1、哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- I -循环流化床锅炉论文设计哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- II -摘要循环流化床锅炉是近几十年发展起来的一种新型燃烧设备，其具有燃料适应性广、有利于环保、负荷调节性好、燃烧热强度大、炉内传热能力强等优点。所以，其一经推出就在世界范围内得到了广泛的应用。特别是在中国，循环流化床锅炉技术在近几十年取得了长足的进步。本文系统的阐述了 10t/h 循环流化床的计算和设计过程，主要包括热力计算、烟风阻力计算、锅筒强度计算、锅炉的结构设计。通过对循环流化床方面的英文文献的翻译，了解了国外流化床研究方面的进展。关键词 循环流化床；省煤器；热力计算 AbstractThe
2、 CFB is the new combustion equipment which is developed in the recent years, it has the advantages of be widely adapt to fuels,be good for environment,load adjustment well,burning intensity is big,heat transfer is strong in the firebox and so on.So,it is widely applied in the world.Especially in Chi
3、na,the technolog of CFB is made great progress in the recent yearsThis paper fully discusses the calculation and design processe of CFB,mainly include thermal calculation,smoke resistance calculation ,strengthen calculation, and boiler structure.According to the transalation of the datas of CFB,I ko
4、wn the development of CFB in foreign.Keywords CFB Superheatea economizer thermal calculation哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.1.1 煤炭在我国经济的发展中占有主体作用 .11.1.2 我国的能源结构亟待调整 .11.1.3 我国的能源利用效率低，污染严重 .21.2 循环流化床锅炉简介 .51.2.1 循环流化床流态化床料特点 .51.2.2 循环过程 .51.2.3 传热过程 .61.2.4 影响颗粒传热的
5、主要因素 .61.2.5 循环流化床的技术特点 .61.2.6 循环流化床应用存在的问题 .71.3 本章小结 .8第 2 章 锅炉设计方案 .92.1 锅炉参数 .92.1.1 锅炉工作参数要求 .92.1.2 煤种参数 .92.2 锅炉的总体结构方案 .92.2.1 炉膛结构及其中受热面的布置 .102.2.2 旋风分离器和回料装置的结构设计 .102.2.3 尾部烟道结构以及其中受热面的布置 .112.2.4 锅筒、集箱以及管道的结构 .122.2.5 布风板的结构 .122.2.6 给煤装置以及二次风系统的结构 .132.2.7 锅炉的支撑以及楼梯的结构 .132.3 本章小结 .13
6、第 3 章 锅炉的热力计算及传热计算 .143.1 锅炉技术要求 .14哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- IV -3.1.1 锅炉运行要求 .143.1.2 煤种 .143.2 热力计算 .143.2.1 空气量、烟气量计算 .143.2.2 锅炉的各项热损失的选取 .153.2.3 烟气特性计算 .163.2.4 烟气焓温表 .183.2.5 锅炉热平衡及燃料消耗量计算 .213.2.6 锅炉结构几何尺寸数据 .233.2.7 密相区出口烟温计算 .233.2.8 稀相区传热计算 .243.2.9 钢管省煤器结构 .293.2.10 钢管省煤器传热计算 .303.2.11 铸铁省煤器结构 .
7、323.2.12 铸铁省煤器传热计算 .343.2.13 热力计算综合表 .353.3 本章小结 .36第 4 章 锅炉烟风阻力计算 .374.1 空气动力计算 .374.1.1 布风板阻力计算 .374.1.2 料层阻力计算 .384.2 烟气阻力计算 .384.2.1 分离器阻力计算 .384.2.2 烟道转弯处阻力计算 .394.2.3 钢管省煤器阻力计算 .404.2.4 铸铁省煤器阻力计算 .414.3 烟风阻力汇总 .434.3.1 空气侧总阻力 .434.3.2 烟气侧总阻力 .43第 5 章 锅筒强度计算 .445.1 筒体最大未加强孔直径的计算 .445.2 相邻两孔互不影响
8、最小节距计算 .455.3 孔桥减弱系数计算 .46哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- V -结论 .48致谢 .49参考文献 .50哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景1.1.1 煤炭在我国经济的发展中占有主体作用我国是世界煤炭第一产销大国，是全球最大的煤炭市场。2003 年全国产煤 17.36 亿吨，2000 年，我国煤炭产量为 9.98 亿吨，居世界第二位。而且，我国拥有世界第三位的煤炭探明储量，矿藏丰富。我国是世界上为数不多的在能源消耗中以煤为主的国家之一。1990 年，在一次能源生产总量中，煤炭所占的比重为 74.2；2000 年，煤炭所占的比重为
9、67.2；2002 年，煤炭所占的比重为 66.3。单纯从资源量的角度来看，我国的煤炭资源是有中长期保证能力的，据预测，到 2020 年，我国煤炭的需求量将达到 21 亿吨，如果按照年产 25 亿吨原煤的产量来推算，我国的煤炭储量可供应 80 年。虽然我国当前的能源消费结构不太合理，国家也在实行调整，但是，在今后相当长的一段时期内，在我国能源消耗比例中，煤炭将仍然占据主导地位，在国家的能源消费结构中占绝大多数的比重。所以，我国将长期保持世界煤炭第一产销大国的地位。1.1.2 我国的能源结构亟待调整虽然我们可以看到煤炭作为一种高储量能源的长远的发展前景，但是，我们也要意识到，无论从清洁还是从高效
10、的角度看，煤炭并不是一种优秀的能源。因此我国必须逐渐降低煤炭在能源消耗中所占的比例，以便优化我国的能源结构，同时延长煤炭的持续利用时间。我国的能源结构并不合理，各种优质、高效、洁净能源短缺，这一点可以从以下表中的比较中看出：哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- 2 -年份 煤炭 石油 天然气 水电2000 66.1% 24.6% 2.5% 6.8%2001 65.3% 24.3% 2.7% 7.7%表一 我国能源消费构成年份 煤炭 石油 天然气 水电2000 24.71% 38.47% 23.72% 6.51%2001 24.37% 38.69% 23.72% 6.78%表二 世界总体能源消费构成
11、由以上两幅表格可见，我国能源结构中煤炭所占比例过大，优质能源所占比例较小，我国能源消费结构以煤为主。这种消费结构造成我国能源效率和经济效益的低下；又因我国煤炭资源分布不均，形成北煤南运，西煤东调的格局，给交通运输带来巨大压力。而面对我国东部经济发展快而能源稀缺，西北部经济发展慢却能源丰富的特点，更加剧了能源因地域差异而产生的供需矛盾，而且我国目前作为能源运输主力的铁路运输远远满足不了经济快速发展的需要。另外，我国对某些能源偏好因使用比例不平衡而进一步强化，导致各种能源之间的替代性下降，也为将来能源使用多元化设置了一个障碍。所以，我国的能源结构亟待调整，以更加适应我我国的国情，从而最大限度地促进
12、我国的经济发展。1.1.3 我国的能源利用效率低，污染严重我国能源利用率低造成了我国能源需求的扩大，我国能源终端利用效率为33左右，比先进国家低 10 个百分点，单位产品能耗比发达国家高 3080，加权平均高 40左右，单位产值能耗约为发达国家的 2 倍。下面是中国、印度和日本的能源利用率比较，这里把印度当作发展中国家中的比较对象、日本当作发达国家的比较对象：1990 年 1999 年中国 0.8（国际元/千克标准油） 4.2（国际元/千克标准油）印度 1.9（国际元/千克标准油） 4.7（国际元/千克标准油）日本 3.4（国际元/千克标准油） 6.3（国际元/千克标准油）表三 中、印、日三国
13、能源利用率由上表可以看出，中国消耗单位能量所产生的 GDP 值偏低，不仅低于日本，也低于同是发展中国家的印度。这其中，煤的燃烧效率低是导致我国能源哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- 3 -利用率低的重要因素，这也与我国煤炭的含碳量低有一定的关系，这些情况近年也有所改善，调查数据表明，1998 年全国煤炭发热量就较 1997 年上升了 7.5，节约煤炭消费量 9000 万吨。当然，我国的能源利用率还很低，有待进一步提高，而且急需提高。由以上分析可以看出，煤炭在我国的能源消费结构中占着极大的比例，从而也就直接影响着我国经济的发展，因此，煤炭在国民经济的发展中起着举足轻重的作用。我国的环境条件很差，远
14、远达不到世界平均水平。而其中空气污染煤炭的燃烧利用关系最为密切，由最近几年的空气污染状况来看：2000 年，我国城市空气整体污染水平严重总悬浮颗粒物（TSP）或可系如颗粒物（PM10）是影响城市空气质量的主要污染物，部分城市二氧化硫污染较重，少数大城市氮氧化物浓度较高。酸雨区范围和频率没有增加，酸雨区面积约占国土面积的 30。在受监测的 338 个大中城市中，36.5的城市达到国家空气质量二级标准，63.5的城市超过国家空气质量二级标准，其中超过三级标准的有 112 个城市，占监测城市的 33.1；2001 年，全国城市空气质量满足国家二级标准、三级标准和劣于三级标准的城市比例各占三分之一；南
15、方地区酸雨污染较重，酸雨控制区内 90%以上的城市出现了酸雨。受监测的 341 个城市中，114 个城市达到或优于国家空气质量二级标准，占统计城市数的 33.4%。其中海口、三亚、肇庆等 10 个城市空气质量达到一级标准。114 个城市空气质量为三级，占统计城市数的33.4%。 113 个城市空气质量劣于三级，占统计城市数的 33.2%；2002 年，我国城市空气质量总体上有好转趋势，但仍有近三分之二的城市空气质量未达到二级标准。颗粒物是影响城市空气质量的主要污染物。部分城市二氧化硫污染严重。南方地区酸雨污染较重，酸雨控制区内 90%以上的城市出现了酸雨。受监测的 343 个市（县）中，117
16、 个城市空气质量达到或优于国家空气质量二级标准，占 34.1%，其中海口等 11 个城市空气质量达到一级标准；119 个城市空气质量为三级，占 34.7%；107 个城市空气质量劣于三级，占 31.2%；2003 年，在监测的 340 个城市中，达到国家环境空气质量二级标准（居住区标准）的城市有 142 个，占 41.7%，比上年增加 7.9 个百分点；空气质量为三级的城市有 108 个，占 31.8%，比上年减少 3.2 个百分点；劣于三级标准的城市有 91 个，占 26.5%，比上年减少 4.7 个百分点。全国城市空气质量总体上有所好转。影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物，54.4%的
17、城市颗粒哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- 4 -物浓度超过二级标准；二氧化硫污染较重的城市主要分布在山西、河北、河南、湖南、内蒙古、陕西、甘肃、贵州、重庆和四川等地区。由以上数据可以看出，我国的大气污染状况虽然在逐渐好转，但仍然很严重，总体情况不容乐观，而整个环境污染的状况也是如此。能源的消费是人类环境污染的主要原因，特别是对于大气的污染，能源消费所造成的负面影响更为突出。人类社会的发展和经济的增长需要能源供应的支撑。但是，能源消费带来了环境的污染，反过来又制约了社会经济的发展。我国正处于快速工业化的进程之中，能源消费量仅次于美国，居世界第二位。大量的能源消费也造成了严重的环境污染。据世界银行
18、按“人力资本”方法估算，1995 年中国大气和水污染造成的损失高达 240 亿美元，占当年 GDP 的 3.5%。为了实现社会的可持续发展的战略要求，我们必须重视能源消费说和造成的环境影响，建立适合中国国情的“资源节约型”和“环境友好型”的国民经济体系，实现能源、环境和社会经济的协调发展。在所有造成大气污染的因素中，煤炭的燃烧利用是最主要的因素。当前，我国的大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气污染中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；氮氧化物污染呈加重趋势；全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华中酸雨为重。而煤炭燃烧所带来的烟尘、粉尘的排放更加重了
19、大气污染。随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加。全国煤炭消耗量从1990 年的 9.8 亿吨增加到 1995 年的 12.8 亿吨，二氧化硫排放总量随着煤炭消费量的增长而急剧增加。到 1995 年全国二氧化硫排放总量达到 2370 万吨。在各类二氧化硫排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到 70%，成为排放大户，各类污染源排放二氧化硫的百分比构成如下：民用灶具 12%、工业窑炉 11%、工业锅炉 34%、电站锅炉 35%、其他 8%。1995 年全国燃煤排放的烟尘总量为 1478 万吨，其中火电厂和工业锅炉排放量占 70%以上。在火电厂排放中，地方电厂由于基本上使用的是低效除尘器，吨煤排放烟
20、尘是国家电厂的 510 倍，其排放量占到电厂总排放量的 65%。1995 年全国工业粉尘排放量约为 639 万吨.其中 .钢铁生产排尘占总量的 15%，水泥生产排尘占总量的 70%。在水泥生产排尘中，地方水泥厂排尘占到 80%，成为工业 12 尘的主要排放源。近年来，乡镇工业发展迅速口 1996 年全国乡镇工业污染源调查结果表明，1995 年全国乡镇工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放量分别占当年全国工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放莹的 28.2%、54.2%和 68.3%。乡镇工业污染物排哈尔滨工业大学毕业设计（论文）- 5 -放已成为我国环境污染的重要因素。以煤炭为主的能源消耗是大气中颗粒物的
21、主要来源。大气中细颗粒物（直径小于 10 微米）和超细颗粒物（直径小于 2.5 微米）对人体健康最为有害，它们主要来自工业锅炉和家庭煤炉所排放的烟尘。大气中的二氧化硫和氮氧化物也大多来自这些排放源。工业锅炉燃煤占我国煤炭消耗量的 33，由于其燃烧效率低，加之低烟囱排放，它们在近地面大气污染中所占份额超过其在燃煤使用量中所占份额。由此可见，煤炭的燃烧利用可说是造成我国大气污染的罪魁祸首，对我国的环境条件造成了极大的破坏。在 2004 年 4 月 15 日举行的“21 世纪煤炭高层论坛”上，有关专家指出，21 世纪煤炭仍将是我国的主要能源，煤炭工业在国民经济和社会发展中的重要地位不会改变。但是，煤
22、炭燃烧利用带来的危害的也不容忽视，而且，现在我国煤炭燃烧的利用率还很低，因此我国大力推动洁净煤技术的开发应用，实现煤炭的清洁、高效利用，从而减少污染、提高终端能源效率。1.2 循环流化床锅炉简介1.2.1 循环流化床流态化床料特点（1）床表面总保持水平，相当于一个高温蓄热池。（2）床内固体颗粒可像流体一样从底部或侧面孔口中排出。（3）床内颗粒混合良好，加热床层时，床层温度基本均匀。1.2.2 循环过程循环过程就是指气固混合物通过高温或中温旋风分离器，将分离出固体物料返回炉膛继续燃烧的过程。1.2.3 传热过程循环流化床由于炉膛内部有高浓度的物料循环，传热状况与煤粉炉不同。煤粉炉主要通过辐射的方式将燃料燃烧释放的热量传递给受热面，而循环流化床传热既要考虑对流换热的的影响，也要考虑辐射换热的作用。循环流化床固
