某水利水电大学220吨每小时循环流化床锅炉设计

华北水利水电学院

毕业设计任务书

设计题目：220T/HCFB锅炉设计

专业：热能动力工程

班级学号：200606528

姓名：莫观贵

指导教师：王爱军

设计期限：2010年03月22日开始

2010年06月03日结束

院、系：电力学院

2010年3月2日

一、毕业设计的目的

毕业设计是学完专业基础课和专业课后，检验学生所学知识是否扎实，培养学生解决

实际工程问题的能力的主要环节；是走上工作岗位前的必须训练；它是集大学所学知识与

一体的综合性设计；是培养学生主动性和创新能力、树立严谨的科学作风和正确的设计思

想、努力贯彻国家有关方针政策观念的基本训练。通过毕业设计的综合训练，培养学生实

地考察、查阅文献、收集资料的能力；提高学生运用资料综合分析的能力；提高制定合理

的设计方案的能力；培养学生深入细致进行设计运算校核的能力，合理运用工具书的能力；

提高学生计算机制图的能力。总之，毕业设计后学生应具有独立工作与协同工作的能力，

掌握工程设计的基本过程和科学研究的初步方法，真正达到合格本科毕业生的要求。

我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，煤炭消费占一次能源的比例高达75%。在今

后相当长时期内，一次能源的消费仍将以煤炭为主。煤炭燃烧产生的灰渣、S02、NOx等

污染物对环境造成的污染成为一个重要问题。

循环流化床锅炉与采用其他燃煤方式的锅炉相比具有锅炉效率高、脱硫效果号、NOx

排放量底和燃料适应性广等优点，是国内外近阶段重点研究和开发的有发展前途的燃煤锅

炉。

通过本次设计，能够进一步理解循环流化床锅炉的工作原理、掌握锅炉的基本设计计

算方法和过程。

二、主要设计内容

1.计算部分：

锅炉传热计算；锅炉结构计算；锅炉热力计算

2.设计部分

锅炉本体整体设计（炉膛、旋风分离器、尾部受热面）；

3.图纸部分（全部采用CAD制图），包括：

锅炉本体结构图；工质流程系统图；旋风分离器结构图

三、重点研究问题

锅炉传热计算过程；锅炉结构计算过程；锅炉热力计算过程

四、主要技术指标或主要设计参数

设计煤利（生物质）

序号名称符号来源数值单位

1收到基水分测量值15.90%

2收到基碳含量Qr测量值38.46%

3收到基氢含量H.测量值4.69%

4收到基氧含量测量值36.08

oar%

5收到基氮含量测量值1.80%

6收到基硫含量s即测量值0.10%

7收到基灰分Aar测量值2.96%

收到基硫酸盐二氧化

8C02"测量值0%

碳含量

9收到基挥发分V"测量值66.87%

10收到基底位发热量Qnel,ar测量值12396KJ/Kg

11收到基CaO含量测量值0%

2.石灰石

序号名称符号数值单位

1石灰石CaC03含量HcaCO^97.32%

2石灰石MgC03含量〃MgC()30%

3石灰石水分0.8%

4石灰石灰分41.88%

3.锅炉设计参数

序号名称符号数值单位

1最大连续蒸发量DMCR220000kg/h

2过热蒸汽压力Pg”9.81MPa

3过热蒸汽温度，gq540℃

4喷水量%10000kg/h

5工质流量功210000kg/h

6给水温度222℃

7热空气温度晨172℃

8排烟温度%140

9冷空气温度Lk22.9℃

10锅筒蒸汽压力Pg10.89MPa

11给水压力Pgs11.43MPa

12锅炉排污水流量Dpw2200kg/h

13燃烧方式循环流化床

五、设计成果要求

1.提交的成果：

1）开题报告1份

2）说明书和计算书1套

3）图纸1套

4）与设计相关外文资料与译文，附在说明书后

5）所查阅的文献

2.要求：

1）论文或说明书的电子版和打印文档各一份，要求语句通顺，无错别字，排版规范。

a）毕业设计说明书字数不少于4万字，内容包括：前言、目录、中英文摘要（500字

以上）、正文、设计计算书、结论、文献阅读、参考文献等。

b）设计计算书应包括：热力计算过程，结果汇总。

C）结论：对所做的设计计算过程及结果进行分析，并对循环流化床的应用前景进行

综述。

2）文献阅读：针对本设计查阅的英文资料至少1篇（附上复印原件）译成中文。

3）绘图要求计算机绘图，要提交一份所使用工具本身要求的格式的文件一份、保存成jpeg

或gif格式的文件一份，打印图一套。

4）提交的电子文档命名要求：每人的电子文档要求存在以个人的“名字+学号”命名的

文件夹内，文件夹内应包含word文档、“相关设计图”文件夹和转换成jpeg或Gif格

式后的文件夹和相关说明。Word文档的命名采用论文或设计的题目。“相关设计图”

文件夹内每张图的命名要反映图的具体内容，用具体的系统名称或设备名称命名。转

换格式后的文件夹命名为“转换后图形”。相关说明可用记事本填写，内容应包含所提

交的设计结果内容说明。

5）提交电子文档Email:wangaijun@

六、设计进度

1）寒假放假前一周，开学提前一周，收集资料、阅读并综述文献、开题报告；

2）1〜7周，热力计算；

3）8〜10周,绘图；

4）11〜12周，编写设计说明书（或论文）；

5）13周，打印说明书及图纸，制作幻灯片；

6）14周，答辩。

七、主要参考书目：

[1]朱国桢，徐洋编著.循环流化床锅炉设计与计算.清华大学出版社，2004

[2]林宗虎，魏敦松等编著.循环流化床锅炉.化学工业出版社，2004

[3]赵翔，任有中合编.锅炉课程设计.水利电力出版社

[4]樊泉桂，阎维平编.锅炉原理，中国电力出版社，2003

[5]屈卫东，杨建华等编.循环流化床锅炉设备及运行，河南科学技术出版社，2001

[6]吕俊复，张建胜等编•循环流化床锅炉运行与检修，中国水利水电出版社，2003

[7]党黎军编.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行，中国电力出版社，2001

[8]锅炉机组热力计算标准.机械工业出版社

华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告

2010年6月7日

学生姓名莫观贵学号200606528专业热能与动力工程

题目名称220T/HCFB锅炉设计（生物质）

课题来源模拟

我国是一个资源大国又是一个资源消耗大国，煤炭消费占一次能源消

费的比例高达75吼而且，即使到本世纪中叶，我国一次能源的供应仍将以

煤炭为主，届时煤炭消费仍将占一次能源消费的50%以上。由此带来的环

境问题也日益严重，因此，发展高效洁净的洁净煤燃烧技术已成为我国未

来能源发展战略的重中之重。20世纪70、80年代，循环流化床锅炉异军

突起，在鼓泡流化床基础上发展起来的循环流化床锅炉，吸收了鼓泡流化

床和煤粉炉的优点，又摒弃了鼓泡流化床燃烧效率低、难于大型化等不足，

主

循环流化床锅炉的热效率比常规煤粉炉高，但是由于采用低温分级燃烧和

要

向炉膛内加入石灰石，在燃烧过程中可方便地脱除含硫燃料产生的S02,

丙

并抑制NOx生成量，使其具有高效低污染、燃料适应性广等突出特点。循

容

环流化床锅炉就是以最经济的方式解决了能源供应和环境保护两大难题，

是当前公认的燃煤技术的重大创新，受到世界各国的普遍重视。

由于使用的是纯生物质燃料，不烧煤所以其给料方式，过程也不一样。

由于工程燃料特性不一样，对不同燃料采用不同的给料方式：A.对整包燃

料，主要采用桥式抓斗起重机对破碎机料斗进行给料，也可以采用轮胎式

抓斗给料•、桔秆抓草机、装载机等机对破碎机料斗进行给料。B.对于成品

料给料方式有两种，一种是通过装载机和桔秆抓草机向汽车卸车沟进行给

料，另外一种是可以通过轮胎式抓斗起重机给料向汽车卸车沟进行给料。

给料机将破碎后的合格的燃料送入炉膛燃烧。由于使用的是生物质燃料所

以不需要脱硫，炉膛温度可以维持在850〜900C之间。循环流化床锅炉与

普通锅炉最大是存在不同在两个循环：炉膛内较大的颗粒在向上运动的过

程中发生碰撞、团聚，形成大颗粒沿着边壁向下运动，形成“内循环”；

未燃尽的颗粒随烟气流出炉膛，在旋风分离器内被分离，分离出的颗粒可

以直接返回炉膛也可以经外置式换热器EHE后进入炉膛，再次参与燃烧，

形成物料的“外循环”。由旋风分离器分离出的烟气则被引入尾部烟道，经

布置在其中的过热器、省煤器、空气预热器冷却后进入除尘器除尘，通过

引风机排入烟囱，进入大气。

循环流化床锅炉与其他锅炉相比，具有以下优点：1）可燃用的燃料范

围广，燃料适应性好；2）在燃烧过程中可以实现脱硫，脱硫效果好；3）炉

膛界面热负荷高，利于向大型化发展；4）灰渣活性好，便于综合利用，提

高经济性；5）氮氧化物排放浓度低，环境污染小。

本次毕业设计的题目是对220T/HCFB锅炉进行整体设计。主要就循环

流化床锅炉对燃料的使用、无脱硫工况下排放物的成分及体积的计算。然

后对炉膛及尾部受热面进行合理的结构布置，并对汽冷旋风分离器的结构

及其相应的烟气、空气流动阻力等内容进行设计计算。本次设计的主要内

容具体有：

1.锅炉传热计算：循环流化床锅炉的灰循环倍率不仅影响燃烧，而且

影响传热。炉膛及尾部受热面的传热系数是其热力计算的关键数据，因此

本部分将对炉膛膜式水冷壁和汽冷屏的传热系数进行计算，并确定出对流

过热器、省煤器、空气预热器的传热面积及其传热系数。

2.锅炉结构计算：循环流化床锅炉由燃烧系统和受热面组成，燃烧系

统的设计主要有炉膛、尾部受热面、分离器和回料器等部分的设计与布置。

尾部受热面的设计包括过热器、省煤器以及空气预热器的布置方式及结构

尺寸的设计计算。

3.锅炉热力计算：锅炉计算中的热力计算部分是比较重要的步骤，首

先需要进行锅炉机组的热平衡及燃料消耗量的计算，在此基础上进行炉膛

及尾部受热面的热力计算。

在完成上述部分的计算后，根据煤种对CFB锅炉所需要的风机进行选

择，并对风烟系统进行校核、调整。在初步计算成立后对数据进行修正，

并计算误差。在核对无误后进行图纸的绘制：包括锅炉本题结构图、工质

流程系统图以及旋风分离器结构图的CAD制图。

通过一周的搜集整理资料，我对循环流化床锅炉的设计与计算有了更

深入全面的认识后，现初步拟定设计及计算步骤如下：

1.结构及其传热系数的设计

1）炉膛内受热面积的计算：炉膛的受热面主要包括膜式水冷壁、汽冷

屏，根据二者工作条件的不同，适当选取管材及管子规格，初步布置出所

需受热面的大小，并在此基础选取合适的参数计算，分别计算出水冷壁和

汽冷屏的传热系数。待热力计算完成后，再进行校核。

2）尾部受热面的结构布置：根据工质进出口温度查焰温表，得出焰值

变化，利用工质侧或烟气侧热平衡计算方法预先计算若平衡传热量，并根

据传热量及尾部烟道的大小合理地布置受热面的，选择恰当的管束布置方

采取的主要式。

技术路线或3）汽冷旋风分离器的结构设计：根据烟气速度的推荐值确定分离器各

方法进出口烟道、筒体、导涡管及竖管的尺寸大小、

4）回料器的设计：U型回料器的组件主要有：密封腿、回料器本体和

返料腿。其计算内容有：回料器各部件的结构尺寸以及回料器风室压力、

配风装置阻力的计算。

5）炉膛风室压力的计算：首先可根据床料高度及其堆积密度确定炉膛

配风装置上的压力，然后由一、二次风比布置风帽的结构尺寸及数量，求

出炉膛配风装置上的阻力，二者之和即为所求炉膛风室压力。

2.热力计算

1）燃料消耗量的计算：首先确定锅炉机组的各项热损失，在热平衡的

基础上计算锅炉的热效率、额定符合下所需要的燃料的消耗量。

2）炉膛热力计算：根据炉膛燃烧产物热平衡方程式和传热方程式确定

锅炉受热面内工质的吸热量以及单位燃料向工质和循环灰传递的热量。

3）受热面的热力计算：该部分包括对流过热器、省煤器以及空气预热

器三部分，在设计过程中需查阅相关资料（如蒸汽特性表，烟气侧和蒸汽

侧放热系数曲线图等），选择适当的参数通过综合计算确定出各受热面总的

传热系数K以及对流辐射的吸热量，确定计算误差范围在2%以内，如不能

满足，重新布置受热面进行计算。

3.校核

看锅炉本体的结构设计是否合理，风机的选用是否恰当，并进行热力

计算数据的修正以及排烟温度、热空气温度、热平衡计算误差的校核，校

核后汇总热力计算结果。

4.绘制图纸

包括锅炉本题结构图、工质流程系统图以及旋风分离器结构图，采用

CAD制图。

提交的成果：

1）开题报告一份

预期的成果2）说明书和计算书1套

及形式3）图纸一套

4）与设计相关外文资料与译文

5）所参考的主要书目

1）寒假放假前一周，开学提前一周，收集资料、阅读并综述文献、开

题报告；

2）1〜7周，热力计算；

时间安排3）8~10周，绘图；

4）11〜12周，编写设计说明书（或论文）；

5）13周，打印说明书及图纸，制作幻灯片；

6）14周，答辩。

指导教师意

见同意

签名:

年月日

主要参考文献：

[1]广东粤电湛江生物质发电项目（2*50MW）工程初步设计。广西

电力工业勘察设计研究院，2009

[2]刘德昌，陈汉平，张世红，赫俏等编著.循环流化床锅炉运行及

事故处理。中国电力出版社，2005

⑶朱国桢，徐洋编著.循环流化床锅炉设计与计算.清华大学出版

社，2004

[4]林宗虎，魏敦松等编著.循环流化床锅炉.化学工业出版社，2004

[5]赵翔，任有中合编.锅炉课程设计.水利电力出版社，2001

[6]樊泉桂，阎维平编.锅炉原理，中国电力出版社，2003

备注

[7]屈卫东，杨建华等编.循环流化床锅炉设备及运行，河南科学

技术出版社，2001

[8]吕俊复，张建胜等编.循环流化床锅炉运行与检修，中国水利

水电出版社，2003

[9J党黎军编.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行，中国电力

出版社，2001

no]锅炉机组热力计算标准.机械工业出版社

rm岑可法，程东鸣等著.循环流化床锅炉锅炉理论设计与运行.中

国电力出版社，1997

摘要

我国是一个资源大国又是一个资源消耗大国！随着经济社会的发展，为了满足人们日

益增长的物质文化需求，为了早日建成小康社会，充足的能源供给是必不可少的。目前，

我国的能源结构中，没在一次能源结构中越占75%（随着技术和新能源的兴起这一比例有

所下降，但仍处于主导地位）。煤燃烧带来的严重污染使我们付出了沉重的环境和经济代

价，甚至危及了后代的发展前景。循环流化床燃烧技术具有高效、低污染的特点，还具有

燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点，

近年来在我国的到了迅速的发展，结合我国国情发展循环流化床锅炉具有极其重大的意

义。

本次设计题目为220T/H循环流化床燃烧锅炉。本锅炉设计所使用的燃料为纯生物质,

其构成为70%甘蔗叶+15%树皮+15%其他；本介绍了循环流化床锅炉对燃料的要求、锅炉

的性能预计、灰循环倍率和循环灰焰在燃烧产物热平衡方程式中的作用、非脱硫工况下的

物质平衡与热平衡、炉膛及外置式热交换器传热系数的计算方法，介绍了有关循环流化床

锅炉炉膛、气冷旋风分离器以及热力计算过程和相应的烟、空气阻力计算方法等。

关键词：循环流化床锅炉生物质分离器

Abstract

Chinaisacountrywithextensiveresourcesisaresource-consuming

countries!Withtheeconomicandsocialdevelopment,inordertomeetthegrowing

materialandculturalneeds,inordertoearlycompletionofthewell-offsociety,

adequateenergysupplyisessential.Atpresent,China'senergystructure,notan

energystructureinChinaandVietnamaccountedfor75%(withtheriseofnew

energytechnologiesandthisproportiondecreased,butstilldominant).Theserious

pollutioncausedbycoalcombustionsothatwepaidaheavyenvironmentaland

economiccosts,andevenendangertheprospectsoffuturegenerations.Circulating

fluidizedbedcombustiontechnologywithhighefficiency,lowpollutionfeatures,

alsohaswideadaptabilityoffuelcombustion,highefficiency,lowemissionsof

nitrogenoxides,loadregulationandloadregulationthanlargerapidandother

advantages,inrecentyearsinChinatotherapiddevelopment,thedevelopment

situationofChinacirculatingfluidizedbedboilerhasgreatsignificance.

Thedesignentitled220T/Hcirculatingfluidizedbedcombustionboiler.The

boilerdesignusedforthepurebiomassfuels,whichconstitute70%ofthesugar

caneleaves+15%+15%Otherbark.Thisintroducesthecirculatingfluidizedbed

boilerfuelrequirements,expectedperformanceoftheboiler,ashgraycyclerate

andcycleinthecombustionproductsenthalpyheatbalanceequationtheroleof,

Non-desulfurizationconditionofmassbalanceandheatbalance,andtheexternal

heatexchangerfurnaceheattransfercoefficientcalculationmethod,introducedthe

circulatingfluidizedbedboilerfurnace,Cycloneair-cooledandthermalcalculation

processandthecorrespondingsmoke,airresistancecalculationmethods.

Keywords:circulatingfluidizedbedboilerbiomassseparator.

目录

前言...........................................................................17

设计说明书........................................................................18

一、文字说明部分................................................................18

1.燃料......................................................................18

2.锅炉性能预计...............................................................19

3.灰平衡与灰循环倍率.........................................................19

3.1循环流化床锅炉处于最佳燃烧工况时的灰循环倍率................20

4.物质平衡与热平衡...........................................................20

4.1可支配热量......................................................20

4.2入炉的燃料灰量.................................................20

4.3飞灰份额........................................................20

4.4燃烧的理论空气量...............................................21

4.5理论水蒸气体积.................................................21

5.燃烧产物热平衡方程式.......................................................21

5.1循环灰量........................................................22

5.2炉膛进口循环灰焰...............................................22

5.3炉膛循环灰焰增.................................................22

5.4炉膛有效放热量.................................................23

5.5炉膛放热份额....................................................23

5.6烟气的焙增......................................................23

5.7折算成1kg燃料的分离器循环灰焰增..............................24

5.8分离器放热份额.................................................24

5.9炉膛出口过量空气系数........................................25

6.炉膛及EHE的传热系数.................................................25

6.1循环流化床辐射放热系数.....................................25

6.2炉膛膜式水冷壁传热系数.....................................26

6.3水冷管外壁温度和管内壁温度.................................26

流化床总放热系数：.............................................26

6.5床密相区对水冷管或汽冷管的传热系数.........................26

6.6水冷管外壁壁温.............................................27

6.7鳍端温差...................................................27

6.8床密相区对鳍片的传热系数...................................27

7.循环流化床锅炉机组热力计算............................................27

7.1排烟热损失.................................................28

7.2固体未完全燃烧热损失.......................................28

7.3保温系数...................................................29

7.4灰渣物理热损失.............................................29

7.5锅炉机组热效率.............................................29

7.6锅炉机组有效利用热量.......................................29

7.7锅炉机组当量燃烧消耗量.....................................30

7.8计算燃料消耗量.............................................30

7.9燃料消耗量.................................................30

7.10炉膛燃烧产物热平衡方程式和传热方程式......................30

8.炉膛.................................................................31

8.1回料器风室压力.............................................31

9.风、烟系统...........................................................31

9.1烟气在标准状态下的灰浓度...................................32

9.2实际会浓度.................................................32

9.3烟气质量...................................................32

9.4标准状态下的密度...........................................33

9.5实际密度...................................................33

9.6烟气加速突变损失...........................................33

9.7灰粒加速突变损失...........................................34

9.8进口烟道本体阻力...........................................34

9.9烟气加速渐变损失...........................................35

9.10灰粒加速渐变损失..........................................35

9.11筒体摩擦阻力..............................................35

9.12烟气返程阻力..............................................36

9.13烟气压缩损失..............................................36

9.14烟气扩张损失：............................................37

9.15导涡管烟气沿程阻力：......................................37

9.16平面弯头阻力损失：........................................38

9.17出口烟道烟气扩张损失：....................................38

10.尾部受热面..........................................................38

10.1过热器........................................................38

10.2省煤器........................................................39

10.2.1省煤器的作用...........................................39

10.2.2省煤器的结构...........................................39

10.2.3省煤器的布置...........................................39

10.2.4省煤器中的水速.........................................40

10.2.5省煤器出口水温的选择..................................41

10.3空气预热器....................................................41

11.总结......................................................................42

二、数据汇总部分................................................................43

12.计算结果汇总..............................................................43

12.1基本数据.......................................................43

12.1.1设计燃料（生物质）.....................................43

12.2燃烧计算.......................................................44

12.2.1燃烧计算................................................44

12.2.2烟气体积计算............................................44

12.3220t/hCFB锅炉热力计算.......................................45

12.3.1锅炉设计参数............................................45

12.3.2锅炉热平衡及燃料燃烧方式...............................45

12.3.3炉膛膜式水冷壁传热系数.................................47

12.3.4炉膛汽冷屏传热系数计算.................................49

12.4结构计算.................................................................51

12.4.1炉膛膜式水冷壁计算受热面积：...............................51

12.4.2炉膛汽冷屏计算受热面积.................................53

12.4.3炉膛汽冷屏计算受热面积.................................53

12.5热力计算.......................................................54

12.5.1炉膛热力计算............................................54

12.5.2汽冷旋风分离器热力计算.................................57

12.6220t/hCFB旋风分离器烟气阻力计算.............................60

12.6.0基本数据................................................60

12.6.1进I」烟道入口阻力........................................60

12.7炉膛风室压力〃小,计算..........................................67

12.7.1炉膛配风装置上压力PR”""计算............................67

12.7.2炉膛配风装置阻力小幺计算................................68

12.8回料器设计计算................................................70

12.8.1结构尺寸计算............................................70

12.8.2回料器风室压力々计算..................................71

12.8.3回料器配风装置阻力计算..............................72

12.9对流受热面设计计算............................................76

12.9.1高温过热器的结构和热力计算.............................76

12.9.2低温过热器的结构和热力计算............................79

12.9.4主省煤器结构设计.......................................82

12.9.5省煤器结构尺寸计算....................................84

12.9.6省煤器热力计算.........................................85

12.9.7空预器的校核计算.......................................87

12.10锅炉热平衡计算误差校核......................................89

13.热力计算结果汇总...........................................................89

文献阅读及译文....................................................................90

文献阅读........................................................................90

PulverizedCoalCombustionandNOxEmissionsinHighTemperatureAirFromCirculatingFluidized

Bed......................................................................................................................................................90

译文............................................................................98

煤粉在循环流化床高温空气下的燃烧与NOx排放......................................98

原文...........................................................................104

参考文献.........................................................................111

附录...........................................................................112

刖百

长期以来，我国一次能源消费的比例中煤炭消费一直保持在很高的水平达75%以上，

但我国的煤炭消费状况是：环境污染严重且用能效率较低。而且,即使到本世纪中叶，我国

一次能源的供应仍将以煤炭为主，届时煤炭消费仍将占一次能源消费的50%以上。因此，

发展高效洁净的洁净煤燃烧技术已成为我国未来能源发展战略的重中之重。这将是关系到

我国发展前景的大事，近年来世人极度关注气候变暖问题，然而发达国家出于私利并不想

承担相应的环境责任，这也是为什么2009年的歌本哈更气候大会进展艰辛的原因。事实

证明对发达国家抱有幻想是一个悲剧，因此我们要掌握清洁能源的核心技术，才不会受制

于人。循环流化床燃烧技术是目前已基本实现大型化和商业化的清洁煤燃烧技术。由于具

有燃烧效率高、污染小、燃料适应性好、负荷调节范围大等优点，在世界各主要工业国家

得到大力发展和推广应用。在我国循环流化床锅炉发展的也很快目前容量已达到

300MW(1025t/h)的循环流化床锅炉发电厂正在兴建中,国内的用户市场正以几何数量级增

长。

循环流化床锅炉的热效率比常规煤粉炉高，但是由于采用低温分级燃烧和向炉膛内加

入石灰石，在燃烧过程中可方便地脱除含硫燃料产生的S02,并抑制NOx生成量，使其具

有高效低污染、燃料适应性广等突出特点。所以综合现状及未来的能源问题，流化床燃烧

技术在电力工业及工业锅炉等方面将得到更广的应用。它具有能燃用劣质燃料，能实现经

济的床内脱硫等优点，是高效，低污染利用煤炭资源的新技术。本次设计的循环流化床锅

炉完全以生物质作为燃料•，燃料来源是以电厂周边半径60公里范围内的农林生产和木材

加工废弃物作为燃料，因此更具有环保优点。

以分离器的形式和整体布置为标准，循环床燃烧技术已经历了三代的发展，设计者认

为第三代冷却型紧凑布置的循环床燃烧技术是未来的发展方向。采用第三代技术的循环流

化床锅炉除了具有常规循环流化床锅炉的优点外，还具有结构紧凑、占地面积小、钢耗量

小、制造成本低、分离器内无磨损等突出优点，因此第三代冷却型循环流化床锅炉将成为

燃烧技术发展的主流，并且在大型化方面将发挥其优势。是当前国际上开发研究清洁燃煤

新技术的最活跃的课题之一。作为热能动力工程专业毕业生，参与此项课题设计，任务之

重，责任之大，深有体会但同时更加倍感荣幸。

本设计对燃煤循环流化床锅炉的工作原理、设计方法、设计计算、流动特性和传热传

质特性作了简明扼要的论述和介绍。最后，还对其发展现状和前景作了探讨和展望。

设计说明书

一、文字说明部分

1.燃料

本设计所使用的燃料使当地产量巨大的甘蔗叶树皮和其他可燃的废弃木材、稻草、树

根等。本工程可利用的燃料种类较多，燃料可收集量不同，燃料的手机具有一定的季节性,

且生物质燃料含水率的变化较大。为控制入炉燃料的品质，保证机组安全稳定的运行，锅

炉设计时燃料按以下原则进行组合：

70%甘蔗叶+15%树皮+15%其他。

循环流化床锅炉燃料，床料尺寸，都是重要的运行参数，直接影响燃料的利用以及大

气污染物的排放浓度。与煤粉锅炉对煤粉细度有要求一样，循环流化床锅炉对燃料的颗粒

尺寸也有一定的要求。只有达到这些要求，循环流化床锅炉才能安全，经济和可靠的运行。

在循环流化床锅炉中，由炉膛、分离器和回料器等组成的灰循环系统，目前还没有有效手

段对床料进行在线取样和测量。只有当锅炉停运后，才能取得有代表性的床料样。

循环流化床锅炉床料颗粒尺寸分布曲线，与燃料颗粒分布曲线，炉膛流化速度，燃料

的爆裂度和分离器对各种粒度的颗粒的分离效率等有关。在鼓泡流化床锅炉中，为了降低

飞灰含碳量和飞灰份额，曾认为在给煤中应加大粗颗粒份额，以减少固体未完全燃烧热损

失。但这个观点对循环流化床锅炉是不适用的。循环流化床锅炉给料颗粒尺寸分布，不仅

影响燃烧，而口影响传热。在锅炉设计时，不可轻视这个问题。

2.锅炉性能预计

由于使用生物质燃料所以锅炉的硫化物排放量会大大减少。设计循环流化床锅炉时，

需预估各种大气污染物的排放浓度，以体现锅炉性能。但至今为止，尚没有合适的标准和

导则可供参考。唯一可行的是，根据燃料特性，参照试验机组的数据库和商业机组的运行

经验，对将要设计的锅炉性能做出估算，以确定各种大气污染物的排放浓度。对未达标的

锅炉，需采取适当措施，使其达到锅炉大气污染物排放标准。

3.灰平衡与灰循环倍率

循环流化床锅炉中，进入炉膛的燃料燃烧成灰，一部分从炉膛底部（床）排出，称为

底灰。一部分飞出炉膛，进入分离器，其中小于切割粒径49的灰飞出分离器，进入尾部

烟道，飞离锅炉，成为飞灰；而大于切割粒径％9的灰，被分离器分离下来，经回料器返

回炉膛再燃烧，称为循环灰。应当指出：由于燃烧，粒子间碰撞和磨损，以及粒子与分离

器壁面之间的磨损，使大的灰粒在逐渐减小，当小于切割粒径时，这部分循环灰又成

为飞灰。由于循环灰量随时在变化，增加了确定各部分灰的份额的难度。虽然如此，当循

环流化床锅炉运行稳定后，在某一时间段内，即灰达到平衡时、还是可以确定各部分灰的

份额的，并可由此计算循环灰焰和烟气中飞灰浓度。必须指出，灰循环倍率不是认为选取

的，它主要取决于分离器效率和飞灰份额。

3.1循环流化床锅炉处于最佳燃烧工况时的灰循环倍率

4.物质平衡与热平衡

锅炉燃烧时炉膛内的热量分配，除了燃料的低位发热量外，还有燃料所含水分的吸热

量，计算时需把燃料燃烧放出的热量和水分吸收的热量进行加权平均。

4.1可支配热量

Qar=2"(4T)

式中：——可支配热量，kJIkg；

-----受到基低位发热量，kj/kg.

4.2入炉的燃料灰量

A

F(kg/kg)(4-2)

G100

式中：4“一燃料收到基灰分；

4.3飞灰份额

af=l-a(4-3)

式中：a飞灰份额，%;

4.4燃烧的理论空气量

V°=0.0889(C“+0.375S“)+0.265",0.0333。“(4-4)

式中：V0——理论空气量，加3/依；

C,收到基碳含量；

s«收到基硫含量；

Har—收到基氢含量；

。,收到基氧含量.

4.5理论水蒸气体积

V^=0.111Har+0.0124Mfl,,+0.0161V°(4-5)

式中：V/o——当量理论水蒸气体积，m3/kg；

Mar——燃料中的水分，%;

Har——燃料中的氢，%；

V0——理论空气量，加3/依；

5.燃烧产物热平衡方程式

当燃料及其燃烧所需的空气进入炉膛发生燃烧后，含碳灰粒飞出炉膛，大于分离切割

粒径％9的颗粒被分离器捕集，经回料器返回炉膛燃烧，而小于分离切割粒径的颗粒飞

入尾部烟道，成为锅炉飞灰。对循环流化床锅炉而言，大部分灰不是一、二次而是多次反

复通过炉膛、分离器或外置式热交换器(EHE)及回料器，这部分灰称为循环灰。

5.1循环灰量

B、=a“BA0r（5-1）

式中：Bs----循环灰量，kg/h;

B——计算燃料消耗量，kg/h-,

Aar——燃料收到基灰份，%o

5.2炉膛进口循环灰燃

嗫（5一2）

式中：

I'ZE——炉膛进口循环灰焰，kj/kg,

n---进入EHE的循环灰分额；

ImZ——进口炉膛循环灰熔增，kJ/kg；