220t烟煤循环流化床锅炉的设计

1、220t/h燃类烟煤循环流化床锅炉的设计能源科学与工程学院：戴永亮 指导教师：别如山摘 要：本论文介绍的是一台220t/h燃用典型类烟煤循环流化床锅炉的设计。首先通过对煤样的分析，结合国内外循环流化床锅炉的设计经验，选择了合适的锅炉结构,通过热力计算和强度计算，确定锅炉各部分结构尺寸，并绘制了锅炉结构总图及零件图。经比较，设计计算结果与实际投运的锅炉参数相吻合，说明该设计是合理的、正确的，对将来本科生毕业设计有一定借鉴意义。关键词：循环流化床；锅炉设计；烟煤Abstract：This paper introduced the design of a 220 t / h circulating

2、fluidized bed boiler（CFBB）, which burns typical Class II bituminous coal. Firstly, the boiler structure is chosen according to the coal ultimate analysis, combined with the CFB boiler design experience both at home and abroad. Then, the boiler size is determined by the thermodynamic calculation and

3、the strength calculation results, and the general boiler structure and component drawings are presented. By comparison, the design calculations and the actual boiler parameters agree well, this design is a reasonable and correct. The results have some reference to the design of CFBB for the future u

4、ndergraduates.Key words：circulating fluidized bed boiler design bituminous1 引 言当今电力工业的两大主题是节能与环保。循环流化床(Circulating Fluidized Bed, CFB)燃烧技术是一项近20 年来发展起来的清洁煤燃烧技术。无论是锅炉本身的大型化还是各种配套的技术和设备都能适应用户的各种不同要求，而且对环保的要求也加快了循环流化床锅炉的迅速发展。循环流化床锅炉除了具有燃料适应性广、负荷调节性能好、燃烧效率高(接近或达到煤粉炉效率)等特点外，还具有优良的环保性能。一方面，由于低温燃烧和分级送风，有效抑

5、制了NOx的生成；另一方面，通过炉内添加石灰石脱硫减少了SOx的排放。与常规锅炉的尾部烟气脱硫(FGD)相比，循环流化床锅炉炉内加钙脱硫具有设备投资省、占地面积小、能耗低、操作简单、无水污染等优点。而常规锅炉尾部烟气脱硫的设备投资巨大，运行费用较高。我国主要集中于大中型循环流化床锅炉的研制与开发，其中中型锅炉已完全实现商业化。本课题的研究和设计任务就是设计一台220t/h燃用类烟煤循环流化床锅炉1。2 锅炉设计方案与计算2.1 锅炉技术要求 锅炉主要技术参数表2-1 锅炉主要技术参数序号名称符号单位数值1过热蒸汽出口压力PMPa9.82给水温度tgs2203排烟温度py1404过热蒸汽温度tg

6、s5405冷空气温度tlk256热空气温度trk2007蒸发量Dkg/h220000燃料特性表2-2 燃料特性序号名称符号单位数值1碳Car%46.552氢Har%3.063氧Oar%6.114氮Nar%0.865硫Sar%1.946水分War%9.007灰分Aar%32.488低位发热量Qnet,arkJ/kg17693.42.2 烟风系统一次风是用于形成流化及提供燃料燃烧的空气。二次风用于促进燃烧。分别在燃烧室不同高度引入，形成分级燃烧，炉膛的局部低温燃烧而产生含量较低的NOx。烟气由引风机抽走。另外，还有高压风系统用于回料密封流化其中的循环物料。一次风经暖风器提高入口温度，小部分一次风在

7、进入空气预热器之前被分流出来用于供给回料密封膨胀节加压。大部分一次风进入空气预热器，经管式空气预热器后分为2路管道输送，一路流进水冷布风板下的风室，另一路送到一次风环管。加热后的一次风高速通过布风板喷嘴，使床料流化。一次风环行向距布风板约500mm的布风板上部的10个喷嘴提供一次风，有助于分级燃烧。布风板由略有倾斜的膜式壁水冷管屏和“猪尾巴”式布风管组成。使用这种形式的喷嘴，能使流化床料的空气均匀的分布并阻止床料流进风箱。二次风一小部分向2台给煤机提供密封风，大部分二次风经空气预热器后分2路流向给煤风环风管和二次风喷嘴环风管。二次风喷嘴环风管的一路设11个二次风喷嘴，并向4只启动燃烧器提供空气

8、。另外一路向给煤风环管输送给煤风。二次风的作用为：克服燃烧室的压力，防止气体和固体物质倒流，向给料环管提供给料风；避免局部高温所致NOx的形成，分阶段完成燃烧过程；通过对二次风量的调节来调整过量空气系数,使锅炉能发挥出最大效率；给4只启动燃烧器提供燃烧风；向给煤机提供密封风。高压风的作用：把来自高温旋风分离器的循环物料再送入流化床中；在旋风分离器和燃烧室的压差之间提供密封风作用。回料密封区的流化是通过获得高压风机的风来完成的，并使用许多调节阀和转子流量计来调节流量。然后，把这种已调好的风分配到能够把风分流到位于每个回料密封的侧面和底板上流化喷嘴的总管上。运行中回料流化风量不变，如果哪个转子流量

9、计没有流量，就应疏通此管路。一小部分高压风用来密封链式给煤机。运行中如果失去高压风，将导致回料密封和料腿处大量的床料阻塞，直至在旋风分离器内堆满床料。因此，高压风压力低时，锅炉跳闸。炉膛后部平行布置2个旋风分离器，将烟气进行离心分离，气固两相流中的大部分固态粒子分离下来，通过料腿进入返料装置，在返料装置的底部和侧面装有与高压风机相连接的多只喷嘴，借以流化、输送物料、并把物料送回燃烧室，参与循环与燃烧。分离后较清洁的烟气经中心筒进入连接烟道，最后进入尾部对流烟道。尾部烟道上依次有三级过热器、一级过热器、省煤器和空气预热器。2.3 汽水系统给水经省煤器吸收烟气热量后进入锅筒。锅炉下降管采用集中与分

10、散相结合的方式，由锅筒下部引出5根下降管，其中2根集中下降管位于锅筒两端，并通过14根分散下降管向前墙、两侧墙下集箱供水，前墙水冷壁下集箱与后墙水冷壁下集箱用水冷布风板连接，水冷布风板由前墙向后墙向上有一定倾角；位于中间的3根下降管分别与3片水冷屏入口联箱相连接，单独向水冷屏供水。二级过热器位于燃烧室上部，由4片屏式过热器组成，与前墙水冷壁垂直布置，下部穿前墙处为屏的蒸汽入口端，有密封盒将管屏与水冷壁焊接在一起。由于二级过热器与前墙水冷壁壁温不同，导致二者膨胀量不同，为此在屏的出口端装有膨胀节以补偿其胀差。管屏上部为膜式壁，下部为光管，并敷有耐磨材料及堆焊层，以防磨损。2.4 燃料及石灰石系统

11、 启动燃烧器本锅炉设4支启动燃烧器，其中前墙2支，左、右侧墙各1支。燃烧器与炉膛水冷壁固定连接。启动燃烧器在锅炉启动点火时投入，使流化的床料升温以保证固体燃料着火，并在锅炉低负荷运行时可带部分负荷，约为36%MCR。油枪采用恒压蒸汽雾化喷嘴，燃用0号柴油。燃烧器采用二级点火，即高能电弧柴油。燃烧器配风来源于二次风系统。 给煤系统本锅炉有4个给煤点，其中2个在前墙，另2个在后墙的每个回料密封返料腿上。经二级破碎后的煤输送到锅炉的2个料仓，1个料仓下的前墙重力式给煤机将煤经链式输送机再送入前墙的2个给煤点，另1个料仓下的后墙重力式给煤机将煤送入上部链式输送机，又进入下部链式输送机，然后送入2个回料

12、密封返料腿。当床温足够高，满足给煤机启动条件时，可手动启动给煤机，使给煤机运行最长时间为90s，然后停同样长的时间，使给料系统脉冲3次，验证床温上升70以上和排烟氧量减少，而且床温继续上升时，可小煤量连续运行给煤机。到第1套给煤系统稳定运行后，可根据负荷需要投运第2套给煤系统。 石灰石系统石灰石在矿区破碎合格后用槽罐车送至电厂的石灰石中继仓，然后用气力输送到炉前的石灰石仓内。加到燃烧室中的石灰石是由2台重力式皮带给料机控制，每台给料机配有各自的石灰石风机。给料机下来的石灰石通过旋转给料阀送到炉前的石灰石管道。石灰石由8个给料点送入燃烧室，每个墙上2个入口，石灰石给料管与二次风喷嘴同心。2.5

13、排渣系统温度高达760900的床料不断的从燃烧室底部的2个排渣管排出，2台水冷螺旋冷渣器分别控制从2个中央排灰管排出的物料量，排出的床料进入各自的渣缓冲仓。锅炉的飞灰和床渣输送都采用负压输送系统，负压来自2台100%出力的负压风机，分别抽吸入灰库和渣库。3 锅炉各部分结构参数与热力计算汇总3.1 各部分结构参数表3-1 炉膛内部受热面结构参数序号名称符号单位水冷壁水冷屏二级过热器1管径dmm6060402管厚dmm5553管子节距smm7878504相对节距s1.31.31.255侧墙管排数z1排706前（后）墙管排数z2排1147顶棚管排数z3排1148前墙上部高度hqsmm252109后墙

14、上部高度hhsmm2440310炉膛深度bmm551211炉膛宽度amm894412炉膛下部高度cmm412313上部水冷壁面积Fsm2834.7114下部水冷壁面积Fxm2163.1515水冷壁内部受热面积Fnm2768.9216辐射层有效厚度s1mm0.217屏数z1片3418管屏高度hm15.4110.38表3-2 旋风分离器结构参数序号名称符号单位数值1分离器个数N个22总体烟气速upm/s5.53筒体直径Dm64分离器入口高am4.75分离器入口宽bm26分离器锥体高度hztm67排气管直径Dem2.78排气管插入深度hcm2.359排料口直径dm310分离器旋风筒高度Hm1211总

15、高度hzm6.3表3-3 回料器结构参数序号名称符号单位数值1立管内固体颗粒流速upm/s0.42立管直径Dm1.13循环灰流量Gkg/s372.704分离效率f0.9955循环倍率n306空隙率0.57固体粒子颗粒密度pkg/m322008回料器长a3m2.759回料器宽b3m1.37510固体颗粒水平流速uhm/s0.111倾角45表3-4 对流受热面结构参数序号名称符号单位第三级过热器第一级过热器省煤器第一级空气预热器第二级空气预热器1管径dmm38383960602管厚mm4431.51.53横向管子节距smm184926090904纵向管子节距smm65654580805横向相对节距

16、s4.842.421.541.51.56纵向相对节距s1.711.711.151.331.337横向管排数Z排377411376768纵向管排数Z排30664422229烟道高度hm6.336.9710每排管子高度hgm2.726.2811每根管子平均长度lm20.6987.5612顶棚管子长度ldm4.267.3213顶棚管节距sdmm929214烟道宽度am6.916.916.916.916.9115烟道深度bm4.244.244.244.244.2416受热面Hm2556.22418.42307.22842.61302.817辐射层有效厚度sm0.32640.14635.935618工质

17、流通截面fm20.7843.45012.6535.1552.24619烟气流通截面Fym223.6117.920.0449.979.9720管箱距离emm909021管箱高度lm4.244.2422管子根数n根3648167223装防磨板每组最上面两排l1m892.724靠墙各两排l2m284.4525进出口穿墙区l3m33.926弯头及中间直段l4m460.273.2 热力计算结果表3-5 热力计算结果汇总序号名称符号单位炉膛第二级过热器第三级过热器第一级过热器省煤器空气预热器1烟气出口温度880880775.47519.47290.73140.322介质进口温度t316.74316.74481.5341.1220253介质出口温度t316.74316.74540487.41286.022004介质平均流速wm/s15.5719.720.287.3825烟气平均流速wym/s5.05.011.0411.2711.8212.556平均温压t310.38240.62127.3195.367传