1、 220t/h燃煤矸石循環流化床鍋爐的設計摘 要：本論文介紹的是一臺220t/h燃用煤矸石循環流化床鍋爐的設計。由于煤矸石自身具有硬度大、熱值低的特點，本設計首先在分析燃料的基礎上，結合國內外循環流化床鍋爐的設計經驗，選擇了合適的鍋爐結構，并選擇與燃料合適的運行參數，通過進行熱力計算和強度計算，確定鍋爐各部分結構尺寸。熱力計算是循環流化床鍋爐設計、改造所必須的計算，根據熱力計算可確定鍋爐的燃料消耗量、鍋爐效率及各受熱面大小等設計參數，是鍋爐強度計算、水動力計算、煙風阻力計算的基礎。計算過程中需要參考許多與燃煤矸石相適應的熱力計算參數。強度計算是確定鍋爐汽水系統壁厚的主要依據，保證所設計鍋爐的安

2、全性。在此基礎上繪制了鍋爐結構總圖及零件圖。關鍵詞：循環流化床；鍋爐設計；煤矸石；熱力計算；強度計算 Abstract：Described in this paper is a 220t/h circulating fluidized bed combustion boilers design with coal gangue combustion. As a result of coal gangue its own features of hardness and low calorific value, the design is based on the analysis of fue

3、l then take the circulating fluidized bed boiler at home and abroad and the experience of the design for reference ,I select the appropriate boiler structure, and select the appropriate operation parameters for the fuel,determine the structure of the various parts of the boiler size through the ther

4、mal and intensity calculation.Thermal calculation is the necessary calculation of circulating fluidized bed boiler design or modifying, which can determine the design parameters such as fuel consumption, the size of heating surface and efficiency of the boiler.it is the basis of the strength calcula

5、tion, water power calculation and the smoke wind resistance caculation.and it need a number of reference parameters of the thermodynamic calculation adaptitng to the burning coal gangue. Strength calculation is to determine the wall thickness of boilers steam and water system ,and it ensures the saf

6、ety of the designed boiler.And I make the boilers structure CAD drawings and components drawings on the basis of above.Key words：circulating fluidized bed; boiler design; coal gangue; heat calculation; intensity calculation 引 言我國循環流化床燃燒基本成熟，制造和運行成本都較低，在保證高效燃燒的基礎上能顯著降低廢棄物排放，可以滿足目前世界上最嚴格的環保標準。在當前及今后較長

7、的時間內，流化床燃煤技術是潔凈煤燃燒的主要形式和發展重點。流化床燃燒具有對燃料適應性好，有害氣體排放量低等優點，自它問世以來在世界各主要工業化國家得到了迅速的發展。流化床燃燒在電站鍋爐、工業鍋爐、窯爐和焚燒各種廢物、燒水泥等領域得到了廣泛的應用。流化床燃燒是介于層狀燃燒與煤粉燃燒之間的一種燃燒方式。為保證新建和改建的循環流化床鍋爐安全、經濟、高效和低污染的運行，對循環流化床鍋爐合理的設計是其關鍵因素之一。目前各設計單位和制造廠家采用了各自的熱力計算方法和設計方法，并且已經利用計算機進行輔助設計，但不少重要的設計參數選取和計算仍然帶有一定的盲目性和純經驗性，而且尚未形成一套完善的、統一的設計計算

8、方法，給工程設計人員和相關的技術人員在鍋爐設計和選型方面帶來很大的不便。本文以哈爾濱工業大學循環流化床鍋爐設計經驗為基礎，對一臺220t/h燃煤矸石循環流化床進行了結構和強度設計，并繪制了鍋爐總圖和部件圖。鍋爐主要部件的設計和相關參數的選取與計算2.1 鍋爐選型與布置爐膛結構采用單爐膛，布置屏式受熱面。爐膛尺寸主要為爐寬、爐深、爐高和爐膛下部界面收縮部分的尺寸，其大小的確定需考慮一系列的因素。本鍋爐爐膛上部橫截面為10300×6000mm2，煙氣表觀速度為4.378m/s。爐膛下部的前后墻向中間收縮，形成上大下小的結構。爐膛下部的后墻水冷壁彎制成水冷布風板，布風板的橫斷面為10300

9、×3346mm2，其上布置1365只改進型蘑菇式風帽，風帽采用耐磨高溫合金精密鑄造，并具有防漏渣功能，風帽的橫向和縱向節距皆為160mm。布風板上的表觀煙氣速度為4.07m/s。由于床面較寬，制造和安裝過程中必須保證床面的水平度，防止料層厚薄不勻影響流化質量。在布風板上部的兩側墻分別設有人孔門，供鍋爐內部檢修用。2.2 固體顆粒分離裝置的種類和選型固體顆粒分離裝置是循環床鍋爐的關鍵部件之一。它的性能直接影響到鍋爐的安全和經濟性運行。分離器的結構形式和布置位置，決定了循環床鍋爐的整體布置形式與緊湊性，成為區別循環床鍋爐技術流派的重要標志之一。本鍋爐采用高溫絕熱旋風分離器作為煙氣與物料的

10、分離裝置，它具有分離效率高和強化燃燒的優點。旋風分離器的外殼由鋼板制成，內襯絕熱材料及耐磨耐火材料。內壁面必須耐磨、光滑，使旋風分離器既有較高的分離性能，又有較長的使用壽命。旋風分離器將被煙氣夾帶離開爐膛的物料分離下來，通過返料器返回爐膛，煙氣則流向尾部對流受熱面。旋風分離器的中心筒采用高強耐熱合金鋼制造，以保證有效的耐高溫、抗變形能力。2.3 尾部煙道布置尾部煙道布置方式是單煙道形式，煙氣從上往下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器，省煤器，空氣預熱器，過熱汽溫采用噴水調節。2.4 對流受熱面的設計根據我國有關單位的研究，對于固態排渣爐，提出最佳過熱器受熱面的煙速為1014m/s。在循環流化床中

11、，分離器前煙氣中的物料濃度較高，對受熱面的磨損嚴重；分離器出口的煙氣中含塵顆粒的粒度相對比較粗，一般為4080m，而煤粉爐為1525m，且飛灰的形態與煤粉爐不同，未經高溫融化4。因此對流過熱器的設計要充分考慮到發生磨損的可能性。2.5 主要系統的設計 鍋爐汽水系統鍋爐給水首先進入省煤器進口集箱，經過水平布置的四組省煤器，匯集到省煤器的出口集箱，經出口集箱引入汽包水空間。在啟動階段，用省煤器再循環系統保護省煤器。鍋爐采用自然循環，汽包內的鍋水通過四根集中下降管進入爐膛膜式水冷壁和水冷蒸發屏的進口集箱，經爐膛膜式水冷壁和水冷蒸發屏加熱后成為汽水混合物，隨后經上集箱、汽水引出管引入汽包進行汽水分離。

12、被分離出來的水進入汽包水空間，進行再循環。分離出來的飽和蒸汽從汽包頂部的蒸汽連接管引至低溫過熱器入口集箱，然后依次經過低溫過熱器、一級噴水減溫器、爐內屏式過熱器、二級噴水減溫器、高溫過熱器，最后將合格的過熱蒸汽引向汽輪機。 鍋爐煙風系統鍋爐采用平衡通風。空氣采用兩級送風，一次風經空氣預熱器升溫后分為兩路:第一路由風道引入爐底水冷風室，經過布風板上的風帽進入爐膛；第二路由風道引至爐前加煤管，隨給煤一起進入爐膛。二次風經空氣預熱器升溫后由二次風風道引到爐前的二次風箱，再從二次風箱引出若干個支管，經兩層二次風噴口進入爐膛。燃煤在爐膛內燃燒后產生的高溫煙氣和飛灰離開旋風分離器并流經尾部豎井內的對流受熱

13、面，然后經除塵系統、引風機，進入煙囪，排向大氣。高壓流化風機供給返料器高壓流化風，石灰石輸送風由專用風機提供。燃燒過程組織本鍋爐采用循環流化床燃燒方式。燃煤和空氣在爐膛內流態化狀態下摻混燃燒，并與受熱面進行熱交換，離開爐膛并夾帶有大量物料的煙氣經過高溫旋風分離器之后，絕大部分固體物料被分離器分離下來，經返料器返回爐膛，煙氣則進入尾部煙道。循環流化床燃燒系統由爐膛、旋風分離器和返料器等核心部分組成。 鍋爐配風系統本鍋爐燃燒系統采用兩級配風，一次風經空氣預熱器升溫至207后，進入水冷風室，經過布風板上的風帽進入爐膛。二次風經空氣預熱器也升溫至207，進入二次風箱，經若干根支管引入爐膛。一、二次風風

14、量比為55：45，布風板下的一次風室風壓大約為10000Pa，二次風箱內的風壓大大于爐膛內壓力。運行中可以適當調節一、二次風風量的配比。從一次風預熱器出口風道上引出一只風管，做為給煤機的播煤風，在爐前分成4個支管，分別接到爐前2個進煤管的特定部位，在進煤口的下部形成氣墊使煤能夠順利地進入爐膛。從二次風機出口引出一只風管，在爐前分成2個支管，接到爐前2個給煤機的特定部位，做為給煤機的密封風。兩個返料器用的流化風由高壓風機提供。2.5.5 鍋爐的排渣系統煤燃燒后的灰渣以底渣形式從爐膛底部和以飛灰形式從尾部排出。煤的種類、粒度和成灰特性等會影響底渣和飛灰份額。底渣從布風板上的四個排渣管接到四臺水冷滾

15、筒冷渣器。位于中間的一個排渣管作為事故排渣用。排渣量維持合適的料層差壓為準，一般差壓波動±500Pa，以保證鍋爐良好的運行狀態。2.5.6 鍋爐的點火啟動系統鍋爐設置有四臺床上點火燃燒器和四臺床下點火燃燒器，點火燃燒器由點火油槍、高能點火器及火焰檢測裝置組成。床下點火燃燒器為主啟動燃燒器，床上點火燃燒器起補燃作用。鍋爐首次冷態啟動時，在流化床內加裝床料并進行平整，先啟動床下點火燃燒器，加熱啟動床料，床料在流化狀態下升至一定溫度并保持穩定，然后啟動床上點火燃燒器，床料升至550后，開始投煤。可先斷續少量給煤，當床料溫度持續上升后，加大給煤量并連續給煤直到鍋爐啟動完畢。2.6 受熱面布置

16、 爐膛水冷壁受熱面爐膛水冷壁和水冷屏采用膜式壁結構，懸吊于鋼架的頂部橫梁上，下膨脹。水冷壁管的規格為60×5mm，節距為80mm，材料為20G。水冷壁由4根集中下降管供水，由連接管與前墻、后墻和側墻下集箱冷壁上集箱經汽水引出管與鍋筒連接。水冷蒸發屏由汽包單獨引出下降管。爐膛上部橫斷面為10300×6000mm，爐膛下部的前后墻向中間收縮，達到10300×3346mm，水冷布風板的管子規格為60×5mm，管節距為160mm，在水冷管上焊有銷釘，用以固定防磨耐火可塑料；布風板下的一次風室采用水冷風室。為防止水冷壁磨損，密相區四周水冷壁上均敷設耐火耐磨材料，水

17、冷風室的內側敷料，以滿足床下點火的要求。爐膛內布置有兩片水冷屏、四片汽冷屏，底部為防止磨損，也進行了防磨處理，防磨措施為密焊銷釘并敷設耐火耐磨材料水冷壁四周外側在不同高度裝設剛性梁，以增加水冷壁剛度。為監視爐膛運行工況，沿高度方向分幾層布置了溫度和壓力測點。如一次室的溫度和壓力測點、布風板上的溫度測點、頂部的溫度和壓力測點等，同時在指定位置設有看火孔、檢查門等，上述各測點處的水冷壁均要求采用非向內突出的防磨措施。 過熱器受熱面及蒸汽調溫飽和蒸汽從鍋筒由導管引出進入低溫過熱器進口集箱，然后再依次通過低溫過熱器、第一級噴水減溫器、屏式過熱器、第二級噴水減溫器和高溫過熱器。屏式過熱器采用38

18、5;5mm的管子，管節距為50mm，材料為12Cr1MoV，其下部敷設防磨塑料。4片屏式過熱器采用上行程。高溫過熱器和低溫過熱器兩組蛇形管為純對流型，順列布置。高溫過熱器采用雙管圈，由42×5mm管彎制，材料為12Cr1MoV。低溫過熱器采用三管圈，由38×4管彎制，材料為20G。為防止磨損，高溫過熱器前四排管子和低溫過熱器的前三排管子均加裝防磨蓋板，并在過熱器彎頭及穿墻部位加裝防磨罩。過熱蒸汽調溫采用兩級噴水減溫，兩級減溫器分別位于低溫過熱器出口和高溫過熱器進口位置，第一級減溫器（低溫過熱器后）設計噴水量為3.52t/h，第二級減溫器（高溫過熱器前）設計噴水量為5.28t

19、/h，自制冷凝水噴水減溫。高溫過熱器和低溫過熱器采用低溫過熱懸吊管進行懸吊，屏式過熱器則懸吊在爐頂的屏式過熱器集箱上。 省煤器省煤器布置在低溫過熱器下部區域，由省煤器支撐梁支撐，中通空氣冷卻。整個省煤器分成四個管組，采用光管型式，管規格為38×5mm，順列布置，材料為20G。每組省煤器的前四排管子均加裝防磨蓋板，并在省煤器彎頭及穿墻部位加裝防磨罩。 空氣預熱器空氣預熱器采用立式結構，兩行程、錯列布置。煙氣在管內流動，空氣在管外流動。冷風風道分別從爐前方向引入，熱風風道從爐前方向引出。空氣預熱器的各段管箱的管規格均為40×1.5mm。2.7 鍋爐的吹灰鍋爐尾部對流受熱面需裝設

20、吹灰器，在過熱器處可裝長伸縮式蒸汽吹灰器，在省煤器處可安裝固定式吹灰器。2 鍋爐熱力計算爐膛的熱力計算大體包括以下過程：1）燃料與燃燒產物計算和鍋爐熱平衡計算，這部分計算也可稱為預備性計算；2）爐膛熱力計算，這部分計算結果獲得爐膛出口煙溫及爐膛區域各受熱面的吸熱量、焓增量等數據；3）高低溫過熱器熱力計算，為了使工質出口參數達到設計要求，須先假設受熱面積，再進行熱平衡的校核，如果不滿足誤差條件，則要進行循環計算，從而得出適合的受熱面積；4）省煤器、空氣預熱器熱力計算，通常省煤器和空氣預熱器計算，滿足本身的熱平衡后，得到的熱空氣和排煙溫度與已知的輸入數據是不一樣的，這時還須進行鍋爐整體的熱平衡計算

21、誤差的校核，根據規定，當誤差大于0.5%時，須把熱空氣溫度和排煙溫度迭代回到鍋爐熱平衡計算前進行迭代循環。熱力計算結果匯總見表3-1。表3-1 熱力計算結果匯總序號名稱符號單位爐膛高溫過熱器屏式過熱器低溫過熱器省煤器空氣預熱器1煙氣出口溫度880748.171880549.88284.999139.252介質進口溫度t'316.6445.544386.657316.6220303介質出口溫度t"316.6540466.1513963162074介質平均流速wm/s20.461720.427715.8971.294675.95235煙氣平均流速wym/s10.3148.9376

22、7.3206310.2716平均溫壓t328.117453.596288.66122.78586.2577傳熱系數KW/(m2)87.5927151.34684.57646.294520.8328受熱面積Hm2534.222855.054719.668046.69總傳熱量QkW11219261842471796372504983219351735063 強度計算鍋筒用四根集中下降管（368×40）通過連接管、下集箱與水冷壁（60×5）相連，水冷屏單獨用管（133×14）從鍋筒中引出，每根下降管用六根連接管（133×14）連入水冷壁下集箱，其中前后墻下集箱分別連七根連接管，側墻水冷壁下集箱分別連五根連接管。鍋筒上連四根蒸氣引出管。省煤器上集箱引出管用八根引出管與鍋筒相連。鍋筒上還開有水位表用孔、壓力表用孔。下降管截面積： S下= 4×Dn2 /4=0.2606水冷壁管截面積：