循环流化床锅炉设计《毕业设计》

河北工程大学科信学院毕业设计PAGE\*MERGEFORMAT32目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc389292891"1绪论PAGEREF_Toc389292891\h3HYPERLINK\l"_Toc389292892"1.1循环流化床锅炉的概念PAGEREF_Toc389292892\h3HYPERLINK\l"_Toc389292893"1.2循环流化床锅炉的优点PAGEREF_Toc389292893\h3HYPERLINK\l"_Toc389292894"2燃料与脱硫剂PAGEREF_Toc389292894\h6HYPERLINK\l"_Toc389292895"2.1燃料PAGEREF_Toc389292895\h6HYPERLINK\l"_Toc389292896"2.2脱硫剂PAGEREF_Toc389292896\h6HYPERLINK\l"_Toc389292897"3无脱硫工况计算PAGEREF_Toc389292897\h7HYPERLINK\l"_Toc389292898"3.1无脱硫工况下燃烧计算PAGEREF_Toc389292898\h7HYPERLINK\l"_Toc389292899"3.2无脱硫工况下烟气体积计算PAGEREF_Toc389292899\h7HYPERLINK\l"_Toc389292900"4灰平衡与灰循环倍率PAGEREF_Toc389292900\h8HYPERLINK\l"_Toc389292901"4.1循环灰量PAGEREF_Toc389292901\h8HYPERLINK\l"_Toc389292902"4.2灰平衡计算PAGEREF_Toc389292902\h8HYPERLINK\l"_Toc389292903"4.2.1灰循环倍率PAGEREF_Toc389292903\h8HYPERLINK\l"_Toc389292904"4.2.2an与af和ηf的关系PAGEREF_Toc389292904\h9HYPERLINK\l"_Toc389292905"5脱硫工况计算PAGEREF_Toc389292905\h10HYPERLINK\l"_Toc389292906"5.1脱硫原理PAGEREF_Toc389292906\h10HYPERLINK\l"_Toc389292907"5.2NOX的排放PAGEREF_Toc389292907\h10HYPERLINK\l"_Toc389292908"5.3脱硫计算PAGEREF_Toc389292908\h11HYPERLINK\l"_Toc389292915"6燃烧产物热平衡计算PAGEREF_Toc389292915\h14HYPERLINK\l"_Toc389292916"6.1炉膛燃烧产物热平衡方程式PAGEREF_Toc389292916\h14HYPERLINK\l"_Toc389292918"6.2燃烧产物热平衡计算PAGEREF_Toc389292918\h14HYPERLINK\l"_Toc389292927"7传热系数计算PAGEREF_Toc389292927\h17HYPERLINK\l"_Toc389292928"7.1炉膛传热系数PAGEREF_Toc389292928\h17HYPERLINK\l"_Toc389292929"7.2汽冷屏传热系数PAGEREF_Toc389292929\h17HYPERLINK\l"_Toc389292930"7.3传热系数的计算PAGEREF_Toc389292930\h17HYPERLINK\l"_Toc389292938"8炉膛结构设计与热力计算PAGEREF_Toc389292938\h20HYPERLINK\l"_Toc389292939"8.1炉膛结构PAGEREF_Toc389292939\h20HYPERLINK\l"_Toc389292940"8.1.1炉膛结构设计PAGEREF_Toc389292940\h20HYPERLINK\l"_Toc389292941"8.1.2炉膛受热面积计算PAGEREF_Toc389292941\h20HYPERLINK\l"_Toc389292943"8.2炉膛热力计算PAGEREF_Toc389292943\h21HYPERLINK\l"_Toc389292958"9汽冷旋风分离器结构设计与热力计算PAGEREF_Toc389292958\h24HYPERLINK\l"_Toc389292959"9.1汽冷旋风分离器结构设计PAGEREF_Toc389292959\h24HYPERLINK\l"_Toc389292960"9.2汽冷旋风分离器热力计算PAGEREF_Toc389292960\h24HYPERLINK\l"_Toc389292975"10计算汇总PAGEREF_Toc389292975\h27HYPERLINK\l"_Toc389292976"10.1基本数据PAGEREF_Toc389292976\h27HYPERLINK\l"_Toc389292977"10.1.1设计煤种PAGEREF_Toc389292977\h27HYPERLINK\l"_Toc389292978"10.1.2石灰石PAGEREF_Toc389292978\h28HYPERLINK\l"_Toc389292979"10.2燃烧脱硫计算PAGEREF_Toc389292979\h28HYPERLINK\l"_Toc389292980"10.2.1无脱硫工况时的燃烧工况PAGEREF_Toc389292980\h28HYPERLINK\l"_Toc389292981"10.2.2无脱硫工况时的烟气体积计算PAGEREF_Toc389292981\h28HYPERLINK\l"_Toc389292982"10.2.3脱硫计算PAGEREF_Toc389292982\h29HYPERLINK\l"_Toc389292983"10.2.4脱硫工况时受热面中燃烧产物的平均特性PAGEREF_Toc389292983\h32HYPERLINK\l"_Toc389292985"10.2.5脱硫工况时燃烧产物焓温表PAGEREF_Toc389292985\h32HYPERLINK\l"_Toc389292986"10.3锅炉热力计算PAGEREF_Toc389292986\h34HYPERLINK\l"_Toc389292987"10.3.1锅炉设计参数PAGEREF_Toc389292987\h34HYPERLINK\l"_Toc389292989"10.3.2锅炉热平衡及燃料和石灰石消耗量PAGEREF_Toc389292989\h34HYPERLINK\l"_Toc389292990"10.3.3炉膛膜式水冷壁传热系数计算PAGEREF_Toc389292990\h36HYPERLINK\l"_Toc389292991"10.3.4炉膛汽冷屏传热系数计算PAGEREF_Toc389292991\h38HYPERLINK\l"_Toc389292992"10.4结构计算PAGEREF_Toc389292992\h41HYPERLINK\l"_Toc389292993"10.4.1炉膛膜式水冷壁计算受热面积PAGEREF_Toc389292993\h41HYPERLINK\l"_Toc389292994"10.4.2炉膛汽冷屏计算受热面积PAGEREF_Toc389292994\h43HYPERLINK\l"_Toc389292995"10.4.3汽冷旋风分离器计算受热面积PAGEREF_Toc389292995\h44HYPERLINK\l"_Toc389292996"10.5热力计算PAGEREF_Toc389292996\h46HYPERLINK\l"_Toc389292997"10.5.1炉膛热力计算PAGEREF_Toc389292997\h46HYPERLINK\l"_Toc389292998"10.5.2汽冷旋风分离器热力计算PAGEREF_Toc389292998\h49HYPERLINK\l"_Toc389292999"设计总结PAGEREF_Toc389292999\h52HYPERLINK\l"_Toc389293000"谢辞PAGEREF_Toc389293000\h53HYPERLINK\l"_Toc389293001"参考文献PAGEREF_Toc389293001\h541绪论循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的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。未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重要时期。1.1循环流化床锅炉的概念循环流化床锅炉和煤粉炉的最大区别是循环流化床锅炉有旋风分离器，流化床锅炉的燃料相比煤粉炉要大得多，在燃烧的时候会有很多燃不尽的燃料（大于切割粒径的灰粒），它们会经过旋风分离器的分离进入返料系统，回到炉膛进行二次燃烧，如此循环，直到燃尽，循环流化床的“循环”两字就指的就是此处。在燃烧过程中，燃料在风嘴送风的吹动下，一直处于流动状态，这就是循环流化床中“流化床”的来源。循环流化床锅炉是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。1.2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，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，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，这也是流化床一般着火没有困难，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95～99%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）高效脱硫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HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3847399.htm"\t"_blank"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，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。（4）氮氧化物(NOX)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，也不象煤粉锅炉那样，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含炭量低(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。2燃料与脱硫剂2.1燃料从燃烧技术上说，循环流化床锅炉可以燃烧几乎所有的燃料。相当多的燃料在试验台或投运机组上已经燃烧过，有着许多经验可以借鉴。除了主燃料外，循环流化床锅炉还需要启动燃料，如气体燃料、油或煤粉等。启动燃料主要用于加热床料，在完成锅炉启动运行后，还可做备用或辅助燃料，一旦主燃料临时短缺，仍可以使锅炉带一定负荷。本次设计的燃料是烟煤，Vdaf=34.68%，Aar=30.63%。在循环流化床锅炉中，灰分影响到燃料的着火与燃烧，但灰分使循环的传热增强、负荷调节范围扩大，这是它有利的一面。2.2脱硫剂在燃烧高硫煤的时候，循环流化床锅炉需要加入脱硫剂进行炉内脱硫，以便使SO2排放浓度达到标准。从经济角度来说，大都采用石灰石作脱硫剂。脱硫剂需要量与下列因素有关：脱硫剂成分（CaCO3含量）脱硫剂粒度脱硫剂反应特性脱硫剂爆裂特性脱硫剂在炉膛内的停留时间炉膛燃烧温度燃料含硫量所需的脱硫效率本次设计燃料Sar=2.52%，可以通过脱硫效率，钙硫摩尔比等数据计算得出CaCO3的消耗量。3无脱硫工况计算3.1无脱硫工况下燃烧计算理论空气量：(3-1)三原子气体体积：(3-2)理论氮气体积：(3-3)理论水蒸气体积：(3-4)3.2无脱硫工况下烟气体积计算过量空气量：(3-5)H2O体积：(3-6)烟气总体积：(3-7)4灰平衡与灰循环倍率4.1循环灰量循环灰量是设计，运行循环流化床锅炉的基本参数。它不仅影响燃烧，而且影响传热。根据在冷态试验台上观察的结果，循环流化床锅炉炉膛大致可以分为密相区、过渡区和稀相区三个区域。密相区位于二次风口附近，含过渡区。在该区域里，灰粒粒度较粗，大小不一，床料密度最大，气泡尺寸较大，速度不快，类似鼓泡流化床动力学特性。稀相区位于密相区上面。在该区域里，灰粒粒度较细，大小均匀，气泡尺寸不大，速度较快，床料密度随炉膛高度增加而迅速下降。循环灰量的热容量虽小，二灰量却大得惊人，因此灰焓必须计入，不得略去。这里所说的循环灰量是指外循环灰量，且只有分离器之前的受热面才涉及循环灰量，需加入循环灰量。循环灰量的计量，可以入炉煤量为基准，也可以入炉灰量为基准。4.2灰平衡计算4.2.1灰循环倍率循环流化床内的物料循环分内循环和外循环两种，物料内循环和外循环对床温的影响不同，但对燃烧效率和脱硫效率的影响相同。这里我们所计算的物料循环指内循环。物料循环倍率公式为：(4-1)令Cf=Cn，即循环流化床锅炉处于最佳燃烧工况，式(4-1)可以变为：(4-2)由式(4-2)可知，灰循环倍率仅与飞灰份额和分离器效率有关。换言之，灰循环倍率不是人为选取的，当af和ηf一定后，an也就确定了。4.2.2an与af和ηf的关系af称为飞灰份额，即除掉底灰的那部分灰份额，它在0~1之间变化。当af=0时，无论ηf为何值，全部燃料灰以底灰形式排出炉膛，即an=0无灰可以循环。当af=1时，全部燃料灰以飞灰形式飞入炉膛，an最大。这时，当ηf为50%时，an=1，对循环流化床锅炉，为最小循环倍率。可以认为定出一个“转择点”，若取af=0.7，ʄʼηf=500，则ηf≈96.26%。换言之，当ηf<96.26%时，af变化对an影响不大；当ηf≥96.26%时，af为常数，ηf变化对an影响很大。5脱硫工况计算5.1脱硫原理SO2是一种严重危害大气环境的污染物，SO2与水蒸汽进行化学反应形成硫酸，和雨水一起降至地面即为酸雨。NOX包括NO、NO2、NO3三种，其中NO也是导致酸雨的主要原因之一，同时它还参加光化学作用，形成光化学烟雾，还造成了臭氧层的破坏。煤加热至400℃时开始首先分解为H2S，然后逐渐氧化为SO2。其化学反方程式为FeS2 +2H2→2H2S+FeH2S+ O2→H2+SO2对SO2形成影响最大的因素是床温和过量空气系数，床温升高、过量空气系数降低则SO2越高。循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就石灰石，当床温超过其煅烧温度时，发生煅烧分解反应：CaCO3→CaO + CO2  ─183kJ/mol脱硫反应方程式为：CaO+ SO2　+　1/2O2 →CaSO45.2NOX的排放燃煤循环流化床锅炉，氮来自助燃空气中的氮气和煤中所含的氮。会形成热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物。根据Zeldovich机理，高温下氧气与助燃空气中的N2将按下述反应式进行反应：O+N2=NO+NN+O2=NO+O根据循环流化床锅炉的运行温度和氧的含量，热力型NOX的生产速率很低，即使不考虑各种分解还原过程，其平衡浓度也很低，一般可不予考虑。研究表明：（1）炉膛燃烧温度升高，将使排放的NOX增加，N2O减少；（2）与低挥发分燃烧相比，高挥发分燃烧对NOX的影响多半较小；（3）过量空气系数α增加，NOX和N2O都将增加，增加的程度与燃料特性相关；就N2O排放而言，循环流化床过量的炉膛温度不宜低于900提高燃烧温度，不仅可以减少N2O的排放，还可以减少CO的排放，增加燃料的燃烧效率。在燃烧贫煤、无烟煤等反应性差的煤种时，可以把温度提高到950。本次设计中SO2的原始排放浓度为7749.43mg/m3而允许排放浓度为900mg/m3从而根据钙硫摩尔比为2.3871确定石灰石的消耗量，计算出实际脱硫效率为88.18%。5.3脱硫计算SO2原始排放浓度：(5-1)计算脱硫效率：(5-2)钙硫摩尔比：(5-3)与1kg燃料相配的入炉石灰石量：(5-4)燃烧生成CaO时吸热量：(5-5)脱硫放热量：(5-6)可支配热量：(5-7)脱硫所需要的理论空气量：(5-8)燃烧和脱硫当量理论空气量：(5-9)脱硫所需空气的氮气体积：(5-10)当量理论氮气体积：(5-11)煅烧石灰石生成的CO2的体积：(5-12)脱硫时SO2体积减少量：(5-13)燃烧和脱硫时产生的RO2的当量体积：(5-14)当量理论水蒸气体积：(5-15)入炉燃料灰量：(5-16)入炉的石灰石直接成为飞灰的量：(5-17)入炉的石灰石分含量：(5-18)未反应的CaO的量(5-19)脱硫产物CaSO4的量：(5-20)灰分：(5-21)脱硫工况时的底灰份额：(5-22)未脱硫时的飞灰份额：(5-23)脱硫工况时的飞灰份额：(5-24)灰循环倍率：(5-25)分离器前飞灰的份额：(5-26)脱硫后SO2排放浓度：(5-27)脱硫效率：(5-28)6燃烧产物热平衡计算燃烧产生的烟气从炉膛出口进入旋风分离器，大于切割粒径的灰粒经过旋风分离器分离返回炉膛再次燃烧，小于切割粒径的颗粒将被送入尾部烟道。这就是循环流化床锅炉与煤粉炉的最大不同，很多的灰粒多次进入炉膛反复燃烧，这部分的灰粒被称为循环灰。循环灰是循环流化床锅炉的特有产物，它携带着大量的热量，对锅炉的热平衡有很大的影响。6.1炉膛燃烧产物热平衡方程式对炉膛而言，其输入热量为：输出热量为：对1kg燃料来说，炉膛热平衡方程式为：6.2燃烧产物热平衡计算6.2.1脱硫对循环流化床锅炉热效率的影响CFB锅炉在燃烧高硫煤时，需要加入石灰石进行炉内脱硫，这将引起入炉支配热量、入炉灰量、底灰份额、底灰含碳量、飞灰份额、飞灰含碳量、燃烧和脱硫所需的空气量以及排烟气量等变化，也将q2、q4、q5和q6发生变化。在脱硫过程中，石灰石煅烧成CaO时需要吸热，生成CaSO4又会放热，因此，入炉可支配热量QarD随加入石灰石的Ca/S摩尔比m而变化。在某一Ca/S摩尔比下，有可能脱硫产物CaSO4的放热量大于脱硫剂CaCO3煅烧成CaO的吸热量，但不能使入炉可支配热量QarD增加。未脱硫工况和脱硫工况对可燃气体未完全燃烧热损失q3和散热损失q5没有什么影响，尤其是q5，它是由锅炉总输出热量Q1决定的，只要Q1不变，q5也不变。影响显著的是q4、和q6。总的来说，脱硫总是是循环流化床锅炉的热效率下降的。固体未完全燃烧热损失为：(6-1)排烟热损失为：(6-2)。底灰物理热损失为：(6-3)6.2.2锅炉热平衡计算锅炉的热平衡是值送入锅炉的可支配热量与总输出热量及各种热损失的总和应该是相等的。即锅炉机组热效率：(6-4)保温系数：(6-5)锅炉机组有效利用热量：(6-6)脱硫工况当量燃烧消耗量：(6-7)脱硫工况计算燃料消耗量：(6-8)脱硫工况燃料消耗量：(6-9)计算石灰石消耗量：(6-10)石灰石消耗量：(6-11)计算燃料当量消耗量(6-12)7传热系数计算7.1炉膛传热系数理论上讲，炉膛传热系数在炉膛中不同的位置是不同的。在工程计算中，无需知道各点的传热系数，只需要知道某一区域的平均传热系数，这样可以使问题简化，同时还具有一定的准确度。循环流化床锅炉炉膛传热计算所采用的传热系数，以密相区受热面传热系数Km为准。由于炉膛传热基本上是由对流换热和辐射换热组成，所以要计算传热系数，必须要知到对流放热系数αK和辐射放热系数αh。炉膛膜式水冷壁是由水冷管和鳍片焊接而成，在炉膛膜式水冷壁的计算中，我们要将水冷管和鳍片分开计算各自的传热系数，然后加权平均。7.2汽冷屏传热系数随着锅炉参数的提高，炉膛内需要布置水冷屏和汽冷屏。水冷屏是蒸发受热面，炉膛温度与其工质的平均温差，同炉膛膜式水冷壁的状况相同。它们之间唯一的区别是：水冷壁的传热周界大致为炉膛模式水冷壁的2倍。对汽冷屏而言，其工质温度取其进、出口平均温度，在实际计算汽冷屏管中，要先假设一个管外壁壁温，然后由这个假设的温度算出辐射放热系数和对流放热系数，得出一个假定的传热系数，然后根据管内壁温度的计算，一步步反复迭代，得出一个在误差范围内的管外温度，确定这个传热系数。以类似的方法计算出鳍片的传热系数，最后加权平均，得出汽冷屏的传热系数。7.3传热系数的计算炉膛截面烟气流速：(7-1)内外壁平均温度；(7-2)床辐射放热系数：(7-3)床总放热系数：(7-4)表7-1吸收率ɑtW1/℃θR/℃501001502002503003504004505005000.0760.2760.3940.4550.4930.6690.7160.7850.8605500.0750.2690.3860.4460.4830.6340.6710.7230.7830.8476000.0740.2620.3780.4380.4740.6000.6280.6650.7120.7776500.0730.2550.3670.4280.4630.5660.5890.6220.6600.7137000.0720.2480.3580.4180.4520.5340.5530.5820.6110.6557500.0710.2420.3520.4060.4380.4480.5070.5340.5630.6028000.0700.2340.3460.3940.4240.4460.4650.4900.5180.5538500.0680.2180.3140.3660.3990.4250.4400.4550.4800.5089000.0640.1960.2860.3420.3730.4070.4160.4260.4420.4719500.0600.1760.2620.3180.3480.3760.3820.3950.4090.43410000.0560.1620.2400.2940.3240.3500.3550.3650.3800.400床密相区对水冷管的传热系数:(7-5)管子外壁的计算温度:(7-6)鳍端温度：(7-7)床密相区对鳍片的传热系数：(7-8)炉膛膜式水冷壁的平均传热系数：(7-9)8炉膛结构设计与热力计算8.1炉膛结构8.1.1炉膛结构设计炉膛可以说是整个循环流化床锅炉系统的心脏，循环流化床锅炉的炉膛结构主要包括以下几个方面：（1）炉膛的截面尺寸，炉膛高度等；（2）炉膛内受热面的布置；（3）循环流化床的布风装置等；锅炉采用单汽包横置式自然循环，自前向后依次布置燃烧室，旋风分离器，尾部竖井。膜式壁系统和过热器、省煤器均为吊挂结构，空气预热器为支撑结构。全钢架型结构，室外布置。锅炉总图见附图。由于循环流化床锅炉燃烧室内固体物料浓度很高，因此炉室需要良好的密封和防磨，为此采用膜式壁结构，锅炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供。一次风机出口的风经一次风空气预热器冷段和热段后，其中一部分由左右两侧风道引入炉前水冷风室中，同过安装在水冷布风板上的风帽进入燃烧室；另一部分由布置在前后墙的上一次风进入燃烧室。二次风经布置在一次风空气预热器冷段与热段之间的二次风空气预热器后由播煤封口、两侧上二次风口进入炉膛。燃料在炉膛内燃烧产生大量烟气和灰颗粒；烟气携带大量未燃尽碳粒子离开下部到上部，进一步燃烧放热后，进入旋风分离器中，烟气和物料分离。被分离出来的物料通过回料系统回到炉膛，实现循环燃烧。经分离器后的烟气进入烟道。炉膛由膜式水冷壁构成，炉膛宽7490mm，深14480mm，截面积108.46m2，净空高34.19m（如图10-1），前后墙在炉膛下部收缩形成锥形炉底，前墙水冷壁向后弯，与两侧水冷壁共同形成水冷布风板和风室。燃烧室后墙水冷壁向前玩去与水平成7°角，形成燃烧室顶。8.1.2炉膛受热面积计算表8-1炉膛各区域各种形式受热面积折算系数名称ξmnξmξxξxn数值0.0751.00.5770.043炉膛计算受热面积（见图10-1）：Hjm=(ξmnHmn+Hm+ξxHx+ξxnHxn)8.2炉膛热力计算炉膛出口过量空气系数：(8-1)炉膛有效放热量：(8-2)分离器循环灰焓增：(8-3)表8-2灰焓Ih温度/℃1002003004005006007008009001000灰焓/kJ/kg-181169264360458560662767875984折算成1kg燃料的分离器循环灰焓增：(8-4)分离器循环灰焓增份额：(8-5)分离器烟气焓增份额：(8-6)分离器放热份额：(8-7)炉膛放热份额：(8-8)炉膛膜式水冷壁传热温差：∆tZ=θmʼʼ-tZ(8-9)炉膛膜式水冷壁吸热量：(8-10)炉膛汽冷屏传热温差：(8-11)炉膛汽冷屏吸热量：(8-12)炉膛循环灰焓减：(8-13)1kg燃料燃烧产物向炉膛受热面内工质和循环灰传递的热量：(8-14)炉膛受热面内工质的吸热量：(8-15)误差：(8-16)汽冷屏工质焓增：(8-17)平均比容：(8-18)蒸汽流通面积：Fn=172×π×0.0242/4(8-19)工质流速：(8-20)蒸汽质量流速：(8-21)9汽冷旋风分离器结构设计与热力计算9.1汽冷旋风分离器结构设计旋风分离器具有显著的优点，含灰烟气流切向进入旋风筒，灰粒在离心力作用下，沿径向向外撞向旋风筒壁，在重力作用下，进入锥体和竖管。灰分离后的烟气，经导涡管进入对流后烟井。旋风分离器具有显著的优点，当切向烟气速度为25m/s时，含灰烟气流旋转角可达1900°左右，其分离效率可达99%以为。此外，还设置了导涡管，使灰再扬析率降至最低，与其他形式的分离器相比，总的分离效果最佳。本次设计布置两个分离器，旋风筒直径6910mm，筒体长度6912mm，椎体长度是8661mm，尾部烟竖管直径是1330mm。9.2汽冷旋风分离器热力计算火焰辐射层有效厚度：(9-1)分离器水冷程度：(9-2)面积比：(9-3)分离器理论烟焓：(9-4)分离器理论循环灰焓：(9-5)火焰中三原子气体的分压力：(9-6)三原子气体减弱系数：(9-7)不发光火焰辐射减弱系数：(9-8)不发光火焰黑度：(9-9)发光火焰黑度：(9-10)发光火焰辐射减弱系数：(9-11)火焰黑度：(9-12)汽冷分离器黑度：(9-13)烟气平均热容量：(9-14)汽冷旋风分离器出口烟温：(9-15)烟气放热量：(9-16)循环灰放热量：(9-17)总放热量：(9-18)蒸汽焓增：Ii=QEBjDDd(9-19)蒸汽出口焓：i,,=i,+i(9-20)平均比容：(9-21)蒸汽流速：(9-22)10计算汇总10.1基本数据10.1.1设计煤种序号名称符号来源数值单位1收到基水分测量值6.46%2收到基碳含量测量值46.37%3收到基氢含量测量值3.56%4收到基氧含量测量值9.34%5收到基氮含量测量值1.12%6收到基硫含量测量值2.52%7收到基灰分测量值30.63%8收到基硫酸盐二氧化碳含量测量值0%9收到基挥发分Vdaf测量值34.68%10收到基低位发热量测量值1850011收到基含量测量值0%煤质分析校核计算：Qnet,ar计=339.13Car+1029.95Har-108.86Oar-Sar-25.12Mar=18487.3797kJ/kgQnet,ar-Qnet,ar计=12.6203kJ/kg<628kJ/kg说明煤质分析数据合理。10.1.2石灰石序号名称符号来源数值单位1石灰石CaCO3含量ηCaCO3测量值97.32%2石灰石MgCO3含量ηMgCaCO3测量值0%3石灰石水分测量值0.8%4石灰石灰分测量值1.88%10.2燃烧脱硫计算10.2.1无脱硫工况时的燃烧工况序号名称符号公式或来源数值单位1理论空气量0.0889Car+0.375Sar+0.265Har-0.0333Oar4.83872三原子气体体积1.866(Car+0.375Sar)/1000.88293理论氮气体积0.79V0+0.8Nar/1003.83154理论水蒸气体积0.111Har+0.0124Mar+0.0161V00.55325飞灰分额测量值0.7%10.2.2无脱硫工况时的烟气体积计算名称及公式符号单位炉膛旋风筒高过低过省煤器空预器出口处过量空气系数1.221.221.221.221.241.27平均过量空气系数1.221.221.221.221.231.255过量空气量（）1.06451.06451.06451.06451.11291.2339体积0.57030.57030.57030.57030.57110.5731烟气总体积+++（1）6.34926.34926.34926.34926.39846.497210.2.3脱硫计算序号名称符号公式或来源数值单位1原始排放浓度式（5-1）7749.432最高允许排放浓度GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准9003计算脱硫效率式(5-2)88.39%4燃料自脱硫能力系数测量值80.8%5石灰石脱硫性能系数测量值0.80556钙硫摩尔比式（5-3）2.38717石灰石中含量见10.1.2序197.32%8与1kg燃料相配的入炉石灰石量式（5-4)0.19309未利用率测量值15.0%10煅烧成时的吸热量式（5-5）284.3811脱硫时的放热量式（5-6）346.5812可支配热量式（5-7）15559.2613燃烧所需的理论空气量见10.2.1序14.838714脱硫所需的理论空气量式（5-8）0.037015燃烧和脱硫的当量理论空气量式（5-9）4.086916燃烧所产生的理论氮气量见10.2.1序33.831517脱硫所需的空气中的氮气体积式(5-10)0.029218当量理论氮气体积式(5-11)3.236219燃烧产生的体积式(5-12)0.882920煅烧石灰石生成的的体积式(5-12)0.042021脱硫使体积减少量式(5-13)0.015522燃烧和脱硫时产生的的当量体积式(5-14)0.762323燃烧产生的理论水蒸气体积见10.2.1序40.553224当量理论水蒸气体积式（5-15）0.465825入炉燃料灰量式（5-16）0.306326入炉的石灰石直接成为飞灰的量式(5-17)0.031927入炉的石灰石灰分含量式(5-18)0.003128未反应的的量式(5-19)0.050629脱硫产物的量式(5-20)0.094330当量灰分式(5-21)40.75%31未脱硫时的低灰分额取定0.332脱硫工况时的低灰分额式(5-22)0.493533未脱硫时的飞灰分额式(5-23)0.734脱硫工况时的飞灰分额式(5-24)0.506735分离效率设计值99.0%36灰循环倍率式(5-25)50.1637分离器前飞灰的分额式(5-26)50.6738脱硫后的排放浓度式(5-27)892.0639脱硫效率式(5-28)88.18%40误差ηSO2j-ηSO2ηSO2=0.02%<0.15%迭代收敛认可0.0210.2.4脱硫工况时受热面中燃烧产物的平均特性计算公式单位分离器前=50.67烟道名称分离器后=0.5067炉膛分离器旋风筒高温过热器低温过热器省煤器空预器=1.22=1.22=1.22=1.22=1.24=1.271.221.221.221.221.231.2550.48030.48030.48030.48030.48090.48265.45085.45085.45085.45085.49175.59390.13990.13990.13990.13990.13880.13630.10150.10150.10150.10150.10070.09890.24140.24140.24140.24140.23950.23953788.072437.880737.880737.880737.598636.9117烟气中飞灰量：4187afDAarQnet,ar=3.5126﹤6所以飞灰焓略去不计。10.2.5脱硫工况时燃烧产物焓温表（见下页横表）焓温表支配热量：15559.26kJ/kg温度VRO2D=0.7623VDN20=3.2362VDH2O0=0.4658Ir0VD0=4.0869Ir=Ir0+(α-1)Iδ0kJ/(kg∙℃)低过前省煤器空预器cθco2(cθ)CO2VRO2D(cθ)N2(cθ)N2VDN20(cθ)H2O(cθ)H2OVDH2O0∑3+5+7(cθ)δIδ0=(cθ)δVD0αd″=1.22αC″=1.22αK″=1.2212345678910111213100170.0129.5910129.8405.7808150.770.1961605.5679132.3540.6969724.5212735.3352751.5561200357.6272.5985260.0812.8120304.4141.78951227.2000256.31047.47251457.64391478.59341510.0176300558.9426.0495391.91225.1578462.6215.47911886.6864402.81646.20332248.85112281.77522331.1613400772.0588.4956526.71646.5695626.3291.73052526.7956541.82214.28243013.93773058.22342123.6518500996.5759.6319664.02075.7968794.7370.17133205.6000684.12795.84833820.68663876.60363960.47906001222.5931.9117803.92513.1522967.2450.52183895.5857829.83391.30964605.67384673.50004775.23937001461.21113.8728946.22958.01041147.2534.36584606.2490979.74003.93595487.11495567.19365687.31178001704.01298.95921092.83416.31141335.6622.12255337.39311130.44619.83186353.75616446.15276584.74779001951.01487.24731243.53887.42971524.0709.87926084.55621281.25236.13637236.50627341.22897498.313010002202.31678.81331390.04345.41801725.0803.50506827.73631436.15869.19718118.95978236.34368412.419511002457.71873.50471544.94829.66641925.9897.08427600.25531595.26519.42299034.52839164.91689360.499512002717.22071.34441695.75300.94102131.1992.66648364.95181754.37169.64879942.274510085.667510300.756913002976.82269.21461854.85798.47582344.61092.11479159.80511913.47819.874510880.177511036.575011271.171214003240.62470.30942009.76282.72412558.11191.56309944.59652076.78450.483111803.702811972.712412226.2269PAGE\*MERGEFORMAT5410.3锅炉热力计算10.3.1锅炉设计参数序号名称符号公式或来源数值单位1最大连续蒸发量设计参数4100002过热蒸汽压力设计参数9.823过热蒸汽温度设计参数5404喷水量设计参数200005工质流量3900006给水温度设计参数2157热空气温度设计参数2058排烟温度设计参数1359冷空气温度设计参数2010锅筒蒸汽压力设计参数10.8911给水压力设计参数11.4312锅炉排污水流量410013燃烧方式循环流化床燃烧10.3.2锅炉热平衡及燃料和石灰石消耗量序号名称符号公式或来源数值单位1可支配热量见10.2.3序1215559.262排烟温度见10.3.1序81353排烟焓查焓温表1017.024冷空气温度见10.3.1序9205冷空气焓查焓温表10.2.512项108.146脱硫工况时的底灰含碳量试验数据1.5%7脱硫工况时的底灰分额见10.2.3序320.49358脱硫工况时的飞灰含碳量试验数据6.0%9脱硫工况时的底灰分额见10.2.3序340.506710固体未完全燃烧热损失式（6-1）2.65%11底灰温度设计值89012灰焓根据查表8-2864.213灰渣物理热损失式（6-3）1.12%14可燃气体未完全燃烧热损失推荐值0.04%15散热损失查锅炉整体散热损失图0.41%16排烟热损失式（6-2）5.40%17锅炉机组热效率式(6-4)90.38%18保温系数式(6-5)0.995519过热蒸汽出口焓pgh=9.82MPa;tgh„=540℃3475.1320饱和蒸汽焓pBh=10.89MPa2707.5221饱和水焓pbh=10.89MPa1445.0422给水温度见10.3.1序621523给水焓pgs=11.43MPa;tgs=215℃923.7324最大连续蒸发量见10.3.1序141000025锅炉排污水流量见10.3.1序12410026锅炉机组有效利用热量式(6-6)1048211.3727脱硫工况时当量燃料消耗量式(6-7)74540.3428脱硫工况时计算燃料消耗量式(6-8)61087.5629脱硫工况时燃料消耗量式(6-7)62750.4430计算石灰石消耗量式(6-10)11789.9031石灰石消耗量式(6-11)13870.4732计算燃料当量消耗量式(6-12)72877.3410.3.3炉膛膜式水冷壁传热系数计算序号名称符号公式或来源数值单位1当量燃料计算消耗量见10.3.2序3272877.342当量烟气体积见10.2.4，5.45083炉膛出口烟温设计值8904炉膛截面积设计值108.465炉膛截面烟气流速式(7-1)4.336床对流放热系数由选定331.17水冷管外壁温度假定329.48工质温度p=11.19MPa饱和温度318.39内外壁平均温度323.8510材料导热系数管材：20钢，由查表162.5611管子外径设计值0.0612管子内径设计值0.0513吸收率查表7-10.4214床辐射放热系数式（7-3）264.115床总放热系数式(7-4)595.216床密相区对水冷管的传热系数式（7-5）583.6417管子外壁的计算温度式（7-6）329.5318误差tW1假-tW1计=0.13<0.5℃计算成立0.1319鳍高设计值0.0120鳍厚设计值0.00621鳍长设计值14.4122鳍端温度假定346.623鳍片平均温度338.0624吸收率查表7-10.41425床辐射放热系数式（7-1）263.326床总放热系数式（7-4）594.427材料导热系数鳍片材料：20钢，由查表160.6428鳍片传热周界截面积0.086529鳍片值24.827730鳍基温度560.4731鳍端温度式（7-7）543.6332鳍端计算温度346.3733误差tW假-tW计=0.23<5℃计算成立0.2334床密相区对鳍片的传热系数式(7-8)573.8535炉膛膜式水冷壁的平均传热系数式(7-9)581.8310.3.4炉膛汽冷屏传热系数计算序号名称符号公式及来源数值单位1计算燃料当量消耗量见10.3.2序3272877.342当量烟气体积见10.2.4，αdʼʼ=1.225.45083炉膛出口烟温设计值8904炉膛截面积设计值108.465炉膛截面烟气流速式(7-1)4.336床对流放热系数由选定331.17进口工质温度见10.5.1序45416.58出口工质温度见10.5.1序48462.69工质流速见10.5.1序5229.3210平均工质温度439.5511管外壁温度假定479.312吸收率由查表7-10.47213床辐射放热系数式(7-3)360.214床总放热系数式（7-4）6