20th循环流化床毕业设计 毕业设计.docx
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1、本 科 毕 业 设 计 20t/h循环流化床设计The design of CFB 20t/h boiler学院名称: 能源与动力工程学院 专业班级: 学生姓名: 指导教师姓名: 指导教师职称: 2013年 6月20t/h循环流化床设计 摘要 近年来,随着能源设备的发展和利用,特别是锅炉这种将工质加热到一定的温度和压力的能源设备广泛应用,给环境造成了严重污染。尤其是以煤为主要燃料的锅炉燃烧排放出大量的灰渣、粉尘、二氧化硫和氮的氧化物等污染物,严重影响了生态环境。又由于煤、石油等化石燃料的不断开采而日渐枯竭,人们一直在努力寻找一种高效、低污染的燃烧方式以解决以上两个问题。 我国在上世纪80年代初
2、期开始研究开发循环流化床燃烧技术,鉴于CFB锅炉的优点和我国环境排放标准的日益严格,极大地推动了循环流化床燃烧技术的推广和发展。本次设计为75吨/时循环流化床锅炉,属于中压自然循环锅炉。 在整个设计过程中,进行了无脱硫工况,脱硫工况的燃料消耗量和燃烧烟气的计算。主要计算有热力计算,强度计算和烟风阻力计算以及回料器设计计算,旋风分离器的设计计算。其中热力计算包括炉膛、高温过热器、低温过热器、省煤器以及空气预热器的计算。旋风分离器选用一个绝热旋风分离器。鉴于该锅炉为中压锅炉,采用钢管式省煤器。空气预热器采用管式空气预热器。 利用CAD,完成了锅炉总图、本体图、炉墙砖砌图、锅筒展开图。关键词:循环流
3、化床锅炉 热力计算 强度计算 烟风阻力计算 I120t/h循环流化床毕业设计The design of CFB 20t/h boilerAbstract recent years,along with the extensive application of the energy equipments, boiler this kind of energy equipment that heats the work to a certain temperature and the pressure also be subjected to a value.The widely use of t
4、he equipments caused serious pollution to the environment.Especially coal as the main fuel of the boiler combustion,that emit large amounts of ash, dust, sulfur dioxide and nitrogen oxide pollutants, such caused a serious impact on the ecological environment.Furthermore as coal, oil and other fossil
5、 fuels continued to mined and the depletion. It has been struggling to find an efficient and Cleaner burning method to solve the above issues.In the early 1980s, China began to research and development(R&D) the circulating fluidized bed combustion technology. Given the advantages of CFB boilers as w
6、ell as our environmental emissions standards increasingly strict year by year, great impetus has to the circulating fluidized bed combustion technology. The topic that the graduation of this time design is the CFB which is 75t/h, belonging to the middle type pressure & natural circulation boiler。Thr
7、oughout the design process,I had made a calculation about the without desulfurization conditions, the status of the desulfurization of fuel consumption and combustion flue gas.The main calculating conclude thermodynamic calculation, strength calculation,the smoke and wind resistance calculation,the
8、designe of the retune leg and the cyclone. Thermodynamic calculations which include the furnace and high-temperature superheater, low-superheater and economizer and air preheater calculations. Cyclone choose an adiabatic cyclone. In view of the medium-pressure boiler of this boiler,chosing pipe-econ
9、omizer while air Preheater using the tube type air preheater. Keywords:CFB thermodynamic calculations strength calculation smoke& wind resistance calculation目录摘要.IAbstract.II第一章 绪 论1第二章 循环流化床锅炉的结构.32.1方案论证4 2.2总体设计.4 2.3锅炉其它结构.52.4本章小结6第三章 热力计算73.1设计任务73.1燃料特性73.3炉膛结构设计及热力计算21 3.4高温过热器设计293.5低温过过热器设
10、计343.6省煤器设计37 3.7空气预热器结构及传热计算423.8热力计算结果汇总表46 3.9本章小结.47第四章 旋风分离器及回料器设计计算48 4.1炉膛风室阻力计算.48 4.2旋风分离器设计.55 4.3回料器设计.584.4本章小结.60第五章 强度计算.615.1锅筒强度设计61 5.2孔桥减弱系数计算63 5.3本章小结.65第六章 炉墙的设计及配套设备.66 6.1炉墙的设计.66 6.2引风机的选择.68 6.3送风机的选择.69结 论 .70参考文献71IV第一章 绪 论目前,能源与环境问题是我国的两个重大问题,也是世界上大多数国家的主要问题,已成为国民经济可持续发展的
11、重要制约因素。我国是世界上最大的煤生产国与消耗国,主要把煤用作燃料,在我国一次能源构成中占据着绝对主要的地位,而且在可以预见的未来,煤炭仍将占到主导地位。煤在燃烧过程中将产生大量的灰渣、SO2、NOx 等污染物,严重污染生态环境。对此,我国在2004 年1 月1 日出台了关于电站锅炉二氧化硫和氧化氮的排放指标的限制1。因此,煤的高效率低污染燃烧技术对于社会的可持续发展具有重要的意义,特别是电力化工行业应该更加重视对高效率低污染燃烧技术的开发与应用。 目前国际上已投入使用的或已基本成熟的高效清洁燃煤发电技术主要有四种:整体煤气化联合循环(IGCC)、增压流化床燃烧联合循环(PFBC)、常压循环流
12、化床燃烧(CFBC)和超临界煤粉炉蒸汽循环加烟气脱硫和氮的氧化物还原(SCPC-FGD-SCR)。从技术完备性和经济使用性角度来看,IGCC 和PFBC 都存在技术难度和研制费用及设备投资比较大的问题,而且商业化还存在一定问题,近期在我国不可能投入大规模的应用;SCPC-FGD-SCR 在技术上最为成熟,国际上应用最广,但由于超临界锅炉大量使用新材料及FGD-SCR 烟气净化技术投资和运行成本过高而使其在我国的商业应用存在困难1。而相比之下,循环流化床锅炉(CFB)以其燃料适应性广,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越来越被工业和发电行业所接受。所以,无论是新建电厂
13、还是旧厂改造,循环流化床技术是我国现阶段的最佳技术选择。而且,在当前及今后较长的时间内,循环流化床燃煤技术将是清洁煤利用技术的主要形式和发展重点。 在我国,煤在一次能源结构中占了很大的比重,煤的燃烧带来了严重的污染。而循环流化床是一种清洁高效的燃烧技术,其自身的优点使得它在国内外的应用越来越广泛,特别是结合我国国情研究和发展循环流化床锅炉具有更重要的意义。循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉的基础上改进和发展起来的一种新型有发展前途的高效洁净燃煤锅炉。它的基本原理是燃煤和空气进入一个流态化燃烧室,发生掺混和着火燃烧,夹带着大量细颗粒物料的烟气在炉膛出口以后的气固分离器中把所夹带的固体物料分离下来,
14、烟气进入尾部受热面,而被分离器收集下来的物料通过回料器被送回燃烧室循环再燃烧,从而实现循环燃烧。 要使循环流化床锅炉的以上特点都能得到很好地发挥,其设计的合理与否是关键。在循环流化床锅炉中炉膛无疑是整个装置的主体,而分离器和回料器又是关键部件,其中分离器被称为是循环流化床锅炉的心脏。如果这三者设计不合理,不但会影响整台锅炉热效率、燃烧热强度等其本身所固有的优点,甚至会在生产运行中出现事故频发的缺点,从而带来了维修工作量大和运行费用高等问题,而且还会给生产带来不必要的损失。所以设计一台锅炉,炉体的设计是整个锅炉设计的重心,关系到整台锅炉经济性的好坏。另外,循环流化床技术是在传统锅炉的基础上发展起
15、来的一种清洁高效的燃烧技术,因此选择循环流化床锅炉炉体的设计这个课题不但很好地综合应用了工程热力学、流体力学和传热学等专业基础课,同时也是对本专业先进技术的一次学习和探索。第2章 循环流化床锅炉的组成 循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉的基础上改进和发展起来的一种新型有发展前途的高效洁净燃煤锅炉。它的基本原理是燃煤和空气进入一个流态化燃烧室,发生掺混和着火燃烧,夹带着大量细颗粒物料的烟气在炉膛出口以后的气固分离器中把所夹带的固体物料分离下来,烟气进入尾部受热面,而被分离器收集下来的物料通过回料器被送回燃烧室循环再燃烧,从而实现循环燃烧。 循环流化床锅炉设备包括锅炉本体设备和锅炉辅助设备两部分,如
16、图1所示。锅炉的本体设备包括汽水系统、燃烧系统、炉墙和构架;辅助设备主要包括给煤/石灰石系统、送风/排烟系统、给水系统、灰渣处理系统、锅炉控制系统、点火系统和锅炉附件等部分3。其中燃料完成燃烧及大部分热量的传递都发生在本体设备中的燃烧系统,因此燃烧系统是循环流化床锅炉设计中最主要的部分,它一般由布风装置、燃烧室、飞灰分离收集装置及返料装置组成,有的循环流化床锅炉还带有外部流化床热交换器。 图 1 循环流化床锅炉 1-燃烧室; 2-高温旋风分离器; 3-省煤器; 4-过热器; 5-空气预热器; 6-煤仓; 7-石灰石仓; 8 电除尘器 (1)布风装置 布风装置主要由风室、布风板和风帽等组成,它的
17、作用是支撑床料并均匀分配进入燃烧室的流化空气,保证良好的床料流化质量。(2)燃烧室 燃烧室是循环流化床锅炉的主体,它既是一个流化设备、燃烧设备、热交换设备,也是一个脱硫脱硝设备,对燃烧室流化速度的选取和高度的确定是燃烧室设计中最重要的问题。(3)飞灰分离收集装置 飞灰分离收集装置是循环流化床锅炉燃烧系统的关键部件之一,是循环流化床锅炉的心脏。飞灰分离收集装置的形式决定了燃烧系统和锅炉整体布置的形式和紧凑性。(4)飞灰回送装置 飞灰回送装置也是循环流化床锅炉燃烧系统的重要部件之一,它的作用是将分离器收集下来的飞灰可控地送入燃烧室内,实现循环燃烧。(5) 外部流化床热交换器外部流化床热交换器实质上
18、是一个细粒子鼓泡流化床热交换器,它的作用是解决高压大型循环流化床锅炉燃烧室包覆面上受热面布置不下的问题。外部流化床热交换器内有几个区,不同区内布置有蒸发受热面、过热器和再热器受热面。2.1方案论证本次设计锅炉为20吨/小时循环流化床锅炉,其设计方案如下:2.2.1 炉内燃烧循环流化燃烧方式,燃烧温度850,大大低于灰变形温度,避免了大面积结焦的可能。钢板等压风室,风帽阻力较大,布风均匀,避免了局部流化不均匀而结焦;风播煤,煤入炉均匀,避免路口出燃烧过于强烈而超温。从根本上保证了分离器和回料器工作的安全性。循环流化床密相区的床温是一个十分重要的控制参数,它的有效恒定可以维持石灰石在密相区的高效反
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