毕业设计说明书--25MW循环流化床锅炉技术的设计.doc
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1、-大学-科技学院毕业设计(论文) 摘要循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展起来的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用,并向几十万千瓦级规漠的大型循环流化床锅炉发展;国内在这方面的研究、开发和应用也是方兴未艾,已有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。可以预见,未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重要时期。 本次设计根据给定的毕业设计任务书,参考相关资料,在分析锅炉的基本构造、工作过程及基本特性的基础上,对25MW循环流化床锅炉进行设计。本设计包括炉膛设计计算、稀密相区的设计计算和受热面的校核计算。在热力计算中,利用相
2、似原理,采用逐次逼近法,进行迭代计算,确定炉体及相关部件的尺寸。本次设计的锅炉效率为84.1%,炉膛截面积为52.63m2。从计算结果知,该锅炉设计合理,效率较高,可供工程实际设计参考,若能工程实施,将能带来较好的社会效益与经济效益。关键词:25MW循环流化床锅炉;热力计算;结构设计AbstractCirculating fluidized bed boiler technology is nearly a dozen years to speed up development of a high efficiency, low pollution and clean burning tech
3、nology. In the international the circulating fluidized bed boiler technology has a wide range of commercial applications in power plant boilers, industrial boilers, waste management and other fields and has a great development to the hundreds of thousands of kilowatts of large scale circulating flui
4、dized bed boiler; Domestic research, development and applications is in the ascendant. There are hundreds of circulating fluidized bed boilers have been put into operation or manufacturing. It can be predicted that the next few years will be an important period for rapid development of circulating f
5、luidized bed.The design according to the given graduation design task book, refer to the relevant information, based on analysis of the basic structure of the boiler, and the basic characteristics of the work process, the circulating fluidized bed boiler for 25MW design. The design includes furnace
6、design calculations, checking design calculations and calculation of heating surface thin dense phase region. In the thermal calculation, using a similar principle, using successive approximation method, iterative calculations to determine the size of the furnace and related components.The design of
7、 boiler efficiency is 84.1%. Furnace cross-sectional area is 52.63. Known from its results, the boiler design is reasonable and high efficiency. The design can be a reference for engineering design. If the project can be carried out, it will bring good benefits of social and economic.Key words:25MW
8、circulating fluidized bed boiler ; thermodynamic calculation ; Structural Desig目录摘要IAbstractII1 绪论11.1中国电力发展状况及趋势11.2电厂锅炉的分类21.3循环流化床锅炉的起源与发展31.4循环流化床锅炉的原理与特点.102、锅炉结构与设计简介122.1循环流化床锅炉的分类122.2本设计主要内容142.2.1研究方法152.2.2锅炉设计过程162.2.3参数选取162.3锅炉受热面及外形布置182.3.1 锅炉受热面布置182.3.2 蒸汽参数对受热面布置的影响192.3.3 锅炉容量对受热
9、面布置的影响192.3.4燃料性质对于锅炉热力工况的影响202.4 锅炉整体的外形布置213 锅炉的主要系统设计223.1炉膛的结构形式223.2炉膛的结构设计233.2.1炉膛尺寸的确定233.2.2 炉膛容积的确定243.2.3 炉膛的截面积253.3锅炉基本尺寸273.4燃烧设备273.4.1 布风板273.4.2 分离器284 对流受热面计算与设计304.1过热器的计算与设计304.2省煤器374.21省煤器的作用.374.22省煤器的结构.374.23省煤器的布置.384.24省煤器中的水速.39 4.25省煤器出口水温的选择.394.3空气预热器404.4管子特性424.5循环流化
10、床锅炉排放控制424.6钢架及平台楼梯434.7炉墙及保温结构434.8锅炉阀门仪表及管道445 辅助计算455.1锅炉的空气量计算455.2燃料燃烧计算455.2.1计算内容455.2.2空气和烟气的焓465.3锅炉热效率及燃料消耗量的估算485.3.1锅炉热效率及燃料消耗量计算步骤495.3.2锅炉输入热量496 密相区稀相区的热平衡和传热计算546.1 密相区稀相区的热平衡546.1.1密相热平衡546.2密相区、稀相区的传热计算55 6.2.1密相区的传热计算 556.2.2稀相区的传热计算627 锅炉热力计算误差校核69总 结71致 谢72参考文献73671绪论1.1中国电力发展状况
11、及趋势中国电力工业自1882年在上海诞生以来,经历了艰难曲折、发展缓慢的67年,直到改革开放后,电力工业体制不断改革,在实行多家办电、积极合理利用外资和多渠道资金,运用多种电价和鼓励竞争等有效政策的激励下,电力工业发展迅速,在发展规模、建设速度和技术水平上不断刷新纪录、跨上新的台阶。进入新世纪,我国的电力工业发展遇到了前所未有的机遇,呈现出快速发展的态势。随着电源容量的日益增长,以及我国电网规模不断扩大,电网建设得到了不断加强,特别是近十年来,电网建设得到了迅速发展,输变电容量逐年增加。未来20年,是我国经济和社会发展的重要战略机遇期。发展循环经济,创建节约型社会。加强发电、输变电、用电等环节
12、的科学管理,提高能源使用效率。在加快电力建设,保障电力供给的同时,将节约资源和提高能效提升到与电力供应同等重要的地位。目标是:2020年火电平均供电煤耗控制在每千瓦时330克标准煤,厂用电率下降到5.1%;发电水耗控制在每千瓦时2.5千克(目前发达国家水平);粉煤灰综合利用率达到75%。线路损耗下降到6.8%。通过节能、节电,加强全国联网,调整产业结构,逐步降低单位产值能耗等综合措施,到2020年力争节约发电装机超过1.2亿千瓦、标煤2亿吨。1.2循环流化床锅炉的起源与发展在谈循环流化床技术之前,首先要涉及到流态化技术,正如各种技术的形成一样,循环流化床技术的问世,也是一个逐渐被发展和完善的过
13、程。循环流化床技术是在最初被发现并应用的流态化技术的基础上发展起来的。流化床燃烧技术的应用最初是鼓泡床技术,其大概的工作过程就是,碾碎的小颗粒燃料通过给煤口送入炉内,床内布置有埋管蒸发受热面,空气由风室通过床下布风板送入床层,将燃料颗粒吹起。吹起的颗粒上升到一定高度,在重力作用下又落下,再由空气吹起上升,然后又落下,如此反复上升、落下, 好像水在沸腾时的状态一样,固体颗粒层也膨胀起来,此时固体颗粒便进入流化状态,这便是最初的鼓泡床燃烧。从以上鼓泡床燃烧特点可以看出,其飞灰含碳量大,不完全燃烧损失大。由于鼓泡床在燃烧宽筛分燃料尤其是劣质燃料时,固体未完全燃烧损失很大、加入石灰石脱硫效率低、埋管受
14、热面和炉墙磨损大以及大型化时床面积过大受热面难以布置等缺点的限制,由于上述种种原因,人们便开始新的探索,力图在此基础上进行改进,克服其固有弱点,循环流化床燃烧技术便应运而生。目前我国燃用无烟煤的煤粉锅炉的NOx排放为1100mg/Nm3左右,尚不能满足排放控制要求,而燃用无烟煤的大型循环流化床锅炉NOx排放可控制在150mg/Nm3以下。随着环保标准执行力度的加大,大型循环流化床锅炉在燃用无烟煤的电站锅炉中也会占领部分市场。目前大量新机组是建于煤矿附近的坑口电厂,燃料以洗煤厂副产品洗中煤、煤矸石、洗煤泥为主,由于燃料的特殊性,循环流化床锅炉几乎是它们唯一的选择。炼油行业的副产品石油焦、煤化工行
15、业的煤制油油渣、氮肥行业的造气炉渣都是循环流化床锅炉的燃料,且只能在循环流化床锅炉内燃烧,这也是循环流化床锅炉的一部分市场。由于循环流化床锅炉能够解决我国燃煤锅炉存在的包括环境问题在内的诸多现实问题,中国已成为循环流化床锅炉最大的商业市场。随着全球各国经济的飞速发展对能源需求越来越多,对能源的开发和利用也在不断完善。我国是目前世界上经济发展最快的国家之一,同时是世界最大的产煤国,也是最大的煤耗国。高速发展的经济必然意味着对能源需求的大量增加,由于煤的开发和利用产生大量废气(氮氧化物酸性气体)和废物(如煤矸石),这不仅对环境造成污染,同时,煤矸石中的可燃成分被白白废弃,造成能源的浪费,不符合我们
16、国家节约型社会的发展要求。循环流化床锅炉(CFBB)是一种可以燃烧劣质燃料的锅炉,通过流化和循环两个特殊过程,能把以煤矸石为代表的劣质燃料彻底地烧干净,提高燃烧效率,锅炉的燃烧效率达到90%以上。我国循环流化床锅炉发展状况12:我国于20世纪80年代开始了循环流化床锅炉燃烧技术的研究开发,虽然起步较晚,但进步很快。目前,200MW及以下容量的循环流化床锅炉已在国内大面积工业推广。引进技术促进了我国循环流化床燃烧技术的发展。据不完全统计,我国已经有30余台135MW等级循环流化床锅炉在运行,百余台订货,300MW循环流化床锅炉在四川白马电厂已成功运行,有20台订货,2006年开始陆续投入商业运行
17、。超临界循环流化床锅炉示范工程也开始策划。循环流化床锅炉燃烧技术在我国还是一门年轻的技术,无论是锅炉本体,还是辅助系统都需要进一步完善。令人欣慰的是,通过锅炉厂家和有关科研单位的努力,对锅炉本体的研究取得了初步的成果,下一步应集中精力对锅炉的辅助系统进行攻关。在流化床锅炉燃烧机理、设计准则、调试运行和检修维护等方面,已经积累了大量的经验。但作为一种新的燃烧方式,有关循环流化床的基本理论还不能很好地满足工程实践的需要,有关的设计方法和思想还不是十分明确,与循环流化床锅炉有关的运行和检修还没有统一的标准。同时,尽管循环床锅炉的运行易于掌握,但必须尽快掌握它的运行特点和与其他炉型不一致的控制参数。只
18、有从锅炉的设计、制造、运行各个方面严格控制,才能使这门技术充分发挥它的优势,从而得到尽快的发展。 我国发展循环流化床锅炉已有近20年的历史,其发展的主要目的是利用劣质燃料。发展过程大致可分成三个阶段:改造旧锅炉,掌握流化床锅炉燃烧技术。从20世纪60年代中期到70年代中期,主要是改造旧锅炉,利用当地劣质燃料。典型代表是广东江门甘蔗化工厂的50t/h和四川永荣矿务局的19t/h的流化床锅炉。通过这些改造旧锅炉的试验,基本上掌握了流化床锅炉燃烧技术,为研制新锅炉打下了基础。研制新锅炉,应用流化床燃烧技术。上海发电设备成套设计研究所和上海锅炉厂在一系列试验台试验和工业性试验的基础上,共同研制了电站用
19、35t/h和13ot/h的流化床锅炉,分别安装在益阳石煤发电综合利用试验厂和鸡西矿务局滴道电厂。东方锅炉厂也在试验研究的基础上制造了35t/h流化床锅炉,安装在四川永荣矿务局电厂。这几台锅炉的运行实践证明:流化床锅炉是我国利用劣质燃料的一条途径。发展循环流化床锅炉,提高流化床燃烧技术。为了提高燃烧效率,各科研单位、高等学校和制造厂家合作,研制了各种型式的循环流化床锅炉和带飞灰循环燃烧的鼓泡床锅炉。清华大学与中国科学院工程热物理所研制的3575t/h小循环流化床锅炉相继运行,哈尔滨工业大学、上海发电设备成套设计研究所研制的130t/h带飞灰循环燃烧的新型鼓泡床锅炉已投入运行,浙江大学研制的35t
20、/h煤泥流化床锅炉也已投入运行,华中理工大学研制的35t/h循环流化床锅炉具有典型的n型布置和中温除尘的特点,也已投入运行。清华大学与中国科学院工程热物理所研制的220t/h循环流化床锅炉也已相继投入运行。这阶段发展的特点是,循环流化床锅炉与带飞灰循环燃烧的鼓泡床锅炉同时并举,并从利用劣质煤为中心转向高效、低污染的煤燃烧技术的综合发展。 应用流化床燃烧技术燃烧劣质燃料,无疑有重要的战略意义。可以预料,未来的510年间是我国流化床燃烧锅炉向大型化发展的年代。我国的发展战略是:因地制宜地发展带飞灰循环燃烧的鼓泡床锅炉和各种型式的循环流化床锅炉。在旧锅炉和超龄锅炉的改造中使用流化床燃烧技术,以达到既
21、能提高燃烧效率、减少污染,又能利用低质燃料的目的。(3)我国循环流化床锅炉目前状况: 清洁煤燃烧发电是国内外新崛起的发电技术,循环流化床是应用清洁煤燃烧技术的成果,它是利用脱硫剂使煤在流化床上燃烧时脱硫,如控制好炉内的钙硫比,其脱硫率可达到90%以上,环保效益好,是国家在调整电力结构时要求积极发展的发电技术之一。 循环流化床锅炉比常规燃煤锅炉贵,但与带脱硫装置的常规燃煤电厂(PC+FGT)相比,同容量的循环流化床锅炉电厂的建设费用是常规燃煤电厂的90%,运行维护费用也只是常规燃煤电厂的90%。 我国很多地区由于电厂的生产,使该地区酸雨和二氧化硫污染严重,特别是珠江三角洲地区的环境污染已经到了非
22、治理不可的地步,因此必须对现有电厂加装脱硫装置。但是对现有电厂加装脱硫装置存在着资金项目建设之初就使用循环流化床锅炉技术、政策等问题,难以调动企业的积极性。如果在就可避免这种情况的发生。 目前,我国部分地区的电厂还没有应用循环流化床这种清洁煤燃烧发电技术,这是因为现有政策使脱硫成本无法进入电价,而脱硫设施只有环境效益,不产生经济效益,不具有还贷能力,因此虽然循环流化床锅炉技术已趋于成熟,环保性能特别好,但投资者还是没有积极性。 为了鼓励投资者积极利用清洁煤燃烧发电技术,改善我国生态环境状况,建议政府尽快制定鼓励政策。根据当地实际情况批准建设循环流化床电站,以逐步推广清洁煤燃烧发电技术。 综观国
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