【正文】 ........... 15 ....................................................................... 16 .............................................................................. 16 ....................................... 16 ........................................................................... 17 .................................................. 19 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 Ⅴ ........................................ 20 ............................................ 22 ............................................ 23 .......................... 23 ....................... 25 ..................................................... 26 4 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................. 28 ................................................... 28 ................................................... 28 ....................................................... 30 ........................................................................... 30 .................................................................................. 31 ........................................... 44 5 結(jié)論及展望 ................................................................................................ 45 致 謝 ................................................................................................................. 46 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 47 附 錄 .................................................................................................................... 48 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 1 1 引 言 我國(guó)能源環(huán)境現(xiàn)狀 能源作為人類(lèi)社會(huì)生活和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在世界各個(gè)國(guó)家都得到了極大的重視。在過(guò)去的 20 世紀(jì)中 , 人類(lèi)使用的能源主要有四種：原油、天然氣、煤炭和電力。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)體系中，煤炭消耗所占的比例在總的能源消費(fèi)中占 70%左右，并且有增大的趨勢(shì) [1~2]。 日前 日本地震導(dǎo)致 的 福島核電站泄漏，再一次凸顯了核能電站安全運(yùn)行問(wèn)題。國(guó)務(wù)院總理溫家寶指出，叫停正在審批的核電站項(xiàng)目，全力對(duì)核電進(jìn)行安全檢查，重新設(shè)置防震等級(jí)；歐盟一些國(guó)家也重新考慮核電運(yùn)行的危險(xiǎn)性，減緩核電發(fā)展的進(jìn)程 ； 德國(guó)更是發(fā)表聲明說(shuō) ， 在 2022 年之前關(guān)閉國(guó)內(nèi)所有核電項(xiàng)目。最近長(zhǎng)江中下游的干旱問(wèn)題嚴(yán)重，三峽大壩 日均下泄流量加大到兩千立方米每秒，以緩解中下游抗旱用水、城鄉(xiāng)供水等壓力 [3]， 水電 受 天氣的變化穩(wěn)定 性太差 。因此，盡管我國(guó)能源結(jié)構(gòu)有一定的不合理性，但在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，其它能源如核能、水能、可再生能源并不能擔(dān)當(dāng)重任，成 為我國(guó)電力供應(yīng)的主體，以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化。 煤炭作為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的主題，在發(fā)電、動(dòng)力、化工等工業(yè)和生活中起著重大的作用，同時(shí) 沒(méi)得燃燒也 引起了一系列環(huán)境問(wèn)題。無(wú)論 是 煤炭 的 開(kāi)采過(guò)程，還是輸運(yùn)、燃燒過(guò)程，都會(huì)造成很大的環(huán)境污染。煤炭開(kāi)采運(yùn)輸，產(chǎn)生的煤矸石，煤泥等 固體廢物 堆積堵塞河道、 造成 水土流失；燃煤過(guò)程中產(chǎn)生 的 2CO 、 2SO 和xNO 更 是溫室效應(yīng)和酸雨的罪魁禍?zhǔn)?。隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)境 的重視，各種排放物和污染物的排放要求也越來(lái)越嚴(yán)格。 一方面我國(guó)對(duì)電量的需求逐漸 增 大；另一方面我國(guó)煤炭 的不斷開(kāi)采，煤炭 質(zhì)量 降低，劣質(zhì)煤所占的 比重 必然 上升。隨著我國(guó)節(jié)能減排的實(shí)施和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程， 國(guó)家更嚴(yán)格的要求降低能耗、 提高效率 ，對(duì)我國(guó)工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù) 提出了新的挑戰(zhàn)。 我國(guó) 劣質(zhì)煤 利用現(xiàn)狀 煤矸石是煤炭開(kāi)采及利用過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物之一 ，是我國(guó) 劣質(zhì)煤 的主體。 在煤炭生產(chǎn)和洗選過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生 10%~15%的煤矸石等固體廢棄物 。 我國(guó)煤矸石和巖石的年排放量大約在 113 億 t 以上 , 截至 2021 年底 , 全國(guó)矸石累計(jì)堆存量 35 億 t , 占地約 114 萬(wàn) h ㎡ [4]。由此帶來(lái)一系列環(huán)境問(wèn)題： 煤矸石山溢流重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 2 水使地下水呈現(xiàn)高礦化度、高硬度，導(dǎo)致土壤鹽堿化，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收；煤矸石隨意堆放還造成河道堵塞、土地沙化和大面積水土流失；煤矸石自燃產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害氣體，已經(jīng)成為大氣污染的主要元兇 [5]。 如果能使煤矸石 “變廢為寶 ”加以利用，則它具有的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益非?？捎^。 劣質(zhì)煤水分高、灰分大、發(fā)熱量低、揮發(fā)分低，整體來(lái)說(shuō)利用起來(lái)比較困難。燃用劣質(zhì)煤造成爐膛燃燒溫度低、燃燒不穩(wěn)定、受熱面磨損泄露嚴(yán)重、 飛灰含碳量高及鍋爐熱效率低等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響著工業(yè)鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 隨著 我國(guó)對(duì)煤炭長(zhǎng)期開(kāi)采 ，劣質(zhì)煤越來(lái)越多， 無(wú)論 從 環(huán)境保護(hù) 還是 節(jié)能減排的角度講，像 煤矸石這樣的劣質(zhì) 煤 的應(yīng)該得到合理的綜合的利用。 煤矸石發(fā)電技術(shù)即是一種綜合利用煤矸石 中 很好的方法之一。發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰制成磚，取代加固井下煤礦巷道的石料，避免了開(kāi)山鑿石對(duì)環(huán)境的破壞。從地下挖出來(lái)的煤矸石利用后又回到了地下，做到了物盡其用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) , 2021 年，全國(guó)煤矸石綜合利用電廠年盈利在 4 億元以上 , 絕大部分 (90 %以上 ) 的煤矸石綜合利用 電廠經(jīng)濟(jì)效益較好 [6]。 在煤矸石發(fā)電技術(shù)中， 目前主要利用的是發(fā)熱量在 5MJ/kg 以上的煤矸石，但還有大量發(fā)熱量在 4MJ/kg 以下的煤矸石還未得到有效的綜合利用。 目前煤粉爐和鏈條爐在工業(yè)鍋爐中占很大比重，但隨著國(guó)家排放法規(guī)的嚴(yán)格，這些鍋爐已經(jīng)不能滿足國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求。循環(huán)流化床以其高效環(huán)保的優(yōu)勢(shì)可以很好的滿足這些要求，使之成為煤矸石發(fā)電技術(shù)中的越來(lái)越有前途的燃燒技術(shù)。 循環(huán)流化床燃燒技術(shù) 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種新型高效低污染 的 清潔燃燒技術(shù) ,具有燃燒效率高、低溫燃燒穩(wěn)定、煤種適應(yīng)性強(qiáng) 、 xNO 濃度低等 優(yōu) 點(diǎn) 。 在 劣質(zhì)煤 利用方面具有較大優(yōu)勢(shì) 。 若直接向爐膛內(nèi)加入石灰石 ， 可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫 ,脫硫率可達(dá) 90 %以上 ， 對(duì)不同煤種燃燒效率可 達(dá) 97%～ 99%， 鍋爐熱效率高于煤粉爐 ， 比鼓泡型流化床高 5 %～ 15 %[7]。 與煤粉鍋爐 、 鏈條爐相比 循環(huán)流化床 鍋爐有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 燃料適應(yīng)性廣。 循環(huán)流化床爐內(nèi)存在 大量灰粒的穩(wěn)定循環(huán)，熱容量大 ， 加入 鍋爐的燃料占床料 分量很少 ； 同時(shí) 燃料在 循環(huán)流化床 中呈流態(tài)化燃燒， 爐內(nèi) 質(zhì)量和熱量 交換十分充分，為新加入燃料 的 預(yù)熱 、 著火創(chuàng)造了非常有利的條件 。 未 燃盡的顆粒 經(jīng)過(guò)分離器分離下來(lái)，在爐內(nèi) 多次循環(huán) 燃燒 增加 了顆粒 在爐內(nèi)的停留時(shí)間， 進(jìn)行 多次 劇烈的質(zhì)量和熱量交換 。 因此 ， 除了燃用 較好的煤種 ， 它 還可以燃燒煤矸石 、 煤泥 、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 3 生活垃圾 等發(fā)熱量比較低的劣質(zhì)燃料 ，對(duì)于 我國(guó) 能源 的 綜合利用 和 城市垃圾處理具有顯著地 社會(huì)效益 和 經(jīng) 濟(jì)效益。 2. 燃燒 效率高。 顆粒 經(jīng)過(guò) 在爐膛多次 循環(huán)燃燒， 其 灰渣含碳量和飛灰含碳量可降 到 1%~10%以下，同時(shí)利用冷渣器 充分 回收 利用 灰渣 中的 熱量，使 循環(huán)流化床 燃燒損失少，具有很高的燃燒效率。 3. 污染低。 循環(huán)流化床的溫度 通常 控制在 850~900℃ 之間 。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)， 空氣中的氮 氣 一般不會(huì) 轉(zhuǎn)化為 氮氧化物 ； 另外 爐內(nèi) 分段燃燒，抑制了燃料中的氮轉(zhuǎn)化為氮氧化物， 爐內(nèi)還原性氣氛 還 可以還原 爐內(nèi)的 氮氧化物。 向 爐內(nèi) 添加石灰石， 石灰石 在爐內(nèi) 反復(fù)循環(huán) ，能夠方便高效 地 實(shí)現(xiàn) 爐內(nèi) 脫硫脫硝，減少 了 有害氣體 的 排放。 4. 負(fù)荷調(diào)節(jié) 范圍廣 ，可用于調(diào)峰運(yùn)行。 循環(huán)流化床 鍋爐 內(nèi)存在大量的高溫循環(huán)灰，爐內(nèi)熱容量大，即使在 30%的負(fù)荷下也可以穩(wěn)定 燃燒，不會(huì)造成低負(fù)荷熄火的情況； 爐內(nèi)顆粒的環(huán)核結(jié)構(gòu)使?fàn)t內(nèi)呈現(xiàn)一個(gè)均勻的溫度分布，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，溫度保持 相對(duì) 穩(wěn)定，變化不大。 因此，它 具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力 ，可以調(diào)節(jié) 30%~120%負(fù)荷的變化 。 5. 經(jīng)濟(jì)性好。 循環(huán)流化床鍋爐 燃燒 溫度較低 ，爐內(nèi) 顆粒燃燒時(shí)間長(zhǎng)，灰渣含碳量較低 。 灰渣 能夠 綜合利用， 可以作為 水泥添加劑和輕質(zhì)建筑材料， 也能夠很好的對(duì)稀有金屬進(jìn)行提取。 無(wú)論是建造新電站還是改造舊電站， 循環(huán)流化床 鍋爐在環(huán)境方面和能源利用效率方面都有著很大的優(yōu)勢(shì)，因此 循環(huán)流化床 鍋爐的利用得到了很大的發(fā)展。在工業(yè) 鍋爐 方面，循環(huán)流化床鍋爐以其燃料范圍廣的優(yōu)勢(shì)可以很好的、高效的將煤矸石燃燒 。因此， 在能源緊張和排放法規(guī)嚴(yán)格的今天，循環(huán)流化床得到了越來(lái)越廣泛的利用和 空前 的發(fā)展。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 國(guó)內(nèi)外劣質(zhì)煤燃燒技術(shù) 4 圖 35t/h 循環(huán)流化床鍋爐 圖 兩級(jí)分離式循環(huán)流化床鍋爐 2 國(guó)內(nèi)外劣質(zhì)煤 燃燒技術(shù) 國(guó)內(nèi) 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 現(xiàn)狀 雖然循環(huán)流化床 鍋爐 具有很多優(yōu)越于煤粉鍋爐的特點(diǎn) ， 但在我國(guó)，循環(huán)流化床的發(fā)展更傾向于大型化 而忽略了工業(yè)鍋爐的發(fā)展， 因此目前我國(guó) 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 在工業(yè)鍋爐中 所占的比重并不是很大。 我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)效率一般在72%~80%，但實(shí)際運(yùn)行熱效率大多在 60%~65%[8]。 隨著國(guó)家 排放法規(guī)的提高，煤粉鍋 已經(jīng) 不能完成減排任務(wù)，循環(huán)流化床鍋爐所具有的優(yōu)點(diǎn) 則能夠很好的滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn) ， 符合 了 我國(guó) 工業(yè)鍋爐的發(fā)展需求 。 因此 循環(huán)流化床 鍋爐得到了 良好的發(fā)展， 國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)院 也 開(kāi) 發(fā) 出了 一些好的爐型。在國(guó)內(nèi)使用數(shù)量較多的爐型主要有以下幾種 [9~11]。 循環(huán)流化床 鍋爐 圖 35t/h的中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐額定蒸汽壓力為 ，額定蒸汽溫度450℃ 。該循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐采用傳統(tǒng)的布置方式：?jiǎn)纹?、爐 內(nèi)布置 膜式水冷壁。為了穩(wěn)定爐膛密相區(qū)床溫，密相區(qū)布置有埋管受熱面。爐膛后墻為高溫絕熱旋風(fēng)分離器，尾部煙道依次布置過(guò)熱器、再熱器、省煤器 等 受熱面。高溫旋風(fēng)分離器分離效率較高，但體積較大 ，占地面積較大 。該類(lèi)型鍋爐埋管受熱面布置在爐膛密相區(qū)， 因此 埋管 會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。 圖 。 該爐型 采用 兩級(jí)分離器 結(jié)構(gòu) ， 第一級(jí) 高溫分離器為 槽型分離器，分離下來(lái)的粗灰經(jīng)流化密封送灰器返回床內(nèi)循環(huán)燃燒。第二級(jí)分離器為低溫上排氣旋風(fēng)子分離器，分離下來(lái)的細(xì)灰經(jīng)流化密封送灰器返回床內(nèi)循環(huán)燃燒。 鍋爐主要特點(diǎn)有：落灰腔槽型分離器與低溫旋風(fēng)分離器串聯(lián)布置，在一定程度上