毕业设计论文130th CFB锅炉过热器设计.docx

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1、130thCFB锅炉过热器设计摘要：循环流化床（CFB）锅炉技术是一种清洁燃料技术。而锅炉过热器将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需的过热蒸汽温度，对于电站锅炉，过热器是必须的受热面。通过强化传热、降低热阻、缩小体积、减轻质量、提高单位体积的传热面积，有利于降低锅炉造价，提高锅炉热效率。但过热器处于高温烟区，会存在工质分布不均，管子受热不均，产生爆管，腐蚀，积灰磨损等现象。本设计是130thCFB过热器的设计，通过给定锅炉参数锅炉额定蒸汽量为36.1kgs（130th）,对应的烟气量约为8.7348kgs,过热器出口蒸汽温度为450,蒸汽人口温度为400C,进行过热器的热工计算。首先假定经验传热系

2、数,根据传热热量，得出换热面积；然后再进行结构设计计算，确定迎面风速2ms,由烟气体积计算迎风面积，假定管长计算迎面宽度，设计管排方式计算迎面管排根数，计算实际迎面宽度，实际烟气流速，烟气侧实际换热系数，同样的思路计算蒸汽测的实际换热系数。根据拟定的结构对经验传热系数进行校核；最后确定过热器的设计方案，最后对烟气侧、蒸汽测的压降计算。本文还针对于CFB锅炉过热器在实际运行过程中所遇到的（比如腐蚀、结垢、爆管等）实际问题进行原因分析以及解决方案与措施。关键词：流化床锅炉；强化传热；对流过热器130thCircu1atingF1uidizedBedBoi1erSuperheaterDesignAb

3、stract：Circu1atingf1uidizedbed(CFB)boi1ertechno1ogyisac1eanfue1techno1ogy.Theboi1erSuperheaterfurthersaturatedsteamboi1ersuperheatedsteamheatedtothedesiredtemperature,theboi1er,superheaterheatingsurfaceisrequired.Throughenhancedheattransfer,reducethetherma1resistance,reducevo1ume,reducequa1ity,incre

4、asetheheattransferareaperunitvo1ume,he1psreduceboi1ercosts,improvetherma1efficiency.However,thehightemperaturesuperheaterintobacco-growingareas,thereW川beunevendistributionoftheworkingf1uid,pipeheatuneven1y,resu1tinginburstpipes,corrosion,fou1ingandwearphenomena.Thisdesignis130t/hCFBsuperheaterdesign

5、parametersthroughagivenboi1ersteamboi1erratedcapacityof36.1kg/s,(130t/h),thecorrespondingf1uegasisabout8.7348kg/s,superheaterout1etsteamtemperature450,thesteamin1ettemperatureof400oC1therma1engineeringca1cu1ationsuperheater.First,assumethatexperienceheattransfercoefficient,basedonheattransfer,heattr

6、ansferareaobtained;thenstructura1designca1cu1ationstodeterminethefaceve1ocityis2m/s,ca1cu1atedfromthef1uegasvo1umeofthefronta1area,thetube1engthisca1cu1atedassumingthatthewidthoftheface,designtubeSortbyca1cu1atingthenumberofheadtuberowroots,ca1cu1atetheactua1widthoftheface,theactua1gasf1owrate,theac

7、tua1f1uegassideheattransfercoefficient,thesame1inesmeasuredtoca1cu1atetheheattransferCOeffiCientofsteam.Accordingtothestructureproposedtobecheckedagainsttheexperienceofheattransfercoefficient;fina1izethedesignofthesuperheater,the1astofthegasside,thesteampressuredropmeasurementca1cu1ations.Thisartic1

8、eisa1sodirectedat(suchascorrosion,sca1ing,burstpipes,etc.)CFBboi1ersuperheaterpractica1prob1emsinactua1operationencounteredcauseana1ysisandso1utionsandmeasures.KeyWords：Circu1atingf1uidizedbedboi1er;Forcedheattransfer;Convectionsuperheater目录摘要IAbstract第一章绪论11.1 CFB锅炉过热器的分类11.2 CFB锅炉过热器研究背景及意义41.3 CF

9、B锅炉过热器的设计内容6第二章CFB锅炉高温过热器设计计算82. 1CFB锅炉设计参数83. 2CFB锅炉高温过热器传热计算84. 3CFB锅炉高温过热器结构设计14第三章数据整合21第四章运行过程中涉及到的问题及解决方案27设计小结31致谢32参考文献33第一章绪论1.1CFB锅炉过热器的分类对于电站锅炉来说，应该了解循环流化床锅炉整体布局，见图110而锅炉过热器的主要作用是将饱和的蒸汽加热到具有一定温度的过热蒸汽，以便提高电站的效率。根据锅炉的容量、参数、管壁温度、系统阻力、调温方式、钢材消耗量等主要因素进行合理的选择过热器的系统、布置方式进行合理的设计。一般按传热方式分类：主要有辐射式（

10、墙式）、半辐射式（屏式）见图1.2和对流式三种过热器。辐射式（墙式）过热器布置在炉壁上，能改善气温调剂特性和节省金属。但是因为炉壁的热负荷很高，管子处于较差的工作条件，外壁温度与工质温度相差可达IOOC,所以要特别注重安全性。辐射式（墙式）过热器结构与水冷壁相似，如顶棚管过热器。图1.1循环流化床锅炉整体示意图图1.2屏式过热器半辐射式（屏式）过热器称为屏式过热器布置在炉膛的上方分为前屏、后屏，处在高温烟区，又受到炉膛的热辐射，所处工作条件比较差，尤其是外圈管子，若设计不当容易导致超温烧坏。可以采用外圈两根管子截短；外圈的一根管子短路且内外管屏采取交叉措施。后屏外围两圈过热器管子材质可采用12

11、Cr2MoVB,可提高工作可靠性。半辐射式（屏式）过热器是由节距很小的处于同一平面内的一排管子组成的管屏，它同时吸收炉膛内的辐射热和烟气的对流热。可以水平放置（易于疏水）和垂直放置（易于固定）。若按照烟气与蒸汽相对流动个方向划分过热器的形式有：顺流式、逆流式、双流式、混流式，见图1.3。对流式过热器一般布置在对流烟道的可分为水平式和垂直式。水平式主要是用在箱型锅炉和塔型锅炉，也可以布置在倒U型锅炉尾部烟道，易于疏水，但是吊挂较为困难，而一般采用管子吊挂；垂直式吊挂方便，结构简单，积灰比较少，应用广泛，但是当停炉后管1931内的积水难以排除O为了达到所要求的蒸汽流速，过热器是由许多平行连接的蛇形

12、管连接在进、出口箱上形成的部件。蛇形管可布置成单管圈或者是多管圈。蛇形管的外径一般采用32-42mm,蛇形管在管板的排列方式见图1.4,通常采取顺列布置，管子横向节距与管子外径之比Sjd为2-3,纵向节距与弯管半径有关，节距与管子外径之比S?4为41.6- 2.5.过热器管与集箱连接采用焊接O按管圈数分类：单管圈、双管圈、多管圈，见图1.5。图1.4管子在管板上的排列方式（a）正方形法（b）等边三角形法图1.5按照管圈数分类（a）单管圈（b）扁形单管圈（C）双管圈-4-令令1.2 CFB锅炉过热器研究背景及意义能源与环境是当今社会发展的重大课题，我国是产煤大国，也是用煤大国。循环硫化床是当今国

13、际普遍认可的新一代高效、低污染清洁燃烧技术。CFB锅炉过热器是CFB锅炉循环回路过程中的一种重要的换热器。主要功能是（1）将饱和蒸汽或低温蒸汽加热到合格温度的过热蒸汽。（2）调节蒸汽温度。当锅炉负荷、煤种等运行工况变化时,进行调节,保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10+5。C范围内。由于过热器出口处工质已达到其在锅炉中最高温度，是锅炉中金属壁温度最高的受热面，所以对于过热器所采用的管子材料要求较高，见表1.1。钢号2012CrMo或15MnV15CrMo或12MnMoV允许壁温与W500C受热面管子W540C受热面管子W550C受热面管子用途W450C导管、联箱W510C导管、联箱W51OC导

14、管、联箱通常为降低锅炉造价，尽量避免采用更高级别的合金钢，设计时几乎使得各级过热器金属管子的工作温度都接近极限温度。在这种情况下，若在超过其设计工作温度10-2(TC下长期运行，会使其许用应力下降50%左右。为此在锅炉运行中应保持汽温文鼎，汽温的波动不应超过额定温度的-10-/+5范围。整个过热器的阻力即工质压降不能太大。因大部分过热器都布置在较高烟温区域，为使管子得到较好的冷却，就得使管内工质有较高的流速。工质流速越高，阻力越大，工质压降就会越大。过热器管壁的冷却条件比水冷壁和省煤器的差。由于亚临界以下参数的蒸汽密度比水小，在相同条件下，管壁与蒸汽之间的放热系数就小，蒸汽对管壁的冷却能力就差

15、，且过热器内的工质温度又处在锅炉中最高部位。因此为使管壁金属得到有效冷却，避免烧损和管爆事故，必须使得管内蒸汽具有较高的流速，但流速较高会产生加大压降。过热器出口气温将随锅炉负荷的改变而改变。由于过热器有相当部分布置在水平烟道和尾部竖井烟道内，以对流传热方式为主，当锅炉负荷变化时，受热面管外烟气流速和管内工质流速会发生变化，管内外的对流放热系数随着变化，导致管内蒸汽吸热量改变。过热器管间的烟气流速受多种因素影响。通常在锅炉额定负荷时，布置在水平烟道时采用10-14ms烟气流速，燃油和燃气可提高到20ms管间烟气流速太低时，传热性能较差，冲刷能力降低，容易产生积灰，甚至会产生严重的堵灰现象。较高

16、的烟速可以提高传热系数，减少传热面积，但烟气中所含飞灰加剧对管子磨损。处于高温烟区，高温飞灰具有一定的粘结性，易于在管壁上产生高温烧结性积灰，但飞灰由于高温软化，对于管子的磨损能力较弱，所以应结合积灰、磨损、传热因素考虑。在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器中没有蒸汽通过，壁温由于得不到冷却而产生爆管或烧损。必须设计可靠地减温减压旁路系统和排气系统，保证在火升炉或汽轮机甩负荷时有足够的蒸汽通过过热器，保障过热器的安全。1.3 CFB锅炉过热器的设计内容过热器的设计目前已经通过计算机程序化，主要内容包括两部分：（1）过热器的热力计算、（2）校核计算。设计人员根据工程设计的条件，输入给定参数半刻得到设计结果，但一个好的设计