35t-h循环流化床锅炉换热器的设计

1、35t/h 循环流化床锅炉换热器的设计摘要循环流化床是近年来在国际上发展起来的新一代高效低污染清洁燃烧技术，不但能达到低NO2排放、90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广，负荷调节性能好，灰渣易于综合利用等优点，已成为当前煤炭洁净燃烧的首选。换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备，换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。本论文首先介绍了循环流化床锅炉的发展历史，及其中换热器的研究发展状况；其后进行了 35t/h 循环流化床锅炉换热器的设计，设计主要内容为换热器的热力计算及结构计算部分，计算

2、主要包括：燃料燃烧计算、锅炉热平衡计算、过热器设计计算、省煤器设计计算、空气预热器设计计算；最后用 AtuoCAD 绘制了换热器的结构图。关键词：锅炉，循环流化床，换热器，设计IIIAbstractCirculating Fluidized Bed boiler has developed as a new form with clean combustion of high efficiently and low pollution. The boiler have a lot of advantages ,not only to achieve low NO2emissions, 90 p

3、ercent of the desulfurization efficiency,and the combustion efficiency can be similar to coal powder boiler, but also it have farranging adaptability of the fuel and wide scope of the adjustable burden. And now it has become the first new technology of high efficiency and low Pollution.Heat exchange

4、r is one of heat exchange equipment that with very wide range of application in the area of the national economy and industrial production, heat exchangers performance plays an important role on product quality, energy efficiency and system operation and reliability of the economy, sometimes even de

5、cisive Role.In the first ,this paper introduced the circulating fluidized bed boilers history of development , and its heat exchanger in the current state of research and development; The design of a circulating fluidized bed boiler heat exchanger was followed, the main content of the design include

6、 the heat exchanger calculation and Structural calculations. The main content of calculation include: fuel combustion, the boiler heat balance, overheating design, economizer design, the air preheater design; Finally, rendering the structure of the heat exchanger with the AutoCAD.Key words: Boiler,

7、Circulating Fluidized Bed, Heat Exchanger, Design目录第一章 前言11.1 选题背景11.2 研究意义2第二章 循环流化床锅炉技术概况 32.1 目前世界上开发循环流化床锅炉技术概况 32.2 我国开发循环流化床技术现状 32.3 循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点 42.4 循环流化床锅炉存在的缺点 5 第三章 锅炉中换热器概述 63.1 换热器的发展状况 63.2 循环流化床锅炉中各类换热器概述 6 第四章 锅炉换热器的设计及计算 94.1课题研究及主要工作内容 94.2燃烧计算104.3锅炉热平衡计算 134.4过热器设计计算 174.5省煤

8、器设计计算 254.6空气预热器设计计算 32第五章结论405.1结论405.2体会405.3改进措施41参考文献42致谢43声明4435t/h 循环流化床锅炉换热器的设计第一章前 言1.1 选题背景循环流化床锅炉是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。循环流化床锅炉依据流化机理，使燃料在锅炉炉膛内处于流化状态，固体颗粒(燃煤及脱硫剂)和空气一起具有像流体一样的流动性，可以自由运动，上下循环反复进行燃烧。由于颗粒之间进行强烈地混合与搅拌，使得流化床内各处的温度和浓度趋于均匀，而流化床是由炽热的灰粒和煤粒所组成，其中大部分是灰粒，床内的温度约为1000C 左右(视煤的灰熔点而定) 1。

9、新煤加入后，与比它多几倍的高温灰粒相混合，使煤迅速地预热、干燥以至着火燃烧。我国是开发流化床燃烧技术较早的国家。早在上世纪 60 年代，就开始研究发展鼓泡流化床技术。循环流化床技术的研究和开发始于上世纪 80 年代。19891991 年初，首批 35t75t/h的循环流化床锅炉投入运行。由于产品设计和循环流化床锅炉的理论发展落后的原因，运行问题较多。经国家组织的完善化研究后，在90 年代中后期得以快速发展。至今据不完全统计，国内己投运或正在制造的循环流化床锅炉己有上千台。蒸发量 220t/h及以下容量的循环流化床锅炉已在国内大量使用，410t/h的循环流化床锅炉己开始投入商业运行。随着该技术的

10、不断完善和发展，用于集中供热的热水循环流化床锅炉也在应用和推广。可以预见，今后若干年里将是循环流化床锅炉飞速发展和使用的重要时期2。循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛(快速流化床)、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。其换热器一般包括过热器、再热器、省煤器和空气预热器。换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备，随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深

11、度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达 96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的 30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的43优势，约 70% ，其余 30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展3。1.2 研究意义能源与环境是当今社会发展的两大问题。我国是

12、产煤大国，也是用煤大国，目前一次能源消耗中煤炭占 76%，在可见的今后若干年内还有上升的趋势，而这些煤炭中又有 84%是直接用于燃烧的，其燃烧效率还不够高，燃烧所产生的大气污染物还没有得到有效地控制，以至于我国每年排入大气 87%的SO2 和 67%的 NOX 均来源于煤的直接燃烧4，可见发展高效低污染的清洁燃烧技术，是当前亟待解决的问题。循环流化床是近年来在国际上发展起来的新一代高效低污染清洁燃烧技术， 其主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能达到低NO2 排放、90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率， 而且具有燃料适应性广，负荷调节性能好

13、，灰渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速的商业推广。我国近几年来也有l00 多台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中，100MW级的循环流化床锅炉正在安装，而更大容量的电站循环流化床锅炉在国际上正在示范运行，己被电行业所接受和认可。可以预见，未来的几年将是循环流化床技术飞速发展的一个重要时期4。我国能源总体利用效率一直较低，虽然近年来已达30%，仍比发达国家至少低10个百分点。我国单位国民生产总值能耗比发达国家高610倍，单位产品能耗比发达国家高出50%100%。可见，我国的节能潜力很大。换热器是合理利用与节约现有能源、开发新能源的关键设备。如何把设备能耗降下来，就成为近期我国各行业的中

14、心任务，而余热利用自然是当务之急。换热器的正确设置、合理设计、性能改善等对能源的有效利用及开发有着十分重要的意义5。第二章循环流化床锅炉技术概况2.1 目前世界上开发循环流化床锅炉技术概况在近二十多年里，为了开发、完善循环流化床燃烧技术，世界上各工业国家技术，人力财力等各方面都作了大量投入，而走在世界前列的仍然是几个比较发达的资本主义工业国家。目前国外主要开发研制单位和生产厂家有德国鲁奇LURGI公司、芬兰奥斯龙(AHLSTRJOM)公司、美国巴特尔(Battelle)研究中心、美国福斯特惠勒(Foster & Wheeler)公司、德国巴布科克和斯坦缪勒公司、瑞典斯图特斯维公司。美国的燃烧工

15、程公司和法国斯坦因公司(引进德国鲁奇公司的技术)，也是当今世界上循环流化床锅炉生产能力较强的厂，虽然开发，研制，生产循环流化床锅炉的公司，厂商较多，但从循环流化床锅炉设计结构特点上可分为三大流派：德国鲁奇型、芬兰奥斯龙公司百炉宝型、美国福斯特惠勒型循环流化床锅炉62.2 我国开发循环流化床技术现状中国是开发流化床燃烧技术较早的国家，从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，迄今己有东锅、哈锅、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、西安热工所、上海成套所等共同研究、试制出 2t/h, 4t/h, 6t/h, l0t/h, 35t

16、/h, 65/h, 130t/h的鼓泡床锅炉 2000 多台7。九十年代中后期，随着国家能源政策调整及环保法规的逐步实施，CFB锅炉开始在电力行业得到应用，此阶段三大锅炉厂先后引进国外技术开始设计制造中级容量CFB锅炉，其中东锅引进美国FW公司、哈锅引进ALSTOM EVT公司、上锅引进ALSTOM ABB-CE公司(2001 年8 月技术引进协议开始生效)的相应CFB锅炉技术8。东锅厂引进 FWEC 技术生产的 210t/h 沸腾炉已出口巴基斯坦。一九九一年十一月国家计委、机电部正式下文，由东锅厂和四川内江电厂进口 410t/h 循环流化床和广东茂名石化公司进口 220t/h 循环流化床锅炉

17、，同时引进大型循环流化床技术。引进奥斯龙的410t/h 和220t/h 循环流化床锅炉现己在四川内江电厂和广东茂名石化公司投运。哈锅厂用600 万美元购买了奥斯龙公司一套220t/h 循环流化床锅炉图纸为大连化工厂提供 2 台 5 万千瓦机组锅炉。上锅至 2003 年底，已销售出 17 台 135MW容量等级的CFB锅炉，容量最大的为广东东莞糖厂的 490t/h CFB锅炉，山东济宁电厂(2440t/h) 山东里彦电厂(2 465t/h) CFB锅炉于 2003 年已分别投入运行6。2.3 循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点（1） 低温的动力控制燃烧循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其

18、所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程。同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般 850左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅

19、炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区)内。由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有人量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达 95-99%以上2。（2） 高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程循环流化床锅炉内的固体物料(包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等)经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及

20、脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。（3） 高强度的热量、质量和动量传递过程在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。2.4 循环流化床锅炉存在的缺点（1） 受热面磨损严重。由于炉内烟气飞灰浓度很大，烟速高，运行中的炉膛水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器均发生严重磨损。（2） 随着锅炉容量的增大，对循环灰量的调节要求也就越高，而循环灰量一旦减少，将严重影响锅炉的负荷。（3） 返料器易结

21、焦、堵塞，其可靠性有待于提高。（4） 燃料颗粒较大或炉膛浇注料脱落坚持运行导致流化不良引起炉膛结渣。（5） 冷渣器传热效果不好或工作不正常，使余热得不到充分利用而影响锅炉效率，甚至会发生锅炉减负荷运行或被迫停炉。第三章锅炉中换热器概述3.1 换热器的发展状况3.1.1 管壳式换热器的研究动向管壳式换热器仍然是当今应用最广泛的换热设备，其可靠性和可能性己被充分证明。特别是在较高参数的工况条件下，管壳式更显示其独有的长处。目前各国在提高该类换热器性能所开展的研究主要是强化传热，适应高参数和各类有腐蚀介质的耐腐材料以及为大型化的发展所作的结构改进。3.1.2 紧凑式换热器大型化发展趋势随着强化传热理

22、论的发展和机械加工技术的提高，国内外出现了许多新型高效的强化传热表面结构，扩大传热面积，增大单位体积内的传热面积是当今发展紧凑式换热器的出发点。除了上述介绍的多种强化传热管和元件用于换热器外，在现代石油、化工、食品、轻工、机械、动力等工程中，紧凑式换热器如板式、螺旋板式、板壳式等也有着相当快的发展，原因是在强化传热过程中，虽然增大传热温差也是方法之一，但受到生产工艺、设备条件、环境条件和系统技术经济指标等的限制。因此通常采用传热面的布置，改革传热表面结构和尽量使冷、热流体采用全逆流或接近逆流的流动方式来提高平均温差，从而实现较为理想的传热单元布置。综上所述，目前各国在换热器机理研究及产品开发方

23、面已进入高层次的探求， 涉及的领域面广，需要综合技术水平的发展作为基础；在强化传热的研究和措施方面，我国在试验阶段已迈了一大步，但在生产实践中的应用还远远不够，需作大量的推广工作；在高效紧凑式换热器新品种的开发方面与国外差距较大，尚需要从事换热器专业的技术人员在制造工艺方面加大力度进行研究，使我国换热器技术从各个方面赶上国际先进水平9。3.2 循环流化床锅炉中各类换热器概述过热器是电厂锅炉的重要组成部件，它的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。它是锅炉所有受热面中工作温度最高的受热面。再热器大多装载过热器的后的烟道中，它的作用是将在汽轮机中做过部分功的蒸汽引回锅炉再次进行加热，提高温

24、度后，又送往汽轮机中继续做功。循环流化床锅炉的过热器和再热器按传热方式分为烟气对流式、炉内辐射式这两种基本型式。对流式过热器有两种结构形式：一种是由许多平行并列的蛇形管和进出口联箱锁构成；另一种是布置在尾部烟道上部由膜式壁和进出口联箱组成的包墙管过热器。对流过热器的蛇形管可以采用不同结构的管圈形式，即可以增加或减少同一排管子管圈的重叠数，可以使单管圈、双管圈或多管圈。对流过热器按照烟气与蒸汽的互流方向可分为顺流、逆流即混流等几种布置方案。其中混流布置方案更为合理， 因此得到了广泛应用。在大型循环流化床锅炉中，为了采用悬吊结构和敷管式炉墙， 在尾部竖井烟道的内壁，像膜式水冷壁那样布置膜式壁过热器

25、管，称为膜式包墙管过热器。气冷式高温旋风分离器采用饱和蒸汽冷却筒壁，其冷却管也就成为过热器的一部分。气冷式高温旋风分离器筒壁也采用膜式壁结构，其膜式壁结构与包墙管基本相同。辐射式过热器布置在锅炉炉内高温区域，其主要形式有翼墙管屏过热器和管过热器。翼墙管过热器采用膜式壁结构形式，一般作为二级过热器或二级再热器。管屏由外壁为平面的管子以纵向连续焊接而成，管屏的平表面消除了磨损， 同时管屏构成了布置在炉膛中的结构牢固的气冷梁，既可用作过热器受热面，也可用作再热器的受热面。再热器的管束结构与过热器类似，同样可以布置在炉内、尾部烟道和外置式流化床换热器中。但再热器的管子直径一般要比过热器的管子直径略大一

26、些。国产135150MW 级循环流化床锅炉一般在尾部烟道布置低温段再热器，在炉内采用翼墙管屏形式布置高温段再热器。为了调节再热汽温，对流式再热器与对流式过热器分别平行地布置在尾部竖井的前后烟道中，在两者之间设置气冷分隔墙。省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热给水的一种热交换装置。按水在省煤器被加热的程度，可以将省煤器分为非沸腾式省煤器和沸腾式省煤器；按制造时所用的材料可以分为铸铁式省煤器和钢管式省煤器。大型循环流化床锅炉省煤器一般布置在尾部烟道中，也可以布置在外置式流化床热交换器和冷渣器中，国产大型高压或超高压循环流化床锅炉对流式钢管省煤器，一般采用尺寸为324425 的钢管制造，材料为 20

27、g10，又光管和肋片管两种结构型式，通常采用螺旋肋片管。空气预热器按传热方式可分为三大类，即导热式、再生式和热管式。常用的管式空气预热器属于热导式，热量连续地通过，避免从烟气传给空气。管式空气预热器通常制作成管箱结构。在再生式空气预热器中，烟气和空气是相互交替地流过受热面，当烟气与受热面壁面接触时，热量从烟气传给受热面，并积蓄起来，然后当空气流过受热壁时，再把热量传给空气。热管式空气预热器主要是通过热管内的液体的蒸发凝结循环，将热量从热管的热段（烟气侧）传给冷端（空气侧）。目前， 国产50150MW 等级的大型循环流化床锅炉普遍采用卧式布置的管式空气预热器10 。第四章锅炉换热器的设计及计算4

28、.1 课题研究及主要工作内容本次设计的主要内容是 35t/h 循环流化床锅炉换热器的设计。设计主要内容为换热器的热力计算及结构计算部分。计算主要包括：燃料燃烧计算；锅炉热平衡计算；过热器设计计算；省煤器设计计算；空气预热器设计计算。4.1.1 初始设计参数（表 4-1）表 4-1 初始设计参数项目符号数值单位锅炉额定蒸发量D35000kg / h过热蒸汽出口压力pgq3.82MPa过热蒸汽出口温度tgq450C过热器烟气进口温度tgy850C冷水温度tgs20C省煤器出水温度trs150C冷空气温度tlq20C烟气出口温度t yq150C设计燃料肥城烟煤4.1.2 燃料特性(表 4-2) 11

29、项目符号数值单位表 4-2 肥城烟煤指标收到基碳Car58.30%收到基氢H ar3.88%收到基氧Oar6.53%收到基氮Nar1.07%收到基硫Sar1.40%收到基灰分Aar19.92%收到基水分War8.90%干燥无灰基挥发分Vdaf38.60%收到基低位发热量Qnet.v.ar23320kJ / kg4.1.3 石灰石特性（表 4-3）项目符号数值单位表 4-3 石灰石特性石灰石CaCo3 含量XCaCO397.32%石灰石 MgCo3 含量X MgCO30%石灰石水分X q0.8%石灰石灰分X d1.88%4.2 燃烧计算4.2.1 燃烧所需空气量理论空气量13L0 = 0.115

30、C + 0.342H+ 0.0431S- 0.0431O + 0.0238Sararararar= 0.115 58.30 + 0.342 3.88 + 0.04311.40 - 0.0431 6.53 + 0.02381.40= 7.8437(kg / kg)(4-1)V 0 = 0.0889C + 0.265H+ 0.0333S- 0.0333O + 0.0184Sararararar= 0.0889 58.30 + 0.265 3.88 + 0.03331.40 - 0.0333 6.53 + 0.01841.40= 6.0660 (m3 / kg)(4-2)在设计中选空气的过剩系数a

31、=1.151 。L = a L0 = 1.15 7.8437 = 9.0203 (kg / kg)（4-3）V = aV 0 = 1.15 6.0660 = 6.9759 (m3 / kg)（4-4）实际空气中含有水蒸气13，按下式算出燃烧和脱硫过程中所需的实际湿空气量。L湿 = L 1.01 = 9.02031.01 = 9.1105 (kg / kg)（4-5）湿V= V 1.0161 = 6.97591.0161 = 7.0882 (m3 / kg)（4-6）4.2.2 燃烧所产生的烟气量理论烟气量13以容积表示的理论烟气量可以用下式计算。V 0 = V+ V 0+ V 0 + V（4-

32、7）yCO2H2ON2SO22每千克燃料中所含C y 除以100kg 的碳所产生的CO 容积按下式计算。V = 1.866 Car= 1.866 58.30 = 1.0879 (m3 / kg )（4-8）CO2100100脱硫剂中 CaCO3 和 MgCO3 燃烧时产生的额外CO2 容积按下式计算。其中取R = 213 时，床内脱硫率hsr 一般为90% 左右，现取hsr = 90% 。VCO2= 0.7 Sar100R(1+1.19 XMgCO3/ XCaCO3 )= 0.7 1.40 2 (1+1.190)（4-9）1000.9732= 0.0196 (m3 / kg)2所以VCO= V

33、CO2+ VCO2= 1.0879 + 0.0196 = 1.1075 (m3 / kg)（4-10）VSO= 0.7 Sar (1-h2100sr) = 0.7 1.40 (1- 0.90) = 0.00098 (m3 / kg) 100（4-11）V 0= 0.0124W+ 0.0124L X + 0.111H+ 0.0161V 0（4-12）H2Oarqqar式中， Lq 单位质量煤脱硫所需的石灰石质量，可按下式计算。qL = 100Sar /100 R =332 XCaCO1.4032 0.9732 2 = 0.0899(kg / kg)（4-13）V0H2O = 0.0124 8.9

34、0 + 0.0124 0.0899 0.008 + 0.111 3.88 + 0.0161 6.0660= 0.6387(m3 / kg)VNar0 = 0.79V 0 + 0.008N2= 0.79 6.0660 + 0.0081.07 = 4.8007(m3 / kg)（4-14）V 0 = V+ V 0+ V 0 + V= 1.1075 + 0.6387 + 4.8007 + 0.00098 = 6.5479(m3 / kg)yCO2H2ON2SO2实际烟气量V = V 0 + (a -1)V 0 + 0.0161(a -1)V 0 + 0.35(1-h )S/ 200yysrar= 6

35、.5479 + 0.15 6.0660 + 0.0161 0.15 6.0660 + 0.35 0.11.40 / 200= 7.4727(m3 / kg)(4-15)L = L0a (1+ 0.01) - 0.2315L0 + 3.66 Car + 9 Har + War + L X y100100100qq+ Nar + 2.5 Sar (1-h100100sr) +1.375 Sar100R(1+ XMgCO3/ XCaCO3 )= 7.8437 1.151.01- 0.2315 7.8437 + 3.66 0.5830 + 9 0.0388 + 0.0890+0.0899 0.008

36、+ 0.0107 + 2.5 0.0140 0.1+1.375 0.0140 2 1= 9.9200(kg / kg)(4-16)烟气中还带有一部分煤灰或脱硫剂，称为飞灰，飞灰具有一定的焓值，在热力计算时要加以考虑。每千克煤燃烧时产生的飞灰质量按下式计算。L= aAar(4-17)fafa 100fafa式中，a 飞灰份额，取a= 0.313 。所以 Lfa= 0.3 19.92 = 0.0598(kg / kg) 1004.3 锅炉热平衡计算循环流化床锅炉的热平衡表明送入锅炉的热量与输出锅炉的热量之间的平衡关系，通过热平衡分析和计算可以确定锅炉效率和燃料消耗量。在炉膛中加入脱硫剂的循环流化床

37、锅炉中，其热平衡可由下式计算13 。Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 - Q8(4-18)式中， Qr 送入锅炉中的热量， kJ / kg 。Q1 锅炉有效利用的热量， kJ / kg 。Q2 锅炉排烟损失， kJ / kg 。Q3 锅炉中气体未完全燃烧损失， kJ / kg 。Q4 锅炉中固体未完全燃烧损失， kJ / kg 。Q5 锅炉散热损失， kJ / kg 。Q6 锅炉灰渣热物理损失， kJ / kg 。Q7 脱硫剂煅烧吸热的热损失， kJ / kg 。Q8 硫盐化放出的热量， kJ / kg 。如果以各项热量占总输入热量的百分数来表示热量平

38、衡，则可用下式表示。式中qi8 qi = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 + q7 - q8 = 100(%)1= Qi 100(%)(i = 1, 6)Qr(4-19)(4-20)锅炉热效率h = Q1 = 100 - (q + q + q + q + q + q - q )（4-21）Q2345678r4.3.1 送入炉膛的热量Qr 计算在不用外部热源加热空气的锅炉中，送入锅炉的热量按下式计算（以1kg 固体燃料为基准）。Qr = Qnet .v.ar + ir + i q(kJ / kg)（4-22）式中， ir 燃料的物理显热， kJ / kg 。iq 加入炉膛

39、的脱硫剂物理显热， kJ / kg 。因为进入炉膛的燃料和脱硫剂都未经预热，所以ir ， iq 忽略不计。因此，Qr = Qnet.v.ar = 23320(kJ / kg )4.3.2 排烟损失Q2锅炉排烟损失是由于锅炉排烟温度比送入锅炉的冷空气温度高而造成的热损失。本设计排烟温度tyq = 150 C ,进口冷空气温度tlq = 20 C ，按如下公式13 计算。(I- aI 0 ) 100 - q42q = Q2 =pypy lk100(%)（4-23）QrQr式中，a py 锅炉排烟处的空气过量系数，忽略漏风系数，则a py = a = 1.15 。I py 排烟的焓值， kJ / k

40、g 。lkI 0 进入锅炉的冷空气的焓， kJ / kg 。44q 锅炉中固体未完全燃烧热损失所占百分数，%。选定q = 1.0%13。yq首先计算排烟焓，根据t= 150 C 查表 3-1 13 得各气体单位体积焓值，并计算烟气焓如下：I= V 0 Ct + V 0 Ct+ V 0 C t+ (a -1)V 0Ct + V 0 C tpyH2O H2O yCO2CO2yN2 N2 y空气 yO2O2 y+ 0.35(1-hsr )Sar Ct+ L C t+ 0.161(a -1)V 0Ct200SO2yfa fa yH2O y= 0.6387 228 +1.1075 264 + 4.800

41、7 195 + (1.15 -1) 6.0660199+0.00098 264 + 0.35 (1- 0.9) 1.40 199.5200+0.598124 + 0.0161 (1.15 -1) 6.0660 228（4-24）= 1566.03kJ / kg进口冷空气焓计算如下：Ilq空lk0 = V 0C t= 6.0660 26.4 = 160.14kJ / kg(4-25)(I- aI 0 ) 100 - q4q2 =pypy lkQr100%(1566.03 -1.15160.14) 100 -1= 100 % 23320= 5.87%4.3.3 锅炉的气体未完全燃烧热损失q3 的计

42、算3选定q = 0.25%13 。4.3.4 锅炉的散热损失q5 的计算5选定q = 0.35%13 。4.3.5 锅炉的灰渣热物理显热损失q6 的计算选灰渣排出温度为600C ,根据下式计算14 。6q = Aar ahzhhz 100%Qr(4-26)式中， hhz灰渣在温度为t C 时的比焓，查表3 - 814 中h0 一项，其中取t为600 C ,A查得hhz = 554kJ / kg 。ahz 锅炉排渣率，对于循环流化床锅炉， ahz = 30% 70% 。本设计选ahz = 50% 。q = 19.92% 50% 554 100% = 0.237%6233204.3.6 锅炉中脱硫

43、剂煅烧吸热的热损失q7 的计算按公式3 - 3913 计算：q= Q7CaCO= XCaCO Lq 1830 100% = 0.9732 0.08991830 100%7CaCO333QrQr= 0.687%23320（4-27）4.3.7 硫盐化放出的热量q8 的计算按公式3 - 4113 ：hsr Sar 151410.91.40 151418q = Q8 = 100100% = 100100%（4-28）QrQr= 0.818%233204.3.8 锅炉的热效率hh = Q1 = 100 - (q + q + q + q + q + q - q )Q2345678r= 100 - (5.

44、87 + 0.25 + 1.0 + 0.35 + 0.237 + 0.687 - 0.818）=92.4%4.3.9 锅炉的燃料消耗量 BB = 100D(hgq - hgs )hQr（4-29）gqgq根据过热蒸汽压力 p= 3.82MPa ，过热蒸汽温度t= 450 C 查水蒸气热力性质表可以查得过热蒸汽比焓 hgq = 3331.684kJ / kg 。给水温度 t= 20 C ，压力gspgs = 3.82MPa ，查水的热力性质表，可查得给水的比焓hgq = 87.41kJ / kg 。B = 10035000 (3331.684 - 87.4) = 5272.2(kg / h) 9

45、2.4 23320而计算燃料消耗量B = B(1- q4 ) = 5272.2 (1- 1 ) = 5219.48(kg / h)（4-30）j1001004.4 过热器设计计算入过热器的平均烟气流量：V = BjVy= 5219.48 7.4727 = 10.8(m3 /s) ；h36003600higy入过热器的烟气温度： t = t= 850 oC ；入过热器的蒸汽流量：V =D= 35000 = 9.72(kg/s) ；cl36003600ci入过热器的蒸汽温度： t = 247.6 oC （根据 p = 3.82MPa 查饱和线上水蒸气的物理参数15 得，并查得蒸汽比容v= 0.05

46、21m3 /kg ）；ccl入过热器蒸汽体积流量：V = V v = 9.72 0.0521 = 0.506(m3 /s)cogq出过热器的蒸汽温度： t = t =450 oC ；水平烟道的断面尺寸：W H = 2448mm 2500mm ；4.4.1 过热器结构初步确定（1） 流道安排、流动方式及行程确定烟道式换热器一般不设金属外壳，蒸汽在管内流动而烟气在管外流动；由于换热器设置在水平烟道内，烟气与蒸汽设计成正交逆流流动；受烟道高度2500mm 的限制，蒸汽每个行程的换热管有效长度初步设计为2400mm ，换热器设计成1 - 2n 行程，即烟气为一行程，蒸汽为2n 行程。（2） 换热管规格

47、选用f48mm 3.5mm 热轧无缝钢管，规格满足GB3087 -1999 的要求。（3） 换热管排列考虑清灰方便，管群正方形排列，并取管中心距S1 = S2 = 2d = 2 0.048 = 0.096(m) 。取蒸汽在管内流速 wc = 8m/s0f = 0.00132m2 。，管内径 di = 0.041m ，其流通截面积 一个行程蒸汽侧需要流通面积为：f = Vc = 0.506 = 0.063(m2 )（4-31）wc8一个行程需要换热管根数 N =f = 0.063f00.00132= 47.7根，取整得 N = 48根。烟道宽度 B = W = 2448mm ，则在其宽度上排列的

48、换热管列数为：m = B - 3d = 2.448 - 3 0.048 = 24(列)（4-32）S10.096顺烟气流向排列M 排， M = n = 48 = 2(排) 。（4-33）m244.4.2 过热器的热计算在过热器的热计算中，假定换热器无热损失，两流体在换热器中无流量损失、无相变，仅有显热变化。（1） 有效换热量Q所谓有效换热量是指蒸汽从247.6C 被加热到450C ，从烟气所吸收的热量。由于相应温度下蒸汽的比焓分别为： hci = 2801.392kJ / kg ， hco = 3331.684kJ / kg ， Cci = 1.532kJ / kg 。则有效换热量为：Q =

49、Vcl (hco - hci ) = 9.72 (3331.684 - 2801.392) = 5154438(W )（4-34）（2） 烟气出口温度确定hohohihi根据热平衡方程，在换热器内蒸汽的吸热等于烟气的放热。首先假定烟气出口温度为 t = 550 C ，其质量热容 C = 1.4825kJ /(m3 C ) 。对应烟气入口温度为t = 850 C ，比热容C = 1.52625kJ /(m3 C) ,其中烟气比热容查附录三15 。按热平衡求出：hot= VhiChithi - Q = 10.81526.25 850 - 5154438 = 553.2( C)（4-35）VhoC

50、ho10.81482.5hoho由于与原先假定的出口温度t= 550 C 相差小于4% ，故可确定烟气出口温度为t= 553.2 C 。（3） 流体对数平均温差 tLM逆流时流体在换热器入口和出口的温差分别为：ihicot = t - t= 850 C - 450 C = 400( C)（4-36）ohocit = t- t = 553.2 C - 247.6 C = 305.6( C)（4-37）则流体对数平均温差为：t= ti - to= 400 - 305.6 = 350.7( C)(4-38)tLMlnitoln 400305.6t查图4 - 715 确定正交逆流时的温差补正系数e 。P = tco - tcithi - tci= 450