循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算公式目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1主系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41.1設(shè)計(jì)參數(shù)確定 41.2熱力計(jì)算 41.3燃燒室計(jì)算 51.4分離器設(shè)計(jì) 61.5回料器設(shè)計(jì) 61.6受熱面設(shè)計(jì) 71.7風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)計(jì) 82輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 92.1排渣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 92.2脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì) 92.3除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì) 102.4脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 113水力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 114其他關(guān)鍵部分設(shè)計(jì) 124.1布風(fēng)裝置設(shè)計(jì) 124.2燃料制備系統(tǒng)設(shè)計(jì) 124.3鍋爐整體布置與安全校核 125自控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 135.1參數(shù)監(jiān)測 135.2自動調(diào)節(jié) 135.3安全保護(hù) 146保溫與防腐設(shè)計(jì) 146.1保溫設(shè)計(jì) 146.2防腐設(shè)計(jì) 157調(diào)試與運(yùn)行優(yōu)化 157.1調(diào)試 157.2運(yùn)行優(yōu)化 16流化床鍋爐設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算PAGE2/131主系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)參數(shù)確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，需綜合考慮用戶需求、燃料特性、環(huán)保要求等多方面因素。首先，要明確鍋爐的額定蒸發(fā)量（D），單位為t/h，這是根據(jù)用戶的用汽量或發(fā)電需求來確定的。其次，額定蒸汽壓力（p）和額定蒸汽溫度（t）也需確定，單位分別為MPa和℃，它們?nèi)Q于后續(xù)用汽設(shè)備的要求。對于燃料特性，需要獲取燃料的收到基低位發(fā)熱量（Qnet,ar），單位為kJ/kg，以及燃料的工業(yè)分析成分，包括收到基水分（Mar）、收到基灰分（Aar）、收到基揮發(fā)分（Var）和收到基固定碳（FCar），各項(xiàng)成分占比之和為100%。此外，還需確定鍋爐的設(shè)計(jì)效率（η），通常根據(jù)同類鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平來設(shè)定，單位為%；過量空氣系數(shù)（α），對于循環(huán)流化床鍋爐，爐膛出口過量空氣系數(shù)一般在1.2-1.4之間；排煙溫度（θpy），單位為℃，通常設(shè)計(jì)在120-150℃之間，以平衡排煙熱損失和尾部受熱面的投資成本。1.2熱力計(jì)算熱力計(jì)算是確定鍋爐各受熱面吸熱量、燃料消耗量等關(guān)鍵參數(shù)的過程。燃料消耗量計(jì)算理論空氣量（V0）的計(jì)算公式為：V0=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar式中，Car、Sar、Har、Oar分別為燃料收到基碳、硫、氫、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。實(shí)際空氣量（Vk）為：Vk=α×V0燃料消耗量（B）的計(jì)算公式為：B=(D×(hgr-hgs)+Qfw)/(Qnet,ar×η/100)式中，hgr為過熱蒸汽焓（kJ/kg）；hgs為給水焓（kJ/kg）；Qfw為排污損失熱量（kJ/h），一般取鍋爐蒸發(fā)量的2%-5%乘以給水焓與排污水焓之差。各受熱面吸熱量計(jì)算爐膛吸熱量（Ql）：根據(jù)燃料在爐膛內(nèi)的燃燒放熱和熱損失計(jì)算，包括化學(xué)不完全燃燒熱損失（Q3）、機(jī)械不完全燃燒熱損失（Q4）、散熱損失（Q5）等。Ql=B×Qnet,ar-Q3-Q4-Q5-Qpy式中，Qpy為排煙熱損失（kJ/h），Qpy=B×(Vpy×cp,py×θpy-V0×cp,k×θk)，其中Vpy為排煙體積（m3/kg），cp,py為排煙比熱容（kJ/(m3?℃)），θk為冷空氣溫度（℃），cp,k為冷空氣比熱容（kJ/(m3?℃)）。過熱器吸熱量（Qg）：Qg=D×(hgr-hzr)，其中hzr為飽和蒸汽焓（kJ/kg）。省煤器吸熱量（Qs）：Qs=B×Vk×cp,k×(θsg-θk)-Qfw，其中θsg為省煤器出口給水溫度（℃）。空氣預(yù)熱器吸熱量（Qk）：Qk=B×(Vk-V0)×cp,k×(θky-θk)+B×V0×cp,k×(θky-θk)=B×Vk×cp,k×(θky-θk)其中θky為預(yù)熱后空氣溫度（℃）。1.3燃燒室計(jì)算燃燒室（爐膛）是燃料燃燒和主要換熱的場所，其主要尺寸包括爐膛截面積、高度等。爐膛截面積（F）爐膛截面積根據(jù)流化速度來確定，流化速度（uf）一般在4-8m/s之間。F=B×V0×(1+fg)/uf式中，fg為爐膛內(nèi)過?？諝庀禂?shù)與漏風(fēng)系數(shù)之和。爐膛高度（H）爐膛高度包括密相區(qū)高度和稀相區(qū)高度。密相區(qū)高度（H1）通常取1.5-3m，稀相區(qū)高度（H2）根據(jù)燃料燃燒所需時(shí)間和顆粒停留時(shí)間確定，一般總高度在15-30m之間。爐膛容積熱負(fù)荷（qV）qV=B×Qnet,ar/Vl式中，Vl為爐膛容積（m3），Vl=F×H。一般循環(huán)流化床鍋爐的qV在200-500kW/m3之間。1.4分離器設(shè)計(jì)分離器的作用是將煙氣中的固體顆粒分離出來并返回爐膛，常用的分離器有旋風(fēng)分離器、慣性分離器等，這里以旋風(fēng)分離器為例。分離器入口煙速（Vin）一般取18-22m/s，Vin=Vpy/Fin，其中Vpy為進(jìn)入分離器的煙氣量（m3/s），F(xiàn)in為分離器入口截面積（m2）。旋風(fēng)分離器直徑（Dc）Dc=√(4×Vpy/(π×uc))式中，uc為分離器內(nèi)氣流的切向速度（m/s），一般為入口煙速的0.7-0.8倍。分離器分離效率（ηs）對于旋風(fēng)分離器，分離效率可通過經(jīng)驗(yàn)公式估算，如：ηs=1-exp(-k×d^n)式中，k、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，與分離器結(jié)構(gòu)有關(guān)；d為顆粒直徑（μm）。1.5回料器設(shè)計(jì)回料器的作用是將分離器分離出的顆粒穩(wěn)定地送回爐膛，通常采用L閥或U閥回料器?；亓掀髁魍ń孛娣e（Fh）Fh=Gs/(ρs×uh)式中，Gs為回料量（kg/s）；ρs為顆粒堆積密度（kg/m3）；uh為回料速度（m/s），一般取0.1-0.3m/s。回料器風(fēng)壓（ΔPh）ΔPh需要克服回料器內(nèi)顆粒的重力和流動阻力，計(jì)算公式為：ΔPh=ρs×g×Hh+ΔPf式中，g為重力加速度（9.81m/s2）；Hh為回料器料柱高度（m）；ΔPf為流動阻力損失（Pa）。1.6受熱面設(shè)計(jì)受熱面包括水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等。水冷壁水冷壁受熱面積（Fwl）：Fwl=Ql/(qF)其中qF為水冷壁熱負(fù)荷（kW/m2），一般在100-200kW/m2之間。水冷壁管直徑（d）和壁厚（δ）根據(jù)承受的壓力和強(qiáng)度計(jì)算確定，通常采用φ51×6mm或φ60×6mm的無縫鋼管。過熱器過熱器受熱面積（Fg）：Fg=Qg/(K×Δt)，其中K為傳熱系數(shù)（kW/(m2?℃)）；Δt為對數(shù)平均溫差（℃）。Δt=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)，其中Δt1、Δt2分別為過熱器進(jìn)出口的溫差（℃）。省煤器省煤器受熱面積（Fs）：Fs=Qs/(K×Δt)計(jì)算方式與過熱器類似，傳熱系數(shù)K和對數(shù)平均溫差Δt根據(jù)省煤器的形式和工況確定?？諝忸A(yù)熱器空氣預(yù)熱器受熱面積（Fk）：Fk=Qk/(K×Δt)，同樣根據(jù)相應(yīng)的傳熱系數(shù)和溫差計(jì)算。1.7風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)煙系統(tǒng)包括一次風(fēng)、二次風(fēng)系統(tǒng)和煙氣排放系統(tǒng)。一次風(fēng)一次風(fēng)的主要作用是使床料流化，一次風(fēng)量（V1）一般占總風(fēng)量的50%-70%V1=f1×Vk其中f1為一次風(fēng)占比。一次風(fēng)機(jī)壓頭（ΔP1）需克服布風(fēng)板阻力、床層阻力等，ΔP1=ΔPbf+ΔPcl其中ΔPbf為布風(fēng)板阻力（Pa），ΔPcl為床層阻力（Pa），ΔPcl=ρb×g×Hcl，ρb為床層堆積密度（kg/m3），Hcl為床層高度（m）。二次風(fēng)二次風(fēng)用于補(bǔ)充燃燒所需的空氣，二次風(fēng)量（V2）=Vk-V1二次風(fēng)噴口位置一般在密相區(qū)上方，噴口速度（u2）取40-60m/s，u2=V2/F2其中F2為二次風(fēng)噴口總面積（m2）。引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)需要克服煙道系統(tǒng)的總阻力（ΔP煙），包括爐膛出口到煙囪的所有阻力損失。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量（Vy）=Vpy×(1+ΔV)其中ΔV為漏風(fēng)附加量，一般取5%-10%。引風(fēng)機(jī)壓頭（ΔPy）=ΔP煙+ΔPch，其中ΔPch為煙囪阻力（Pa）。2輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1排渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)排渣系統(tǒng)的作用是及時(shí)排出鍋爐燃燒產(chǎn)生的灰渣。排渣量（Gz）Gz=B×Aar/100式中，Aar為燃料收到基灰分（%）。排渣口設(shè)計(jì)排渣口尺寸根據(jù)排渣速度和排渣量確定，排渣速度（uz）一般取0.5-1.5m/s，排渣口截面積（Fz）=Gz/(ρz×uz)其中ρz為灰渣密度（kg/m3）。冷渣器冷渣器的冷卻面積（Flz）：Flz=Qlz/(K×Δt)，其中Qlz為冷渣器需要帶走的熱量（kJ/h）；K為冷渣器傳熱系數(shù)（kW/(m2?℃)）；Δt為平均溫差（℃）。2.2脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前常用的脫硝技術(shù)有選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR），這里以SCR為例。還原劑用量還原劑（如氨）的理論用量（Gnh3）根據(jù)煙氣中NOx的濃度計(jì)算：Gnh3=(Cnox×Vpy×Mnh3)/(Mno2×10^6)式中，Cnox為煙氣中NOx濃度（mg/m3）；Mnh3為氨的摩爾質(zhì)量（17g/mol）；Mno2為NO2的摩爾質(zhì)量（46g/mol）。實(shí)際用量需考慮過量系數(shù)（一般取1.1-1.2）。催化劑體積（Vcat）Vcat=(Gnh3×1000)/(ρcat×ηden)式中，ρcat為催化劑活性組分密度（kg/m3）；ηden為脫硝效率（%）。2.3除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用的除塵設(shè)備有電除塵器、袋式除塵器等。電除塵器電場截面積（Fdc）：Fdc=Qpy/v式中，v為煙氣流速（m/s），一般取0.8-1.2m/s。電場長度（Ldc）：根據(jù)要求的除塵效率（ηdc），Ldc=-ln(1-ηdc/100)×w/k其中w為極板間距（m）；k為除塵常數(shù)。袋式除塵器濾袋總面積（Fdb）：Fdb=Qpy/(vfil)式中，vfil為過濾風(fēng)速（m/min），一般取0.8-1.5m/min。濾袋數(shù)量（Ndb）：Ndb=Fdb/(π×d×l)其中d為濾袋直徑（m）；l為濾袋長度（m）。2.4脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐常用爐內(nèi)脫硫，采用石灰石作為脫硫劑。石灰石用量（Gs）Gs=(Sar×B×1000×Ca/S比)/(Cca×100)式中，Sar為燃料收到基硫分（%）；Ca/S比為鈣硫摩爾比，一般取2-3；Cca為石灰石中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。脫硫效率（ηs）ηs=(1-Cs,py/Cs,inlet)×100%式中，Cs,py為排煙中SO2濃度（mg/m3）；Cs,inlet為未脫硫時(shí)煙氣中SO2濃度（mg/m3）。3水力系統(tǒng)設(shè)計(jì)水力系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要涉及鍋爐的給水、蒸汽、排污等水系統(tǒng)的管道和設(shè)備選型。給水管路給水管直徑（dgs）：dgs=√(4×Dgs/(π×ugs))式中，Dgs為給水流量（m3/s）；ugs為給水流速（m/s），一般取1-3m/s。給水管路阻力（ΔPgs）：根據(jù)管道長度、管徑、流速及局部阻力系數(shù)計(jì)算：ΔPgs=(λ×L/dgs+Σξ)×(ρ×ugs2)/2其中λ為沿程阻力系數(shù)；L為管道長度（m）；Σξ為局部阻力系數(shù)之和；ρ為水的密度（kg/m3）。蒸汽管路蒸汽管直徑（dgr）：dgr=√(4×Dgr/(π×ugr))式中，Dgr為蒸汽流量（m3/s）；ugr為蒸汽流速（m/s），飽和蒸汽一般取20-40m/s，過熱蒸汽一般取30-60m/s。蒸汽管路阻力計(jì)算與給水管路類似。排污管路排污管直徑根據(jù)排污流量確定，計(jì)算方式與給水管路相同，流速一般取1-2m/s。4其他關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)4.1布風(fēng)裝置設(shè)計(jì)布風(fēng)裝置的作用是使一次風(fēng)均勻分布，保證床料良好流化。布風(fēng)板面積（Fbf）布風(fēng)板面積與爐膛截面積基本一致，即Fbf=F。風(fēng)帽設(shè)計(jì)風(fēng)帽的數(shù)量（N）根據(jù)風(fēng)帽間距（s）確定，一般風(fēng)帽間距在100-150mm之間，N=Fbf/(s×s)。風(fēng)帽小孔風(fēng)速（u0）通常取30-50m/s，單個(gè)風(fēng)帽的小孔面積（f0）=V1/(N×u0)。風(fēng)帽總開孔率（φ）=(N×f0)/Fbf，一般φ在0.5%-2%之間。4.2燃料制備系統(tǒng)設(shè)計(jì)燃料制備系統(tǒng)需將燃料破碎、篩分至合適的顆粒度，以滿足循環(huán)流化床鍋爐的燃燒要求。破碎設(shè)備選型根據(jù)燃料的初始粒度和要求的最終粒度選擇破碎機(jī)，如顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)等。破碎后燃料的平均粒徑（dpm）一般控制在0-10mm之間。篩分設(shè)備篩分設(shè)備的處理能力（Q篩）應(yīng)大于燃料消耗量，Q篩=B×k，其中k為裕量系數(shù)，一般取1.2-1.5。篩網(wǎng)孔徑根據(jù)要求的燃料粒度范圍確定，通常設(shè)置不同孔徑的篩網(wǎng)進(jìn)行分級篩分。4.3鍋爐整體布置與安全校核整體布置鍋爐整體布置需考慮各設(shè)備之間的相對位置，確保煙氣流程順暢、管道連接合理、檢修空間充足。爐膛、分離器、回料器等主要設(shè)備的布置應(yīng)保證物料循環(huán)通暢，減少流動阻力。安全校核水壓試驗(yàn)：鍋爐受壓元件需進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力（pt）一般為工作壓力的1.25倍，保壓時(shí)間不少于30分鐘，無泄漏、無變形為合格。強(qiáng)度校核：對于鍋爐的受壓部件，如汽包、集箱、管道等，需根據(jù)工作壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確保其滿足強(qiáng)度要求。計(jì)算公式為σ=p×d/(2×δ×φ)≤[σ]，其中σ為計(jì)算應(yīng)力（MPa）；p為工作壓力（MPa）；d為內(nèi)徑（mm）；δ為壁厚（mm）；φ為焊縫系數(shù)；[σ]為材料許用應(yīng)力（MPa）。熱膨脹校核：鍋爐在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生熱膨脹，需計(jì)算各受熱部件的熱膨脹量，并采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施，如設(shè)置膨脹節(jié)等，避免因膨脹受阻產(chǎn)生過大的應(yīng)力。熱膨脹量（ΔL）=L×α×Δt，其中L為部件長度（m）；α為線膨脹系數(shù)（1/℃）；Δt為溫度變化量（℃）。5自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)自控系統(tǒng)是保證鍋爐安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的重要組成部分，主要包括參數(shù)監(jiān)測、自動調(diào)節(jié)和安全保護(hù)等功能。5.1參數(shù)監(jiān)測需監(jiān)測的主要參數(shù)有：蒸汽參數(shù)：蒸汽壓力（p）、蒸汽溫度（t），采用壓力變送器和溫度傳感器進(jìn)行測量，測量精度分別要求±0.1MPa和±1℃。煙氣參數(shù)：爐膛出口煙氣溫度、排煙溫度、煙氣成分（O?、CO、NO?、SO?等），O?濃度測量精度±0.2%，其他氣體成分測量精度±5%滿量程。床層參數(shù)：床溫、床壓，床溫測量精度±5℃，床壓測量精度±2%滿量程。水系統(tǒng)參數(shù)：給水流量、給水壓力、汽包水位，汽包水位測量精度±5mm，給水流量測量精度±1%。5.2自動調(diào)節(jié)汽包水位調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)給水流量來維持汽包水位在設(shè)定范圍內(nèi)，采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)公式為：給水流量調(diào)節(jié)信號=汽包水位偏差+蒸汽流量前饋+給水流量反饋其中，水位偏差為設(shè)定水位與實(shí)際水位的差值，調(diào)節(jié)精度±10mm。蒸汽溫度調(diào)節(jié)：對于過熱蒸汽溫度，可通過噴水減溫等方式調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)公式為：減溫水量調(diào)節(jié)信號=過熱蒸汽溫度偏差+蒸汽流量前饋溫度調(diào)節(jié)精度±3℃。床溫調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)量、二次風(fēng)量以及給煤量來控制床溫，一般將床溫控制在850-950℃范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)精度±10℃。爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量來維持爐膛負(fù)壓在-50--100Pa之間，調(diào)節(jié)公式為：引風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)信號=爐膛負(fù)壓偏差+送風(fēng)量前饋調(diào)節(jié)精度±20Pa。5.3安全保護(hù)當(dāng)鍋爐出現(xiàn)異常情況時(shí)，自控系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)動作，避免事故發(fā)生。主要保護(hù)功能有：超壓保護(hù)：當(dāng)蒸汽壓力超過設(shè)定值1.1倍時(shí)，安全閥動作，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。超溫保護(hù)：當(dāng)過熱蒸汽溫度超過設(shè)定值10℃時(shí)，自動增加減溫水量，若溫度持續(xù)升高，緊急停爐。低水位保護(hù)：當(dāng)汽包水位低于最低允許水位時(shí)，先發(fā)出報(bào)警，若水位繼續(xù)下降，緊急停爐并切斷給煤。熄火保護(hù)：當(dāng)爐膛內(nèi)燃料熄火時(shí)，立即切斷給煤，停止送風(fēng)機(jī)，開啟引風(fēng)機(jī)通風(fēng)。6保溫與防腐設(shè)計(jì)6.1保溫設(shè)計(jì)鍋爐各受熱面和煙道的外表面需要進(jìn)行保溫，以減少散熱損失，提高鍋爐效率，同時(shí)保證操作人員的安全。保溫材料選擇：常用的保溫材料有巖棉、硅酸鋁纖維、珍珠巖等，其導(dǎo)熱系數(shù)（λ）應(yīng)小于0.1W/(m?K)。保溫層厚度（δ保）計(jì)算：根據(jù)熱平衡原理，保溫層外表面散熱損失（q散）應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求（一般不大于50W/m2），計(jì)算公式為：q散=(t內(nèi)-t外)/(δ保/λ+1/α外)式中，t內(nèi)為保溫層內(nèi)側(cè)溫度（℃）；t外為環(huán)境溫度（℃）；α外為保溫層外表面對流傳熱系數(shù)（W/(m2?K)），一般取10-15W/(m2?K)。通過上式可計(jì)算出所需的保溫層厚度δ保。6.2防腐設(shè)計(jì)鍋爐的尾部受熱面（如省煤器、