1、华北水利水电学院毕业设计 华 北 水 利 水 电 学 院 毕 业 设 计 任 务 书 设计 题目： 410T/H 绝热 旋风分离器 CFB 锅炉设计（ 高硫煤 1） 专 业： 热能动力工程 班级学号： 200405216 姓 名 : 张 鑫 指导教师： 张 小 桃 设计期限： 2008 年 3 月 10 日开始 2008 年 6 月 13 日结束 院 、系： 电力学院 2008 年 2 月 25 日 华北水利水电学院毕业设计 一、毕业设计的目的 毕业设计是学完专业基础课和专业课后，检验学生所 学知识是否扎实，培养学生解决实际工程问题的能力的主要环节；是走上工作岗位前的必须训练；它 是集大学所学
2、知识与一体的综合性设计；是培养学生主动性和创新能力、 树立严谨的科学作风和正确的设计思想 、 努力贯彻国家有关方针政策观念的基本训练。通过毕业设计的综合训练，培养学生实地考察、查阅文献、收集资料的能力；提高学生运用资料综合分析的能力；提高制定合理的设计方案的能力；培养学生深入细致进行设计运算校核的能力，合理运用工具书的能力；提高学生计算机制图的能力。总之，毕业设计后学生应具有独立工作与协同工作的能力，掌握工程设计的 基本过程和科学研究的初步方法，真正达到合格本科毕业生的要求。 我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，煤炭消费占一次能源的比例高达 75。在今后相当长时期内，一次能源的消费仍将以煤炭为
3、主。煤炭燃烧产生的灰渣、 SO2、 NOx 等污染物对环境造成的污染成为一个重要问题。 循环流化床锅炉与采用其他燃煤方式的锅炉相比具有锅炉效率高、脱硫效果 好 、 NOx排放量底和燃料适应性广等优点，是国内外近阶段重点研究和开发的有发展前途的燃煤锅炉 。 通过本次设计，能够进一步理解循环流化床锅炉的工作原理、掌握锅炉的基本设计计算方法和过程。 二、主要设计内容 1. 计算部分 ： 燃烧脱硫计算；锅炉传热计算；锅炉结构计算；锅炉热力计算 2. 设计部分 锅炉本体整体设计（炉膛、旋风分离器、尾部受热面）；风机选择 3. 图纸部分 （ 全部采用 CAD 制图），包括： 锅炉本体结构图；工质流程系统图
4、；旋风分离器结构图 三、重点研究问题 燃烧脱硫计算过程；锅炉传热计算过程；锅炉结构计算过程；锅炉热力计算过程 四、主要技术指标或主要设计参数 华北水利水电学院毕业设计 1 设计煤种（ 劣质煤 1） 序号 名 称 符号 来源 数值 单位 1 收到基水分 arM 测量 值 2.4 2 收到基碳含量 arC 测量值 63.8 3 收到基氢含量 arH 测量值 3.22 4 收到基氧含量 arO 测量值 2.76 5 收到基氮含量 arN 测量值 0.88 6 收到基硫含量 arS 测量值 3.38 7 收到基灰分 arM 测量值 23.56 8 收到基硫酸盐二氧化碳含量 arCO2 测量值 0 9
5、收到基挥发分 arV 测量值 12.88 10 收到基底位发热量 arnetQ, 测量值 24898 KJ/Kg 11 收到基 CaO 含量 arOC 测量值 0 2石灰石 序号 名称 符号 数 值 单位 1 石灰石 CaCO3 含量 3COC 97.32 2 石灰石 MgCO3 含量 3MgCO 0 3 石灰石水分 dM 0.8 4 石灰石灰分 dA 1.88 华北水利水电学院毕业设计 3 锅炉设计参数 序号 名称 符号 数值 单位 1 最大连续蒸发量 MCRD 410000 kg/h 2 过热蒸汽压力 gqp 9.81 MPa 3 过热蒸汽温度 “gqt 540 4 喷水量 D 15000
6、 kg/h 5 工质流量 dD 395000 kg/h 6 给水温度 gst 233 7 热空气温度 rkt 180 8 排烟温度 py 140 9 冷空气温度 lkt 20 10 锅筒蒸汽压力 gp 10.89 MPa 11 给水压力 gsp 11.43 MPa 12 锅炉排污水流量 wD 4100 kg/h 13 燃烧方式 循环流化床 五、设计成果要求 1提交的成果： 1) 开 题报告 1 份 2) 说明书和计算书 1 套 3) 图纸 1 套 4) 与设计相关外文资料与译文，附在说明书后 5) 所查阅的文献 2 要求： 1) 论文或说明书的电子版和打印文档各一份，要求语句通顺，无错别字，排
7、版规范。 a) 毕业设计说明书字数不少于 4 万字，内容包括：前言、目录、中英文摘要（ 500 字以上）、正文、设计计算书、结论、文献阅读、参考文献等。 华北水利水电学院毕业设计 b) 设计计算书应包括：热力计算过程，结果汇总。 c) 结论：对所做的设计计算过程及结果进行分析，并对循环流化床的应用前景进行综述。 2) 文献阅读：针对本设计查阅的英文资料至少 1 篇（附上复印原件）译成中文。 3) 绘图要求 计算机绘图，要提交一份所使用工具本身要求的格式的文件一份、保存成 jpeg或 gif格式的文件一份，打印图一套。 4) 提交的电子文档命名要求：每人的电子文档要求存在以个人的“名字学号”命名
8、的文件夹内，文件夹内应包含 word 文档、“相关设计图”文件夹和转换成 jpeg 或 Gif 格式后的文件夹和相关说明。 Word 文档的命名采用论文或设计的题目。“相关设计图”文件夹内每张图的命名要反映图的具体内容，用具体的系统名称或设备名称命名。转换格式后的文件夹命名为“转换后图形”。相关说明可用记事本填写，内容应包含所提交的设计结果内容 说明。 5) 提交电子文档 Email:aijun_ 六、 设计进度 1) 寒假放假前一周，开学提前一周，收集资料、阅读并综述文献、开题报告； 2) 1 7 周，热力计算； 3) 8 10 周，绘图； 4) 11 12 周，编写设计说明书（或论文）；
9、5) 13 周，打印说明书及图纸，制作幻灯片； 6) 14 周，答辩。 七 、主要参考书目 ： 1 朱国桢，徐洋编著循环流化床锅炉设计与计算清华大学出版社， 2004 2 林宗虎，魏敦崧等编著循环流化床锅炉化学工业出版社， 2004 3 赵翔，任有中合编锅炉课程设计水利电力出版社 4 樊泉桂，阎维平编锅炉原 理，中国电力出版社， 2003 5 屈卫东，杨建华等编循环流化床锅炉设备及运行，河南科学技术出版社， 2001 6 吕俊复，张建胜等编循环流化床锅炉运行与检修，中国水利水电出版社， 2003 7 党黎军编循环流化床锅炉的启动调试与安全运行，中国电力出版社， 2001 8 锅炉机组热力计算标
10、准 机械工业出版社 华北水利水电学院毕业设计 华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告 2008 年 3 月 10 日 学生姓名 张 鑫 学号 200405216 专业 热能与动力工程 题 目名称 410T/H 绝热旋风分离器 CFB 锅炉设计（ 高硫煤 1） 课题来源 模 拟 主 要 内 容 我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，煤炭消费占一次能源的比例高达 75。在今后相当长时期内，一次能源的消费仍将以煤炭为主。煤炭燃烧产生的灰渣、 SO2、 NOx 等污染物对环境造成的污染成为一个重要问题。 因此，如何高效洁净的利用煤炭资源已成为我国几十年乃至上百年能源利用过程中的关键问题。面对传统
11、煤粉炉燃烧技术存在的燃烧效率低，污染严重，煤种适应性差的问题，人们一直在寻找一种高效清洁的燃烧技术。于是循环流 化床 （ CFB） 技术就应运而生了。 循环流化床（ CFB）技术 是 20 世纪 70 年代发展起来的 清洁煤 燃烧技术，是解决燃烧煤而产生的污染问题的主要方法之一。循环流化床锅炉（ CFBB）技术在较短的时间内能够得到迅速发展和广泛应用，是因为它具有常规锅炉所不具备的优点： 1燃料适应性广。 循环流化床锅炉几乎可以燃烧各种煤，甚至煤矸石，焦炭，油页岩等，并能达到很高的燃烧效率。它的这一优点对充分利用劣质燃料具有重大意义。 2. 循环流化床属于低温燃烧，因此二氧化硫的排放远低于煤粉
12、炉，并可实现在燃烧中的直接脱硫，脱硫效率高且技术 设备经济简单。 3.负荷调节能力好。 4.燃烧强度大，可以减小炉膛体积。 5.炉内传热能力强。循环流化床 炉内传热主要是上升的烟气和流动的物料与受热面的对流传热和辐射传热，炉内气固两相混合物对水冷壁的传热系数比煤粉炉内的辐射传热系数大的多，可节省受热面的金属消耗。 6.灰渣综合利用性好。 本次毕业设计的题目是对 410T/H 绝热旋风分离器 CFB 锅炉进行整体设计。主要就循环流化床锅炉对燃料和脱硫剂的使用、无脱硫工况与脱硫工况华北水利水电学院毕业设计 下排放物的成分及体积的计算，并在此基础分析脱硫对循环流化床锅炉热效率的影响。然后对炉膛及尾
13、部受热面进行合理的结构布置，并对旋风分离器的结构及其相应的烟气、空气流动阻力等内容进行设计计算。本次设计的主要内容具体有： 1燃烧脱硫计算：本部分将通过分析不同煤种对脱硫剂的使用要求，使各种排放物达到排放标准，在循环硫化床锅炉稳定运行的某段时间内对灰平衡及脱硫工况时的物质平衡和热平衡进行分析，得出脱硫对循环流化床锅炉热效率的影响；并且通过对燃烧产物热平衡的分析计算，确定出各部分灰的份额，并由此推算出循环灰焓和烟气中飞灰的浓度，得出灰循环倍率与飞灰份额和分离器效率的关系。 2锅炉传热计算：循环流化床锅炉的 灰循环倍率不仅影响燃烧，而且影响传热。炉膛及尾部受热面的传热系数是其热力计算的关键数据，因
14、此本部分将对炉膛膜式水冷壁和气冷屏的传热系数进行计算，并确定出对流过热器、省煤器、空气预热器的传热面积及其传热系数。 3锅炉结构计算：循环流化床锅炉由燃烧系统和受热面组成，燃烧系统的设计主要有炉膛、尾部受热面、分离器和回料器等部分的设计与布置。尾部受热面的设计包括过热器、省煤器以及空气预热器的布置方式及结构尺寸的设计计算。 4锅炉热力计算：锅炉计算中的热力计算部分是必不可少的步骤，首先需要进行锅炉机组的热平衡及燃料 和脱硫剂消耗量的计算，在此基础上进行炉膛及尾部受热面的热力计算。 在完成上述部分的计算 并 核对无误后完成图纸的绘制：包括锅炉本题结构图、工质流程系统图以及旋风分离器结构图的 CA
15、D 制图。 采取的主要技术路线或方法 通过一周的搜集整理资料，在对循环流化床锅炉的设计与计算有了整体认识后，初步拟定设计及计算步骤如下： 1燃烧脱硫的计算 1）首先进行煤质分析：根据任务书所给设计煤种的各项数据进行煤质的分析校核，判别出煤种，并将收到基地位发热量的计算值与测量值进行比较，看数据分析是否合理； 华北水利水电学院毕业设计 2）对无硫工况时的燃烧过 程进行分析，计算出理论空气量，三原子气体体积及理论氮气、水蒸气体积，并在此基础上得出该工况下的烟气总体积，并制作出燃烧产物的平均特性表与焓温表，便于将来受热面的设计计算： 3）进行脱硫工况物质平衡与热平衡分析，确定出脱硫效率与钙硫比的大小
16、，并根据燃烧和脱硫的化学反应式计算出脱硫过程中的可支配热量、所需的理论空气量以及产生的烟气体积，与无脱硫工况下的计算值进行比较，然后利用灰平衡及灰循环倍率的计算进一步分析出循环倍率与飞灰份额、分离器效率的关系。 2结构及其传热系数的设计 1）炉膛内受热面积的计算：根据 水冷 壁 、 、气冷屏 二者工作条件的不同，适当选取管材及管子规格，初步布置出所需受热面的大小，并计算出 它们 的传热系数。热力计算完成后，再进行校核。 2）尾部受热面的结构布置：根据工质进出口温度查焓温表，得出焓值变化，利用工质侧或烟气侧热平衡计算方法预先计算若平衡传热量，并根据传热量及尾部烟道的大小合理地布置受热面的，选择恰
17、当的管束布置方式。 3）绝热旋风分离器的结构设计：根据烟气速度的推荐值确定分离器各进出口烟道、筒体、导涡管及竖管的尺寸大小、 4）回料器的设计： U 型回料器的组件主要有：密封腿、回料器本体和返料腿。其 计算内容有：回料器各部件的结构尺寸以及回料器风室压力、配风装置阻力的计算。 5） 炉膛风室压力的计算：首先可根据床料高度及其堆积密度确定炉膛配风装置上的压力，然后由一、二次风比布置风帽的结构尺寸及数量，求出炉膛配风装置上的阻力，二者之和即为所求炉膛风室压力。 3热力计算 1）燃料和脱硫剂消耗量的计算：首先确定锅炉机组的各项热损失，在热平衡的基础上计算锅炉的热效率、额定符合下所需要的燃料和脱硫剂
18、的消耗量。 2）炉膛热力计算：根据炉膛燃烧产物热平衡方程式和传热方程式确定锅炉受热面内工质的吸热量以及单位燃料向工质 和循环灰传递的热量。 3）受热面的热力计算：包括对流过热器、省煤器以及空气预热器三部分，华北水利水电学院毕业设计 在设计过程中需查阅相关资料（如蒸汽特性表， 锅炉课程设计 等），选择适当的参数通过计算确定出各受热面总的传热系数 K 以及对流辐射的吸热量，确定计算误差范围在 2%以内，如不能满足，重新 布置 受热面进行计算。 4校核 看锅炉本体的结构设计是否合理，风机的选用是否恰当，并进行热力计算数据的修正以及排烟温度、热空气温度、热平衡计算误差的校核，校核后汇总热力计算结果。
19、5绘制图纸 （ 全部采用 CAD 制图） 包括锅炉本题结构图、工质流程系统 图以及旋风分离器结构图。 预期的成果及形式 提交的成果： 1） 开题报告一份 2） 说明书和计算书 1 套 3） 图纸一套 4） 与设计相关外文资料与译文，附在说明书后 5） 所查阅的文献 时间安排 1） 寒假放假前一周，开学提前一周，收集资料、阅读并综述文献、开题报告； 2） 1 7 周，热力计算； 3） 8 10 周，绘图； 4） 11 12 周，编写设计说明书（或论文）； 5） 13 周，打印说明书及图纸，制作幻灯片； 6） 14 周，答辩。 指导教师意见 签 名： 年 月 日 备注 华北水利水电学院毕业设计 前
20、 言 我国是世界上最大的煤生产与消耗国，煤在我国一次能源结 构中占据着绝对主要的地位。并且，由于自然条件的限制和历史发展的原因，这种状况在相当长的时期内不会有实质性的改变。煤炭与其他一次能源，如石油、天然气相比，是一种比较“脏”的燃料，它在燃烧过程中将产生大量的灰渣、粉尘、废水、 2SO 、 NOx等废弃物，如果这些废弃物未能妥善处理，将会严重干扰生态环境，甚至造成永久性破坏。煤炭燃烧等带来的环境污染问题有酸雨污染、粉尘污染和温室效应气体引起的全球气温变暖问题。而且，在我国很大部分燃煤锅炉都存在着热效率偏低的问题，并且由于成本考虑， 很多锅炉没有配备相应的脱硫脱硝装置，这给环境带来了相当的负担
21、。随着经济的快速发展，由于能源的过度开发和消费累计的效应，产生了制约经济发展和影响人类生存的环境污染问题。 因此，如何高效清洁的利用煤炭已成为我国近 50年乃至上百年能源利用过程中的关键问题。 循环流化床锅炉与采用其它燃煤方式的锅炉相比具有锅炉效率高、脱硫效率好、氮氧化和物排放量低、燃料适用性广、 负荷调节比大和负荷调节快 等优点，因此， 自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环流化床电站锅炉已被发电行业所接受。 如果将 循环流化床锅炉设计成增压高蒸汽参数锅炉并采用蒸汽 燃气联合发电循环，则不仅可使环保要求达到标准植、电站体积大为缩小，而且可显著提高发电效率。 本 文 介绍了循环流化床锅炉对燃料和脱 硫 剂的使用要求、灰循环倍率和循环灰焓在燃烧产物热平衡中的作用、脱硫工况时的物质平衡、脱硫对循环流化床锅炉热效率的影响、炉膛传热系数的计算，以及有关循环流化床锅炉炉膛、 绝热 旋风分离器等设计、布置及热力计算和相应的烟气、空气流动阻力计算方法 、尾部受热面的设计计算和布置 等。 最后，还对循环流化床锅炉的发展趋势和应用前景作了探讨和展望。
