1、 I 目 录 摘 要 . 1 1概述 . 3 1.1 循环流化床锅炉的概念 . 3 1.1.1 流态化 . 3 1.1.2 临界流速 . 3 1.2 循环流化床锅炉的优点 . 4 2燃料与脱硫剂 . 6 2.1 燃料 . 6 2.2 脱硫剂 . 6 3脱硫与排烟有害物质的形成 . 7 3.1 影响循环流化床脱硫效率的各种因素： . 7 3.1.1Ca/S 摩尔比的影响 . 7 3.1.2 床温的影响 . 7 3.1.3 粒度的影响 . 7 3.1.4 氧浓度的影响 . 8 3.1.4 床内风速的影响 . 8 3.1.6 循环倍率的影响 . 8 3.1.7SO2在炉膛停留时间的影响 . 8 3.
2、1.8 负荷变化的影响 . 8 3.1.9 给料方式的影响 . 8 3.1.10 其它因素的影响 . 8 3.2 NOX的排放 . 8 3.3 无脱硫工况燃烧计算 . 9 3.3.1 无脱硫工况下燃烧计算 . 9 3.3.2 无脱硫工况下烟气体积计算 . 9 II 4物料循环倍率 . 11 4.1 物料循环对锅炉燃烧特性的影响 . 11 4.1.1 物料循环对炉内燃烧的影响 . 11 4.1.2 物料循环对热量分配的影响 . 11 4.1.3 物料循环与变负荷的关系 . 11 4.1.4 物料循环对脱硫、脱硝的影响 . 11 4.2 物料循环倍率的选择 . 11 4.2.1 燃料特性对循环倍率
3、的影响 . 12 4.2.2 热风温度及回送物料温度对循环倍率的影响 . 12 4.2.3 最佳循环倍率确定 . 12 5脱硫工况计算 . 13 5.1 燃烧和脱硫化学反应式 . 13 5.2 脱硫计算 . 13 6.燃烧产物热平衡 . 18 6.1 炉膛燃烧产物热平衡方程式 . 18 6.2 燃烧产物热平衡计算 . 18 6.2.1 脱硫对循环流化床锅炉热效率的影响 . 18 6.2.2 锅炉热平衡计算 . 20 7传热系数计算 . 22 7.1 影响循环流化床传热的各种因素 . 22 7.1.1 气体物理性质的影响 . 22 7.1.2 固体颗粒物理特性的影响 . 22 7.1.3 流化
4、风速的影响 . 22 7.1.4 床温对传热系数的影响 . 22 7.1.5 管壁温度的影响 . 22 7.1.6 固体颗粒浓度的影响 . 22 7.1.7 床层压力的影响 . 23 7.2 炉膛传热系数 . 23 III 7.3 汽冷屏传热系数 . 23 8炉膛 . 25 8.1 炉膛结构设计 . 25 8.2 炉膛热力计算 . 26 9汽冷旋风分离器 . 29 9.1 旋风分离器的种类 . 29 9.1.1 汽冷式旋风分离器相比较其它形式的分离器的优点： . 29 9.1.2 分离器结构设计 . 30 9.2 汽冷旋风分离器热力计算 . 30 10风烟系统 . 33 10.1 风烟系统烟气
5、阻力计算 . 33 10.1.1 旋风分离器本体阻力计算 . 33 10.1.2 炉膛风室压力 . 36 10.1.3 炉膛配风装置阻力计算 . 37 11回料装置 . 39 11.1 回料装置用途及分类 . 39 11.1.1 回料装置要求及用途 . 39 11.1.2 回料装置分类 . 39 11.2 回料器结构计算 . 39 11.3 回料器压力计算 . 40 12布风装置 . 42 12.1 风帽 . 42 12.2 布风板 . 42 13 计算结果汇总 . 43 13.1 基本数据 . 43 13.1.1 设计煤种 . 43 IV 13.1.2 石灰石 . 44 13.2 燃烧脱硫计
6、算 . 44 13.2.1 无脱硫计算时的燃烧计算 . 44 13.2.2 无脱硫工况时的烟气体积计算 . 44 13.2.3 脱硫计算 . 45 13.2.4 脱硫工况时受热面中燃烧产物的平均特性 . 48 13.2.5 脱硫工况时燃烧产物焓温表 . 49 13.3 CFB 锅炉热力计算 . 51 13.3.1 锅炉设计参数 . 51 循环硫化床燃烧 . 52 13.3.2 锅炉热平衡及燃料燃烧方式和石灰石消耗量 . 52 13.3.3 炉膛膜式水冷壁传热系数 . 54 13.3.4 炉膛汽冷屏传热系数计算 . 56 13.4 结构计算 . 58 13.4.1 炉膛膜式水冷壁计算受热面积：
7、. 58 13.4.2 炉膛汽冷屏计算受热面积 . 60 13.4.3 炉膛汽冷旋风分离器计算受热面积 . 61 13.5 热力计算 . 62 13.5.1 炉膛热力计算 . 62 13.5.2 汽冷旋风分离器热力计算 . 66 13.6 旋风分离器烟气阻力计算 . 69 13.7 炉膛风室压力 Rhp 计算 . 77 13.7.2 炉膛配风装置阻力 Pp 计算 . 78 13.8 回料器设计计算 . 80 13.8.1 结构尺寸计算 . 80 13.8.2 回料器风室压力 SP 计算 . 81 13.8.3 回料器配风装置阻力 Pp 计算 . 82 V 14总结 . 82 致谢 . 83 主
8、要参考文献 . 84 外文文献及翻译 . 85 生毕业设计（论文）开题报告 . 115 主要参考文献 . 124 1 摘 要 循环流化床燃烧技术是上个世纪 80 年代在锅炉上得到成功应用的一种清洁煤燃烧技术。由于它具有高效，低污染且煤种适应性强等特点， 在很多国家 都 受到了重视 。 我国自上世纪 80 年代开始发展循环流化床锅炉，目前 该技术已相当成熟。 本文主要对 210T/H 循环流化床锅炉的设计 过程进行了阐述。设计 中先进行了无脱硫工况及脱硫工况的燃料消耗量及烟气量计算，随后进行了 脱硫计算、 热力计算、结构计算和烟气阻力计算等， 在热力计算中，利用相似原理，采用逐次逼近的方法，进行
9、迭代计算， 确定了炉膛，汽冷旋风分离器和回料器的 尺寸 。 本锅炉燃用的是烟煤，挥发分较高，故炉膛内采用前后墙对冲燃烧，旋流燃烧器 。 炉膛底部采用水冷布风板， 以支持静态床料和保证气流的分布均匀。 本次设计的锅炉效率为 90.64%，炉膛截面积 52.878m2。从计算结果知，该锅炉的设计合理，效率较高，可供工程实际参考。本论文附锅炉本体图，旋风分离器图，工质流程图各一张。 关键词 :循环流化床锅炉；脱硫；热力计算 2 Abstract The circulating fluidized bed (CFB) burning technology is a kind of clean coal
10、 burning technology which started from 1980s.For its high efficient, the low pollution and strong suitability for many coals， many countries have paid attention to the development of CFBB. Our country started the study of CFBB since 1980s .Now, the technology is mature. This essay elaborates the des
11、ign process of 210T/H circulating fluidized bed boiler. In this design,I made a calculation of the without desulfurization condition, the status of desulfurization of fuel consumption and combustion flue gas.Then, I carried out the desulfurization calculation, thermodynamic calculation, strength cal
12、culation, the smoke and wind resistance calculation. In the thermodynamic calculation, It should be emphasized that similarity criterion and successive approximation method with iterative computing are used in determine the size of furnace, steam cold cyclone, recycling collector.As the boiler combu
13、sts bituminous coal,I choose swirl burners laying front and rear walls in the furnace. In the bottom of the Furnace is the air distribution board which can support the solid fuel and ensure the uniform airflow. The efficiency of the boiler is 90.64% and the sectional area is 52.878m2. It can be seen
14、 from the calculating result that the entire design is rational and efficient, which indicates that the design can be provided as reference of actual engineering design. Drawings of the boiler ,cyclone and the flow process of refrigerant are attached in the end of the essay. Key words circulating fl
15、uidized bed; design of boiler; high temperature cyclone separator 3 1 概述 我国的一次能源的供应主要以煤炭为主， 由于燃煤发电的直接污染较大，特别是 SO2、NOX的排放。 SO2的排放是造成酸雨的主要原因 。 循环流行化床锅炉技术是一项高效低污染清洁燃烧枝术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。 1.1 循环流化床锅炉 的 概念 循环流化床锅炉是
16、从 鼓泡床锅炉的基础上发展起来的， 早期 循环流化床锅炉 的 流化速度比较高 ，因此称作快速循环 流化 床锅炉。 鼓泡床和 快速床的基本理论 可以用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一定的理论。要了解循环流化床锅炉的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床 到 湍流床 到 快速床各种状态下的动力特性 ， 燃烧特性以及传热特性。 1.1.1 流态化 当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度 的 逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出
17、类似流体状态的现象 ，这种现象称为流态化。 对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称为 “ 散式 ” 流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，这种流态化称为 “ 聚式 ” 流态化。循环流化床锅炉属于 “ 聚式 ” 流态化。 固体颗粒（床料）、流体（流化风）以及完成流态化过程的设备称为流化床。 1.1.2 临界流速 对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中，在固定床通过的气体流速很低时，随着风速4 的增加，床层压降成正比例增加，并且当风速达到一定值时，床层压降 达到最大值，该值略 大于床层静压，如
18、果继续增加风速，固定床会突然解锁，床层压降降至床层的静压。如果床层是由宽筛分颗粒组成的话，其特性为：在大颗粒尚未运动前，床内的小颗粒已经部分流化，床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不明显，而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从静止状态转变为流态化进所需的最低速度，称为临界流化速度。随着风速的进一步增大，床层压降几乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是 2 3 倍的临界流化速度。影响临界流化速度的因素：（ 1）料层厚度对临界流速影响不大。（ 2）料层的当量平均料径增大则临界流速增加 。（ 3）固体颗粒密度增加时临界流速增加。（ 3）流体的运动粘度增大时临界流速减小：如床温增高时，临界流速减小
19、。 1.2 循环流化床锅炉的优点 （ 1）燃料适应性广 这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的 1 3%，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个 “大蓄热池 ”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放 出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。 （ 2） 燃烧效率高 循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在 95 9
20、9%范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好 ;燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。 （ 3） 脱硫效率高 由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用 。 另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又 暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为 1.5 2.0 时，脱硫率可达 85 90%。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到 85 90% ，钙硫比要达到 3 4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需
21、采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。 5 (4)氮氧化物排放低 氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。 运行经验表明，循环流化床锅炉的 NOX排放范围为 50 150ppm 或 40 120mg/MJ。循环流化床锅炉 NOX排放低是由于以下两个原因：一是低 温燃烧，此时空气中的氮 元素 一般不会生成 NOX ;二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为 NOX ，并使部分已生成的 NOX得到还原。 (5)燃烧强度高，炉膛截面积小 炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.5 4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要
22、的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大 2 3 倍。 (6)负荷调节范围大，负荷调节快 当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。也不 像 煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃 ，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达 (3 4)： 1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟 4%。 (7)易于实现灰渣综合利用 循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣 的含碳 量低 (含炭量小于 1%)，属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料。同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取。 (8)床内不布置埋管受热面 循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结 焦处理时间短，可以长时间压火等。 (9)燃料预处理系统简单 循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于 13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。 (10)给煤点少 循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。
