.8174.8174.5474.9474.6181129.123795.88782.354008.744008.786.7686.6186.6186.2986.7686.3791282.324310.9891.454567.764567.898.8698.6898.6898.3398.8698.42101437.44832.251003.135140.885140.9111.25111.05111.05110.65111.25110.75續(xù)表3-5序號(hào)密相區(qū)稀相區(qū)上過(guò)熱器下過(guò)熱器上省煤器上空預(yù)器下省煤器下空預(yù)器α"bb=1.1α"bc=1.20α"gr1=1.23α"gr2=1.26α"sm1=1.28α"sm2=1.31α"ky1=1.33α"ky2=1.361692.6705.93714.84723.75737.12750.4221403.151429.971447.881474.681492.691519.4632133.192173.752200.722241.342268.572309.0442880.92935.462880.822935.542971.7553654.743723.643654.653723.6364243.044326.724445.7678052.48381.295017.33511689323.379639.965808.095921.97910620.3711051.466613.026742.341011943.4212426.656．鍋爐熱平衡及燃料計(jì)算見(jiàn)表3-6：表3-6熱平衡及燃料消耗量計(jì)算表序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式及來(lái)源結(jié)果1鍋爐的輸入熱量Qrkj/kg，P87[3]13789.42排煙溫度℃給定1853排煙焓kj/kg由煙氣焓溫表查得1404.104冷空氣溫度℃給定305理論冷空氣炩kj/kg133.566固體不完全燃燒熱損失q4%參考煙氣特性表37排煙損失q2%P87[3]8.938氣體不完全燃燒熱損失q3%查表5-2[2]0.29散熱損失q5%選取，P90[3]0.6510灰渣物理熱損失%，P91[3]0.3911總熱損失Σq%13.1712鍋爐效率ηgl%100-Σq86.8313保熱系數(shù)φ0.9914過(guò)熱蒸汽焓kj/kg查附表Ⅵ-4[1]3243.615給水溫度℃取熱力除氧后的給水溫度10510516省煤器入口壓力MPa給定10.317給水炩kj/kg查未飽和水和過(guò)熱蒸汽表440.7118鍋筒工作壓力PMpa按給定的過(guò)熱器壓力9.8Mpa+1Mpa[1]10.819飽和水焓kj/kg查飽和水焓1399.1820排污率ρpw%給定521汽化潛熱rkj/kg查飽和蒸汽表1331.9422鍋爐的輸出熱量kw6707523耗煤量Bkg/h22905.2324計(jì)算耗熱量kg/h22218.087．鍋爐熱負(fù)荷的選取及整體結(jié)構(gòu)的確定：取爐膛容積熱負(fù)荷=100KW.m,爐膛截面積熱負(fù)荷?？捎梢韵鹿角蟮缅仩t爐膛容積及截面積[4]：爐膛底部布風(fēng)板以下的風(fēng)室傾角為15°。在布風(fēng)板以上至二次風(fēng)入口處部分呈錐形擴(kuò)口，鋪角取8°。一次風(fēng)區(qū)高（即布風(fēng)板至二次風(fēng)入口處垂直高度）為3.5m。取爐膛深寬比為1：1，則整個(gè)爐膛橫截面呈正方形。爐膛頂部呈傾斜布置，傾角取15°。由此可求取爐膛高度約為27m。爐膛尺寸示意如下圖：圖3-1：爐膛示意圖各受熱面的設(shè)計(jì)及其熱力計(jì)算密相區(qū)埋管的設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算1．密相區(qū)埋管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在循環(huán)流化床鍋爐底部密相區(qū)四周布置豎直埋管（如圖3-2），管子最低處距風(fēng)帽小孔高度為330mm。埋管的規(guī)格為Φ60×5。由于在密相區(qū)處氣流速度高，顆粒濃度大，管子彎頭受到的定向沖刷比較嚴(yán)重，因此，每排管子的彎頭外都包有一層耐高溫的防磨蓋板。圖3-2：密相區(qū)埋管布置示意圖2．密相區(qū)埋管的傳熱計(jì)算見(jiàn)表3-7:表3-7密相區(qū)的埋管傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算或公式來(lái)源數(shù)值分離返料灰溫度℃假定與爐膛出口處溫度相同850分離返料灰焓kj/kg查焓溫表836.9密相區(qū)入爐熱量kj/kg11097.7假定密相區(qū)溫度℃先假設(shè)再校核900每公斤燃料的煙氣體積m/kg按表4查取5.03布風(fēng)板有效面積㎡取爐膛截面積31.27床溫下的流化速度m/s2.03床料粒子平均單量直徑m選取1.5mm0.0015煙氣的運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)m/s查附表Ⅵ-10[1]1.46×10密相區(qū)煙氣密度kg/m查表6-1[2]0.301固體粒子真空密度kg/m查取，P70[2]1400阿基米德數(shù)Ar7222.7床料臨界流化速度m/s[2]0.936流化數(shù)W2.168氣泡貼壁時(shí)間份額%[8]0.201乳化團(tuán)貼壁的時(shí)間份額%0.799乳化團(tuán)貼壁時(shí)間s[2]2.557床料粒子的堆積比體積kg/m依褐煤查取[2]820固定床的空隙度0.414床料粒子的導(dǎo)熱系數(shù)w/m.℃0.3煙氣的導(dǎo)熱系數(shù)w/m.℃900℃時(shí)查表Ⅶ-10[1]0.1比值/3比值λ/查線算圖C10[2]1.84數(shù)值λw/m.℃0.184煙氣比熱容j/kg.℃查表6-1[2]1289乳化團(tuán)的有效導(dǎo)熱系數(shù)w/m.℃0.238接觸熱阻R1㎡℃/w0.00145乳化團(tuán)的比熱容j/kg.℃查表4-6[3]1004.8管內(nèi)工質(zhì)溫度℃即鍋筒工作壓力下的飽和蒸汽溫度查表Ⅳ-1[1]309.43乳化團(tuán)的熱值R2㎡℃/w0.00454乳化團(tuán)對(duì)壁面的放熱系數(shù)w/㎡℃228.63壁面溫度℃[2]339.43料層的有效輻射溫度℃765密相區(qū)料層對(duì)壁面的輻射放熱系數(shù)w/㎡℃82．99埋管的水平管距S1/d選取1.8埋管的垂直管距S2/d選取2埋管布置的結(jié)構(gòu)特性系數(shù)ξ查線算圖C12[2]0.785埋管的傳熱系數(shù)Kw/㎡℃240.82假設(shè)溫度下的煙氣焓IKj/kg查表510620.37埋管受熱面吸熱量Qkw33858.077埋管受熱面積H㎡238密相區(qū)出口煙氣平均熱容量VKj/kg.℃11.83實(shí)際煙氣溫度℃[2]900.91誤差△e%100(900.91-900)/9000.1稀相區(qū)水冷壁的設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算1．稀相區(qū)水冷壁管的選取及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在密相區(qū)以上，直到爐膛頂部的四周堅(jiān)直墻上布置膜式水冷壁，這樣可以提高爐膛的密封性能，減少了爐膛的漏風(fēng)，而且水冷壁不容結(jié)渣。同時(shí)，爐膛的爐墻采用輕而薄的管上爐墻，通過(guò)吊裝結(jié)構(gòu)掛在水冷壁上。這樣節(jié)節(jié)省了爐墻上的耐火材料，又減輕了鍋爐及其構(gòu)架的重量。膜式水冷壁的管子規(guī)格為Φ60×5，管間距取80mm。2．爐膛稀相區(qū)的傳熱計(jì)算見(jiàn)表3-8：表3-8稀相區(qū)的傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值假設(shè)稀相區(qū)的出口煙溫℃假設(shè)850出口煙焓kj/kg查焓溫表10345.71進(jìn)入稀相區(qū)的熱量kj/kg12479.64爐膛出口固體顆粒濃度kg/m根據(jù)循環(huán)倍率選取[5]0.5固體顆粒密度kg/m根據(jù)P70查取[2]1400稀相區(qū)的空隙率[2]0.99964稀相區(qū)壁面的空隙率ε[2]0.99864顆粒團(tuán)空隙率參照流床臨界流化時(shí)固體顆?？障断禂?shù)選取0.414固體顆粒分散相中固體顆粒的百分比YY=1-0.00036壁面覆蓋率系數(shù)ξ選??；根據(jù)出口濃度低于下限0.1~0.5可取0.10.1顆粒團(tuán)的壁面覆蓋率δ[2]0.00413稀相區(qū)的煙氣平均溫度℃875.45氣體導(dǎo)熱系數(shù)λw/m.℃查表70.1顆粒導(dǎo)熱系數(shù)λw/m.℃查表70.3氣體密度ρkg/m查表70.301顆粒密度ρkg/m查表71400氣體比熱容cj/kg.℃查表71289顆粒比熱容cj/kg.℃查表7c=c1004.8平均粒徑dm已知0.0015床料的臨界流化速度ωm/s查表70.936顆粒團(tuán)的有效導(dǎo)熱系數(shù)λw/m.℃[2]0.3189顆粒團(tuán)的比熱容cj/kg.℃(1-ε).c+ε.c[2]1122.46顆粒團(tuán)的密度ρkg/m(1-ε).ρ+ε.ρ[2]820.525邊壁區(qū)固體顆粒濃度ρkg/m(1-ε)ρ[2]1.904顆粒團(tuán)貼壁下滑長(zhǎng)度Lm0.178ρ[2]0.261顆粒團(tuán)貼壁下滑速度ωm/s選取1.2~2.0[2]1.6顆粒團(tuán)壁面停留時(shí)間tSL/ω[2]0.1632顆粒團(tuán)與壁面間的有效傳熱系數(shù)Kw/㎡℃(4λ.ρ.c/.t)[2]1514.13顆粒團(tuán)與壁面氣膜間傳熱系數(shù)Kw/㎡℃mλ/d[2]166.67顆粒團(tuán)與壁面間對(duì)流傳熱系數(shù)Kw/㎡℃1/(1/K+1/K)[2]150.143阿基米德數(shù)Ar查表77222.7稀相區(qū)煙速m/s[2]4.16煙氣動(dòng)力粘度μPa.sρν，(ν=136×㎡/s)[5]4.09×雷諾數(shù)Red.ω.ρ/μ=46.6∈(0.4,500)45.94固體顆粒終端速度ωm/sμ/d.ρ×(Ar/7.5)[2]8.79固體顆粒分散相密度ρkg/mρ.Y+ρ(1-Y)[2]0.8049普朗特?cái)?shù)Pr查表Ⅳ-10[1]0.585固體顆粒分散相對(duì)流傳熱系數(shù)Kw/㎡℃λ.c(ρ/ρ).(ω/gd).Pr/d.c[2]33.254對(duì)流傳熱系數(shù)Kw/㎡℃δK+(1-δ)K[2]33.737稀相區(qū)水冷壁溫度t℃查表7339.43水冷壁表面吸收率e選取，式7-23[2]0.8顆粒表面吸收率e選取，式7-23[2]0.85系數(shù)B因固體顆粒屬于漫反射顆粒，依式7-23查取[2]0.667稀相區(qū)吸收率e｛[e/B（1-e）+2]e./B（1-e）｝+e/B（1-e）[2]0.947固體顆粒分散相輻射傳熱系數(shù)Kw/㎡℃σ(T-T)/(1/e+1/e)(T-T)[2]125.78顆粒團(tuán)吸收率e0.5(1+e)[2]0.925顆粒團(tuán)輻射傳熱系數(shù)Kw/㎡℃σ(T-T)/(1/e+1/e)(T-T)[2]123.41輻射傳熱系數(shù)Kw/㎡℃δ.K+(1-δ)K[2]125.77稀相區(qū)傳熱系數(shù)Kw/㎡℃K=K+K159.51稀相區(qū)水冷壁受熱面積H㎡先假設(shè),再校核160水冷壁傳熱量QkwKH(-t)/100013002.686稀相區(qū)出口煙氣焓I〞kj/kgQ-3600Q/φB10351.64稀相區(qū)出口煙氣溫度℃查焓溫表850.42誤差Δe%(850.42-850)×100/8500.049過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算1．過(guò)熱器整體布置從鍋筒出來(lái)的飽和蒸汽經(jīng)過(guò)頂棚管，被送到布置在尾部堅(jiān)井煙道后墻的下級(jí)(低溫)對(duì)流過(guò)熱器的入口集箱，蒸汽通過(guò)蛇形管逆流至出口集箱。從下級(jí)過(guò)熱器出口集箱出來(lái)的蒸汽進(jìn)入噴水減溫器，該噴水由鍋筒引出飽和蒸汽冷凝而得，冷卻水采用進(jìn)入省煤器前的給水。蒸汽經(jīng)噴水減溫后進(jìn)入上級(jí)（高溫）過(guò)熱器的入口集箱，在蛇形管中被煙氣逆流沖刷形成過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入上級(jí)過(guò)熱器的出口集箱。最后被送往汽輪機(jī)中發(fā)電。兩級(jí)過(guò)熱器均采用順流布置，這樣易于清除蛇形管上的積灰。上級(jí)過(guò)熱器距離尾部煙道頂部的中空高度為6.75m。為了便于檢修，兩級(jí)過(guò)熱器間距取1m。上，下兩級(jí)過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-2所示。圖3-3：過(guò)熱器示意圖2．上級(jí)過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見(jiàn)表3-9，傳熱計(jì)算見(jiàn)表3-10。3．下級(jí)過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)特性計(jì)算見(jiàn)表3-11，傳熱計(jì)算見(jiàn)表3-12。計(jì)算中假定減溫水量為2.6kg/s，可使減溫幅度=63.51℃，相應(yīng)減焓幅度=217.38kJ/kg。表3-9上級(jí)（高溫）過(guò)熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值管子外徑dmm選取，P348[2]42管子壁厚δmm選取，P348[2]5橫向相對(duì)節(jié)距σσ=s/d[2]2.5橫向管子節(jié)距smms=dσ105縱向相對(duì)節(jié)距σ選取，P64[4]2縱向管子節(jié)距smms=dσ84有效輻射層厚度sm0.9d（4σσ/-1）0.203過(guò)熱蒸汽流速ωm/s選取，P349[1]18過(guò)熱蒸汽比容νm/kg根據(jù)450℃0.02974過(guò)熱蒸汽密度ρkg/mρ=1/ν33.625蒸汽質(zhì)量流量ρ.ωkg/m.sρ.ω605.25蒸汽流通截面fmD/ρ.ω0.0344每根管子的流通截面Amd/40.0008過(guò)熱器管子總根數(shù)（亦即橫排管數(shù)）nn=f/A43要求尾部煙道寬度amm(n-1)s+d+2Δ(Δ為管子與煙道間距，取120mm)4692尾部煙道深度bmm設(shè)定2500管子縱向排數(shù)n設(shè)定16每根管子的高度hmmb-2Δ2260每根管子的長(zhǎng)度lmmn.h+2Δ36400對(duì)流受熱面積Hmdln×10206.42煙氣流通截面積Fm(ab-hdn)×107.648表3-10上級(jí)（高溫）過(guò)熱器的傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值煙氣入口溫度ˊ℃查表8ˊ=850.42煙氣入口焓Iˊkj/kg查表5=10351.6-4288.256063.4蒸汽出口溫度t〞℃已知參數(shù)450蒸汽出口焓i〞kj/kg按出口壓力P=9.8mpa查過(guò)熱蒸汽表3246.3蒸汽入口溫度tˊ℃先假定，再校核（取P=10.3mpa）352蒸汽入口焓iˊkj/kg按汽包壓力10.8mpa，及過(guò)熱器壓力9.8mpa，假定過(guò)熱器入口壓力為10.3mpa，查過(guò)熱蒸汽表2920.92蒸汽吸熱量Qkj/kgQ=D（i〞-iˊ）/B1096.62煙氣放熱量Qkj/kgQ=Q1096.62煙氣出口焓I〞kj/kgI〞=Iˊ-Q/φ+ΔαI4959.74煙氣出口溫度〞℃查表5692.56煙氣平均溫度℃=（ˊ+〞）/2771.49煙氣容積Vm/kg查表4V=V=5.42195.4219水蒸汽容積份額rH2O查表40.1293三原子氣體容積份額r查表40.2489煙氣密度ρkg/m查表4ρ=Gg/Vg1.136飛灰濃度μkg/kg查表40.01664煙氣流速ωm/sB.V.(+273)/(273F)16.74飛灰顆粒平均直徑dμm查表11-4[1]20煙氣對(duì)流放熱系數(shù)αw/㎡℃查圖12-6[1]107蒸汽平均溫度t℃t=(tˊ+t〞)/2401蒸汽比容vm/kg查過(guò)熱蒸汽表（P=10.3mpa，t=401℃）0.02642蒸汽流速ωm/sω=Dv/f[1]16.17蒸汽放熱系數(shù)αw/㎡℃α=cα查圖12-16[1]2750三原子氣體輻射減弱系數(shù)1/(m.mpa)10.2[(0.78+1.6rH2O)/(10.2.s)-0.1]×(1-0.37T/1000)rR[1]6.6飛灰輻射減弱系數(shù)43850ρμ/（Td）[1]1.098煙氣輻射吸收力kk=（k.rR+k.μ）.p.s[1]0.1583煙氣黑度aa=1-e[1]0.1464灰污系數(shù)ε㎡℃/w根據(jù)式12-61a說(shuō)明③[1]0.0043管壁灰污層溫度t℃t+(ε+1/α).B.Q×10/H[1]553.91輻射放熱系數(shù)αw/㎡℃α=a.α[1]24.91修正后的輻射放熱系數(shù)αw/㎡℃α=α[1+0.5(T/1000).(l/l)[1]36.097煙氣總放熱系數(shù)αw/㎡℃α=α+α143.097熱有效性系數(shù)φ查表12-5[1]0.65傳熱系數(shù)Kw/㎡℃K=φαα/（α+α）[1]88.41平均溫壓計(jì)算Δt℃Δt=(Δtd-Δtx)/ln(Δtd/Δtx)369.68傳熱量Qkj/kg3.6KΔtH/B1093.14誤差Δe%Δe=100(Q-Q)/Q0.348表3-11下級(jí)（低溫）過(guò)熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值管子外徑dmm選取38管子壁厚δmm選取4橫向相對(duì)節(jié)距σσ=（4692-d-2Δ）/3.8(n-1)1.844橫向管子節(jié)距smms=dσ70.06縱向相對(duì)節(jié)距σ選取，P64[1]2縱向管子節(jié)距smms=dσ76有效輻射層厚度smS=0.9d（4σσ/-1）0.1265過(guò)熱蒸汽流速ωm/s選取，P349[1]10過(guò)熱蒸汽比容νm/kg根據(jù)450℃，9.8MP查過(guò)熱蒸汽表0.02179過(guò)熱蒸汽密度ρkg/mρ=1/ν45.89蒸汽質(zhì)量流量ρ.ωkg/m.sρ.ω458.9蒸汽流通截面fmf=D/ρ.ω0.0453每根管子的流通截面AmA=d/40.000706過(guò)熱器管子總根數(shù)（亦即橫排管數(shù)）nn=f/A64要求尾部煙道寬度amma=(n-1)s+d+2Δ4692尾部煙道深度bmm設(shè)定2500管子縱向排數(shù)n設(shè)定19每根管子的高度hmmh=b-2Δ2260每根管子的長(zhǎng)度lmml=n.h+2Δ43180對(duì)流受熱面積HmH=dln×10329煙氣流通截面積FmF=(ab-hdn)×106.234輻射空間lml=l+l0.24管簇深度lml=(n-1)s1.444表12下級(jí)（低溫）過(guò)熱器的傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值煙氣入口溫度ˊ℃查表11692.56煙氣入口焓Iˊkj/kg查表114959.72蒸汽入口溫度tˊ℃查過(guò)熱蒸汽表（P=10.8mpa,iˊ=2712.3）335.43蒸汽入口焓iˊkj/kg鍋筒工作壓力10.8mpa下飽和蒸汽焓2712.3減溫水量ΔD先假定，再校核2.6減溫水焓（即飽和水焓）ikj/kg查表61399.18高溫過(guò)熱器入口蒸汽焓kj/kg查表102920.92低溫過(guò)熱器出口蒸汽焓i〞kj/kg（iˊ.D-i.ΔD）/(D-ΔD)3138.3低溫過(guò)熱器出口蒸汽溫度t〞℃按P=10.3mpa查過(guò)熱蒸汽表415.51蒸汽吸熱量Qkj/kgQ=(D-ΔD)(i〞-iˊ)/B1256.25煙氣出口焓I〞kj/kgI〞=Iˊ-Q/φ+ΔαI3694.787煙氣出口溫度〞℃查表5496.34煙氣平均溫度℃=（ˊ+〞）/2594.45煙氣容積Vm/kg查表45.5244水蒸汽容積份額rH2O查表40.1272三原子氣體容積份額rR查表40.2446煙氣密度ρkg/m查表4ρ=Gg/Vg1.1389飛灰濃度μkg/kg查表40.01628煙氣流速ωm/sω=B.V.(+273)/(273F)17.378煙氣對(duì)流放熱系數(shù)αw/㎡℃查圖12-6[1]108蒸汽平均溫度t℃t=(tˊ+t〞)/2375.47蒸汽比容vm/kg查過(guò)熱蒸汽表（P=10.3mpa，t=375.47℃）0.02364蒸汽流速ωm/sω=Dv/f[1]10.854蒸汽放熱系數(shù)αw/㎡℃α=cα查圖12-16[1]2200三原子氣體輻射減弱系數(shù)1/(m.mpa)10.2[(0.78+1.6rH2O)/(10.2pΣ.s)-0.1]×(1-0.37T/1000)rR[1]3.612飛灰輻射減弱系數(shù)1/(m.mpa)43850ρμ/（Td）[1]1.2132煙氣輻射吸收力kk=（k.rR+k.μ）.p.s[1]0.06183煙氣黑度aa=1-e[1]0.05995灰污系數(shù)ε㎡℃/w根據(jù)式12-61a說(shuō)明③[1]0.0043管壁灰污層溫度t℃t=t+(ε+1/α).B.Q×10/H[1]487.5輻射放熱系數(shù)αw/㎡℃α=a.α查圖12-15或按式12-47a計(jì)算[1]6.561修正后的輻射放熱系數(shù)αw/㎡℃α=α[1+0.5(T/1000)(l/l)][1]9.353煙氣總放熱系數(shù)αw/㎡℃α=α+α117.353熱有效性系數(shù)φ根據(jù)表12-5[1]0.65傳熱系數(shù)Kw/㎡℃K=φαα/（α+α）[1]110.296平均溫壓計(jì)算Δt℃Δt=(Δtd-Δtx)/ln(Δtd/Δtx)213.747傳熱量Qkj/kg3.6KΔtH/B1256.76誤差Δe%Δe=100(Q-Q)/Q0.0404鍋爐吸熱量的受熱面分配１．鍋爐總的有效吸熱量：（鍋爐的計(jì)算燃料量）2．爐膛總的傳熱量：①密相區(qū)埋管的傳熱量：②稀相區(qū)水冷壁的傳熱量：3．上級(jí)高溫過(guò)熱器的傳熱量：4．下級(jí)低溫過(guò)熱器的傳熱量：5．省煤器需要的吸熱量：6．空氣預(yù)熱器需要的吸熱量：7．排煙溫度的校核：所對(duì)應(yīng)排煙溫度℃，與所要求排煙溫度185℃相差3.3℃省煤器和空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳熱計(jì)算省煤器和空氣預(yù)熱器為雙級(jí)交叉布置，沿?zé)煔饬飨虻牟贾庙樞驗(yàn)椋荷霞?jí)(高溫)省煤器，上級(jí)(高溫)空氣預(yù)熱器，下級(jí)(低溫)省煤器，下級(jí)(低溫)空氣預(yù)熱器。傳熱計(jì)算順序同布置順序。1．省煤器與空氣預(yù)熱器的整體布置省煤器布置兩級(jí)，皆采用水平蛇形管束受熱面。省煤器的進(jìn)出口集箱布置在側(cè)墻，采用單面進(jìn)水的方式進(jìn)水。為了便于檢修，上級(jí)（高溫）省煤器距離下級(jí)（低溫）過(guò)熱器的中空高度取1m，與上級(jí)空氣預(yù)熱器的距離取0.8m。下級(jí)省煤器與上，下級(jí)空氣預(yù)熱器的間距皆取0.8m。對(duì)于75t/h的小型電站鍋爐來(lái)說(shuō)，常用的是鋼管式空氣預(yù)熱器。上，下兩級(jí)空氣預(yù)熱器分別布置一個(gè)管箱，兩級(jí)空氣預(yù)熱器間布置有下級(jí)省煤器?？諝忸A(yù)熱器的冷風(fēng)進(jìn)口與熱風(fēng)出口皆布置在后墻。省煤器與空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-4所示。圖3-4：省煤器與空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖下面進(jìn)行省煤器及空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)與計(jì)算。2．上級(jí)省煤器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)表3-13，傳熱計(jì)算見(jiàn)表3-14。表3-13上級(jí)（高溫）省煤器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值管子規(guī)格dmm選取32δmm選取3橫向節(jié)距smm選取90縱向節(jié)距smm選取60橫向相對(duì)節(jié)距σs/d2.8125縱向相對(duì)節(jié)距σs/d1.875橫向排數(shù)雙數(shù)排z選取28單數(shù)排zz-127平均橫向排數(shù)z(z+z)/227.5縱向排數(shù)z選取16并聯(lián)管數(shù)nz+z55管子彎曲半徑RmmR=(1.5~2.0)d60煙道寬度am與過(guò)熱器相同4.692每排管長(zhǎng)lml=a-2Δ4.452煙道深度bm與過(guò)熱器處一樣2.5受熱面布置管長(zhǎng)lml=zzl+(z-2)nR/22031.4裝防磨板處最上面二排管長(zhǎng)lml=nl241.395靠墻各二排管長(zhǎng)lml=2(z-2)l124.656進(jìn)出口穿墻區(qū)lm2n×0.1516.5彎頭lml=nR(z/2-1)72.534有效受熱面管長(zhǎng)lml=l-(l+l+l)/2+l/21820.372受熱面積HmH=dl183煙氣流通截面FmF=ab-zd(l-2R)8.051水流通截面FmF=nd/40.0292有效輻射層厚度sms=0.9d(4σσ/-1)0.1646表3-14上級(jí)（高溫）省煤器傳熱計(jì)算序號(hào)名稱符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源數(shù)值煙氣入口溫度ˊ℃查表12496.34煙氣入口焓Iˊkj/kg查表123694.787省煤器吸熱量（上、下級(jí)）kwBQ=Q-B（Q+Q+Q）5075.48汽包出口蒸汽汽化潛熱rkj/kg按P=10.3mpa查水蒸汽表1301.355水出口焓i〞kj/kgi+(ΔDr+BQ)/(D+ρpw.D/100)828.027水出口溫度t〞℃按P=10mpa查未飽和水蒸汽表193.673水入口溫度tˊ℃先假設(shè)，再校核150水入口焓iˊkj/kg按P=10.3mpa查未飽和水蒸汽表638.22水吸熱量Qkj/kg(D+ρpw.D/100)（i〞-iˊ）/B671.62煙氣出口焓I〞kj/kgI〞=Iˊ-Q/φ+ΔαI3019.055煙氣出口溫度〞℃查表5417.86平均煙氣溫度℃=（ˊ+〞）/2457.1平均水溫t℃t=(tˊ+t〞)/2171.84水比容vm/kg按P=10.3mpa查水蒸汽表0.0012水流速ωm/sω=(D+D/100)v/F0.8284煙氣容積Vm/kg查表45.6098水蒸汽容積份額查表40.1255三原子氣體容積份額查表40.2411煙氣密度ρkg/m查表4ρ=Gg/Vg1.1411飛灰濃度μkg/kg查表40.0160煙氣流速ωm/sB.V.(+273)/(273F)11.5煙氣對(duì)流放熱系數(shù)αw/㎡℃查圖12-7[1]