75t循环流化床锅炉毕业设计开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称 75t/循环流化床锅炉设计 学 号

姓 名 专 业 热能与动力工程 学 院 汽车工程学院 导 师 选题时间 2010年 11 月 29 日

一、设计背景

我国工业锅炉量大面广,平均容量小,且以燃煤为主。锅炉容量小于 35 t/h的约占工业锅炉总量的 98 . 9 %, 其中2~ 10 t /h的占 75 % ,锅炉平均容量不到3 t /h。燃煤工业锅炉占工业锅炉总量的 80 %以上, 燃油气锅炉约占 15%, 电加热锅炉占 1 %左右,其余的以沼气、 黑液、 生物质等为燃料的锅炉。截止至 2008年底, 我国在用工业锅炉超过57万台,年耗燃料约 4亿吨标准煤, 约占我国煤炭总产量的四分之一。[1]

1、工业锅炉中普遍存在的问题

1.1锅炉燃烧设备设计制造质量不高,自控水平低,主辅机匹配不合理, α严重偏大

链条炉排锅炉作为我国燃煤工业锅炉的主要炉型,其燃烧设备存在比较突出的问题。首先炉排运行易跑偏, 受热后易变形、断裂, 造成炉排漏煤火口、漏风等,使灰渣含碳量增加;其次存在配风装置、调风门不严密,调节件结构不合理导致调节不灵活、调风作用不明显,且炉室间不能密封,各风室互相串风,风量调节性能差,使火床上的各燃烧区段合理布风难以实现;此外炉排与侧墙间漏风严重,锅炉横向风压分布不均衡。我国的燃煤工业锅炉自控水平较低,多为开环控制,不能根据外界用能情况变化自动调节锅炉运行状态。另外,因配置的运行监测仪表不全或者失灵,又缺少必要的化验手段,所以不能测定蒸汽﹙或给水﹚流量、 燃煤量、 过量空气系数、 炉渣含碳量、 排烟温度等经济运行参数。工业锅炉辅机配套普遍偏大,造成不必要的资源和能源浪费。从工业锅炉实际运行情况看,过量空气系数普遍存在严重超出正常范围的现象。[2]

1.2使用煤种与炉型要求有差异, 造成燃煤的着火、燃尽困难,燃烧不完全

燃煤工业锅炉是按一定的煤种(如挥发分、 热值、灰分、 水分等)设计的,只有在燃用与设计煤种性能相近的燃煤时,锅炉的运行才能处于比较好的状态。而我国幅员广大,煤的种类很多,煤质差别很大,由于燃煤供应几乎没有任何约束性规范和标准,完全由市场调节,供给工业锅炉使用的燃煤基本是原煤,其粒度、热值、 灰分、 水分经常发生变化, 造成煤种与炉型不适应,着火困难,燃尽更困难。

1.3锅炉水质普遍达不到标准要求, 影响锅炉安全,影响锅炉热效率

目前很大一部分工业锅炉没有使用水处理设备,就是已配置的水处理设备其实际利用率也不足 70 %,尤其是边远地区和乡镇地区的工业锅炉,既未安装水处理设备,也未采用锅内加药处理方式。蒸汽锅炉、 承压热水锅炉的给水应采用锅外化学处理,也就是要安装水处理设备对锅炉给水进行处理。否则锅炉水质不达标, 会导致锅炉结垢,既影响锅炉受热面传热,增加热阻,又危及锅炉的安全运行。

1.4锅炉运行负荷低, 工况经常变化，炉渣含碳量高, 散热损失大

据统计,目前全国工业锅炉的平均运行负荷只有额定负荷的 50%左右, 实际运行效率往往要比鉴定效率低 10~ 15个百分点,造成一次能源的浪费很大。锅炉低负荷运行容易造成漏风量增大,火床和炉膛温度偏低,燃烧速度明显减慢,燃烧工况不稳定, 煤中的固定碳燃烧变得更加困难,炉渣含碳量增加, 这样就使不完全燃烧热损失增大。

二、 立题目的和意义

循环流化床锅炉是我国目前最普遍的锅炉之一，通过自主完成锅炉结构设计和整体热力计算在内的锅炉设计过程能够让我们真正了解锅炉各个部分的特点和功能，并且通过这种实

践来完成对本专业只是的巩固、充实和提高。在计算设计过程中能培养学生的综合知识运用能力及资料搜集整理意识，学会分析问题并在过程中完善答案。对给定的数据资料学会分析并补充自己所需的材料内容和构思，间接地培养对工程问题的严谨态度和计算能力。

三、论文研究内容

3.1循环流化床锅炉的优点[3]

3.1.1燃烧效率高

国外的循环流化床锅炉效率能达到99％，我国循环流化床锅炉效率也能达到95～98％。能有这么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循环流化床锅炉炉膛内能充分燃尽。循环流化床锅炉燃烧属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产还设置三次风。循环流化床锅炉一大特点是采用分离回料装置。分离回料装置有惯性分离和旋风分离两种。有的大型循环流化床锅炉还会采用两级分离，例如75t/h，130t/h炉采用两级分离，一级是炉室出口的惯性和百叶窗高温分离，二级是在省煤器后加旋风分离，末燃尽煤粒经旋风筒分离回流至燃烧室继续燃烧。 3.1.2煤种适应性强

循环流化床锅炉对低热值无烟煤、劣质煤、页炭、炉渣石矸等都有很好的适应能力，适应性比煤粉炉、层燃炉好。原因一个是循环流化床配备分离回料装置能够保证煤粒得到充分地燃烧，另外，循环流化床锅炉使煤粒在炉内产生一定的流化，保证煤粒能够得到充分燃烧。[4]

3.1.3添加石灰石，有较高脱硫效果 石灰石脱硫剂在多次循环过程中，延长了与烟气中SO2的接触时间，Ca/S比显著降低，即以少量的石灰石达到较高的脱硫效率，脱硫效果可达95％，产生硫酸钙随渣排出。这种低倍率循环流化床锅炉适用于20t/h、35t/h、65t/h容量等级的发电锅炉和工业锅炉的旧炉改造，在利用当地劣质煤资源方面尤效显著。另外，含有硫酸钙的灰渣是综合利用的好材料。 [5]

3.1.4添加石灰石，降低了氮氧化物生成量

煤粒和添加的石灰石在炉膛内以800～900℃温度燃烧，可以控制NOX的生成。这是因为生成的NOX被炉子部未燃烧的碳或CaO还原，因此减少的NOX的排放。 3.1.5系统简单，运行操作方便

从原煤到落煤经螺旋给煤机进入炉膛；一次风经布风板引入炉膛底部；煤粉（10mm以下）悬空燃烧；二次风从前后墙引入，起助燃搅拌作用；随烟气向炉膛尾部带起走的较大颗粒旋风分离器后返回到炉膛，循环燃烧，进入尾部烟道只剩下很小的灰粒。经过上述简单流程，锅炉即达到应当的蒸汽量，满足汽轮机蒸汽品质要求。

3.1.6灰渣综合利用，前途广泛

灰渣中有一定的硫酸钙，可作各种建筑材料的掺合料，水泥行业、制砖行业利用灰渣前途最广泛。该炉型推广应用可减少除灰渣场地，对无灰场条件的中小城市而言，不仅可以大大改善环境条件，而且可以推进建材行业的发展，变废为宝，使煤炭发挥综合效益。[6]

3.2论文研究构思

75t/循环流化床锅炉的设计首先根据给定的技术要求和燃料指标进行主要部件的初步确定，可分为：

Ⅰ、炉型、受热面、固体颗粒分离装置、尾部烟道布置、对流受热面的设计等。这一步主要对锅炉的整体布局和设计进行基本确定，便于锅炉的整体设计计算。炉膛尺寸主要为炉宽、炉深、炉高和炉膛下部界面收缩部分的尺寸，其大小的确定需考虑锅炉额定蒸发量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度、排烟温度等因素。当确定好炉型大小后其他布置根据设计情况再逐一设计。

Ⅱ、锅炉内部的几大系统进行初步设计，如风烟系统、汽水系统、制粉系统、燃油系统、过热系统、再热系统、排渣系统等，利用初步设计的锅炉整体空间设计布置，将几大系统对应的功能组件一一考虑进去，并根据给定参数选择各个系统的运行方式。（风烟系统拟定采用平衡通风，空气采用两级送风；水循环系统中锅筒、水冷壁和下降管根据蒸发量计算设定；制粉系统、燃油系统等将根据设计好的系统和计算数据进行设计）

Ⅲ、循环流化床锅炉还应考虑物料循环系统（即返料装置），有机械阀和非机械阀两种，回料管、回送装置，溢流管及灰冷却器等几部分在其他系统设计完成时根据煤质及技术要求最后确定。

Ⅳ、之后设计要考虑锅炉内各个受热面的布置，有炉膛水冷壁受热面、过热器受热面、省煤器、空气预热器等，整体设计之后再考虑锅炉的吹灰布置。

初步设计炉膛水冷壁和水冷屏采用膜式壁结构，悬吊于钢架的顶部横梁上，下膨胀；高温过热器和低温过热器采用低温过热悬吊管进行悬吊，根据需要添加屏式过热器，若需要则悬吊在炉顶的屏式过热器集箱上；省煤器布置在低温过热器下部区域，由省煤器支撑梁支撑，中通空气冷却（省煤器的布置方式待定）；空气预热器的选择是间壁式（钢管式空气预热器）还是再生式（回转式空气预热器）则根据炉膛空间设计和后面的热力计算进行选择。

Ⅴ、整体设计之后进行锅炉整体热力计算，具体有 1）燃料与燃烧产物计算和锅炉热平衡计算；

2）炉膛热力计算，这部分计算结果获得炉膛出口烟温及炉膛区域各受热面的吸热量、焓增量等数据；

3）高低温过热器热力计算，为了使工质出口参数达到设计要求，须先假设受热面积，再进行热平衡的校核，如果不满足误差条件，则要进行循环计算，从而得出适合的受热面积；

4）省煤器、空气预热器热力计算，通常省煤器和空气预热器计算，满足本身的热平衡后，得到的热空气和排烟温度与已知的输入数据是不一样的，这时还须进行锅炉整体的热平衡计算误差的校核，根据规定，当误差大于0.5%时，须把热空气温度和排烟温度迭代回到锅炉热平衡计算前进行迭代循环。 Ⅵ、强度计算

主要计算锅筒外接下降管、水冷壁管、上下集箱、省煤器上集箱及引出管等的强度校 核，保证各个管路的壁厚满足给定技术要求压力及温度要求。 Ⅶ、锅炉烟风道阻力计算

根据设计好的锅炉各个管道布置及设计尺寸和参数进行烟道阻力计算和风道阻力计算。

Ⅶ、关键部位设计分析

循环流化床锅炉关键技术部件有：高温绝热旋风分离器、U型自平衡返料器、风帽等。 分别针对高温绝热旋风分离器容易堵塞、或严重腐蚀和磨损等缺点进行改进设计；返料器则有漏风严重，返料风压不够，或波动过大，或返料风中断及易结焦的不足；风帽则非常容易受到磨损。

3.3设计中注意问题

在资料整理时注意循环流化床锅炉的特点，在设计中注意这种锅炉的不足，主要有以下几点：

1)循环流化床锅炉风机电耗大、烟风道阻力高。相对于煤粉锅炉，流化床锅炉一次风机、二次风机、流化风机压头高；流化床独有的布风板装置和飞灰再循环燃烧现象系统使送风系统的阻力长远于煤粉锅炉送风的阻力，煤粉炉输风机器风压普通在2KPa以下，而流化床锅炉的输风机器风压普通运行在10KPa以上，电耗大，噪音高，震荡大。普通循环流化床锅炉用电比值比煤粉炉至少高4～5百分之百以上。

2)锅炉器件的磨耗较严重。因为流化床锅炉内的物料成高液体浓度、高风速的独特的地方，故锅炉器件的磨耗比较严重。固然采取了耐火耐磨浇注料处置、喷涂处置、密稀相区让管等防磨处理办法处置，但实际运行中循环流化床炉膛内的受热面磨耗速度仍长远于煤粉锅炉。密稀相区两地相连处的管壁磨耗处置修复要比煤粉炉困难程度大得多。

3)耐火耐磨层磨耗、出现裂缝和剥离是流化床锅炉比较棘手的问题。流化床锅炉运用耐火物质的部位和数目比煤粉炉要多很多。而因为耐火耐磨材料挑选不合适，还是动工工艺不符合理，还是烘炉和点火开始工作中温度扼制不合适，升温、降低温度过快，造成耐火物质中蒸发水汽不可以趁早排出，还是热应力过大，导致耐火物质内衬出现裂缝和剥离。密相区内耐火物质的的剥离将毁伤正常的床料流化工况，导致床料结渣。离合器、料腿及返料阀系统耐火物质的的剥离将拥塞返料系统结渣，物料循环毁伤，循环流化床锅炉成为鼓泡流化床锅炉，蒸发量没有办法保持，被迫停炉。而在煤粉锅炉中不存在这个问题，因煤粉锅炉冷灰斗耐火物质的剥离及结渣而影响停炉的意外很少见。

4)点火开始工作时间长。循环流化床锅炉点火开始工作时间除受汽包升温效率的影响外，还遭受耐火防磨层内衬材料温升和能承担的热应力限止。温升过快，耐火防磨层内衬材料热应力将超过准许热应力显露出来出现裂缝。所以，对循环流化床锅炉点火开始工作时间和升温效率有严明要求。汽冷旋风离合器的循环流化床锅炉从冷态开始工作到带满载荷的时间普通扼制在6～8钟头。而煤粉锅炉因无大平面或物体表面的大小的耐火防磨内衬材料，点火开始工作只思索问题汽包升温效率，点火时间相对较短,冷态在5～6钟头就可达到预设载荷。

5)循环流化床锅炉对燃烧材料适合性广，但对燃煤粒径要求严明。循环流化床锅炉燃煤粒径普通在0～10mm之间，均匀粒径在2.5～3.5mm之间，假如达不到这个要求，将带来运行中的不好后果，锅炉达不到预设蒸发量，主汽温度难于保障，灰渣含碳量高，受热面磨耗严重。

6)N2O生成量较煤粉炉高。与高温煤粉炉燃烧现象过程对比，循环流化床锅炉燃烧现象温度较低，NOX（NO、NO2等氮氧气化物的总称）生成量较少，但N2O的生成量较大，，它俗称“笑气”，是一种强温室效应气体，对大气臭氧气层具备毁伤效用，造成紫外光直接映射到地球上，导发肉皮儿癌。到现在为止国际上对“笑气”排放比较关心注视。

7)循环流化床锅炉尾部受热面的磨耗比煤粉炉大。循环流化床锅炉的飞灰份额比煤粉炉小，但飞灰粒径比煤粉炉大得多，在运行中假如离合器效果差或烟气流速大，将造成过热器、省煤器等受热面磨耗严重。

8)循环流化床锅炉的中心器件风帽较易磨耗。风帽通风孔之间的横向冲刷，及高速床料对风帽的磨耗容易引动风室漏渣、流化效果恶化、结焦炭、沟流现象，影响锅炉载荷。而风帽的维修异常艰难，需求先扫除净尽布风板上几十吨的惰性床料，而后又回装，检查修理周期长，生产力需要大。煤粉炉就不存在这个问题。

四、论文工作计划

本课题是循环流化床锅炉的设计，而且设计过程中工作量最大的是热力计算，所以工作安排如下：

1、 搜集循环流化床的中文及外文文献，对循环流化床锅炉目前现状和设计容易存在的

问题进行分析和整理。

2、 在热力计算中需要大量数据计算，应该利用简单的变成软件如C、VB等编程软件进

行基础计算，有必要时利用Excel进行综合数据列表分析并计算。 3、 根据任务书要求将热力计算完成后画出锅炉总体的结构图。 4、 计算烟风道阻力，完成计算后进行校核检查。

5、 翻译外文文献补充论文中缺少的注意事项及技术要求。

五、参考文献

1 何心良 我国工业锅炉使用现状与节能减排对策探讨 (上海工业锅炉研究所, 上海

200126)

2 赵钦新 我国工业锅炉未来发展分析 [ J]. 工业锅炉, 2007( 1): 1- 9

3 石斌 对工业锅炉节能减排的探索 [ J]. 中国质量技术监督, 2008( 12): 60- 61 . 4 胡玉龙 在用工业锅炉节能运行与改造 [ J]. 应用能源技术, 2009( 3): 15- 17 . 5 MA Su-xia, LI Hong-ge, Static Behaviors and Optimization Operation Techniques

For Circulating Fluidized Bed Boiler, Department of Thermal Engineering Taiyuan University of Technology, Taiyuan , Shanxi, 030024, China

6 田 鹏 煤矸石热电厂75t/h循环流化床锅炉技术特点（哈尔滨电站工程有限责任公司，

黑龙江 哈尔滨 150040）

7 MA Su-xia,YANG Xian-yong. The experimental studies on solid suspension density of a

circulating fluidized bed boiler in different operating mode[J]．Power Engineering，2005， Vol.25（5）:639-642

8 王智微 循环流化床锅炉循环物料平衡的研究 （国家电力公司热工研究院，陕西 西安

710032）

9 WangYu－ming Chongqing Energy Conservation Technology Service Center，Chongqing

400020，China

10 岑可法，倪明江，等．循环流化床锅炉理论设计与运行［M］．北京：中国电力出版社，

1997．

11 刘德昌，陈汉平．锅炉改造技术［M］．北京：中国电力出版社，2000． 12 王 擎，骆仲泱，李绚天，等．循环流化床流动密封阀型返料装置的设计方法探讨［J］．动

力工程，1999，19（2）．

13 冯俊凯, 岳光溪, 吕俊复. 循环流化床燃烧锅炉. 电力工业出版社, 2003

14 Lu Junfu, Feng Junkai. On Design of CFBC Boilers. In: Xuchang Xu ed. Proceeding of the

5th International Symposium on Coal Combustion, Nanjing China, 2003: 309~313 15 P. 巴苏等著. 循环流化床锅炉的设计与运行. 科学出版社，1994

四、论文工作计划

本课题是循环流化床锅炉的设计，而且设计过程中工作量最大的是热力计算，所以工作安排如下：

1、 搜集循环流化床的中文及外文文献，对循环流化床锅炉目前现状和设计容易存在的

问题进行分析和整理。

2、 在热力计算中需要大量数据计算，应该利用简单的变成软件如C、VB等编程软件进

行基础计算，有必要时利用Excel进行综合数据列表分析并计算。 3、 根据任务书要求将热力计算完成后画出锅炉总体的结构图。 4、 计算烟风道阻力，完成计算后进行校核检查。

5、 翻译外文文献补充论文中缺少的注意事项及技术要求。

五、参考文献

1 何心良 我国工业锅炉使用现状与节能减排对策探讨 (上海工业锅炉研究所, 上海

200126)

2 赵钦新 我国工业锅炉未来发展分析 [ J]. 工业锅炉, 2007( 1): 1- 9

3 石斌 对工业锅炉节能减排的探索 [ J]. 中国质量技术监督, 2008( 12): 60- 61 . 4 胡玉龙 在用工业锅炉节能运行与改造 [ J]. 应用能源技术, 2009( 3): 15- 17 . 5 MA Su-xia, LI Hong-ge, Static Behaviors and Optimization Operation Techniques

For Circulating Fluidized Bed Boiler, Department of Thermal Engineering Taiyuan University of Technology, Taiyuan , Shanxi, 030024, China

6 田 鹏 煤矸石热电厂75t/h循环流化床锅炉技术特点（哈尔滨电站工程有限责任公司，

黑龙江 哈尔滨 150040）

7 MA Su-xia,YANG Xian-yong. The experimental studies on solid suspension density of a

circulating fluidized bed boiler in different operating mode[J]．Power Engineering，2005， Vol.25（5）:639-642

8 王智微 循环流化床锅炉循环物料平衡的研究 （国家电力公司热工研究院，陕西 西安

710032）

9 WangYu－ming Chongqing Energy Conservation Technology Service Center，Chongqing

400020，China

10 岑可法，倪明江，等．循环流化床锅炉理论设计与运行［M］．北京：中国电力出版社，

1997．

11 刘德昌，陈汉平．锅炉改造技术［M］．北京：中国电力出版社，2000． 12 王 擎，骆仲泱，李绚天，等．循环流化床流动密封阀型返料装置的设计方法探讨［J］．动

力工程，1999，19（2）．

13 冯俊凯, 岳光溪, 吕俊复. 循环流化床燃烧锅炉. 电力工业出版社, 2003

14 Lu Junfu, Feng Junkai. On Design of CFBC Boilers. In: Xuchang Xu ed. Proceeding of the

5th International Symposium on Coal Combustion, Nanjing China, 2003: 309~313 15 P. 巴苏等著. 循环流化床锅炉的设计与运行. 科学出版社，1994

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nahh.html