75吨时循环流化床锅炉设计.doc
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1、75吨/时循环流化床锅炉设计摘 要近年来,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。 我国在上世纪80年代初期开始研究开发循环流化床燃烧技术,鉴于CFB锅炉的优点和我国环境排放标准的日益严格,极大地推动了循环流化床燃烧技术的推广和发展。本次设计为75吨/时循环流化床锅炉,属于中压自然循环锅炉。 在整个设计过程中,进行
2、了无脱硫工况,脱硫工况的燃料消耗量和燃烧烟气的计算。主要计算有热力计算,强度计算和烟风阻力计算以及回料器设计计算,旋风分离器的设计计算。其中热力计算包括炉膛、高温过热器、低温过热器、省煤器以及空气预热器的计算。旋风分离器选用一个绝热旋风分离器。鉴于该锅炉为中压锅炉,采用钢管式省煤器。空气预热器采用管式空气预热器。 利用CAD,完成了锅炉总图、本体图、炉墙砖砌图、锅筒展开图。关键词循环流化床锅炉;热力计算;强度计算;烟风阻力计算 The design of CFB 75t/h boilerAbstractIn recent years,along with the extensive appli
3、cation of the energy equipments, boiler this kind of energy equipment that heats the work to a certain temperature and the pressure also be subjected to a value.The widely use of the equipments caused serious pollution to the environment.Especially coal as the main fuel of the boiler combustion,that
4、 emit large amounts of ash, dust, sulfur dioxide and nitrogen oxide pollutants, such caused a serious impact on the ecological environment.Furthermore as coal, oil and other fossil fuels continued to mined and the depletion. It has been struggling to find an efficient and Cleaner burning method to s
5、olve the above issues.In the early 1980s, China began to research and development(R&D) the circulating fluidized bed combustion technology. Given the advantages of CFB boilers as well as our environmental emissions standards increasingly strict year by year, great impetus has to the circulating flui
6、dized bed combustion technology. The topic that the graduation of this time design is the CFB which is 75t/h, belonging to the middle type pressure & natural circulation boiler。Throughout the design process,I had made a calculation about the without desulfurization conditions, the status of the desu
7、lfurization of fuel consumption and combustion flue gas.The main calculating conclude thermodynamic calculation, strength calculation,the smoke and wind resistance calculation,the designe of the retune leg and the cyclone. Thermodynamic calculations which include the furnace and high-temperature sup
8、erheater, low-superheater and economizer and air preheater calculations. Cyclone choose an adiabatic cyclone. In view of the medium-pressure boiler of this boiler,chosing pipe-economizer while air Preheater using the tube type air preheater. KeywordsCFB; thermodynamic calculations; strength calculat
9、ion; smoke& wind resistance calculation目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论1第2章 锅炉结构与设计简介22.1 锅炉基本特性22.1.1 燃料特性22.1.2 石灰石特性22.1.3 辅助计算22.2 方案论证22.2.1 着火和稳燃22.2.2 防磨32.2.3 着火和稳燃32.3 锅炉结构简介32.3.1 锅筒及炉内设备32.3.2 水冷壁及下降管42.3.3 燃烧设备42.3.4 过热器52.3.5 省煤器62.3.6 空气预热器62.3.7 钢架及平台楼梯62.3.8 炉墙及保温结构62.3.9 密封和膨胀62.3.10 防磨措施72.
10、3.11 锅炉阀门仪表及管道72.4 本章小结7第3章 热力计算83.1 设计任务83.2 燃料特性83.3 辅助计算83.3.1 燃烧脱硫计算83.3.2 脱硫工况时燃烧产物平均特性计算123.3.3 锅炉热平衡及燃烧和石灰石消耗量计算143.4 炉膛设计及热力计算163.4.1 炉膛结构特性计算163.4.2 炉膛热力计算183.5 高温过热器设计及热力计算213.5.1 高温过热器结构计算213.5.2 高温过热器传热计算223.6 低温过热器设计及传热计算243.6.1 低温过热器结构计算243.6.2 低温过热器传热计算243.7 省煤器设计及热力计算263.7.1 省煤器结构计算2
11、63.7.2 省煤器传热计算283.8 空气预热器设计及热力计算313.8.1 空气预热器结构计算313.8.2 空气预热器传热计算323.9 热力计算结果汇总表333.10 本章小结34第4章 回料器设计计算354.1 本章小结36第5章 强度计算375.1 锅筒强度设计375.1.1 筒体最大未加强孔直径计算375.1.2 孔的加强计算375.1.3 相邻两孔互不影响最小节距计算395.1.4 孔桥减弱系数计算395.1.5 锅筒筒体允许最小减弱系数395.1.6 锅筒凸形封头强度校核计算405.1.7 本章小结41第6章 烟风阻力计算426.1 烟气侧流阻计算426.2 空气预热器空气侧
12、流阻计算466.3 引、送风机的选择476.4 旋风分离器烟气阻力计算486.5 炉膛配风装置阻力计算556.6 回料器风室压力计算576.7 本章小结57结 论58致 谢59参考文献60附录A61附录B74千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪 论锅炉作为一种能源转换设备,在工业生产和生活中得到广泛的应用。锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或其它热能将工质加热到一定参数的设备。随着科学技术的发展,锅炉无论在受热面的结构还是在燃烧方式上都有了很大的改进,以至于锅炉效率得到了提高,这
13、对能源利用,保护环境都有重要的意义。 循环流化床锅炉是八十年代发展起来的新一代燃煤流化床锅炉,具有高效低污染的特点,在国际上被称为清洁燃烧技术正受到日益广泛的关注,但目前循环流化床锅炉的设计方法还很不完善,主要体现在没有完整的设计导则和设计理论。本锅炉采用单锅筒自然循环,全膜式壁炉膛高倍率循环流化床锅炉。本次设计为75吨/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计算和选择,力求合理,造价合适。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
14、的结合,为以后走向工作岗位奠定了基础。第2章 锅炉结构与设计简介2.1 锅炉基本特性2.1.1 燃料特性1)燃料名称:二类烟煤2)工作基成分碳Car=46.55;氢Har=3.06;氧Oar=6.11;氮Nar=0.86;硫Sar=1.94;全水分Mar=9.00;灰分Aar=32.48;干燥无灰基挥发分Var=38.50。3)低位发热量:Qnet,ar=17694KJ/kg4)入炉煤颗粒度010mm,其中d501.52.0mm,d0.1mm不大于10。2.1.2 石灰石特性1)石灰石数据:石灰石含量97.32;石灰石含量02)石灰石水分Md=0.8%;石灰石灰分Ad=1.88%,石灰石粒度0
15、2mm2.1.3 辅助计算煤质分析校核计算: Qnet.ar339.13Car+1029.95Har-108.86(Oar-Sar)25.12Mar=18258.12 kj/kg。 =564.12628kj/kg 这说明煤质分析数据合理。2.2 方案论证本次设计锅炉为75吨/小时循环流化床锅炉,其设计方案如下:2.2.1 着火和稳燃炉膛内存在着大量的炽热床料,有很大的热惯性,可顺利点火,低负荷不投油温燃效果较好,可达40MCR。炉膛下部密相区水冷壁覆盖成型耐磨瓦,即可防磨,又可减小下炉膛吸热,低负荷时任可维持较高温度,保证燃烧稳定。炉膛设计是保证燃烧效率的关键。整个炉膛设计分为密相区和稀相区。
16、本次设计的煤种为二类烟煤,流化速度约为4.9m/s,使飞升到稀相区粒径较小,大部分粒子在密相区燃烧放热,密相区温度控制在850,此温度为石灰石脱硫的最佳温度。在密相区未燃尽的细小颗粒,进入稀相区强化燃烧。合理设计炉膛断面,降低稀相区内的烟气速度,约为33.5m/s,并保证稀相区有足够的高度,使炭粒子停留时间大于其燃尽时间。在稀相区内合理布置绝热瓦,使稀相区温度维持在850左右,高的炉膛温度对于炭粒子的燃尽是十分有利的。不能在稀相区里燃尽且能被稀相区速度携带出炉膛的细微粒子,进入上部对流烟道区,其中一部分被对流受热面阻挡回炉膛,进一步强化燃烧,构成内循环。另一部分通过上部对流受热面进入旋风分离器
17、,确保未燃尽的细微粒子被分离下来并多次返回炉膛密相区二次燃烧,降低飞灰可燃物,保证锅炉机组具有较高的燃烧效率。2.2.2 防磨炉膛和旋风分离器直段均采取成型耐磨砖,锅炉尾部受热面前排管迎风面、烟道转弯处、局部烟气走廊区均装有防磨盖板或均流板,有效防止烟气磨损。2.2.3 着火和稳燃循环流化燃烧方式,燃烧温度850,大大低于灰变形温度,避免了大面积结焦的可能。钢板等压风室,风帽阻力较大,布风均匀,避免了局部流化不均匀而结焦;风播煤,煤入炉均匀,避免路口出燃烧过于强烈而超温。从根本上保证了分离器和回料器工作的安全性。循环流化床密相区的床温是一个十分重要的控制参数,它的有效恒定可以维持石灰石在密相区
18、的高效反应中完成脱硫。采用非机械式U阀回料器,配风严格按照要求,可保证稳定连续回料。床温上布置足够数量的温度测点,及时发现并处理可能出现的少量结渣,避免结渣扩大,影响安全运行。2.3 锅炉结构简介2.3.1 锅筒及炉内设备2.3.1.1 锅筒内径1500mm,壁厚46mm,筒身长6600mm,包括两侧封头一起为7660mm。上锅筒筒身用20钢板热卷冷校而成,封头为20钢冲压而成的椭圆形封头,封头和筒身壁厚都为46mm。锅筒位于锅炉顶部标高44691mm处,两端自由膨胀。2.3.1.2 锅筒内装置 锅筒内部装置采用机械分离装置进行汽水分离。一次分离元件为228直径的旋风分离器,二次分离元件为钢丝
19、网。此外,锅筒内还设有给水分配管,连续排污管,加药管和水位测量接管,以确保给水的正常分配、 锅水品质以及锅筒水位的指示与控制。 锅筒内部装置的严密性对于蒸汽品质的影响是很大的,安装时应严格按照图纸仔细施工,确保安装的正确性和焊接质量,以消除患。2.3.2 水冷壁及下降管燃烧室的四壁由膜式水冷壁组成,膜式水冷壁采用605的锅炉管,管节距为80mm,与620的扁钢焊制而成,上部材质为20钢,下部材质为20G。水冷壁由集中下降管供水,再由分散连接管与管组成。饱和水从锅筒出来通过两根外径为273的下降管进入标高为3858mm和4757mm的侧水冷壁下集箱,接着顺序被分流到炉膛的标高为1328mm下前集
20、箱和下后集箱,把位于标高1328mm处的下前集箱和位于标39996mm处的前后水冷壁上集箱连接起来的膜式水冷壁管屏,组成了前部竖井的前墙和炉顶。所有集箱材质均为20G钢。2.3.3 燃烧设备2.3.3.1 给煤机刮板式给煤机: 该设备用来将制备好的燃料和石灰石及时准确地送入炉内,且送入量应与锅炉运行负荷的要求一致。因此,要求该设备输送量应连续可调,调节应灵敏可靠,输送过程中应保证密封。本设备的尺寸、输送距离等由电厂布置确定。2.3.3.2 布风板布风板作为重要的布风装置,其在流化床锅炉中作用有三个:一是支承静止的燃料层:二是布风板上具有均匀的气流速度分布:三是维持流化床层的稳定。其主要有风帽式
21、和密孔板式两种形式。风帽式部分布风板由风室、花板、风帽和隔热板组成。本锅炉采用风帽式布风板。风帽外径为42mm,内径26mm,正方形布置,间距8080mm,共布置772只风帽。每只风帽开孔16个,孔径为6mm。耐火保护层厚度为147mm,花板厚度为20mm。布风板阻力为整个床层阻力的30%才可以维持床层稳定运行。2.3.3.3 分离器旋风分离器是循环流化床锅炉系统的关键部件之一。本锅炉采用一只高温旋风分离器,布置在标高10265mm至37711mm之间,分离器用Q235-A.F钢板制成,内设防磨内衬.该分离器内直径为4220mm,筒体高h为6550mm,总高度H为11350mm,排灰口直径D0
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