循環流化床鍋爐論文設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 技術的開發應用，實現煤炭的清潔、高效利用，從而減少污染、提高終端能源效率。 循環流化床鍋爐簡介 循環流化床流態化床料特點 （ 1）床表面總保持水平，相當于一個高溫蓄熱池。 （ 2）床內固體顆粒可像流體一樣從底部或側面孔口中排出。 （ 3）床內顆粒混合良好，加熱床層時，床層溫度基本均勻。 循環過程 循環過程就是指氣固混合物通過高溫或中溫旋風分離器，將分離出固體物料返回爐膛繼續燃燒的過程。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 6 傳熱過程 循環流化床由于爐膛內部有高濃度的物料循環 ，傳熱狀況與煤粉爐不同。煤粉爐主要通過輻射的方式將燃料燃燒釋放的熱量傳遞給受熱面，而循環流化床傳熱既要考慮對流換熱的的影響，也要考慮輻射換熱的作用。循環流化床固體顆粒之間的頻繁碰撞加強了傳熱，氣體與固體以及固體顆粒間的傳熱系數很大，使得爐膛溫度表現出相當程度的均一性。在爐膛底部的密相區，由于物料濃度很高，因此換熱方式以顆粒對流換熱為主。在爐膛上部的懸浮段朝向壁面的傳熱包括氣體的對流換熱，同體顆粒的導熱和氣固流體對受熱面的輻射換熱等形式。 影響顆粒傳熱的主要因素 （ 1）流化風速：流化風速增加，氣體和固體之間 擾動劇烈，碰撞增強，使顆粒傳熱系數增大。循環流化床的運行風速是一個重要參數，一般為4m/s～ 5m/s，風速提高會使爐子更緊湊，截面熱負荷相應增大，但風速過高不僅使磨損加大，而且鍋爐造價增加，風機功率，廠用電也增加。 （ 2）顆粒粒徑：粒徑小，傳熱系數大。 （ 3）顆粒濃度：顆粒濃度越高，相互間碰撞機會也越多，傳熱條件好。國外有的研究認為循環流化床中傳熱系數與懸浮濃度平方根成正比。 （ 4）循環倍率：循環倍率是反映爐內顆粒濃度的重要參數，是指返送回爐膛的物料量與燃料量及脫硫劑量之比。循環倍率增加，返物料量增大，傳熱系數增大，爐內傳熱大大改善，又節省受熱面。同時燃燒效率隨循環倍率的增加而增加，但提高循環倍率的同時增加了風機電耗，從燃燒效率和動力消耗綜合考慮，增加循環倍率并不總是經濟的。 循環流化床的技術特點 （ 1）燃料適應廣 由于大量灰粒穩定循環，新加入循環流化床的煤僅占床料很小份額。又由于循環流化床特殊流動動力特性，質量和動量交換非常充分，為新加入燃料預熱著火創造十分有利的條件。而未燃盡的煤粒通過多次循環既可增加爐內停留時間，又可多次參與床層中能量轉換，有利于燃盡，可高效穩定燃燒3000kcal/kg～ 7000kcal/kg 的煤，使循環流化床不僅可燃用高效煙煤、褐煤哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 7 等易燃煤，又可燃用無煙煤等難燃煤種，還可高效燃用各種低熱值，高灰分或高水分的矸石，固體垃圾等。循環流化床煤燃燒效率達 97﹪ ～ 99﹪，低溫燒透的特性使排出的爐渣和循環灰幾乎無含碳的成分，燃用二類煙煤鍋爐燃燒效率達 ﹪ ,比我國目前工業鍋爐 50﹪ ～ 60﹪的平均熱效率高很多。 （ 2）截面熱強度高 循環流化床使燃燒在較小截面內完成，還使床層和煙氣流與水冷壁間傳熱效率大大增加。這使循環流化床爐膛截面積和容積可小于同容量的鏈條爐、煤粉爐。截面負荷主要影響爐膛高和 爐膛截面積，一般循環流化床截面負荷為 3WM/m2～ 6 WM /m2 。 （ 3）污染物排放少 可利用石灰石等脫硫劑進行爐內高效脫硫是循環流化床突出優點。循環流化床 850℃ ～ 900℃的燃料溫度配上分級送風，使污染物的排放濃度可控制在 200ppm 以下，鏈條爐和煤粉爐不能實現，從而使循環流化床產生的氮氧化物也遠低于煤粉爐和鏈條爐。 （ 4）鍋爐負荷適應性強 循環流化床的負荷可以很低。如額定負荷的 30﹪左右無需輔助液體燃料，也不會發生煤粉爐難于保持正常燃燒甚至熄火的情況。 （ 5）燃料制備系統簡單 循環流化床無需煤粉爐復 雜制粉系統，只需簡單的干燥及破碎裝置即可。 循環流化床應用存在的問題 （ 1）雖然循環流化床的燃燒效率較鼓泡流化床有較大提高，但除燃燒無煙煤等難燃煤種外，其飛灰含碳量仍略高于煤粉爐。 （ 2）對固體顆粒分離設備的效率、耐高溫和耐磨性能要求較高，尤其燃用高灰燃料時分離器磨損問題尚待解決。 （ 3）鍋爐系統的煙風阻力較大，需要采用高壓鼓風機，因此存在風機電耗高，噪聲大等問題。 （ 4）鍋爐受熱面磨損嚴重，因此，不得不犧牲流化床傳熱強烈的優勢，鍋爐整體的金屬耗量并不比同容量的煤粉爐少。盡管如此，目前受熱面的安全運行和壽 命還無法與煤粉爐相比。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 8 （ 5）燃燒控制系統比較復雜，鍋爐的運行與常規煤粉爐有較大的不同，還未達到與常規煤粉爐相當的運行和控制水平。選擇和使用循環流化床鍋爐自控系統要根據自己使用狀況量身定做，設計、施工、調試要制定標準，嚴格把關，循環流化床能否經濟運行自控是關鍵。 （ 6）流化床燃燒中的生成物 N2O 大大高于常規的煤粉燃燒系統 .N2O 是燃燒過程中間產物，通常在高溫火焰下被破壞，而流化床燃燒的低溫度水平有利于其形成，尤其在燃用煙煤時發生最高，如何解決這一問題亟待研究。 本章小結 由于循環流化床鍋爐與煤粉爐和鏈條爐 相比，在環保方面具有明顯的優勢，使得其得到了廣泛的應用，與此同時也取得了良好的經濟效益。這一切都成為推動流化床技術發展的源源動力，使得流化床技術在幾十年間得到了飛速的發展。但是由于其流化機理、傳熱機理復雜，給研究帶來了很大的困難，同時也給致力于研究流化床技術的科研工作者巨大的機會。 本次畢業設計所設計的 10t/h 循環流化床鍋爐屬于小型工業鍋爐，在國內應用的比較少，主要是由于 10t/h 的鍋爐應用流化床技術不容易實現。在設計的過程中遇到了不少的困難，同時也對循環流化床的設計過程有了初步的了解，學到了很多的知識， 收獲頗豐。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 9 第 2章 鍋爐設計方案 鍋爐參數 鍋爐工作參數要求 1）鍋爐蒸發量： 10t/h 2）工作壓力： 3）蒸汽溫度： ℃ 4）給水溫度： 105℃ 5）排煙溫度： 小于 170℃ 煤種參數 褐煤 ： =12280kj/kg Car=% Har=% Oar=% Nar=% Sar=% Aar=% Mar=% Vdaf=% 鍋爐的總體結構方案 本次設計的 10t/h 的循環流化床蒸汽鍋爐采用單鍋筒橫向布置， 為自然循環鍋爐。本鍋筒的標高為 9700mm，爐寬為 2350mm。深度為 2020mm。 本鍋爐采用的是鋼梁懸吊結構 ， 爐膛分為密相區和稀相區，因為密相區有磨損，并且比較嚴重，所以沒有布置 任何 受熱面，在稀相區的四周布置了水冷壁。在前墻密相區出口處給煤，另外，為了更好的組織燃燒，在稀相區入口處布置二次風，這樣既可以提高燃燒效率，又可以降低 Nox 的排放。由于爐膛出口處沒有布置鍋爐管束， 不需要對鍋爐管束進行沖刷， 不布置折焰角， 爐膛出口采用水平爐頂。在出口到分 離器留有一定的距離，并且出口截面積逐漸縮小使煙氣更好的形成旋轉，并且更容易進入從切向進入分離器，達到分離的效果。在尾部煙道內布置了三級省煤器，高溫級省煤器材料采用鋼管，低溫省煤器材料為鑄鐵，沒有布置空氣預熱器。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 10 爐膛結構及其中受熱面的布置 鍋爐的爐膛采用 2m 的方形結構，爐頂標高為 8m，爐膛分為密相區和稀相區，密相區出口處標高為 ，爐膛出口不布置折焰角。采用厚度為 380mm 的爐墻，其中保溫層厚度為 230mm，耐火層厚度為120mm，保溫層和耐火層為 30mm 的空隙。 為了減少爐膛密相區內受 熱面的磨損，在密相區內不布置受熱面。在稀相區布置水冷壁，采用四周布置，其中水冷壁的管徑為 60mm， s/d 為 ，e/d 為 。水冷壁在前墻和后墻的穿墻高度為 和 ，直接從爐頂引出，水冷壁在兩側墻的穿墻高度為 ，然后從兩側墻為 處引到上集箱。 旋風分離器和回料裝置的結構設計 為了滿足分離并返送物料的需求，本鍋爐沿寬度方向并排布置了兩個倒錐形的上排氣式旋風分離器，此旋風分離器的分離效率為 95%,鍋爐的循環倍率為 。 旋風分離器的結構如圖 1 所示，因為鍋爐寬度已定，故可以計算出 旋風分離器的外徑為 1140mm，內徑為 900 mm，分離器的排煙管直徑為 600 mm，分離器煙氣入口處的高度為 1200 mm。 分離器豎直段的高度為 1900 mm，倒錐邊與水平面成 60176。的夾角。分離器返料管的直徑為 180 mm，與水平面的夾角為 65176。，分離器返料口為密相區出口。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 11 圖 1 旋風分離器 尾部煙道結構以及其中受熱面的布置 尾部煙道的煙深為 2m，煙道寬度為 ，在布置鑄鐵省煤器段，煙道的寬度變為 ，煙道頂部的標高為 。煙道內的爐墻與爐膛內的爐 墻結構相同，在煙道寬度為 處，前墻和后墻的保溫層與耐火層之間的間隙變為 10mm。 省煤器分為鑄鐵式省煤器和鋼管式省煤器，鑄鐵省煤器的強度不高，只用于工作壓力低于 4MPa 的鍋爐中，同時鑄鐵性脆，不能承受沖擊，由于鑄鐵的耐腐蝕性好以及由于工藝要求，鑄鐵式省煤器具有較厚的管壁，常用于未經除氧的小型鍋爐中，使其不致因內外腐蝕而很快破壞。鑄鐵省煤器的缺點是：體積大，重量大，價格貴，而且因為連接的法蘭多，容易發生漏水現象，同時又較易堵灰，因此不常用。鋼管省煤器是現代鍋爐中最常用的一哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 12 種，可用于任何壓力容量，任何形狀 的煙道中。與鑄鐵式相比，鋼管式的優點是：體積小，重量輕，價格低廉。 在煙道內布置了兩級鋼管省煤器和一級鑄鐵省煤器，兩級鋼管省煤器由一系列錯列的蛇行管組成。其中鋼管的內徑為 42mm，橫向截距為 90mm，縱向截距為 80mm。平均橫向排數為 ，第一級省煤器為 32 列，第二級省煤器為 16 列。在各蛇行管進口端口和出口端口，分別連接到進口集箱和出口集箱。集箱布置在鍋爐的煙道外面。給水的引出和引入是由沿集箱長度均勻錯列布置的管子來實現，管子和集箱采用焊接連接。由于省煤器中水速過低，為了提高水速，將每一級省煤器改成兩個流 程。鑄鐵省煤器采用管長為2m，內徑為 60mm 的標準件，橫向布置 6 排，縱向布置 12列。為使水速滿足要求，采用單進單出結構。 鍋筒、集箱以及管道的結構 鍋爐采用單鍋筒橫向布置，鍋筒內徑為 1400mm，壁厚為 20mm。 在爐膛四周統一采用外徑為 219mm，壁厚為 10mm 的集箱，前墻和后墻的集箱長度為 2m，兩側墻為 。前墻與后墻只布置下集箱，兩側墻布置上、下集箱。尾部煙道采用外徑為 159mm，壁厚為 10mm 的集箱。由于鋼管省煤器采用兩個流程，所以在長為 的集箱中間加上擋板。 所有集箱都采用圓形封頭。 鍋 筒下降管以及蒸汽引出管采用外徑為 133mm 的管子，壁厚為。尾部煙道外的集箱連接管道采用 89mm 的管子，壁厚為 4mm。 布風板的結構 布風板的結構設計是否合理關系到流化床鍋爐是否可以穩定運行的關鍵。它的結構應該保證顆粒能夠均勻和穩定的流化、床料磨損最小、床內構件或受熱面的磨損最輕、固體顆粒落入風箱的量最小、運行范圍內節涌最小等，所以本鍋爐采用比較通用的風帽型布風裝置。在布風板上布置 179 個風帽，采用四邊形布置，每個風帽上開 6 個小孔，每個小孔直徑為 8mm，橫向孔間距為 120mm，縱向孔間距為 100mm。為使布風板能夠承受床料的壓力，取用布風板的厚度為 30mm,鋼板上布置厚度為 100mm 的耐火材料。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 13 給煤裝置以及二次風系統的結構 給煤裝置 的設計應首先考慮若干燃料特性，如粒度分布、水分、揮發分。這些特性分別影響整個流化床燃燒特性。為確保流化床鍋爐連續穩定地運行，給煤系統必須運行可靠，維修方便。給煤系統還應有調速裝置，以滿足負荷調節的要求。使用床上拋煤機給煤方式米取代床下給煤，能將燃料拋撒到更大的床面面積上 。因此本設計中的給煤裝置的主要特點是結構簡單，制造和安裝均比較。在前墻布置有兩個給煤箱，通過播煤裝置 ，將煤均勻的布在布風板上方，使燃料能更好的充分燃燒。 二次風的布置在密相區的出口處，風口水平，二次風起到攪拌和混合的作用，增加未燃盡的燃料在爐膛內的停留時間，使燃料的盡可能燃盡，由于計算的燃料的消耗量大，并且在回料裝置也要送風，所以二次風占的份額為 40%。 鍋爐的支撐以及樓梯的結構 鍋爐采用鋼架支撐，鋼架為兩塊槽鋼對接而成，為 200 200 的結構。水平面以下采用混凝土結構加固。 樓梯的結構應該方便鍋爐的運行、檢修等。此鍋爐樓梯采用鋼架結構，分三層布置，每層間距為 2m。為了方便操作，除爐頂和鍋筒處的樓梯平臺外，其他樓梯平臺均與人孔相對應。 本章小結 鍋爐的結構設計要考慮鍋爐的安裝、運行、檢修等多方面的問題，所以需要大量的經驗。由于這是第一次比較系統的做鍋爐設計，雖然參考了一些前人的經驗，但是還是會有很多考慮不周的地方，希望在以后的工作和學習過程中加強這方面的能力。 哈爾濱工業大學畢業設計（論文） 14 第 3章 鍋爐的熱力計算及傳熱計算 鍋爐