【正文】 150TH循環(huán)流化床鍋爐爐膛本體設(shè)計畢業(yè)論文1 緒論 課題背景能源與環(huán)境是當今社會發(fā)展的兩大問題。我國是產(chǎn)煤大國，也是用煤大國，目前一次能源消耗種煤炭占76％左右，在可見的今后若干年內(nèi)還有上升的趨勢，而這些煤炭中又有84％是直接用于燃燒的，其效率還不夠高，燃燒所產(chǎn)生的大氣污染物還沒得到有效的控制，以致于我國每年排入大氣的87％的SO2和67％NOX均來源于煤的直接燃燒，可見發(fā)展高效、低污染的清潔燃煤技術(shù)是當前正待解決的問題。循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來的一項高效、低污染清潔燃燒技術(shù)，其主要特點在于燃料及脫硫劑經(jīng)多次循環(huán)，反復(fù)地進行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，爐內(nèi)湍流運動強烈，不但能達到低NOX的排放、90%脫硫效率與煤粉爐相近的燃燒效率，而且具有燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣易于綜合利用等優(yōu)點，因此在國際上得到迅速的商業(yè)推廣。本課題是150t/h循環(huán)流化床鍋爐，對其鍋爐本體進行設(shè)計計算。 主要研究內(nèi)容（1）針對設(shè)計要求選擇合理的爐型，繪制鍋爐總圖和主要部件結(jié)構(gòu)圖；（2）完成150t/h循環(huán)流化床鍋爐本體的熱力計算和鍋筒的強度計算； （3）研究150t/h循環(huán)流化床鍋爐的運行特點。 研究的目的及意義我國是世界上最大的煤生產(chǎn)與消耗國，煤在我國一次能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著絕對主要的地位。并且，由于自然條件的限制和歷史發(fā)展的原因，這種狀況在相當長的時期內(nèi)不會有實質(zhì)性的改變。煤炭與其他一次能源，如石油、天然氣相比，是一種比較“臟”的燃料，它在燃燒過程中將產(chǎn)生大量的灰渣、粉塵、廢水、SONOX等廢棄物，如果這些廢棄物未能妥善處理，將會嚴重干擾生態(tài)環(huán)境，甚至造成永久性破壞。煤炭燃燒等帶來的環(huán)境污染問題有酸雨污染、粉塵污染和溫室效應(yīng)氣體引起的全球氣溫變暖問題。而且，在我國很大部分燃煤鍋爐都存在著熱效率偏低的問題，并且由于成本考慮，很多鍋爐沒有配備相應(yīng)的脫硫脫銷裝置，這給環(huán)境帶來了相當?shù)呢摀?dān)。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，由于能源的過度開發(fā)和消費累計的效應(yīng)，產(chǎn)生了制約經(jīng)濟發(fā)展和影響人類生存的環(huán)境污染問題。基于能源結(jié)構(gòu)及環(huán)境狀況的考慮，在20世紀90年代，我國就將潔凈煤燃燒技術(shù)作為可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)環(huán)境根本轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略措施之一，給予了高度的重視。潔凈煤技術(shù)是當前世界各國解決由煤炭引發(fā)的環(huán)境問題的主導(dǎo)技術(shù)之一，也是國際高技術(shù)競爭的一個重要領(lǐng)域。世界發(fā)達國家極為重視潔凈煤燃燒技術(shù)，制定了一系列強有力的政策法規(guī)，并投入了巨額資金研究開發(fā)和推廣應(yīng)用潔凈煤技術(shù)。美國制定并實施了龐大的潔凈煤技術(shù)示范計劃，己經(jīng)取得了很好的成果。歐共體指定了“兆卡計劃”，旨在促進歐洲能源利用新技術(shù)的開發(fā)，減少對石油的依賴和煤炭利用造成的環(huán)境污染。日本于1993年在“新能源綜合開發(fā)機構(gòu)”內(nèi)組建了“潔凈煤技術(shù)中心”，負責(zé)全日本的新能源和潔凈煤技術(shù)的規(guī)劃、管理和實施。從長遠看，潔凈煤技術(shù)的發(fā)展，必將對世界能源供應(yīng)格局、煤炭的前景以及改善環(huán)境的努力產(chǎn)生重大的影響。綜上所述，在當前及今后較長的時間內(nèi)，流化床燃煤技術(shù)是潔凈煤燃燒的主要形式和發(fā)展重點。流化床燃燒具有對燃料適應(yīng)性好，有害氣體排放量低等優(yōu)點，自它問世以來在世界各主要工業(yè)化國家得到了迅速的發(fā)展。流化床燃燒在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、窯爐和焚燒各種廢物、燒水泥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。流化床燃燒是介于層狀燃燒與煤粉燃燒之間的一種燃燒方式。層狀燃燒效率低，煤粉燃燒效率高，但氣體污染排放物多。流化床燃燒則克服了二者的某些缺點，保留了它們的優(yōu)點，是一種很有競爭能力和優(yōu)勢的潔凈煤燃燒技術(shù)。專家們估計，二十一世紀將是流化床燃燒在大型電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和各種廢物焚燒爐上得到廣泛應(yīng)用的世紀。應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域的常壓循環(huán)流化床燃燒(CFBC)技術(shù)始于20世紀70年代。作為一項高效、低成本的清潔燃燒，它具有以下優(yōu)點:(1) 燃燒效率高，接近或達到同容量煤粉爐的效率水平。(2) 燃料適應(yīng)性強，不僅可以燃用煙煤等優(yōu)質(zhì)燃料，而且可燃用各種劣質(zhì)燃料，如貧煤、洗中煤、泥煤、研石、石油焦、油頁巖、廢木屑，甚至工業(yè)廢棄物和城市垃圾等。(3) 負荷調(diào)節(jié)比寬，在25%額定負荷下仍能不投油穩(wěn)定燃燒。(4) 負荷調(diào)節(jié)方便快捷，負荷連續(xù)變化速率可達到7%一2%/mni。(5) 污染排放少，低溫燃燒及分級送風(fēng)使NOx生成量少?？捎檬沂髅摿蛱砑觿?，低成本實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫。(6)灰渣便于綜合利用。上述的諸多優(yōu)點使得循環(huán)流化床燃燒技術(shù)特別適合我國的國情。在我國目前環(huán)保要求日益嚴格、電廠負荷調(diào)節(jié)范圍較大、煤種多變、原煤直接燃燒比例高、國民經(jīng)濟發(fā)展水平不平衡、燃煤與環(huán)保的矛盾日益突出的情況下，循環(huán)流化床鍋爐己成首選的高效低污染的新型燃燒技術(shù)。本次設(shè)計是很具有代表性的典型循環(huán)流化床鍋爐，通過準確的計算數(shù)據(jù)與形象的圖紙描述，能較直觀的分析出該鍋爐對比其他鍋爐的優(yōu)缺點，同時，通過設(shè)計強化了所學(xué)專業(yè)知識和CAD繪圖操作能力，增強了閱讀大量文獻資料和論文的能力。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從上世紀開始，世界各國有很多科研機構(gòu)和制造廠商致力于循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)研究，共同的努力使此項技術(shù)日臻成熟和完善。迄今，美國的FW、芬蘭的戶上lsortm(己并入FW)、德國的Lugri、瑞典的ABB和法國的Steni等公司都能提供商品化的l00M節(jié)/e以上的全套大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電設(shè)備。世界上亞臨界300MW容量循環(huán)流化床技術(shù)己趨成熟，450MW的超臨界循環(huán)流化床鍋爐也將于2005年投運囚。雖然循環(huán)流化鍋爐以其獨特的優(yōu)點在國內(nèi)外都得到了極大的發(fā)展，但要完全發(fā)揮其優(yōu)勢，必須走產(chǎn)業(yè)化和大型化的道路，開發(fā)制造具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型循環(huán)流化鍋爐，并在容量上盡快達到與煤粉爐相當?shù)乃健Ｒ坏┻@項新技術(shù)實現(xiàn)了大型化和國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化，就能切實地體現(xiàn)其重大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。我國劣質(zhì)煤、高硫煤及油頁巖儲量大，大型循環(huán)流化床鍋爐為這類能源的開發(fā)利用提供了很好途徑，可以緩解我國動力煤緊張的局面。我國于20世紀80年代中期開始投入力量積極從事循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究開發(fā)，雖然起步較晚，但 進步很快。清華大學(xué)、中科院熱物理所等科研院所與國內(nèi)鍋爐生產(chǎn)廠家合作，在燃燒、傳熱、流態(tài)化、氣固分離、脫硫灰渣處理等方面完成了大量卓有成效的理論和實驗研究工作。我國己有30多臺l00MW等級的循環(huán)流化床機組在運行或設(shè)計安裝之中。300MW循環(huán)流化床機組本地化依托工程白馬電廠正在抓緊建設(shè)，計劃2005年底投產(chǎn)。同時，通過200一350Mw循環(huán)流化床設(shè)計制造技術(shù)引進和消化吸收，“十一五”期間，將實現(xiàn)大型循環(huán)流化床主設(shè)備及鍋爐島系統(tǒng)95%本地化設(shè)計制造。國產(chǎn)化后的大型循環(huán)流化床機組的含稅電價與同容量常規(guī)火電機組加脫硫裝置基本相當。2005一2010年期間，我國還將建設(shè)投產(chǎn)開遠、秦皇島、黃角莊、坪石等一批300MW循環(huán)流化床電站。大型循環(huán)流化床鍋爐在我國有著廣闊的市場前景。循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)燃燒技術(shù)是我國燃燒煤技術(shù)的發(fā)展方向，國家有關(guān)部門利用資金重點支持發(fā)展燒劣質(zhì)燃料的CFBB，并大力促進在熱電聯(lián)產(chǎn)中的開發(fā)應(yīng)用，這樣既可使資源得到綜合利用，節(jié)約能源，又能減少環(huán)境污染，發(fā)展地方經(jīng)濟，有顯著的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。循環(huán)流化床鍋爐在發(fā)展過程中也遇到過很多的問題，如煙一風(fēng)系統(tǒng)阻力較高、風(fēng)機用電量大、受熱面磨損問題比較嚴重、對輔助設(shè)備要求較高等。不過這些問題大多已經(jīng)得到較好的解決。如適當?shù)臓t膛設(shè)計可完全避免水冷壁的磨損。正確選擇和設(shè)計分離器，既可保證很高的分離效率也能避免自身的磨損。而冷渣器和高壓風(fēng)機等主要輔助設(shè)備隨著循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展，也都有了成熟的產(chǎn)品。風(fēng)機問題則是單就煙一風(fēng)系統(tǒng)阻力而言。如果考慮到煤粉爐需要復(fù)雜的制粉系統(tǒng)而鏈條爐效率低且無脫硫效果，則風(fēng)機用電量的少量增加是完全可以接受的。根據(jù)目前狀況，現(xiàn)有的鍋爐容量和蒸汽參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐用于未來的工業(yè)鍋爐己不成問題，大型化是當前循環(huán)流化床鍋爐的主要發(fā)展方向。但在鍋爐大型化的過程中，仍然存在下述缺點:(1) 由于采用高氣體流速，高物料循環(huán)倍率，床內(nèi)氣固混合物密度大，又加分離器流動阻力，因而使鍋爐機組運行的自耗電能增大?；眯枰嫶蟮姆蛛x器。(2) 床內(nèi)固體含量大，一般沒有受熱面，燃料中揮發(fā)份及燃燒生成的CO在分離器中繼續(xù)燃燒，有可能使分離器發(fā)生結(jié)渣。(3) 整個循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制要求較高。針對上述主要問題，國內(nèi)外不少研究、設(shè)計人員致力于下述有關(guān)方向的研究:(1) 根據(jù)不同的燃料種類、顆粒度，選用合適的流化狀態(tài)，用一種或兩、三種配合使用。關(guān)鍵是要形成循環(huán)，以達到提高燃燒效率和減少大氣污染的目的。(2) 根據(jù)具體情況，選用合適的循環(huán)倍率。對大型發(fā)電用鍋爐，循環(huán)倍率可取高些，對工業(yè)用鍋爐和坑口電廠用鍋爐，循環(huán)倍率可取低些。對熱值低的煤采用低倍率以減少廠用電。(3) 爐內(nèi)分離裝置，目前國外多用離心式旋風(fēng)分離器，但其尺寸隨著鍋爐大型化而增大，致使布置困難，運行維護費用增加。因而尋求新型爐內(nèi)分離方式己成為開發(fā)循環(huán)流化床鍋爐的一個重要課題。在這方面我國已開發(fā)應(yīng)用S型慣性分離器，邁出了可喜的一步。同時，從實用性出發(fā)，對鍋爐本體和配套設(shè)備需解決下述問題:(1) 使用高效低阻的飛灰分離器，要求體積小，耐溫防磨，運行周期長。(2) 受高濃度煙塵沖刷的相應(yīng)部件要用耐磨材料及防磨結(jié)構(gòu)。(3) 鍋爐結(jié)構(gòu)要滿足自動點火和運行控制的要求，并便于負荷調(diào)節(jié)和床溫調(diào)節(jié)。(4) 循環(huán)回料裝置要滿足正常負荷及變負荷時控制回料量的要求，調(diào)節(jié)靈活，跟蹤性能好，密封良好。(5) 配套設(shè)備要有專門設(shè)計的煤粒、石灰石粒的制備系統(tǒng)及設(shè)備，高效高壓頭的送引風(fēng)機、與煤粉爐不同的灰渣排除方式及設(shè)備、應(yīng)用含硫酸鈣灰渣的綜合利用途徑。2 鍋爐熱平衡計算 燃煤特性煤種：煙煤應(yīng)用基成分 低位發(fā)熱值 鍋爐參數(shù)額定蒸發(fā)量 額定蒸汽壓力 額定蒸汽溫度 給水溫度 冷空氣溫度 連續(xù)排污率 理論空氣量、理論煙氣容積計算[1] 理論空氣量單位質(zhì)量的收到基完全燃燒而又沒有剩余氧存在時所需要的空氣量用表示,它是指標狀況下不含水蒸氣的干空氣量。理論空氣量、。 理論空氣量、理論煙氣容積計算名 稱符號單 位公 式 及 計 算數(shù) 值理論空氣量(+)+－容積理論容積理論容積 各受熱面煙道中煙氣特性表[1][2] 各受熱面煙道中煙氣特性表名 稱平均過量空氣系數(shù)實際水蒸汽容積煙氣總?cè)莘e三原子氣體容積份額水容積份額符號計算公式+(－1)+++(－1)爐膛分離器高溫過熱器低溫過熱器高溫省煤器低溫省煤器高溫空氣預(yù)熱器低溫空氣預(yù)熱器 受熱面煙氣焓溫表[3]煙氣和空氣的焓分別表示1kg固體或液體燃料生成的煙氣和所需的理論空氣量，在等壓下從0℃加熱到t℃所需的熱量，用符號Iy、Ik表示，單位為kal/kg。理論空氣焓的計算式為： （）式中 ——每Nm3干空氣連同帶入的水蒸氣在溫度為t℃時的焓,Kcal/Nm3稱為比焓； ——理論空氣量，Nm3/kg；煙氣是含有多種氣體成分的混合氣體，煙氣的焓是煙氣的各組成成分的焓的總和。 受熱面煙氣焓溫表溫度℃理論煙氣焓理論空氣焓煙氣焓爐膛分離器高溫過熱器低溫過熱器高溫省煤器低溫省煤器高溫空氣預(yù)熱器低溫空氣預(yù)熱器1001745602292342392452502552602003523151049466477487497508518528300536478