1、CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC目錄目錄1摘 要1Abstract2第一章概述31.1循環(huán)流化床鍋爐的原理31.2循環(huán)流化床特點41.2.1循環(huán)流化床優(yōu)點41.2.2循環(huán)流化床缺點5第二章 燃料與脫硫劑62.1 燃料62.2 脫硫劑6第三章 脫硫與排煙有害物質的形成73.1循環(huán)流化床鍋爐在環(huán)保上的必要性73.2影響循環(huán)流化床鍋爐SO2的排放控制73.2 影響脫硫效率的一些主要因素83.3 無脫硫工況燃燒計算93.3.1無脫硫工況下燃燒計算93.3.2無脫硫工況下煙氣體積計算9第四章 物料循環(huán)倍率104.1循環(huán)灰量104.2物料循環(huán)倍率的選擇10第五章 脫硫工況計算1

2、25.1燃燒和脫硫化學反應式125.2脫硫計算12第六章 鍋爐燃燒產物熱平衡176.1脫硫對循環(huán)流化床鍋爐熱效率的影響176.1.1脫硫對入爐可支配熱量的影響176.1.2脫硫對q4的影響176.1.3脫硫對q2的影響186.1.4脫硫對q6的影響186.2鍋爐熱平衡計算18第七章 傳熱系數計算217.1爐膛膜式水冷壁傳熱系數計算217.2爐膛汽冷屛傳熱系數計算22第八章 鍋爐結構設計248.1爐膛設計248.1.1爐膛介紹248.1.2爐膛床溫選擇248.1.3爐膛高度的選擇258.2爐膛汽冷屛設計258.3汽冷旋風分離器設計268.4回料器的設計27第九章 熱力計算299.1爐膛熱力計算2

3、99.2汽冷旋風分離器熱力計算31第十章 尾部受熱面3410.1 過熱器3410.2 省煤器3410.3 空氣預熱器36第十一章 計算結果3811.1 基本數據3811.1.1 設計煤種3911.1.2 石灰石3911.2 燃燒脫硫計算3911.2.1 無脫硫計算時的燃燒計算3911.2.2 無脫硫工況時的煙氣體積計算4011.2.3 脫硫計算4011.2.4 脫硫工況時受熱面中燃燒產物的平均特性4311.2.5 脫硫工況時燃燒產物焓溫表4311.3 240t/h CFB 鍋爐熱力計算4511.3.1 鍋爐設計參數45循環(huán)硫化床燃燒4511.3.2 鍋爐熱平衡及燃料燃燒方式和石灰石消耗量451

4、1.3.3 爐膛膜式水冷壁傳熱系數4811.3.4 爐膛汽冷屏傳熱系數計算5011.4 結構計算5211.4.1 爐膛膜式水冷壁計算受熱面積：5211.4.2 爐膛汽冷屏計算受熱面積5311.4.3 爐膛汽冷旋風分離器計算受熱面積5411.5 熱力計算5511.5.1 爐膛熱力計算5511.5.2 汽冷旋風分離器熱力計算58第十二章 煙道計算61121高溫過熱器計算6112.1.2高溫過熱器結構計算6112.1.2高溫過熱器傳熱計算6212.2低溫過熱器計算6412.2.1 低溫過熱器結構計算6412.2.2低溫過熱器傳熱計算6512.3省煤器設計及傳熱計6712.3.1省煤器結構計算6712

5、.3.2 省煤器傳熱計算6812.4空氣預熱器設計計算7012.4.1空氣預熱器結構計算7012.4.2空氣預熱器傳熱計算7112.5 鍋爐熱平衡計算誤差校核75熱力計算結果匯總表76第十三章 總結77參考文獻78致謝79附錄80附錄一 外文文獻80附錄二 翻譯91附錄三 畢業(yè)設計任務書97附錄四 開題報告102附錄五 鍋爐本體結構圖（CAD制圖）106附錄六 工質流程圖（CAD制圖）106DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD摘 要我國在上世紀80年代初期開始研究開發(fā)循環(huán)流化床燃燒技術,鑒于CFB鍋爐的優(yōu)點和我國環(huán)境排放標準的日益嚴格,極大地推動了循環(huán)流化床燃燒技術的推廣和發(fā)展

6、。本文主要對240T/H循環(huán)流化床鍋爐的設計過程進行了闡述。本設計進行了循環(huán)流化床鍋爐燃燒脫硫計算、鍋爐熱平衡及燃料和石灰石消耗量計算、爐膛膜式水冷壁傳熱系數計算、爐膛汽冷屏傳熱系數計算、爐膛結構計算、爐膛熱力計算、汽冷旋風分離器熱力計算、回料器的結構計算、對流受熱面 (高溫過熱器，低溫過熱器，省煤器，空氣預熱器的熱力計算)的設計計算、鍋爐熱平衡計算誤差校核。本鍋爐采用熱風送粉系統(tǒng)，一次風部分直接進入爐膛風室，部分攜帶、輸送、干燥、加熱煤粉。創(chuàng)新的利用了燃盡風技術：在主燃燒區(qū)供入一部分燃燒空氣量，進行低氧富燃料燃燒；其余的空氣從爐內主燃燒區(qū)上方加入，以便于完全燃燒。本次設計的鍋爐效率為91.8

7、2%，脫硫效率為76.71%。從計算結果知，該鍋爐的設計合理，效率較高，可供工程實際參考。本論文附鍋爐本體圖，工質流程圖各一張。關鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐；鍋爐設計；熱力計算 AbstractIn the early 1980s, China began to research and develop the circulating fluidized bed(CFB) combustion technology. Given the advantages of CFB boilers as well as our environmental emissions standards increas

8、ingly strict year by year, great impetus has to the circulating fluidized bed combustion technology.This essay elaborates the design process of 240T/H circulating fluidized bed boiler. In this design, I made a calculation of the desulfurization condition, the balance of heat and fuel and limestone m

9、ode of the cold water, the heat transfer of the calculating, the heat transfer of the calculating, structural calculations, the cyclone heat and the drag the smoke the chamber pressure to calculate and design calculations, convection design calculations (high fever, at a heat exchanger, save coal, t

10、he warm air of heat and hot) the calculations. The boiler adopts hot air feeding system, primary air directly into the furnace chamber, some carrying, conveying, drying, heating coal. Innovative use of over-fire Technology: feeding part of the combustion air volume in the main combustion zone, hypox

11、ic fuel rich combustion; the rest of the air from the furnace main combustion zone above to join, in order to complete combustion.The efficiency of the boiler is 91.82 % and the desulfurization efficiency is 76.71%. It can be seen from the calculating result that the entire design is rational and ef

12、ficient, which indicates that the design can be provided as reference of actual engineering design. Drawings of the boiler ,cyclone and the flow process of refrigerant are attached in the end of the essay. Key words circulating fluidized bed; design of boiler; thermodynamic calculation 3概 述現代社會離不開電。

13、電能是最清潔的能源，使用方法簡單，調節(jié)方便，容易轉換。電力工業(yè)的發(fā)展水平實際上是農業(yè)發(fā)展、人民生活水平和科技與國防現代化的重要標志。產生電能的方法很多，如水利發(fā)電，核能發(fā)電，火力發(fā)電，太陽能、風能和地熱能等發(fā)電。當前電力主要由火力發(fā)電廠、水利發(fā)電廠和核能發(fā)電廠產生。在我國，火力發(fā)電是生產電力的主要方式。按照煤粉的燃燒方式，鍋爐可分為層燃爐、流化床爐、旋風爐和室燃爐。本文是240t/h 循環(huán)流化床鍋爐的設計。1.1循環(huán)流化床鍋爐的原理流化床工作時，床層上的固體燃料處于上、下翻騰的狀態(tài)（即流化狀態(tài)），爐子底部有一多孔布風板，是由多孔板與每個孔連接的風帽構成的不漏煤結構，孔板上保持一床料層。部分空氣

14、由孔板下方的風室通過布風板高速穿過床料層，使床層內的燃料均勻流化。另一部分空氣由床層上方送入爐內，使燃料顆粒在爐膛空間進一步燃燒。進入流化床的燃料粒度不宜過大，最大粒徑不超過1520mm，否則所需要流化風速過高，會將大量顆粒從床層揚起并帶出爐膛。為提高燃料的燃燒率和減輕鍋爐的對流受熱面的磨損，在爐膛出口設有氣固兩相分離設備，并燃盡的較粗固體顆粒被分離并收集，通過回料裝置送回爐膛繼續(xù)燃燒。循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個部分，第一部分由爐膛，旋風分離器，固體物料再循環(huán)設備等組成，上述部分形成了一個固體物料循環(huán)回路。第二部分為對流煙道，布置有過熱器，省煤器和空氣預熱熱器等。典型循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)，燃燒

15、所需的一、二次風分別從爐膛的底部和爐膛側墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置水冷壁，用于吸收燃料所產生的部分熱量，由氣流帶出爐膛的固體物料在氣、固體分離裝置中被收集并通過返料裝置返回爐膛再燃燒循環(huán)。1.2循環(huán)流化床特點1.2.1循環(huán)流化床優(yōu)點1. 燃料適應性廣，這是循環(huán)流化床鍋爐的重要優(yōu)點。循環(huán)流化床鍋爐既可燃燒優(yōu)質煤，也可燃燒劣質燃料，如高灰煤、高硫煤、高硫高灰煤、高水分煤、煤泥，以及油頁巖、泥煤、爐渣、樹皮、垃圾等。它的這一優(yōu)點，對充分利用劣質燃料具有總大意義。2. 燃燒效率高。國外循環(huán)流化床鍋爐的 燃燒效率一般高達99%。我國自行設計的循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率髙達95%-99%

16、。該鍋爐燃燒效率的主要原因是燃料燃盡率高。運行鍋爐的實例數據表明，燃燒優(yōu)質煤時，燃燒效率與煤粉爐相當，燃燒劣質煤是，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒率比煤粉爐約高5%。3. 燃燒污染排放量低。向循環(huán)流化床內直接加入石灰石，白云石等脫硫劑，可以脫去燃料燃燒生成的SO2。根據燃料中所含的硫分大小確定加入脫硫劑量，可使循環(huán)流化床鍋爐達到90%的脫硫效率。循環(huán)硫化床鍋爐NOx的生成量僅有煤粉爐的1/4-1/3。標準狀態(tài)下NOx的排量可以控制在300mg/m3以下。因此循環(huán)流化床是一種經濟、有效、低污染的燃燒技術。與煤粉爐加脫硫裝置相比，循環(huán)流化床鍋爐的投資可降低。4. 燃燒強度高，爐膛截面積小。 爐膛單位截面積的

17、熱負荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點，其截面熱負荷約為3.54.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負荷下煤粉鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大23倍。 5. 負荷調節(jié)范圍大，負荷調節(jié)快。當負荷變化時，只需調節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，即可調節(jié)負荷，不必像煤粉鍋爐那樣，低負荷時要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負荷調節(jié)比可達(34)：1。負荷調節(jié)速率也很快，一般可達每分鐘4%。 6. 易于實現灰渣綜合利用。循環(huán)流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低(含炭量小于1%)，屬于低溫燒透，易于實現灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材

18、料。同時低溫燒透也有利于灰渣中稀有金屬的提取。 7. 床內不布置埋管受熱面。循環(huán)流化床鍋爐的床內不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問題。此外，由于床內沒有埋管受熱面，啟動、停爐、結焦處理時間短，可以長時間壓火。 8. 燃料預處理系統(tǒng)簡單。循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡化。 9. 給煤點少。循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時良好的混合和燃燒區(qū)域的擴展使所需的給煤點數大大減少。既有利于燃燒，也簡化了給煤系統(tǒng)。1.2.2循環(huán)流化床缺點 循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展20年來，也暴露出來一些弊端，比如：低溫燃燒產生的有害氣體NO和

19、NO2氣體較少，但會產生另一種有害氣體，即消耗大氣同溫層臭氧的溫室氣體N2O；運行安全可靠性較低，尤其是爐內粗顆粒與高氣流速度帶來的相關部件的磨損相當嚴重，爐內排渣順暢性和冷渣器運行可靠性差；鍋爐調節(jié)性能也不盡人意。第二章 燃料與脫硫劑2.1 燃料在我國，高灰分劣質燃料、低揮發(fā)分煙煤、低灰熔點易結渣煤約占發(fā)電煤的25%以上，CFB鍋爐則是高效、環(huán)保、經濟地利用這些燃料的合理選擇。除了主燃料外，循環(huán)流化床鍋爐還需用啟動燃料，如氣體燃料（天然氣、城市煤氣或丙烷）、油（重油或輕油）或煤粉等。啟動燃料主要用于加熱床料，在完成鍋爐啟動運行后，還可以作備用或輔助燃料，一旦主燃料臨時短缺，仍可使鍋爐帶一定的

20、負荷。本設計用的是收到基揮發(fā)分41%，收到基灰分16.6%的義馬煙煤。2.1.1給煤粒度 CFB鍋爐爐內物料顆粒不僅構成十分復雜，包括床料、未燃盡燃料、燃燒灰渣產物、脫硫劑和脫硫產物等，而且這些顆粒的粒徑分布十分廣泛，從幾微米到數十微米不等。不同理化特性和粒徑的顆粒，其流動特性和化學反映特性等都有較大的差別。 若給煤太細，對于小于d99的煤（灰）粒，分離器就不能捕集，同時減少了煤粒在爐膛內停留的時間，使其燃燒不完全，尤其在燃燒反映性能差的煤時，更是如此。且飛灰量大，易造成尾部受熱面磨損及增加除塵器負荷 若煤粒太粗，易造成爐膛底部沉積，必須加大底灰排放，以免爐膛底部發(fā)生結焦，威脅鍋爐安全運行。在

21、排放底灰時，會有不少循環(huán)灰從爐膛中排出，影響循環(huán)流化床鍋爐性能。2.2 脫硫劑降低大氣污染物的排放，日益成為全社會普遍關注的問題。作為氣體污染物排放的主要來源之一，燃煤電廠污染物的排放控制，成為政府與社會日益關注的重點。脫硫劑一般指脫除燃料中游離的硫或硫化合物的藥劑，各種堿性化合物都可以作為脫硫劑。一般多采用廉價的石灰、石灰石和用石灰石藥劑配制的堿性溶液。脫硫劑能吸收煙氣中大部分的二氧化硫將其固定在燃料渣中。本設計采用廉價的石灰石作為脫硫劑，其中石灰石中CaCO3 含量為97.32%。第三章 脫硫與排煙有害物質的形成3.1循環(huán)流化床鍋爐在環(huán)保上的必要性 二氧化硫、氮氧化物和溫室氣體是影響人類生

22、態(tài)環(huán)境和生活空間的幾種主要排放物，而燃煤電廠是上述污染物的主要來源之一。降低大氣污染物的排放已日益成為全社會普遍關注的問題。作為能源生產和利用的大國，能源結構決定了中國的能源利用必須以煤為主。因此控制燃煤電廠污染物的排放，成為政府與社會日益關注的重要問題。 各國也紛紛制定了相應的越來越嚴格的法案，以限制二氧化硫的排放，對燃煤電廠煙氣的排放進行控制消耗大量資金，因此采用一種投資省、方法簡單而又能滿足排放要求的燃煤電廠污染物排放物控制方法非常重要。循環(huán)流化床鍋爐正是因為控制污染物排放方面的獨有特點而對中國非常適用。3.2影響循環(huán)流化床鍋爐SO2的排放控制不同的煤種，其含硫量差異很大，一般都在0.1

23、%10%之間，并以三種形式存在于煤中，即黃鐵礦硫、有機硫和硫酸鹽硫。其中黃鐵礦硫和有機硫在煤粉中SO2生成的主要來源。本設計采用收到基硫分為1.3%的義馬煤粉。（1） 二氧化硫的生成。煤粉給入循環(huán)流化床后，其中的硫分（黃鐵礦硫和有機硫）首先被氧化生成二氧化硫，其反映為S+O2=SO2+296 kJ/mol 由于燃煤礦物質中含有CaO而具有自脫硫能力，能脫去部分的SO2,即 CaO+SO2+1/2O2=CaSO4+486 kJ/mol 部分SO2還會反應生成SO3，即 SO2+1/2O2= SO3但是，由于SO3的生成在高溫、高壓下進行得更加活躍，一般情況下，在循環(huán)流化床中，由于反應溫度較低（8

24、500C左右），SO3生成反應的反應速率很低，只有很少部分的SO2轉化成SO3。SO3和SO2如果不經過處理直接排入大氣，與空氣的水蒸氣反映，就會形成酸雨。（2） 二氧化硫的固定。所謂二氧化硫的固定，只指將SO2由氣態(tài)轉入固態(tài)化合物中，從而達到脫除SO2的目的。本設計采用向爐內添加石灰石顆粒的方法來脫除SO2。石灰石加入到爐內后，首先發(fā)生煅燒反應，即CaCO3 = Ca O + CO2 183KJ/mol生成的CaO進一步與SO2反應，生成相對惰性和穩(wěn)定的CaSO4固體，即CaO + SO2+1/2 O2 = CaSO4 （3） 石灰石的有效利用。Ca/S摩爾比是影響脫硫效率的首要因素，脫硫效

25、率在Ca/S低于2.5時增加很快，而繼續(xù)增大Ca/S比或脫硫劑量時，脫硫效率增加得較少。循環(huán)流化床運行時Ca/S摩爾比一般在1.52.5之間。3.2 影響脫硫效率的一些主要因素（1） 脫硫劑的反應活性。脫硫劑的反應活性即指脫硫劑與二氧化硫進行表面化學反應的難易程度。不同產地的石灰石在反應活性上差異很大。所以選擇時應該盡可能選取高反映活性的石灰石，以降低Ca/S摩爾比。（2） 床溫。床溫的影響主要在于改變了脫硫劑的反應速度、固體產物分布及孔隙堵塞特性，從而影響脫硫率和脫硫劑利用率。床溫在900左右達到最高的脫硫效率。（3） 氣相停留時間及爐膛高度。SO2在爐內的停留時間越長，與脫硫劑的接觸時間越

26、長，以利于SO2的脫除。一般循環(huán)流化床內脫硫反應主要發(fā)生在爐膛內二次風以上的區(qū)域。隨氣體停留時間的延長，Ca/S摩爾比下降的很快。在實際的循環(huán)流化床鍋爐爐膛內，氣體停留時間已經相當長（5s左右），繼續(xù)提高爐膛高度對脫硫效果的改善作用很小。（4） 固體的停留時間、石灰石粒度及旋風分離器的效率。由于脫硫劑的硫酸鹽化速度較慢，固體物料在循環(huán)流化床循環(huán)系統(tǒng)中停留時間對煙氣脫硫效率影響極大，停留時間越長，轉化為CaSO4的程度越大，但存在一個最大硫酸鹽化程度。固體顆粒的停留時間與固體顆粒的粒徑及旋風分離器的分離性能密切相關。正如前面燃燒部分所談到的，顆粒越細，則表面積越大，脫硫劑的可利用率越高。但如果太

27、細，以至超過了分離器的分離粒徑，則脫硫劑的利用會因停留時間太短而降低。因此脫硫劑粒徑的選擇應在保證能被分離器分離的條件下盡可能細。循環(huán)流化床鍋爐中，一般采用粒徑為100300微米的脫硫劑，循環(huán)流化床實際運行顯示，在Ca/S為1.52.5時，能夠保證脫硫效率在90%以上，可將SO2排放濃度有效控制在100300mg/m3的范圍內。3.3 無脫硫工況燃燒計算3.3.1無脫硫工況下燃燒計算 理論空氣量 （3-1)三原子氣體體積 (3-2)理論氮氣體積 (3-3)理論水蒸氣體積 (3-4)3.3.2無脫硫工況下煙氣體積計算過量空氣量 (3-5) H2O體積 (3-6)煙氣總體積 （3-7）第四章 物料

28、循環(huán)倍率灰平衡是進行鍋爐機組熱力計算的關鍵數據之一，循環(huán)流化床鍋爐中，進入爐膛的煤燃燒成灰，一部分從爐膛底部排出，成為底灰。一部分飛出爐膛，進入分離器，其中小于切割粒徑d99的飛灰出分離器，進入尾部煙道，飛離鍋爐，成為飛灰；而切割粒徑大于d99的灰，被分離器分離下來，經回料器返回爐膛再燃燒，成為循環(huán)灰。一段時間內，灰達到平衡，此時確定各部分循環(huán)灰的份額，并由此計算循環(huán)灰焓和煙氣中的飛灰濃度?；已h(huán)倍率不是人為選取的，它主要取決于分離器效率和飛灰份額。 4.1循環(huán)灰量循環(huán)灰的熱容量雖小，而灰量卻大的驚人，因此灰焓必須計入，不得略去。循環(huán)灰量的計算，可以以入爐煤量為基準，也可以以入爐灰量為基準。本

29、設計中灰的循環(huán)倍率定義為:an=BS/B Aar （4-1）an:灰循環(huán)倍率BS :循環(huán)灰量，kg/h;FG:入爐灰量，kg/h;B:入爐燃料消耗量，kg/hAar:燃料收到基灰分，%4.2物料循環(huán)倍率的選擇循環(huán)流化床內的物料循環(huán)分內循環(huán)和外循環(huán)兩種，物料內循環(huán)和外循環(huán)對床溫的影響不同，但對燃燒效率和脫硫效率的影響相同。這里我們所計算的物料循環(huán)指內循環(huán)。物料循環(huán)倍率公式為: （4-2）在最佳工況下，其可簡化為 （4-3）：分離器分離效率af:飛灰份額 其中，Dd為底灰排放量，kg/h;Cd為底灰含碳量，%；B為入爐燃料消耗量，kg/h；Aar為燃料收到基灰分，%。an10稱為低循環(huán)倍率，20a

30、n80為高循環(huán)倍率。若飛灰份額af=0.7，則至少為93.5%。才能達到低循環(huán)倍率；至少為96.62%，才能達到中循環(huán)倍率；至少為99.1%，才能達到高循環(huán)倍率。本設計分離效率=99.0%（設計值），灰循環(huán)倍率an=54.01.第五章 脫硫工況計算5.1燃燒和脫硫化學反應式CFB鍋爐在脫硫工況時，爐膛中發(fā)生燃燒和脫硫兩個過程。燃燒是燃料中的可燃元素C、H、S與燃燒空氣中的O2在爐膛內的高溫下氧化，形成煙氣。它們的化學反應式為：C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2OS + O2 = SO2本設計采用石灰石為脫硫劑，主要成分是CaCO3,可能含有少量的MgCO3.但只有CaCO3

31、煅燒出來的CaO參加脫硫反應，反應式為： CaCO3=CaO+CO21781.5 kJ/kgCaCO3 CaO+SO2+0.5O2=CaSO4+3673.5 KJ/kgCaCO35.2脫硫計算SO2原始排放濃度 （5-1）計算脫硫效率 （5-2）：SO2最高允許排放濃度鈣硫摩爾比 （5-3） 與1kg燃料相配的入爐石灰石量 （5-4)式中：與1kg燃料相配的入爐石灰石量，kg/kg石灰石中CaCO3含量，%。燃燒生成CaO時吸熱量 （5-5）式中：煅燒生成CaO的吸熱量，kJ/kg入爐的石灰石直接飛出分離器成為飛灰的份額，簡稱CaCO3脫硫放熱量 （5-6）式中：脫硫是生成CaSO4的放熱量，

32、kJ/kg可支配熱量 （5-7）式中：可支配熱量，kJ/kg脫硫所需要的理論空氣量 （5-8）燃燒和脫硫當量理論空氣量 （5-9）式中：當量理論空氣量，m/kg石灰石脫硫所需要的理論空氣量，kg/kg與1kg燃料相配的入爐石灰石量，kg/kg脫硫所需空氣的氮氣體積 (5-10)當量理論氮氣體積 (5-11)式中：當量理論氮氣體積，m/kg；燃料中的氮，%；當量理論空氣量，m/kg；石灰石脫硫所需要的理論空氣量，kg/kg煅燒石灰石生成的CO2的體積 (5-12)脫硫時SO2體積減少量 (5-13) 燃燒和脫硫時產生的RO2的當量體積 (5-14)式中： CO2和SO2的當量體積，m/kg三原子

33、氣體體積，m/kg 石灰石煅燒產生的CO2體積，m/kg SO2體積減少量，m/kg石灰石脫硫所需要的理論空氣量，kg/kg當量理論水蒸氣體積（5-15）式中 ： 當量理論水蒸氣體積，%； 燃料中的水分，%； 石灰石中的水分，m/kg； 石灰石脫硫所需要的理論空氣量，kg/kg；燃料中的氫，%；當量理論空氣量，m/kg。入爐燃料灰量 （5-16）式中：燃料收到基灰分入爐的石灰石直接成為飛灰的量 (5-17)入爐的石灰石分含量 (5-18)式中： 入爐石灰石灰分，kg/kg石灰石的水分，%。一般小于3%。未反應的CaO的量 (5-19)脫硫產物CaSO4的量 (5-20)灰分 (5-21)式中：

34、 當量灰分，%；入爐燃料灰量，kg/kg； 入爐石灰石直接變成飛灰的量，kg/kg； 入爐的石灰石灰分，kg/kg；未反應的CaO;量，kg/kg； 脫硫產物CaSO4的量，kg/kg；石灰石脫硫所需要的理論空氣量，kg/kg；脫硫工況時的底灰份額 (5-22)未脫硫時的飛灰份額 (5-23)脫硫工況時的飛灰份額 (5-24)：脫硫工況下的飛灰份額灰循環(huán)倍率 (5-25)分離器前飛灰的份額 (5-26)脫硫后SO2排放濃度 (5-27)脫硫效率為： (5-28) 若,再重新假設，直至為止。第六章 鍋爐燃燒產物熱平衡6.1脫硫對循環(huán)流化床鍋爐熱效率的影響CFB鍋爐在加入石灰石脫硫將引起入爐支配熱

35、量、入爐灰量底灰份額、底灰含碳量、飛灰份額、飛灰含碳量、燃燒和脫硫所需要的空氣量以及排煙煙氣量等發(fā)生變化，也將使q2、q4、q5和q6發(fā)生變化。6.1.1脫硫對入爐可支配熱量的影響在脫硫工況時，加入的石灰石煅燒成CaO時需要吸收熱量，脫硫時生成CaSO4需放熱，因此，入爐可支配熱量QDar隨加入石灰石的Ca/S摩爾比m而變化。在某一Ca/S摩爾比下，有可能脫硫產物CaSO4的放熱量大于脫硫劑CaCO3煅燒成CaO的吸熱量，但不能使入爐可支配熱量QDar增加。6.1.2脫硫對q4的影響 固體未完全燃燒熱損失為： （6-1）式中： 固體未完全燃燒熱損失，%鍋爐可支配熱量，底灰份額；底灰含碳量，%；

36、飛灰份額，飛灰含碳量；燃料收到基灰份，%。 在脫硫工況時加入的石灰石量，除了引起入爐可支配熱量QDar的變化外，還將使底灰份額、底灰含碳量、飛灰份額以及當量灰分發(fā)生變化，這些都會影響q4。6.1.3脫硫對q2的影響 煙熱損失為： （6-2） 式中： 排煙熱損失，%；在相應的過量空氣系數和排煙溫度狀況下的排煙焓，；冷空氣焓，。 排煙過量空氣系數 q4固體未完全燃燒熱損失 QDar入爐可支配熱量6.1.4脫硫對q6的影響 底灰物理熱損失為： （6-3）式中：底灰物理熱損失，%； 底灰份額；灰焓，；當量灰分，%；入爐可支配熱量，。6.2鍋爐熱平衡計算鍋爐的熱平衡是值送入鍋爐的可支配熱量與總輸出熱量及

37、各種熱損失的總和應該是相等的。 (6-4) 式中：鍋爐機組熱效率%；排煙熱損失，%； 可燃氣體未完全燃燒熱損失， 固體未完全燃燒熱損失， 散熱損失，灰渣物理熱損失有空氣預熱器時鍋爐機組保溫系數： (6-5)鍋爐機組熱效率，%空氣預熱器吸熱量Qkq占可支配熱量的百分率，%； 鍋爐散熱損失，%鍋爐機組有效利用熱量： (6-6)鍋爐機組有效利用熱量，Kj/h鍋爐機組所產生的過熱蒸汽量，kg/h，通常等于鍋爐機組的最大連續(xù)蒸發(fā)量過熱器出口焓kJ/kg鍋爐機組入口處給水焓，kJ/kg鍋爐機組排污水流量，kg/h飽和水焓，kJ/kg 脫硫工況時，鍋爐機組當量燃燒消耗量 (6-7)脫硫工況時，鍋爐機組計算燃

38、料消耗量 (6-8)脫硫工況時，鍋爐機組燃料消耗量 (6-9)當量燃料消耗量，kg/h脫硫工況時的燃料消耗量，kg/h當量燃料消耗量，kg/h計算石灰石消耗量 (6-10)石灰石消耗量 (6-11)計算燃料當量消耗量 (6-12)第七章 傳熱系數計算7.1爐膛膜式水冷壁傳熱系數計算循環(huán)流化床爐膛結構一般采用膜式水冷壁。在爐膛內，還布置水冷壁或汽冷屏，且在密相區(qū)和稀相區(qū)中局部敷設耐火、耐磨層，以防床料直接沖刷受熱面，發(fā)生磨損。密相區(qū)受熱面?zhèn)鳠醿?yōu)于稀相區(qū)受熱面，未敷設耐火、耐磨層的受熱面?zhèn)鳠醿?yōu)于敷設耐火層、耐磨層的受熱面。理論上講，爐膛傳熱系數在爐膛中不同的位置是不同的。在工程計算中，無需知道各點

39、的傳熱系數，只需要知道某一區(qū)域的平均傳熱系數，這樣可提高準確度。循環(huán)流化床鍋爐爐膛傳熱計算所采用的傳熱系數，以密相區(qū)受熱面?zhèn)鳠嵯禂禐闇?。為此，對各區(qū)域、各種形式的受熱面積應當全部折算成密相區(qū)受熱面積，即采用計算受熱面積Hjm。名稱數值 0.0751.00.5770.043由于爐膛傳熱基本上是由對流換熱和輻射換熱組成，所以要計算傳熱系數，必須要同時知道對流放熱系數和輻射放熱系數。 在爐膛膜式水冷壁的計算中，我們要將水冷管和鰭片分開計算各自的傳熱系數，然后加權平均。爐膛截面煙氣流速 (7-1)循環(huán)流化床輻射放熱系數 (7-2)式中：循環(huán)流化床輻射放熱系數，；斯忒藩-玻耳茲曼常數，；吸收率；床溫，；

40、爐膛膜式水冷壁絕對溫度，； 爐膛膜式水冷壁傳熱系數 （7-3）式中：流化床密相區(qū)對水冷壁的傳熱系數，;流化床密相區(qū)對鰭片的傳熱系數，；水冷管的傳熱周界，；鰭片的傳熱周界；水冷管外壁溫度和管內壁溫度 (7-4) (7-5)流化床總放熱系數： (7-6)鰭端溫度： (7-7)7.2爐膛汽冷屛傳熱系數計算先要先設計出汽冷屏的結構和尺寸，然后確定它的受熱面，根據汽冷屏在爐膛中的位置來確定折算系數，同樣，汽冷屏要分為汽冷屏管和鰭片分別計算。在實際計算汽冷屏管中，要先假設一個管外壁壁溫，然后由這個假設的溫度算出輻射放熱系數和對流放熱系數，得出一個假定的傳熱系數，然后根據管內壁溫度的計算，一步步反復迭代，得

41、出一個在誤差范圍內的管外溫度，確定這個傳熱系數。以類似的方法計算出鰭片的傳熱系數，最后加權平均，得出汽冷屏的傳熱系數。床密相區(qū)汽冷管的傳熱系數 （7-8）汽冷管外壁壁溫 (7-9)鰭片傳熱系數1鰭端溫差 (7-10)2 床密相區(qū)對鰭片的傳熱系數 （7-11）爐膛膜式水冷壁的平均傳熱系數 (7-12)第八章 鍋爐結構設計8.1爐膛設計8.1.1爐膛介紹任何一臺循環(huán)流化床鍋爐的安全、高效運行，與爐膛的設計和布置關系極大。循環(huán)流化床鍋爐爐膛四周為膜式水冷壁結構，它由光管和鰭片焊接而成。光管外徑用60，光管厚度由水管鍋爐受壓元件強度計算計算得出，至少4mm。鰭片寬度厚度常用20mm6mm或者44mm6

42、mm整個爐膛從結構上分為上、下部分，下部縱向剖面由于前后墻水冷壁與水平面相交而成為梯形，燃燒主要在下燃燒室，即水冷壁下部組件，這里床料最密集、運動最激烈、燃燒所需的全部風和燃料都由該部分輸送到燃燒室內，除了一次風由布風板進入燃燒室外，在爐膛的前后墻還布置有成排的二次風口，可靈活調節(jié)上、下層二次風風量。二次風口可將床層分為密相床層和稀相床層，二次風口的位置決定了密相區(qū)的高度。密相區(qū)的作用是使燃料部分燃燒及氣化和裂解，同時作為偖熱裝置。密相區(qū)越高，床層燃燒的的穩(wěn)定性越好，但若密相區(qū)太高，則會增加一次風機的電耗。燃燒室的中部、上部由膜式水冷壁組成，在此，熱量由煙氣、床料傳給水，使其部分蒸發(fā)，這一區(qū)域

43、也是主要的脫硫反應區(qū)，在這里，氧化鈣CaO與燃燒生成的二氧化硫反應生成硫酸鈣CaSO4，在爐膛頂部、前墻回爐后彎曲形成爐頂。8.1.2爐膛床溫選擇 床溫的選擇是CFB鍋爐設計的最關鍵參數之一。CFB鍋爐床溫的選擇一般應考慮如下因素：1) 在該溫度下灰不會軟化，鍋爐無結焦危險；2) 保證較高的燃燒效率；3) 保證較高的脫硫效率；4) 較低的NOX和N2O排放在早期流化床發(fā)展過程中，通常推薦大約850為最佳床溫。隨著CFB鍋爐的發(fā)展，特別是隨著大型CFB鍋爐的逐漸應用，CFB鍋爐所選擇的最佳床溫有明顯上升趨勢，一般介于880920之間。綜合烤爐燃燒和脫硫要求，本設計取爐膛溫度選擇為9208.1.3

44、爐膛高度的選擇爐膛高度計算值，是指配風裝置上部至爐頂最低點的距離。爐膛高度是CFB鍋爐的關鍵因素之一，不僅與鍋爐的燃燒效率、石灰石的脫硫效率、爐膛內部受熱的布置等因素有關，一般為2542m的范圍內，高度太低，不利于碳的燃盡，還會發(fā)生還原反應，太高風壓過大，電耗增加。原則：（1）保證分離器不能捕集的細粉在爐膛內一次通過時全部燃燒盡；（2）爐膛高度應能夠容納全部或大部分蒸發(fā)受熱面或過熱受熱面；（3）保證回料機構料腿一側有足夠的靜壓頭，使返料能夠連續(xù)均勻地進行；（4）保證鍋爐在設計壓力有足夠的自然循環(huán)；（5）應能保證脫硫所需最短氣體停留時間。本設計綜合各方面因素，選取爐膛高度為30m。在本次設計中鍋爐爐膛在熱力計算的反復校核后設計出爐膛寬5866.9mm，深9012.9mm，截面積52.878m2,爐膛高度30m。由于燃用的是揮發(fā)分較高的煙煤，故采用前后墻對沖燃燒，故爐膛深度較大。8.2爐膛汽冷屛設計本設計在爐膛內部布置汽冷屛。汽冷屛結構要求：（1） 汽冷屛深度：D1m（3） 汽冷屛與水冷壁間距：S200m（4） 汽冷屛高度：距離配分裝置的高度H12m（5） 汽冷屛與后水冷壁距離：w1.5D當爐膛膜式水冷壁的光管外徑為60mm時，汽冷屛的光管外徑為