1、精品论文 西昌地区 75t/h 循环流化床蒸汽锅炉设计 摘 要 循环流化床（ CFB）燃烧技术是上个世纪 70 年代在国际上发展起来，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这三大特点，自从 70 年代末第一台 20t/h 循环流化床锅炉问世以来，循环流化床燃烧技术得到了许多国家的重视，并与此同时得到了迅速的发展 。 我国自上世纪八十年代 起开始发展循环流化床锅炉技术，并同时 采取引进和自我开发两条路线， 目前已经 完全掌握了中小型循环流化床锅炉设计制造技术 。 本次设计根据 给定的毕业设计任务书 ， 参考相关资料，结合工程实际情况，在分析
2、锅炉的基本构造、工作过程及基本特性的基础上， 对西昌地区 75t/h 循环流化床蒸汽 锅炉进行设计。锅炉主体采用最典型的 M 型布置方式， 在 炉膛出口 与尾部烟道之间 布置 高温绝热旋风分离器 。尾部竖井烟道依次 布置两级过热器，交错布置两级省煤器和两级空气预热器。另外本设计进行了炉膛设计计算、锅炉各对流受热面的设计计算、气包与集箱的强度校核计算、烟风阻力计算。在热力计算中，利用相似原理，采用逐次逼近法，进行迭代计算，确 定炉体及相关部件的尺寸。 本次设计的 锅炉效率为 86.83%，炉膛截面积为 31.27m2，炉膛容积为781.85m3。从计算结果知，该锅炉设计合理，效率较高，可供工程实
3、际设计参考，若能工程实施，将能带来较好的社会效益与经济效益。本毕业设计论文包括设计说明书一份、锅炉系统总图一张、锅炉水管系统图一张、锅筒图一张。 关键 词 循环流化床；锅炉设计；高温绝热旋风分离器 精品论文 Design of 75t/h circulating fluidized bed steam boiler for Xichang Abstract The circulation fluid bed (CFB) burning technology is a kind of clean coal burning technology which starts from 70s,and
4、achieve the application on the boiler successfully at 80s in the last century. Because its highly effective, the low pollution and strong compatible for many coal plants. It is at the end of the 70s when the first 20t/hcirculation fluid bed boiler has been published,the circulation fluid bed burning
5、 technology obtained many nationals values, and obtained the rapid development at the same time. Our country opens the beginning of developping the circulation fluid bed boiler technology from on century 80s, and simultaneously adopts the introduction and the self-development two political lines, we
6、 are already completely had grasped the design and manufacture technology for middle and small scale circulation fluid bed boiler at present. According to the graduation design mission book that the tutor gave definitely, this design combines the operation experience of the project practice and cons
7、ult the relevant design data, a 75t/hCFB steam boiler for Xichang is designed on the basis of consulting concerning references and analyzing basic structure ,working process and general features of the boiler. Typical M type boiler. The high temperature cyclone separator is distributed between the o
8、uter gate of the furnace and vertical flue; primary, secondary superheater higher and lower level economizers cross-connectedly is distributed in the vertical flue. In addition, designing calculation of furnace, convective heating surface, intensity of drum and smoke-wind resistance are accomplished
9、. It should be emphasized that similarity criterion and successive approximation method with iterative 精品论文 computing are used in heating calculation. The efficiency、 sectional area and volume of the designed boiler are 86.83%, 31.27 m2, 781.85 m3 respectively. It can be seen from the calculating re
10、sult that the total design can gain both the economical benefit and the social benefit, which indicates the design can be provided as reference of actual engineering design. This graduation design paper included a design instruction， a systemic drawing of boiler, a drawing of tube and a drawing of d
11、rum. Key words circulating fluidized bed; design of boiler; high temperature cyclone separator 精品论文 目 录 摘要 . I Abstract .II 第 1 章 绪 论 . 6 1.1 循环流化床锅炉的发展历程与应用 . 6 1.2 我国循环流化床锅炉的发展 . 7 1.3 循环流化床锅炉的前景展望 . 8 1.3.1 循环流化床高参数化 -超临界化 . 8 1.3.2 循环流化床调峰机组 . 9 1.3.3 循环流化床热水锅炉 . 9 第 2 章 锅炉的总体结构布置 . 10 2.1 锅炉结构初
12、步选定及其概述 . 10 2.2 方案论证 . 11 2.2.1 锅炉的总体布置 . 11 2.2.2 气固分离器的选取 . 12 2.2.3 炉膛结构的初步设计 . 12 2.2.4 水冷壁及其炉墙形式的选取 . 12 2.2.5 过热器与减温器的选取 . 12 2.2.6 省煤器的选取 . 13 2.2.7 空气预热器的选取 . 13 2.2.8 西昌地区的煤种情况 . 13 2.3 本章小结 . 14 第 3 章 热力计算 . 15 3.1 锅炉规范、辅助计算及热平衡计算 . 15 3.1.1 基本参数 . 15 3.1.2 煤种及燃料特性 . 15 3.1.3 辅助计算 . 15 3.
13、2 各受热面的设计及其热力计算 . 24 3.2.1 密相区埋管的设计及其传热计算 . 24 3.2.2 稀相区水冷壁的设计及其传热计算 . 27 3.2.3 过热器的结构设计及其传热计算 . 30 3.2.4 锅炉吸热量的受热面分配 . 37 3.2.5 省煤器和空气预热器的结构设计及其传热计算 . 38 3.3 热力计算结果汇总 . 48 3.4 本章小结 . 49 精品论文 第 4 章 循环流化床锅炉主要部件的设计及计算 . 50 4.1 高温绝热旋风分离器的设计计算 . 50 4.1.1 分离器基本参数与尺寸的确定 . 50 4.1.2 分离器的离心沉降速度的校验 . 51 4.1.3
14、 分离器的理论切割直径 . 51 4.1.4 分离器中的烟气阻力计算 . 51 4.2 U 型返料器的设计与计算 . 51 4.2.1 返料器尺寸的确定 . 52 4.2.2 U 型返料器送风量的计算 . 52 4.3 布风板的设计 . 53 4.3.1 花板的设计 . 53 4.3.2 风帽 . 54 4.3.3 耐火保护层 . 55 4.4 炉膛开口 . 55 4.4.1 给料口 . 55 4.4.2 床层底部的排渣口 . 55 4.4.3 循环物料进口 . 55 4.4.4 二次风入口的设计 . 55 4.5 本章小结 . 55 第 5 章 强度计算 . 57 5.1 锅筒强度校核计算
15、. 57 5.1.1 锅筒筒体强度校核计算 . 60 5.1.2 孔的加强计算 . 60 5.2 下降管联箱的强度设计计算 . 65 5.3 本章小结 . 68 第 6 章 烟风阻力计算 . 69 6.1 烟气侧流阻计算 . 69 6.2 空气预热器空气侧流阻计算 . 75 6.3 布风装置的空气侧阻力计算 . 76 6.4 引、送风机的选取 . 76 6.5 本章小结 . 77 结 论 . 78 致 谢 . 79 参考文献 . 80 附录 A 英文资料（ 原文 ） . 82 附录 英文资料（译文） . 101 精品论文 第 1章 绪 论 1.1 循环流化床锅炉的 发展 历程与应用 循环流化床
16、 锅炉 燃烧技术 的发展始于 上个世纪 70 年代 ，是 一种 新型的 清洁煤燃烧技术。由于 它 具有高效 ，低污染且煤种适应性强这三大特点，自从 70 年代末第一台 20t/h 循环流化床锅炉问世以来，循环流化床燃烧技术得到了许多国家的重视，并与此同时得到了迅速的发展 。 八十年代，德国鲁奇公司首先取得了循环流化床装置的专利，并研究开发出当时世界上最大的 270t/h 循环流化床锅炉，由此引发出了全世界循环流化床的开发热潮。至今已经形成几个技术流派：以鲁奇公司为代表(包括 Stain 公司和 ABB 公司 )的绝热旋风筒带有外置换热床的循环流化床锅炉技术；以德国 B石化系统从同一公司购买的茂
17、名2 台 220t/h 燃用油页岩的循环流化床锅炉 ;近年从美国 Foster Wheeler 公司购买的镇海石化 220t/h,金山石化的 280t/h 燃用石油焦循环流化床锅炉。国内三家大型锅炉厂先 后引进了美国 Foster Wheeler 公司50100MWe 汽冷旋风筒循环流化床锅炉技术，德国 EVT 150MWe 以下容量再热循环流化床锅炉技术和前美国 ABB-CE 的再热循环流化床锅炉技术。目前国家发改委组织引进了法国阿尔斯通 300MWe 循环流化床锅炉技术，希望一次性解决电力系统对大型发电循环流化床锅炉的需要。根据不完全统计，我国已在引进循环流化床锅炉方面花费了近两亿美元。然
18、而，国外从来也没有把循环流化床的设计核心技术教给中国。甚至热力计算程序都不是源代码。 国内的循环流化床技术发展，应是消化引进国外 循环流化床技术和研制开发自主知识产权的大型循环流化床锅炉制造技术并重，一方面消化完善引进国外循环流化床技术，使之完全适应我国的国情，另一方面在消化的基础上找到突破口，结合自己开发工作的成果和经验予以创新，形成自己的专利技术，打破国外循环流化床技术一统我国大型循环流化床市场的精品论文 局面，建立拥有良好竞争机制大型循环流化床市场。我国循环流化床锅炉技术的发展史提供的教训实在太多了。 1.3 循环流化床锅炉的前景展望 1.3.1 循环流化床高参数化 -超临界化 循环流化
19、床锅炉大型化发展的一个重要的目标是开发超临界参数循环流化床锅炉。由 于超临界技术及大型循环流化床均是已经掌握的技术，将二者结合形成的超临界循环流化床锅炉将在环保及效率上实现双突破。特别是国际上及清华大学近期的研究证明，循环流化床锅炉及超临界均是成熟技术，二者的结合相对技术风险不大，然而，结合后产生的技术综合了循环流化床锅炉低成本污染控制及高供电效率两个优势。因此，其商业前途十分光明，具有巨大的商业潜力，是清洁煤燃烧技术中一个异军突起的新方案。因而极可能形成一个在 IGCC、 PFBC、 PC FGD 之外的清洁煤技术新起点。超临界循环流化床锅炉技术实现难度低于超临界煤粉炉，由于燃烧 室内热负荷
20、低，有可能以相对简单的本生炉垂直管方案构成燃烧室受热面；而且，低质量流率带来的低阻力降可能使其在低负荷亚临界区具有自然循环性质，运行十分安全。 我国是一个燃煤大国，在电力部门需要装备相对一批大型燃煤发电设备。常压循环流化床燃烧技术是已经为国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术，但在达到较高的供电效率方面并未具有明显的优越性。超临界CFB 作为下一代 CFB 技术，由于可以得到较高的供电效率（比目前我国发电厂平均效率 28高出 12 个百分点），脱硫成本比 FGD 低 50以上，而投资最多与 SPC+FGD 持平，是 一种适于在中国大量推广的燃煤发电技术。 因此一些著名的循环流化床锅炉公司均非常
21、关注这一方向。法国阿尔斯通和美国福斯特惠勒均投入大量人力物力开发大容量超临界参数循环流化床锅炉。特别是 2003 年三月 Foster Wheeler 公司签订了世界上第一台，也是最大容量的 460MWe 超临界循环流化床锅炉合同。它将安装在波兰南部 Lagisza 电厂。 我国近年来流化床技术发展迅速。总运行台数已经超过了世界其他地区的所有循环流化床锅炉的总和。单台容量从 75t/h（ 3.82MPa）发展到440t/h（ 13.7MPa）。国 家发改委支持引进了 300MWe 亚临界循环流化床锅炉（ 17MPa）。因此我国应尽快开展超临界循环流化床锅炉的研究。趁国外超临界循环流化床锅炉相关
22、专利及产品出现之前，形成我国的超临界循环流化床锅炉自主知识产权和相关专利，这样，可以摆脱过去的反复引进的被动局面，使我国循环流化床燃烧技术实现跨越式发展。 精品论文 1.3.2 循环流化床调峰机组 循环流化床锅炉已证明具有远高于煤粉炉的负荷调节特性。它可以在30 MCR 下稳定不投油运行。冷却型分离器循环流化床锅炉具有频繁调负荷的能 力。因此，我国电网峰谷差逐年加大，调峰循环流化床锅炉是一个良 好的解决方案。今后应加强调峰循环流化床锅炉的开发工作。 1.3.3 循环流化床热水锅炉 中国城镇社区的快速发展，对大容量供暖锅炉需求加大。这些燃煤锅炉的污染排放极难解决。燃用天然气从经济到资源方面均不宜
23、大面积推广。循环流化床热水锅炉是一个良好选择。我国新开发的116MWth 循环流化床热水锅炉经石家庄市两年运行经验证明了该炉在节能，环保，可靠性方面的突出优势。可以作为今后的重点发展推广方向。 精品论文 第 2章 锅炉 的 总体结构 布置 2.1 锅炉结构 初步选定及其 概述 循环流化床锅炉整体结构采用“ M”型 布置， 即分离器布置于炉膛与尾部竖井烟道之间。 在炉膛底部的密相区布置有多排竖直埋管，在密相区以上至炉膛顶部的四周竖直墙上布置有膜式水冷壁。从炉膛出口出来的含尘烟气经过布置在炉膛与尾部烟道之间的两级高温绝热旋风分离器后。其中的固体颗粒被分离，烟气进入竖直烟道进而冲刷布置其中的对流受热
24、面，在竖直烟道至上而下依次布置有高温对流过热器、低温对流过热器、上级省煤器、上级空气预热器、下级省煤器、下级空气预热器。 在炉膛底部布风板以上约 2m 处的前后墙上分别开有给料口和循环灰料的入口。循环流化床锅炉的炉膛横截面呈正方形状 ， 为了均匀的配给二次风。在密相区与稀相区的交界处 ，亦即炉膛底部倾斜墙的上方，开有两排，共十六个二次风口，均匀分布于四周的炉墙上。这同时有利于二次风在炉膛内有足够的穿透深度。 布置于烟道上的卧式 流过热器 采用 分两级布置，在两级 过热器 之间 设有锅炉自制冷凝水喷水减温 器 ，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器。省煤器和空气预热器采用两级 交错 配合布置，以节省受热面，减少钢材消耗量。 锅炉 汽泡的正方布置 四根集中下降管，分别供水给 12 组水冷壁系统。汽包内部装设 汽水 旋风分离器 、 二次分离用 百叶窗 分离器。 由于循环流化床锅炉的炉膛高度要大于普通 的煤粉炉锅炉，因此采用轻而薄的管上炉墙，炉墙通过吊装结构挂在膜式水冷壁上。这样的结构既节省了钢材，又节省了 炉墙 上的耐火材料，同时又减轻了锅炉与构架的重量 采用管上炉墙 。另外，这样的结构还具有良好的密封性能，漏风系数小，不容易结渣等优点。因此采用管外炉墙与膜式水冷壁 1。 锅炉总体布置见图 2-1。
