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1、新疆工业高等专科学校机械工程系课程设计说明书循环流化床锅炉课程设计专业班级： 热动10-9学生姓名：王鹏指导教师：代元军、崔祖涛完成日期：2012年7月5日新疆工业高等专科学校机械工程系课程设计评定意见设计题目：410t循环流化床锅炉设计学生姓名：专业 热动班级10-9评定意见：1. 课程设计的全过程表现：积极（ ）比较积极（ ）较好 （ ）一般（ ）差（ ）。2. 按时完成程度：全面完成（ ）较好完成（ ）按时完成（ ）基本完成（ ）未 完成（ ）。3. 结果反映的基本概念：全部正确（ ）基本正确（ ）无原则性错误（ ）有原 则性错误（ ）。4. 综合运用知识论证程度：充分（ ）合理（ ）一
2、般（ ）欠充分（ ）模糊（ ）。5. 独立见解和创新性：有（ ）无（ ）。6. 书写、条理：正确清晰（ ）清楚通顺（ ）结构欠佳（ ）零乱有缺陷（ ）。7. 答辩：叙述和回答问题正确流畅，表达能力强（ ）叙述和回答问题较流畅正 确（ ）叙述和回答问题基本正确（ ）能叙述和回答问题（ ）基本概念模糊， 不能正确叙述和回答问题（ ）。评定成绩：指导教师（签名）：2012 年 7 月 5 日目录1 循环流化床综述11.1 循环流化床11.1.1 循环流化床锅的工作原理11.1.2 循环流化床锅炉的特点21.1.3 循环流化床的原理和特点51.1.4 流化床燃料设备的主要类型61.1.5 循环硫化床锅
3、炉的优点61.2 循环流化床锅炉尚待进一步研究的问题81.3 循环流化床锅炉的发展：101.3.1 循环流化床锅炉的国外发展：101.3.2 循环流化床锅炉的国外发展：102 设计内容 112.1 概述 112.2 设计参数122.2.1 锅炉技术规范122.2.2 设计燃料122.3 锅炉结构简介132.3.1 总体布置132.3.2 锅炉基本尺寸142.4 炉膛设计计算142.5 分离器172.5.1 分离器面积172.5.2 分离器内部设计182.6 过热器系统192.7 省煤器与空气预热器192.8 燃烧设备192.9 总结212.9.1 设计总图212.9.2 设计总结表232.9.
4、2.1 基本情况表232.9.2.2 技术特性表24参考文献251 循环流化床综述我国从60 年代开始对循环流化床锅炉进行研究，并在 90 年代以后和外国公 司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛 应用。流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床，按工作条 件分为常压和增压式流化床。循环流化床锅炉技术是一种新型的高效低污染清洁 的燃烧技术，上世纪70 年代的能源危机和越来越突出的环保问题使人们促进了 这种燃烧技术的发展。现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大流派，分别为： 以德国Lurgi公司为代表的鲁奇型和以美国的Foster Wheeler、芬兰
5、的Alstorm 公司（两者兼并）为代表的 FW-Pyroflow 型和德国 Babcock 公司的 Circofluid 型。我国东方锅炉厂采用的是FW公司的Pyroflow型的改进型循环流化床锅炉。 北京B&W锅炉厂采用的是德国Babcock公司的架构和技术。哈尔滨锅炉厂有限 责任公司（HBC）与美国PPC（奥斯龙技术）以及国内的科研单位合作也开发了自己 的大型循环流化床锅炉。上海锅炉厂引进美国 ALTOSM 技术、消化吸收自行设计 制造了自己的循环流化床锅。由于国内各大锅炉厂商的参与，我国的大型循环流 化床技术已趋于成熟。1.1 循环流化床1.1.1 循环流化床锅的工作原理当流体向上流动
6、流过颗粒床层时，其运行状态是变化的。流速较低时，颗粒 静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后，颗粒 不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时对于单个颗粒来讲， 它不再依靠与其他邻近颗粒的接触面维持它的空间位置。相反地，在失去了以前 的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层面言，具有了许多类 似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止状态转变为流态化时 的最低速度，称为临界流化速度。流化床类似流体的性质主要有以下几点:（1）在任一高度的静止近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量。（2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形
7、状也保持容器的形状；（3）床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；（4）密度高于床层表观察的物体化床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；（5）床内颗粒混合良好，颗粒均匀分散于床层中，称之为“散式”流态化。 因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。而一般的气、固体态化，气体 并不均匀地流过颗粒床层。一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成 群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化 称之为“聚式”流态化。煤的燃烧过程是一个气、固流态化过程。1.1.2 循环流化床锅炉的特点1.1.2.1 循环流化床锅炉的工作条件项目数值项目数值温度（C）850-9
8、50床层压降（kPa） 11-12流化速度（m/s） 4-6炉内颗粒浓度kg/m3150-600炉膛底部床料粒度（”m） 100-700 10-40炉膛 上部床料密度（kg/m3）1800-2600Ca/s摩尔比1.5-4燃料粒度（mm）V12壁面 传 210-250 脱硫剂粒度（ mm） 1 左右。1.1.2.2 循环流化床锅炉的特点循环流化床锅炉可分为两个部份，第一部份由炉膛（块速流化床）气，固物 料分离设备，固体物料再循环设备，（旋风份离器）等组成，上述部分形成了一 个固体物料循环回路。第二部份为对流烟道，布置有过热器，再热器，省煤器和 空气予热器等。典型循环流化床锅炉燃烧系统，燃烧所需
9、的一、二次风分别从炉 膛的底部和炉膛侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置水冷壁， 用于吸收燃料所产生的部分热量，由气流带出炉膛的固体物料在气、固体分离装 置中被收集并通过返料装置返回炉膛再燃烧循环流化床燃烧锅炉的基本特点：可概括以下：1、低温的动力控制燃烧：循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运行的烟气与 其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃 烧反应过程，同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，将这部分颗粒送回 炉内再次参予燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间 延长了，在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般8
10、50C 左右，这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平（一般1300-1400C）,并低 于一般煤的灰烤点（1200-1400C）,这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种低 温燃烧方式好处较多，炉内结渣，及碱金属，析出均比煤粉炉中要改善很多，对 灰特性的敏感性减低，也无须用很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化合物生成 量低。并可与炉内组织廉价而高效的脱硫工艺。 从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区（或 过渡区）内。由于循环流化床锅炉内相对来说燃烧温度不高，并有大量固体颗粒 的强烈混合，这种状况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就决定于燃烧 温度水平，面燃烧物理因素不
11、再是控制燃烧速率的主导因素，循环流化床锅炉内 燃料燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧率可达 98-99%以上。2、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程：循环流化床锅炉内 的固体物料（包括燃料残炭，脱硫剂和惰性床料等）经由炉膛，分离器和返料装 置所组成的外循环。同时，循环流化床锅炉内的物料参于炉内、外两种循环运行。 整个燃烧过程的及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完 成的。3、高强度的热量、质量和运行传递过程：在循环流化床锅炉中，大量的固体 物料化强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物 料的分布规律，以适应不同的燃烧工况，在这种组
12、织方式下，炉内的热量、质量 和动量传递是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀，实践也充分证 实际这一点。4、循环流化床锅炉与其它炉型相比较：一般固体燃料的燃烧可分为：层燃、 流化床燃烧和紧浮燃烧，流化床燃烧又可分为鼓泡流化床和循环流化床燃烧。为 了解循环流化床锅炉的优点以及需要进一步研究解决的问题，有必要对循环流化 床锅炉与其他炉型炉进行比较。(1) 燃烧过程的比较:特征层燃炉循环流化床悬物燃烧炉燃料颗粒平均直径(mm) V3000.05-0.10.02-0.08燃料室区域风速(m/s) 1-33-1215-30固体运行状态 静止大部份向上，部分向下向上床层与受热面传热系数 w.m2.
13、k50-150100-25050-100 磨损小中较小。(2) 脱硫过程的比较：煤粉炉的喷钙脱硫是将钙基脱硫剂(如石灰石、白方石 或消石灰)直接喷入炉内，在高温下脱硫剂大段烧进行如下反应：500C-900C CaCO3f CaO(S)+ CO2 (g)500C-900C MgCO3 + HO- CaO(s)+ MgO (s) +2 CO2 (g)500C-900C Ca(0H)2- Ca0(S)+ HO (g)在通常燃烧温度下，燃烧过程在不到 200ms 的时间内就基本完成了(脱硫剂粒径 为10p m左右)，脱硫剂燃烧后形成多孔的氧化钙颗粒，一旦脱硫剂燃烧生成 CaCO，它就和反应成硫酸钙 2
14、 CaO(s)+ SO2 (g) + O2 (g)- CaSO4 (s)据煤 粉炉喷钙试验，最佳喷入温度为1100C左右，石灰石料度在8-10p m之间脱硫 效率较佳，脱硫剂的利用率一般为 20%，脱硫效率为 50%。而循环硫化床锅炉的 燃烧脱硫过程是将脱硫剂(石灰或白方石)送入炉内，然后与燃烧生成的二氧化 硫气体反应，达到脱硫目的。与煤粉炉一样，脱硫剂进入循环流化床锅炉后大段 烧形成氧化钙，氧化钙再与二氧化硫气体反应。在循环流化床锅炉中，由于独特 的设计和运行条件，整个循环流化床锅炉的主循环回路运行在脱硫的最佳温度范 围内(850-900C)。同时由于固体物料在炉内、外循环(通过分离装置和回
15、送装 置)脱硫剂在炉内的停留时间大大延长，通常平均停留时间可达数十分钟。此外， 炉内强烈的湍流混合也十分有利于循环流化床锅炉燃烧脱硫过程在 Ca/S 为 1.5-2.5 时，脱硫效率通常可达 90%，脱硫剂利用率可达 50%，将比煤粉脱硫效 果提高一倍。(3) 各种形式锅炉主要技术经济指标的比较： 锅炉型号 主要技术经济指标 YG-35/39-M3 循环流化床炉 BG-35/39-M 煤粉炉 L-35/39-W/I 链条炉锅炉实际 热效率( %) 87.887.9650 燃料种类贫煤贫煤贫煤低位发热量( kJ/kg) 217362200321736 锅炉耗煤 量( kg/h) 495948838707 锅炉 耗标 煤( kg/h) 368436776468辅机耗电总容量(KW)470587.1362.3辅机耗电总容量折标煤(kg)100235145 总 耗 标 煤 （ kg/h ） 387242186613 每 吨 汽 耗 标 煤 （ kg ） 110.69109.25188.94 燃烧效率（%）98-9998-9988.1 负荷调节范围较大小大对 煤种变化的适应性适应了较单一煤种单一煤种操作维护水平一般高简单锅炉设 备费（本体）（万元）82.689786.59 系统投资费（万元）245400200.7 锅炉钢材耗量 （吨）157165186 二氧化硫排放量加石灰
