xxxx学院本科毕业设计说明书
第1章 绪论
随着能源设备的发展和利用，特别是锅炉这种将工质加热到一定的温度和压力的能源设备广泛应用，给环境造成了严重污染。尤其是以煤为主要燃料的锅炉燃烧排放出大量的灰渣、粉尘、二氧化硫和氮的氧化物等污染物，严重影响了生态环境。又由于煤、石油等化石燃料的不断开采而日渐枯竭，人们一直在努力寻找一种高效、低污染的燃烧方式以解决以上两个问题。
循环流化床燃烧技术是20世纪70年代发展起来的清洁燃烧技术，是解决燃烧煤而产生的污染问题的主要方法之一。此外，循环流化床燃烧还对不同性质的燃煤适应性强，适于燃烧低质煤等特点。在煤含硫量高时，还可以在燃煤中加入石灰石，在燃烧中低成本脱硫。而不必架设投资巨大的烟气脱硫设备。在循环流化床燃烧中，燃烧温度很低，空气又分级送入，燃烧中所产生的氮的氧化物很低，煤燃烧后所余下的灰渣活性强，便于生产水泥、制砖、化工等，用来综合利用，它是没有废弃物的燃烧方法。循环流化床燃烧技术具有一些层燃和煤粉燃烧等常规燃煤技术所不具备的特点。最突出的特点是：燃烧温度低，停留时间长，以及湍流混合强烈，这些优点给流化床燃烧带来一系列优点。除以上所述优点外，还具有燃烧强度大，床内传热能力强，负荷调节性能强，易于操作和维护等优点。由于上述诸多优点使得循环流化床燃烧技术特别适合我国的国情，在较短的时间内得到了迅速的发展和应用。
本次设计为65吨/小时循环流化床锅炉设计，无论是方案的选择论证，炉膛的选择，锅炉的整体布置，尾部受热面的型式和布置，分离器、回料器的设计等都经过仔细衡量，力求合理。热力计算，烟凤祖力计算，强度计算的数据力求精确，使整个设计力求完美。
由于水平有限，此次设计难免有错误之处，但是经过此次设计，在一定程度掌握了锅炉的一般设计计算方法，加强了理论知识与实践的结合，为以后走向工作岗位奠定了基础。
V
xxxx学院本科毕业设计说明书
第2章 锅炉结构与设计简介
2.1循环流化床锅炉工作原理
循环流化床燃煤锅炉基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃料为重要特征。固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧方式。但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程相比，颗粒在循环流化床燃烧室内的浓度远大于煤粉炉，并且存在显著地颗粒成团和床料的颗粒回混，颗粒与气体间的相对速度大，这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。
循环流化床锅炉的燃烧与烟风流程示意图见图1：
图1 循环流化床锅炉炉内燃烧与烟风系统
预热后的一次风（流化风）经风室由炉膛底部穿过布风板送入，使炉膛内的物料处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰性床料中燃烧。较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由飞灰分离装置分离收集，通过分离器下的回料管与飞灰回送器（返料器）送回炉膛循环燃烧；燃料在燃烧系统内完成燃烧和高温烟气向工质的部分热量传递过程。烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道，继续与受热面进行对流换热，最后排出锅炉。
在这种燃烧方式下，燃烧室密相区的温度水平受到燃煤过程中的高温结渣、低温结焦和最佳脱硫温度的限制，一般维持在850℃左右。这一温度范围也恰与最佳脱硫温度吻合。由于循环流化床锅炉较煤粉炉炉膛的温度水平低的特点，带来了低污染排放和避免燃煤过程中结渣等问题的优越性。
- 2 -
xxxx学院本科毕业设计说明书
2.2 锅炉基本特性
2.2.1锅炉规范
锅炉规范见表2-1。
表2-1 锅炉规范
型号 CFB65-3.82 2.2.2燃料特性
燃料特性见表2-2。
额定蒸发量 65t/h 过热蒸汽压力 3.82 MPa 过热蒸汽温度 450℃ 给水温度 105℃ 表2-2 燃料特性
符号 数值 碳 氢 氧 氮 硫 水分 灰分 挥发分 低位发热量 Qnet.ar Car Har Oar Nar Sar War Aar 43.10 Var 21.91 38.46 2.16 4.65 0.52 0.61 10.50 13536KJ/Kg 2.2.3石灰石特性
石灰石特性见表2-3。
表2-3 石灰石特性特性
符号 数值 2.2.4管子特性
管子特性见表2-4。
CaCO3含量 MgCO3含量 水分 灰分 ?CaCO3 97.32 ?MgCO3 0 Md 0.8 Ad 1.88 表2-4 管子特性
名称 符号 单位 水冷壁 高温过热器 管径×厚度 节距 横向 mm 80 105 排列及气流流向 DW?? mm 纵向 管子排烟气冲mm 列方式 刷方式 110 - 3 -
烟气与工质流向 交叉流 ?60?5 顺列 横向 ?42?3.5 xxxx学院本科毕业设计说明书
低温过热器 省煤器 空气预热器 下降管 蒸汽引出管 ?38?3.5 ?32?3 95 90 60 102.5 60 40 顺列 错列 错列 横向 横向 纵向 交叉流 交叉流 交叉流 ?40?1.5 ?222?12 ?102?5 2.2.5主要经济技术指标
主要经济技术指标见表2-5。
表2-5 经济技术指标
锅炉效率?,％ 89.41 2.2.6锅炉基本尺寸 锅炉基本尺寸见表2-6。
排烟温度?py，℃ 140 燃料耗 B，㎏/s 4.389 给水温度 ℃ tgs，105 表2-6 锅炉尺寸
单位 数值 炉膛宽度 ㎜ 5620 炉膛深度 ㎜ 2810 锅筒中心高度 ㎜ 35673 长 ㎜ 锅炉外形尺寸 宽 ㎜ 12560 高 ㎜ 37400 23820 2.3 方案论证
本次设计的题目是65吨/小时循环流化床锅炉设计，属水管式中压自然循环锅炉，应以运行的安全性和可靠性作为其首要特性设计准则。而且在此前提下，充分发挥循环流化床燃烧技术的一系列优点，并且尽量避免或克服其本身存在的缺点，如锅炉本身耗电量大，飞灰含炭量偏高，受热面磨损及腐蚀严重等负面特性。因此在设计过程中，主要考虑的方面是炉膛内着火的稳定性及热流密度的横向均匀性，炉膛内有足够的传热量，煤的燃尽程度，合理的烟气流速和排烟温度，受热面的磨损问题，分离器的分离效率、物料的平衡以及锅炉的脱硫效率等。
本锅炉属于小型中压锅炉，受热面以蒸发受热面为主，其吸热量约占锅炉总吸热量的63.65%。在尾部烟道中布置有吸热量不多的过热器、钢管式省煤器和管式空气预热器，且过热器两级布置，过热器和省煤器的吸热量分别约占锅炉总吸热量的20.60%和15.75%。空气预
- 4 -
xxxx学院本科毕业设计说明书
热器用于预热燃烧用的空气，使得排烟温度降低到合理的温度值，减少排烟损失，提高锅炉效率，减少燃料消耗量。
由于锅炉容量不大，炉膛和尾部烟道中的受热面已经可以满足锅炉的吸热要求，无需布置其他受热面，并且为了获得高的分离效率，因此锅炉采用高温旋风分离器，而且不布置外置换热器，整个锅炉炉型采用M型布置。
循环流化床锅炉属于室燃炉，炉膛设计中应首先确定炉膛的截面热负荷，其容积热负荷在循环流化床锅炉中没有多大意义。而截面热负荷选择与运行风速的选择是相关的。循环流化床锅炉的运行风速是一个很重要的参数，一般运行风速为4-10m/s，运行风速提高会使炉子更为紧凑，截面热负荷相应增大，同时炉膛高度增加，磨损增加，锅炉造价，能耗都会增加。但运行风速过低则发挥不了流化床的优点，因此对每种燃料都具有最佳运行风速。对本次设计煤种运行风速为4.60m/s。截面热负荷一般在3-4MW/m2，在此风速下截面热负荷取3.57 W/m2。
对于床温得选择，要考虑锅炉结焦，燃烧效率，脱硫效率，NOx及N2O的排放量等问题，而且尽量避免煤中金属升华。当床温升高时，NOx排放量上升；当床温高于860℃时，床温升高，脱硫效率很快下降，而燃烧效率有所提高。因此床温应控制在850-900℃左右，一般不超过900℃。对于本次设计，床温取850℃。
在设计中，锅炉的排烟温度?py和热空气温度trk是首要和基本的。排烟温度低时，锅炉排烟热损失减少，热效率提高；但会使得受热面烟气侧与工质侧的温差降低，增加金属耗量。同时，排烟温度过低，会使烟气中的硫酸蒸汽低于受热面壁温，引起受热面低温腐蚀。对于该设计煤种特性全水分War为10.50%，锅炉容量65t/h，排烟温度选取为140℃。热空气温度的选择主要应保证燃料在锅炉内迅速着火。热空气温度过高对强化燃烧没有太大帮助，只要燃料能稳定燃烧，热空气温度不必太高，结合该煤种挥发分Var为21.91%，较易着火 ，热空气温度选取为200℃。
过量空气系数对循环流化床锅炉的运行影响较大，如果选择过小，则燃料不能充分燃烧，使机械部完全燃烧损失增加；如果选择过大，会增加排烟热损失。燃烧室中过量空气系数一般在1.1-1.2之间，因此，在本次设计中，炉膛出口的过量空气系数取1.2。
在循环流化床锅炉燃烧过程中，为降低NOx的排放和降低风机的能耗，将燃烧用空气分成一、二次风送入炉内。二次风率过大，对脱硝和降低能耗有利，一次风率过低，不能保证密相区颗粒正常流化，而且大颗粒燃料无法燃尽。在此次设计中，一、二次风配比为1:1，二次风单层送入，风速为30-50m/s，二次风入口位于距布风板4.10m处。
炉膛的尺寸主要包括炉膛的长、宽、高及截面收缩形式。炉膛横截面积在流化风速确定后已经确定，长宽比主要考虑二次风在炉内的穿透能力，深度一把不超过8m，长宽比在1:1至2:1都是正确的，对于本锅炉炉膛长宽比取2:1。炉膛高度在保证细粉燃尽度、蒸发受热面需求、返料机构料腿足够静压头以及锅炉设计压力下足够自然循环的前提下，尽可能降低炉膛高度，以减少锅炉造价。由于空气分一、二次风送入，为保证二次风口以下的流化风速，
- 5 -