460th循环流化床锅炉的开发与方案设计

—————————————————————————————一Y970830分类号：0621．25+9密级：单位代码：10422学号022003042J▲≮岁1趸硕士学位论文ShandngUniversityMaster’SThesis论文题目：460t／h循环流化床锅炉的开发与 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 作者姓名墓挂竖专业王猩热塑堡指导教师姓名专业技术职务捏世迭副煎握2005年5月10日摘要循环流化床燃烧技术是一种新近兴起的清洁燃烧技术，它能够实现低温燃烧，从而降低了sO。、NO，的排放量(在燃烧同样的煤的情况下与目前正流行的煤粉炉相比)，所以该技术的出现在一定程度上解决了燃煤锅炉的sO。NO，污染问题，所以目前循环流化床燃烧技术在世界范围内飞速发展，目前已经在一些中小型锅炉上得到了较好的利用。本文介绍了循环流化床燃烧技术的特点并且与现在流行的煤粉炉进行了对比，充分显示了了循环流化床锅炉的优越性，对国内外循环流化床锅炉技术的发展概况作了较为详尽的叙述，同时也说明了循环流化床锅炉大型化的必然性以及循环流化床锅炉的大型化趋势。本文是作者通过一年来的努力写成的。主要内容包括：1．对一台460t／h、14．OMPa锅炉进行整体方案的布置及结构设计。本锅炉的整体布置是按照现有中小循环流化床的受热面布置进行设计的．只有部分受热面在中小型锅炉没有的情况下才进行了自行设计。同时在必要的情况下对原有受热面进行了结构调整．布置方案如下：炉前给煤系统，脱硫剂给料系统，炉膛：内设水冷屏(受热面积约104时)、过热屏(受热面积约678．2mt)、再热屏(受热面积约352吖)，汽冷式蜗壳旋风分离器，顶棚管过热器(受热面积约65时)，高温过热器(受热面积约574时)，高温再热器(受热面积约544．32时)，低温过热器(受热面积约1221．4胛)，省煤器(受热面积约7453开)，并列式空气预热器，尾部烟道。热灰经旋风分离器分离出来进入料腿，进入U型返料器返回炉膛作为床料进行下一轮燃烧。2．对整台锅炉各受热面进行了详细的热力计算，确定和校核了结构布置时的受热面的布置方式和受热面面积，保证了结构布置所确定受热面积的正确性，及锅炉的安全稳定运行。3．对炉膛进行了详细的说明主要论述了在高参数、工质蒸发细热量减小的情况下如何解决。通过在炉膛内增设屏式受热面(水冷屏面积、过热屏面积、再热屏面积)的方式来增加炉膛吸热量，并且描述了屏式受热面对与锅炉水冷壁之间的相互配合，屏是如何从锅炉水冷壁中间穿出的。炉膛开口部分论述了各孔在水冷壁处的开孔方式，及水冷壁生产制造时应采取的措施。4．在 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 前人经验的基础上通过比较和借鉴为本锅炉进行了旋风分离器的选定和设计．把本炉旋风分离器定型为蜗壳式汽冷旋风分离器·选择蜗壳式是因为达到同样分离效率的情况下旋风分离器的烟气流动阻力最小，同时又克服了切向进入的旋风分离器切入点的磨损问题。关键词：循环流化床锅炉，设计，开发●ABSTRACTCirculatingFluidizedBedCombustion(CFBC)technologyisakindofnewcleancombustiontechnology．Sinceitcanrealizethecombustionincomparativelylowertemperature，theemissionofS02andNOxismuchlessthanthatofthepopularpulverizedcoalfiredboilerwhenburningthesamecoal．HencethetechnologycansolvethepollutantproblemsofS02andNOxthatothercoal—firedboilerscannotsolve．Asaresult，theCFBCtechnologyisdevelopingrapidlyintheworld．andithasbeenwellputintouseonsomemediamandsmallSiZedbOilers．Inthispaper，thecharacteristicsofCFBCtechnologyisintroducedandcomparedwithpulverizedcoalfiredboiler，whichhelpstoindicatetheadvantagesofCFBCboiler．Inthemeantime，thedevelopmenttrendofCFBCtechnology，homeandabroad，isexplainedindetailandtheineV“abilityandenlargedtrendofCFBCboilerareanalyzed．Aplot460t／hCFBCboilerisilluminated．Theinnerstructureandinteractiverelationsofeachpartandthemutualrelationsbetweenworkingmediumflowandfluegasflowareemphasized．Thedrum，water-c00lingsystem，combustiontype，heatsystem，combustionsystem，super—heater，re—heater，economizer，airpre—heater，separator，loopsealsystem，steelstructure，laddersandplatform。furnacewallandinsulation，desulphurization，emissionofNOX，measuresofanti—wear，sealandlowtemperaturecorrosion，andSOonareexplainedindetailalso．Inthepaper，inordertobeinaccordancewiththetheoreticalrequirements，theheattransfersofwater—coolingwall，panelheatingsurface，cycloneseparatorandback—endheatingsurfacearecalculated．Inaddition，someexperienceddesigndatainnormalboilerdesignarecitedalsotokeepclosetopracticalconditions．ThepapernotonlYintroducesthedetaildesignofCFBboilerpartsinwords，butalSOlistsasummarysheetofheatCalculation，inwhichthefollowingitemsarelisted：fuelelementContent，theoreticalairflOW，theoreticalfluegasflow，boiIcrheatbalancecalculation，coalconsumption，excessaircoefficientofeachheatingsurface，tubeinduringdetaildesign．Waterwall。re—heaterpanelandsuper—heaterpanelarediscourseduponseparatelytoexplainarrangementofupperheatingsurface．Inaddition，coalfeedingports，limestonefeedingports，slag—dripopening，circulatingmaterialinlets，observationholes，accessdoorsandtestingholesetc．arediscussedseparatelytoexplaintheopeningsoffurnace．Thecycloneseparatorisemphasizedindetail，atwhichCFBCboilerdiffersthemostwithpulverizedcoalfiredboiler．Thetypesandmaindimensionsofdomesticcycloneseparatorsaredepictedandlistedintables．Inthedesignofcycloneseparator，hightemperatureinsulatingcycloneseparator，whichismorepopularcurrently，hasbeingrecommended，andthenewtypeofwater-cooledand／orsteam。cooledcycloneseparatorsarealsocomparedwiththistypeofseparator．Theadvantagesandfeasibilityofhightemperatureinsulatingcycloneseparatorareindicated．Inaddition，fortheplotdesign，theconcretestructureandspecialtyofthedesignedcycloneareintroduced；thecondUctheattranSferandthestructu．rearecalculatedalso．KEYWORDS：Circulatingfluidizedbed(CFB)，design，development●原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：丞叠毫盔日关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：．丞缝圣舟师签名邋日期：兰必山东大学硕士学位论文1绪论世界煤炭储量为9842亿吨，中国为1l45亿吨，占世界储量的l1．6％，居世界第三位，世界储采比为218，我国储采比为92。中国人均煤炭探明储量仅为世界人均平均值的l／2，而且我国的能源浪费严重，能源效率低，约为31．2％，比发达国家落后20年，相差约10个百分点。我国是世界上创造GDP代价最高的国家之一，其中国内重点钢铁企业每吨钢铁可比能耗比国际水平高出40％，电力行业火电煤耗比国际水平高30％，我国万元GDP能耗是世界平均水平的2倍，是发达国家的10倍。中国是世界上少数几个能源以煤为主的国家之一。我国在2000年的能源消耗总量是近13亿吨 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤，其中煤炭达占69．9％；石油占25％；天然气和一次电力分别只占总量的2．8％和2．3％。我们希望通过实行可持续发展的能源战略，到2020年达到如下理想目标：一次能源需求少于25亿吨标准煤，节能达到8亿吨标准煤；煤炭消费比例控制在60％左右，可再生能源利用达到5．25亿标准煤(其中可再生能源发电达到1亿千瓦)；石油进1：3依存度控制在60％左右；主要污染物的削减率为45～60％。在未来相当长的时期内，我国以煤炭为主的能源格局不会改变，煤炭消耗量将持续增长。2003年，我国燃煤电站占全国发电装机的74％，发电量占全国发电量的81％以上，燃煤电厂排放的二氧化硫已接近全社会排放总量的50％，随着煤电的发展，这一比例将会进一步提高。燃煤产生的二氧化硫、氮氧化物在一定条件下可形成酸雨，而我国目前酸雨面积已占国土面积的30％，区域性酸雨污染严重。二氧化硫污染和酸沉降污染已经对我国的自然资源、生态系统、材料、能见度和公众健康构成了威胁，严重影响社会经济发展和人民群众的正常生活。中国环境科学研究院和清华大学等单位的研究结果表明，酸雨污染给我国造成的损失每年超过1l00亿元，即每排放1吨二氧化硫将造成超过5000元的损失，大气污染所造成的损失每年约占我国GDP的2％～3％之间。控制燃煤电厂二氧化硫的排放已经成为我国控制大气污染物l山东大学硕士学位论文排放的重中之重。针对电力二氧化硫的排放控制，近年来国家出台了一系列的法规、政策：2000年《大气污染防治法》修订后实施，使污染物排放总量控制成为一项法定的要求；同年，国家经贸委发布了《火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点》；2001年，《国家环境保护“十五”规划》颁布，要求全国电力二氧化硫排放要比2000年减少10～20％；2002年国务院批复了《两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划》，提出要确保2005年两控区内二氧化硫排放量比2000年减少20％；2002年，国家环保总局、国家经贸委、科技部联合颁布了<燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》，对火电厂安装烟气脱硫设施的适用范围、技术路线等提出了具体要求；200591月，国务院颁布了新的《排污费征收使用管理条例》，有关部委配套出台了《排污费征收标准管理办法》、《排污费资金收缴使用管理办法》，全国在7月1日起，将按新的标准和办法征收和使用排污费，其中二氧化硫排污费由“两控区”收费变为全面收费，且由每公斤0．2元分三年提高到0．63元。为控制燃煤电厂大气污染物排放，改善我国空气质量和控制酸雨污染，国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局日前联合发布了新修订的国家污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》(6Bl3223—2003)。新标准兼顾电力发展和环境保护目标，分三个时段规定了火电厂大气污染物排放限值，提出了到2005年和2010年火电厂应执行的二氧化硫和烟尘排放限值，有利于火电厂根据自身的情况采取相应的控制措施．有关部门正在组织起草《国务院污染物排放总量控制条例》和《发电环保折价标准》。可以预计，在“十一五”期间，电力行业将面临着更为艰巨的二氧化硫控制任务．因此，燃煤电厂二氧化硫的控制问题，是全国电力企业当前乃至“十一五”期间污染防治的首要问题，而做好排放治理规划是解决问题的重要基础。为控制燃煤电厂大气污染物排放，我国采取了一系列重要措施，如限产关停高硫煤矿，加快发展动力煤洗选加工；大力发展清洁发电技术，逐步降低发电煤耗；严格控制新建燃煤电厂二氧化硫排放；在高硫煤使用、二氧化硫超标排放地区和城市附近建2山东大学硕士学位论文设了一批脱硫项目；关停了一部分污染严重的小火电机组；合理布局电厂，实施“西电东送”战略等。目前比较流行的脱硫方式有：(1)燃料预处理：目前在煤层地下气化，煤的专用装置气化，原煤脱硫几个方面进行研究．(2)改进燃烧技术：目前主要在采用分级燃烧及再循环烟气的方法，再加上对炉膛和燃烧器设计作适当的考虑，使NOx的生成量大为减少，近年来兴起的循环流化床燃烧技术在低NOx排放和炉内脱硫等方面比常规锅炉有长足进步。(3)排烟净化：排烟净化包括除尘和控制吸收s0X，Nox等方面，烟气除尘问题已基本解决，现在面临的迫切问题是研究各种脱硫和脱硝方法．其中经济性最好的脱硫方式是采用循环流化床燃烧技术，这种脱硫技术也是目前效率较高的脱硫技术。是目前脱硫效率价格比最高的方式。循环流化床电站锅炉由于其高效燃烧、煤种适应性好、调负荷能力强、造价相对便宜、技术相对容易掌握以及可以实现高效燃烧脱硫等特点，己成为目前最为实际的煤清洁燃烧技术之一，得到了较快的发展。国内外应用实践表明，与常规煤粉锅炉相比，采用CFB燃烧技术可使燃煤电站锅炉排烟中S0。和N0。等有害气体含量减少80～90％左右，可有效地减轻燃煤发电对于大气环境的污染。本文对国内外循环流化床锅炉的发展现状、结构特点及运行特性等进行了阐述，对其发展前景进行了展望。针对我国现有的大型循环流化床锅炉的设计和运行特性进行了总结，对调试和运行中出现的设计问题进行了分析，提出了可行的解决方案，提出了新颖的460T／H循环流化床锅炉设计方案。本论文将对我国循环流化床锅炉的大型化提供有益帮助。山东大学硕士学位论文2循环流化床锅炉的原理和特点2．1循环流化床的原理流态化是一个极为复杂的现象，尤其是气固流态化．其影响因素很多，主要是受气体流动速度(流化速度或空气截面速度)，固体颗粒特性(密度、粒度等)、流体特性(密度，黏度等)以及器壁的影响。随流化速度增加，一个垂直上行气固系统会依次呈现以下(图2．1)几种状态¨l【21：匿定废漱气f‘(●'巩霉'‘纛气体(b)茹虢拄毫茹巍蠡笳勰茬碗畚化再寿化FJ_棚巩巷'【麓麟．t忙(c)蠡耀篱《一?‰*∥’气l‘(d’窖≮罐魏嘏．气忙C●'～．·’?·’●●一-。●‘●‘●●-●j‘．●●●’●●，-●●．j．i‘●。●●。●●’●●-●●·．··j．●‘，。+●’气‘‘(f’图2一l不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态(1)固定床。其特征是固体颗粒静止不动。(2)鼓泡流态化．其特征是超过临界流化风量的空气以气泡形式流过床层，存在明显的密相界面。这是工业应用中常见的一种流化现象，也叫聚式流态化。(3)湍动流态化。其特征是流化风速超过颗粒的临界飞出速度时，床内只有很模糊的密相界面，颗粒弥散于整个床内空间。(4)快速流态化。当继续增大流化风速，并且床料补给速率大于床内颗粒的飞出速率时，床内呈现快速流态化．其特征是：床内气泡消失，无明显密相界面，床内颗粒密度呈现上稀下浓状态，4●山东大学硕士学位论文存在颗粒成团与返混现象。处于湍动和快速流态化的床层，若无床料补给时，床层很快将被吹空．(5)密相气力输送。在快速流态化的基础上继续增大流化风速或减少床料加入量，床内颗粒浓度将变稀，床内颗粒浓度呈上下均匀分布状态，此时即为密相气力输送。其特征为单位高度床层压降沿床层高度不变。r(6)稀相气力输送。在密相气力输送的基础上继续增大风速，就转变为稀相气力输送。它与密相气力输送的区别是：增大风速，床层压降上升(摩擦压降随风速增大而增加)；而在密相气力输送状态下，增大风速，床层压降减小(由于颗粒浓度下降，颗粒静压头降低)。压降随风速变化的转折点(临界点)恰是最经济的气力输送点。循环流化床是在湍动流态化和快速流态化的基础上，将飞出床层的颗粒收集起来，并返回到床内的流态化过程，其特点可归纳如下：(1)不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间：(2)有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动；(3)颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关；(4)运行流化速度是鼓泡床的2～3倍；(5)床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化；(6)颗粒横向混合良好；(7)强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的横向混合，使得整个上升段内温度分布均匀：(8)通过改变上升段内的存料量，固体物料在床内的停留时间可在几分钟到数小时范围内调节；(9)流化气体的整体性状呈塞状流；(10)流化气体根据需要可在反应器的不同高度加入。5山东大学硕士学位论文2．2循环流化床锅炉的工作条件循环流化床锅炉的工作条件可概括为表2—1。表2—1循环流化床锅炉的工作条件序号项目单位数值l温度℃850～9502流化速度m／S4～63床料粒度正‘ml～l34床料密度kg／m’1800～26005燃料粒度mm<126脱硫剂粒度mm～l7床层压降kPa1l～128炉内颗粒浓度kg／m3炉膛底部150～600，炉膛上部10～409Ca／S摩尔比1．5～4IO璧面传热系数W／(rn2·K)l20～250由上表可以看出循环流化床锅炉的燃烧温度不高，属于低温动力燃烧，这种燃烧能够减少高温N0x的生成量，利于环保。流化风速有一个合理的范围；床料粒度和密度也都有一个特殊的要求；燃料粒度有一特定的范围，不能太大也不能太小；床层压降有一比较合理的范围，说明床料量也有一个合理的范围，因为床层压·降与床料的重量有密切的关系；炉膛传热系数相对较高，所以循环流化床可以取较大的容积热负荷。由上表可见循环流化床锅炉明显优于其他型式的锅炉。2．3循环流化床锅炉的优点循环流化床大量的固体颗粒的循环，以及更为合理的热量释放分布使沿床高温度分布趋于均匀，逸出炉膛的固体颗粒回收到炉膛内再燃，提高了燃烧效率和脱硫剂的利用率．循环流化床具有较高的燃烧强度、较高的稀相区受热面传热系数和较高的燃烧室使用效率，因而更易于大型化。循环流化床锅炉有以下优点13l：(1)燃料适应性广。它几乎可以燃烧一切种类的燃料并达到‘很高的燃烧效率。其中包括高灰份、高水份、低热值、低灰熔点的劣质燃料，如泥煤、褐煤、油页岩、炉渣、煤泥及煤矸石、贫煤、无烟煤、石油焦等。6’●山东大学硕士学位论文(2)能够在燃烧中有效地控制NOx和S02的产生和排放，是一种清洁的燃烧方式，这是它之所以为全世界所重视并得到快速发展的最根本原因。燃烧室的燃烧温度可以控制在800～900℃范围内而稳定高效燃烧，抑制了热反应型NOx的形成，如同时采用分级燃烧方式送入二次风，又可控制燃料型NOx的生成。一般情况下，循环流化床锅炉NOx的生成量仅为煤粉燃烧的1／3～1／4。此外，在燃烧过程中直接向床内加入石灰石，可以脱去在燃烧过程中生成的s02，可以达到90％的脱硫效率。(3)燃烧热强度大，可以减小炉膛容积。循环流化床燃烧具有很高的燃烧热强度，其截面热负荷可达4～6MW／m2；容积热负荷为1．5～2MW／m3，是煤粉炉的8～11倍。(4)床内传热能力强，可以节省受热面的金属耗量。循环流化床炉膛内气固两相混合物对水冷壁的传热系数为50～450W／(m2·K)范围内，比煤粉炉炉膛内辐射传热系数大得多，因此可以节省受热面的金属消耗，使受热面的布置更为紧凑合理。(5)负荷调节性能好、幅度大。循环流化床的负荷调节比可达(3～4)：1。此外，由于截面风速高和吸热容易控制，循环流化床的负荷调节速率也很快，一般可达4％／min。(6)易于实现灰渣综合利用。低温燃烧所产生的灰渣，具有较好的活性，可以用作制造水泥的掺和料或其它建筑材料的原料。(7)燃料预处理系统简单。循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于12mm，因此，与煤粉炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。(8)投资和运行费用适中。循环流化床锅炉的设计和运行费用略高于同容量的常规煤粉锅炉，但比配置脱硫装置的煤粉炉低l5—20％．2．4循环流化床锅炉与其它燃烧方式的经济性对比-表2—2燃煤含硫量为2．5％的300MW机组进行的经济对比序号项目CFBBPC+FGD1造价1．5～1．6亿元3亿元2脱硫率90％(Ca／S=2)90％(Ca／S=1．1)3NOX150～250Illg／Ngl34厂用电率相近相近5锅炉热效率相近相近了山东大学硕士学位论文l6l煤种适应性l强I一般II7I低负荷稳燃I30％I50％I通过上表的对比发现循环流化床锅炉实现与煤粉炉同样的功能，且有较好的煤种适应性外，最大的优越性在于造价比煤粉炉加脱硫装置的造价低了一半。所以循环流化床锅炉比煤粉炉有较好的市场，比煤粉炉更能适应目前的环保的要求。●●●●山东大学硕士学位论文3国内外循环流化床锅炉的发展现状3．1国外循环流化床锅炉的发展现状经过近二十年的迅速发展，国外循环流化床锅炉技术已经形成了几个各具特色的主要炉型(或流派)，它们是德国Lurgi型、芬兰PyroflOW型、美国FW型。3．1．1Lurgi炉型鲁奇公司是最早生产循环流化床锅炉的德国公司之一。Lurgi型循环流化床(见图3—1)的特点主要有：(1)循环系统内设主床燃烧室和外置泡床换熟器(EHE)，在主床上部布置少数屏式受热面；再热器和过热器受热面布置在外置换热器和对流烟道之中，运行时，通过调节燃料量和经过外置换热器的热灰流量，控制炉膛温度和蒸汽温度。(2)根据燃料特性差异，循环速度在4．9—9m／S之间变化，炉膛出口烟气中的固体物料含量在5—30kg／m3，相应的循环倍率在30—40以上。(3)采用分段送风燃烧方式，一次风从布风板下部送入燃烧室，二次风从布风板上部一定高度送入炉膛中，一、二次风量比为4：6，过剩空气系数口=1．15—1．20，这样可以做到，在燃烧室下部的密相区为低氧燃烧形成还原气氛；在二次风口上部为富氧燃烧，形成氧化性气氛，通过合理地调一，二次风比，可维持较理想的燃烧效率和有效地控制NOx生成量。(4)炉膛出口布置高温旋风分离器，分离器入口处烟温约850℃。分离器采用钢壳结构，内衬耐火和防磨衬里。分离效率可达99％。鲁奇型的循环流化床锅炉运行的机动性、经济性、燃料适应性以及排放技术水平都有优良的业绩，它的缺点是锅炉岛系统结构复杂，厂用电高，有磨损问题、投资最高。目前这种循环流化床锅炉的大型化问题已顺利解决，最大容量锅炉是法国Provence(普罗旺斯)电厂配250MW机组的700t／h山东大学硕士学位论文亚lI缶界压力循环流化床锅炉，该锅炉由法国Stein公司制造，已子1995年投入运行。美国ABB一一CE公司也基于此技术，完成了330MW锅炉机组的设计．图3一lLurgi炉型示意图3．1．2Pyroflow炉型芬兰奥斯龙(Ahistrom)公司是最早生产循环流化床锅炉的公司，其锅炉的主要特点(图3—2)为：(1)不设外置热交换器，循环流化床锅炉主要由燃烧室，高温旋风分离器、回料器、对流烟道等组成。有的还配有冷渣器。(2)燃烧室分为上，下两部分，下部由水冷壁延伸部份，钢板外壳及耐火砖衬里组成；上部炉膛四周为膜式水冷壁，过热器一、三级布置在炉膛顶部或尾部烟道上方，二级过热器用钢管制作，布置在炉膛中部，这是百炉宝型循环流化床锅炉独有的设计结构。(3)采用高温旋风分离方式，最高入口烟温可达950℃．该分离器可布置在炉前面、炉两侧或炉膛与尾部烟道之间，布置方式灵活，多采用高循环倍率，分离效率可达99％。(4)一、二次风基本各占50％，燃料不仅在炉膛下部燃烧，而且还随着气流上升，使整个炉膛都可用来燃烧，沿水冷壁高度的烟气温度比较均匀。在低负荷时，物料循环量减少。燃烧集中在炉膛下部，逐步过渡到鼓泡床运行方式．10，，～●山东大学硕士学位论文(5)锅炉本体布置结构紧凑，耗钢量比鲁奇公司的循环流化床锅炉少得多，厂用电也少得多。从投运锅炉的统计结果看，锅炉出力、参数、熟效率，燃料适应性，操作控制和排放水平都达到令人满意的水平，可用率高达98％。因此，奥斯龙公司百炉宝型循环流化床锅炉在世界上享有较高的信誉，市场占有率最高，这种循环流化床锅炉的大型化问题也已顺利解决，已有各种容量的大型电站锅炉在世界各地(包括我国四川内江)运行．该种炉型缺点是(1)二级过热器管制造工艺难度太高，稍有缺陷，很易磨损。(2)对于小容量机组采用高温旋风分离器成本高，从而使整个装置造价成本提高。口图3—2PyroflOW炉型示意图3．1．3FW炉型美国FW公司制造的FW炉型见图3．3。其主要特点是‘5】：(1)采用汽(或水)冷旋风分离器，这种分离器既是加热部件，又起分离作用，分离器壁面用膜式鳍片管制成，涂有耐热防磨衬里，其厚度在50—70mm，仅是鲁奇公司和百炉宝型分离器衬里壁厚350一450mm的l／5—1／6，冷炉启动快，适合变负荷运行。(2)在炉膛内设有内置床INTREX(IntegratedRecycleheat山东大学硕士学位论文ExchangeBed)，这有利于炉子大型化，可多布置受热面。(3)整个分离器在结构上和热膨胀方面与锅炉为一体，构成外壳的水冷壁或汽冷壁与锅炉水循环系统或过热器系统相连，结构紧凑，其优点是可充分利用空间布置受热面，简化和减少了高温管道和热膨胀点，降低造价和设备维修费。水冷(或汽冷)壁外壳可采用标准的绝热材料和外护板有效降低辐射热损失。减少设备重量，简化了支吊系统。可节省安装时间和成本。(4)炉膛截面沿高度无变化，炉膛中不装设任何对流管屏，磨损问题小，寿命长。(5)回料系统采用一个工作速度很低的流化床密闭缸，用溢流量来调节循环物料量。这种系统具有自平衡功能，并充当旋风分离器与主床之间的密封．世界上容量最大的该型300MW循环流化床锅炉已在美国F10rida州的JEA(JacksonvilleElectricAuthority)电厂成功投运．鬟善图3—3FW型循环流化床锅炉的结构简图1燃烧室2风室3．末级过热器4．J型溷5，汽冷旋风．分离器6．再热器7．过热嚣8．省煤器9InIrex换热器●山东大学硕士学位论文3．1．4大型循环流化床锅炉的结构特点1995年6月，美国FW公司收购了芬兰Ahlstrom的Pyropower公司，使得FW公司不仅拥有自己的汽冷分离器技术，而且拥有Ahlstrom的循环流化床技术，在中国以外的市场中占40％以上【6】。近年来，ALSTOM集团又先后收购了拥有Ahlstrom专利许可权的德国EVT公司和ABB—CE公司中的锅炉制造分部，使二者的循环流化床技术和业务由ALSTOM集团掌握，近期正为意大利设计亚临界325Mw机组。几种大型循环流化床锅炉的结构特点见表3．1。表3—1五种等级大型CFB锅炉的结构特点比较大型cFB锅炉125MW300M霄级序项目100M■级200M■250M■波兰法国号(1990级级级F．■公Stelii年8月投运)司公司装设地点中国四法国艾波兰特法蘑普l与电厂名川内江米路希隆电厂罗旺斯|}电厂称电厂电厂235Ⅵ■235M■煤泥浆1．02％一油渣燃煤台硫量1．15％，褐煤5％，褐23．34■(％)煤O．6薯煤1．3％一23％一4％．9％单炉单炉膛，单艟，护单炉布风裤腿式膛内布膛，裤板，有3炉膛形式置有Q单炉膛单炉膛双布风管过热腿式双分隔墙器和蒸布风板分为三板个燃烧发宾壁室炉膛尺寸断面尺寸(m2)约101约96209l702l81984宽×深×高14．22×8．6x119．9×2111．5×l8．5×2512．5x17．082×．2×42．(m)．2×334．8x37．6x375．8×3731主；2主：2个，每个．每布风板面积一个，一个，个72：个86：(_2)42．6110外量4外量2个，每个，每个4．4个442个，每2个，每2个，每4个，每3个，每4十。每5旋风分离器个中个中个中个中个中个o7．5m常8．1m9．9m7．4m8，3IB，8．1m常山东大学硕士学位论文规式．蒸汽冷规型，内衬耐却型，内村耐火材料窄锥形火材入口料，偏心漩涡管外置床换热4台，床整体式6无2个无外置床器型高3．2m再循环雇渣冷水冷捧选择性水冷捧7捧灰方式却器灰器冷灰器灰器8流化喷嘴型弯管式“猪尾风帽型导向喷风帽型喷嘴巴”管喷嘴嘴喷嘴式喷嘴风道燃重油点风道燃烧器及风道燃风道燃火，共烧器，油喷9启动方式烧器烧器设10个冷却启嘴，冷油喷嘴动5—6h态启动l0hl用可率(薯)≥92％平均O95％lS0：捧放量684139’141409／G501iig／Nm’<7005JlN0z捧放量100一11909／G2mg／Nm‘78(700232OJ由上表比较可以看出：1)循环流化床锅炉的煤种适应性特别广泛，能够燃烧煤、煤泥浆、·褐煤、油渣等各种不同的燃料。2)炉膛形式随着功率的增加而变化，为了点火的需要，由原来小型锅炉的单炉膛、单布风板向着多布风板的方向发展(或者把一个大的布风板用墙分割成几个小的区域)。3)炉膛断面的面积也随着负荷的增大而增大。但是受二次风机压头的限制，在布置二次风的两侧炉膛水冷壁的距离不能太大．4)布风板总面积也随着锅炉负荷增大而增大。锅炉负荷增大，所需要的一次风量随之增加，而锅炉流化风速变化不能太大，又因为S布风t=V凡／D^所以布风板的总面积总是随着循环流化床锅炉负荷的增大而增大。’5)旋风分离器处理烟气的能力也随着锅炉负荷的增加而增加。有三种方式：增大分离器的直径；增加分离器的个数；以上两种方式同时应用。14●山东大学硕士学位论文6)随着循环流化床锅炉负荷的增加，外置式换热器基本按照由无到有，由少到多的趋势发展。可见增设外置式换热器是循环流化床锅炉大型化的～个方向，并且外置式换热器的功率将随着锅炉负荷的增大而增大。7)循环流化床燃烧技术是一种高效低污染的燃烧技术，不会因为锅炉的大型化而增加有害气体s02、NO。的排放．因此大型的循环流化床锅炉同样也能实现环保节能燃烧。正因为如此，在环保问题已成为世界首要问题的今天，用大型的循环流化床锅炉来取代正在运行的其它形式的锅炉成为必然，同时循环流化床锅炉的大型化也将成为必然．3．1．5法国普罗旺斯电厂250MW循环流化床锅炉3．1．5．1概述法国普罗旺斯电厂250MW容量的循环流化床锅炉是20世纪世界上已运行的最大容量的循环流化床锅炉．该炉自1995年10月机组并网发电以来，运行情况良好，并于1996年获美国颁发的“最佳电站国际奖”。该炉是在原3台55MW机组的煤粉炉的位置经拆除清理后进行建设并承担尖峰负荷运行的设备．3．1．5．2燃料特点与环保要求(1)该电厂燃料为50％的当地褐煤(含硫量3％一4％)和50％油渣(含硫量达5％)，其特点是热值低、高硫、高灰、高水份，而且还在原煤中夹有大量石灰石，灰的CaO含量达57％，自然Ca／S比为2．5。(2)环境保护要求较高，根据欧洲环保标准确定本项目摊放物保证值如下：S02：40mg／Nm3，NOx：250mg／Nm3。3．1．5．3锅炉的特点(1)锅炉点火，先用天然气，然后烧油，待炉膛温度升高至600℃时，投煤运行。(2)结构特点lS山东大学硕士学位论文●■__-__-_-____●_■。一面积为面。①采用单炉膛，下部为裤腿式双布风板，炉膛断170m2，炉膛高37m，除布置有水冷壁外，不再有其他受热②该炉为自然循环汽包炉。③配有四个筒径4．74m的旋风分离器。④配有四台外置床，床高3．2m、布风板面积为4x4．4m2。I⑤配有两台灰冷却器。1⑥燃煤及石灰石粉的输送系统。a．利用原有的原煤仓的煤斗，共设四套各自独立的给煤系统，各设一台锤击式碎煤机，将原煤破碎到0～10mm(一般控制在6mm左右)。破碎后煤粒由锅炉房底层通过四条埋刮板给煤机，直接输向锅炉两侧的密封回料槽出口而进入炉膛。b．石灰石粉系统：设有独立、完整的石灰石粉制备系统。在实际运行中，由于原煤的自然钙硫比已达到2．5，所以在不另外掺入石灰石粉的情况下，S02排放量已低于保证值，故这套装置目前较闲置。⑦送风系统：与常规锅炉烟风系统略有不同，关键是空气预·热器的型式与布置。烟气从锅炉尾部抽出后，分成三路，其中左右二路进入管式空气预热器，加热一次风，使进入流化床底部的流化风有着较高风压。中间一路进入一台回转式空气预热器，专供加热二次风，送入炉膛助燃。(3)特殊布置锅炉房布置：由于场地十分狭窄，循环流化床锅炉采用因地制宜方式布置，即该炉为纵向布置，炉中心线平行汽机房，炉前朝向扩建端。(4)运行情况与性能考核①该炉投运十年来，运行情况良好，各种指标己达或超过设计保证值。②不投油最低负荷：保证值为245t，h，试验值为206t／h。控’制值为350t／h(为额定出力700t／h的1／2)。③锅炉效率；保证值为90．55％，试验值为92．51％和92．66％。16山东大学硕士学位论文④未燃烬碳损失：保证值1．5％，试验值为0．42％，一般值在0．3％．0．58％。(5)环保指标①烟气成份见表3．2表3—2环保指标试验值试验值序号项目保证值1997．5．6l997．5．71S02(mg／Nm3)400762N0x(mg／Nm3)2502322363Ca／S32．32．3②循环流化床锅炉炉内脱硫效率见表3--3表3～3循环流化床锅炉炉内脱硫效率试验值试验值序号项目保证值l997．4．51997．5．21入炉S0：浓度l|125001200(mg／Nm3)S0=排放量24005018(nlg／Nm3)炉内脱硫效率396．899．698．5(％)4钙硫比(Ca／S)33．22．93．1．6美国JEA的300MW循环流化床锅炉美国JEA的300MW循环流化床锅炉由两台燃油和天然气的300MW锅炉改造而成，改造后的锅炉能够100％燃用石油焦和全烧煤l”。3．1．6．1设计燃料特性(见表3--4)表3．4JEA循环流化床锅炉设计燃料特性序号项目单位煤石油焦l发热鼍MJ／kg>27>302硫份％0．5～4．53．O～8．03灰份％7．O～15．O<3．04挥发份％30．0～36．0>7．03．1．6．2锅炉主要设计参数《见表3—5)表3～5JEA循环流化床锅炉主要设计参数f序号项目单位主蒸汽再热蒸汽I1压力MPal8．34．OI2温度℃538538I3流量t／h904．3804．317山东大学硕士学位论文3．1．6．3主要结构特点锅炉采用3个直径为7．315m的汽冷旋风筒，内部布置一级过热器。炉膛内置床INTREX为鼓泡床，其流化风速为0．6m／s。设有两组中间过热器和一组末级过热器。尾部采用双烟道调节。前后墙6点给煤。采用striPpercOOler控制床存量。冷渣器中的渣显热收入回热系统。3．1．6．3测试数据(见表3—6)表3—6JEA循环流化床锅炉测试数据序参数单位保证值100％石号油焦100％煤l主蒸汽流量1000lb／hr>8148798852主蒸汽温度℃>5275335363再蒸汽温度℃>527534，4锅炉效率％81．8(初期)91．9988．2l5粉尘排放Ib，MBtu<O．0110．0070．0046可吸入颗粒物lb／MBtu<O．0ll0．00440．006O．03～7S02捧放1b，MBtu<0．15O～O．040．138S0s排放lb／hr1．100．439N0x排放lb，MBtu<0．00O．02004～0．06O．013～O．044～10CO排放lb，MBtu<O．22O．0150．0543．2我国循环流化床锅炉的发展现状3．2．1历史沿革我国对循环流化床锅炉技术的研究和开发起步较晚，直至1988年第一台由中科院与济南锅炉厂共同研制的35t／h锅炉才在山东明水电厂投产。但近几年国内在开发和研制循环流化床锅炉技术方面发展迅速。二十世纪七十年代开始一些大专院所和企业就研制出小容量的循环流化床锅炉，迄今已有东锅、哈锅、上锅、武锅、济锅、杭锅等锅炉制造厂与西交大、浙大，清华、东南大学、中科院热物理所、西安热工院，上海成套所等共同研究、试制出10t，h、20t／h、35t，h、65t／h、75t／h、130t／h、220t／h、400t／h的循环流化床锅炉，引进奥斯龙的410t／h和220t／h循环流化床锅炉已在四川内江电厂和广东茂名石化公司投入运行．目】8●●山东大学硕士学位论文前，西安热工研究院与哈尔滨锅炉厂联合研制的我国第一台具有自主知识产权的410t／h循环流化床锅炉已于2003年在江西分宜投运；哈尔滨锅炉厂引进ALSTOM(原德国EVT)公司中间再热循环流化床锅炉技术生产的135Mw等级循环流化床锅炉已在河南新乡、华能白杨河电厂、华电淄博热电公司相继投产；上海锅炉厂引进美国ABB—CE公司(现已为ALSTOM兼并)生产的465t／h、440t／h循环流化床锅炉率先在山东里彦电厂、华能济宁电厂和济宁运河发电公司顺利投运；东方锅炉厂引进美国FW公司生产的135Mw等级循环流化床锅炉已经在临沂华盛电厂投产。‘3．2．2大型化及国产化进程循环流化床锅炉大型化工作正在紧张进行．上海锅炉厂有限公司在消化、吸收引进50一150MWFLEXTECH“循环流化床技术的基础上与中国科学院 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 热物理研究所合作开发200MW循环流化床锅炉技术，并对外置式换热器的流化、传热、热量分配等进行了长期的研究和试验，在此基础上于2002年底完成了200MW超高压参数、亚临界参数带外置床的循环流化床的多种设计方案，适合多种燃料；2003年在300～IW及以上等级循环流化床锅炉技术方面又与法国ALSTOMSTEIN公司展开了技术引进和合作，并完成了分别燃用褐煤、烟煤和无烟煤等1025t／h循环流化床锅炉的方案设计。国产技术的200MW和300Mw循环流化床锅炉的示范工程正在进行中。引进ALSToM技术的300MW循环流化床锅炉示范电站已于2003年8月28日在四川白马电厂开工建设，ALSTOM将与东方锅炉(集团)股份有限公司共同为四川白马电站提供这台中国最大的循环流化床锅炉。此外，ALSTOM还将其全球领先的循环流化床技术转让给中国最主要的三家锅炉制造商一东方锅炉(集团)股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司和上海锅炉厂有限责任公司以及中国主要的设计院，转让期为15年。目前，循环流化床锅炉的最高参数为亚l晦界。循环流化床锅炉在清洁燃烧方面已经充分显示了其优越性，但在高效方面仍然存在不足。由于超临界循环流化床锅炉具有较高的供电效率(见表‘o}。’’I‘l。o‘}}‘’’●‘}山东大学硕士学位论文3—7)，脱硫成本比FGD低50％以上，比煤粉炉加FGD的总投资低的多，所以发展超临界循环流化床锅炉是大势所趋。表3--7蒸汽参数对供电效率的影响序蒸汽参数容量范围供电效率号l9．81MPa，535℃50～1OOMW30．04％212．7MPa，535／535℃125～200MW32．16％316．3MPa，535／537℃300～600MⅣ37．12％424．3MPa，540／560℃>400MW40．95％3．3国内外循环流化床锅炉大型化趋势、整体布置及结构特点目前随着中小型循环流化床锅炉技术的日趋成熟和发展，循环流化床锅炉的优越性越来越被人们所认可。在环保问题成为世界性问题的现在，大型循环流化床锅炉的出现，来取代现有的大型电站锅炉已经成了时代的需求。3．3．1国外国外的一些大公司在开发循环流化床锅炉的行业中走在了中国的前面。主要方式是在炉膛内加装～些屏式受热面和加装一些外置式换热器。在循环流化床锅炉大型化过程中做的比较好的有：德国鲁奇公司、芬兰奥斯龙公司、美国福斯特．惠勒公司。他们的循环流化床锅炉的水平，基本上代表着世界循环流化床锅炉的发展水平。3．3．2国内在国内的锅炉行业的工作者、学者、以及研究者也正在为循环流化床锅炉的大型化做者不懈的努力。随着循环流化床锅炉向高参数、大容量和再热机组的发展，如何合理布置受热面成为一个十分突出的课题。随着锅炉容量和参数的提高，给水预热和过热吸热份额的增加，蒸发份额则下降．为了弥补炉膛四周膜式受热面的不足和工质蒸发吸热少，需在炉内燃烧通道内增加一定数量的受热面，将加热给水、过热器、再热器等受热面的一部分或全部布置在炉膛上部壁面和空间以及燃●山东大学硕士学位论文烧通道内，以保证放热和吸热的平衡，使循环流化床燃烧通道内的温度控制在要求的范围内。在炉膛内以及燃烧通道内增加受热面的方式包括：(1)屏式过热器和再热器；(2)壁式过热器和再热器；(3)采用横跨整个炉膛高度布置全分隔墙的方案，分隔墙为双面膜式壁；(4)采用在炉膛内布置翼墙式受热面的方案；(5)在固体物料回料循环回路上设置外置式热交换器方案。本次锅炉设计拟在炉膛内增设屏式过热器和再热器，是我国循环流化床锅炉大型化的一种尝试。21；}’’f‘。’‘‘‘。‘‘’‘II}’’—-一山东大学硕士学位论文4460T／H循环流化床锅炉总体方案布置4．1460T／H循环流化床锅炉的设计计划锅炉选用煤种烟煤，煤质分析如表4一l所示。表4—1煤质分析表l煤种僦含氢蓬徽含氮量含硫量含灰跫水分挥发分低位发热量o％}L％0|％N|％&％k％％％k％“。∞／K曲l烟煤53．193．327．5L171．0l27．176．6433．3620650本煤种仅为代表设计煤种，性广的特点，其它煤种也可以，4．2燃烧方式选择由于循环流化床锅炉的煤种适应只是设计时稍做必要修改。为了环境保护、洁净燃烧，该炉选用了循环流化床燃烧方式1101～14I。为了保证较高的燃烧效率和较高的锅炉热效率，选用循环倍率为15～20布置燃烧系统。众所周知，循环流化床是靠调节循环物j料流率控制床温。为了保证燃烧的稳定性和运行的可靠性，水冷部分采用全密封的膜式水冷壁，水冷布风板、水冷风室，分离器采用分离可靠、分离效率最高的全密封的高温汽冷蜗壳旋风分离器，返料器采用返料可靠性最好的U型阀返料装置，点火采用床下油点火和床上油点火共存的点火系统．分离系统的工作效率对循环流化床锅炉的稳定运行、锅炉出力影响至关重要。据统计，国外运行最多的循环流化床锅炉中最先进的循环流化床锅炉都采用高温旋风分离器。国内济锅集团已生产1000多台循环流化床锅炉，其中分离系统也由最初期产品双级分离器发展到单级汽冷旋风分离器结构．国内众多锅炉厂生产的循环流化床锅炉，运行统计出分离效果最好的也是汽冷旋风分离器结构。因此，本锅炉燃烧系统采用高温汽冷蜗壳旋风分离器I从根本上保证了460t／h循环流化床蒸汽锅炉有较高的燃烧效率和锅炉热效率，保证锅炉有足够的出力。同时由于高温汽冷蜗壳旋风分离器采用了汽冷结构，克服了返料器易堵灰的缺点，保证p山东大学硕士学位论文了锅炉长期稳定的运行。4．3热力系统(1)烟气流程：按炉膛(含屏式受热面)、旋风分离器、对流受热面(高温过热器、高温再热器、低温再热器和省煤器)、空气预热器顺序布置。(2)各受热面间的吸热量分配和受热面布置根据高温高压蒸汽锅炉加热、蒸发、过热的热量分配比例、特点和方便过热蒸汽温度调节的要求合理布置各受热面。即把介质温度高的受热面布置在烟气温度较高的区域，以增大传热温压，减小受热面的面积，从而减少金属耗量。但布置过程中综合不同的材质之间价格的差异，蒸汽温度调节、锅炉制造和运行的经济性考虑合理的布置各受热面的位置和面积。(3