【正文】 ............... 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（論文） 1 引 言 1 1 引 言 我國能源環(huán)境現(xiàn)狀 能源作為人類社會生活和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在世界各個國家都得到了極大的重視。國務(wù)院總理溫家寶指出，叫停正在審批的核電站項目，全力對核電進(jìn)行安全檢查，重新設(shè)置防震等級；歐盟一些國家也重新考慮核電運行的危險性，減緩核電發(fā)展的進(jìn)程 ； 德國更是發(fā)表聲明說 ， 在 2022 年之前關(guān)閉國內(nèi)所有核電項目。無論 是 煤炭 的 開采過程，還是輸運、燃燒過程，都會造成很大的環(huán)境污染。隨著我國節(jié)能減排的實施和社會可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程， 國家更嚴(yán)格的要求降低能耗、 提高效率 ，對我國工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù) 提出了新的挑戰(zhàn)。由此帶來一系列環(huán)境問題： 煤矸石山溢流重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（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]。 隨著 我國對煤炭長期開采 ，劣質(zhì)煤越來越多， 無論 從 環(huán)境保護 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。據(jù)不完全統(tǒng)計 , 2021 年，全國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)濟效益較好 [6]。 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 、 xNO 濃度低等 優(yōu) 點 。 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 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 。 顆粒 經(jīng)過 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。 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 實現(xiàn) 爐內(nèi) 脫硫脫硝，減少 了 有害氣體 的 排放。 5. 經(jīng)濟性好。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)勢可以很好的、高效的將煤矸石燃燒 。 隨著國家 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 則能夠很好的滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn) ， 符合 了 我國 工業(yè)鍋爐的發(fā)展需求 。該循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐采用傳統(tǒng)的布置方式：單汽包、爐 內(nèi)布置 膜式水冷壁。該類型鍋爐埋管受熱面布置在爐膛密相區(qū)， 因此 埋管 會產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。 鍋爐主要特點有：落灰腔槽型分離器與低溫旋風(fēng)分離器串聯(lián)布置，在一定程度上提高了分離效率，降低了飛灰含碳量； 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 國內(nèi)外劣質(zhì)煤燃燒技術(shù) 5 1風(fēng)箱 2燃燒室 3旋風(fēng)分離器 4送灰器 5對流管束 6省煤器 圖 10t/h 循環(huán)流化床鍋爐 兩級分離式循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，投資少，占地面積小。該鍋爐主要優(yōu)點是鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、投資少 、利于小型化，適合蒸發(fā)量小于 20t/h的工業(yè)鍋爐。 該爐型采用全膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，爐膛密相區(qū) 不 布置埋管受熱面，鍋爐布風(fēng)板焊接在膜式水冷壁上。螺旋給煤機正壓給煤，配播煤風(fēng)。副床流化速度很低，床內(nèi)設(shè)有埋管。它是一種兩級分離器式循環(huán)流化床鍋爐，一級 布置 在爐膛出口，采用槽型分離器，另一級布置在省煤器前，采用下排氣式旋風(fēng)分離器。 其設(shè)計思路為 [12]：在爐膛內(nèi)維持快速流化床狀態(tài)，應(yīng)用高效旋風(fēng)分離器將未燃盡高溫細(xì)煤粒收集下來，送入一個低速流化的顆粒換熱器中；通過在顆粒換熱器中布置埋管受熱面，保證了 低壓鍋爐對蒸發(fā)吸熱的要求。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)上、下爐膛、爐膛出口進(jìn)入高溫旋風(fēng)分離器。 每一種鍋爐都有其一定的優(yōu)點和 缺點， 總的來講，循環(huán)流化床 鍋爐 以熱容量大、 易 點火等優(yōu)點 在工業(yè)鍋爐中得到了很好的應(yīng)用。 但是高度越高，鍋爐成本越大，因此，國外很少有蒸發(fā)量小于 35t/h 的燃煤鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。 綜合 現(xiàn)在 國內(nèi)外 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 在運行中出現(xiàn)的問題，主要 體現(xiàn) 在以下幾個方面 [14~15]： ——劣質(zhì)煤燃燒不穩(wěn)定 。工業(yè)鍋爐的體積較小，爐膛高度 不夠，顆粒在爐內(nèi)停留時間短 未完全燃燒損失大 。煙氣中 飛灰 濃度很高 ，很容易造成爐膛蒸發(fā)受熱面的磨損 。一般爐內(nèi)的溫度通過增大風(fēng)量來控制， 這就 使得爐膛出口 的 過量空氣系數(shù) 偏大 ， 燃燒產(chǎn)生的 排煙損失增加。循環(huán)流化床鍋爐爐膛出口煙氣 飛灰濃度 遠(yuǎn)高于鏈條爐 ,所配除塵設(shè)備要求 比鏈條爐更高 。 隨著我國用 煤緊張，越來越多的劣質(zhì)煤需要得到利用，因此對發(fā)熱量在 12MJ/kg 以下 的劣質(zhì)煤研究越來越 緊迫。如果爐膛密相區(qū)溫度 低于 850℃ ，就會造成 爐內(nèi) 燃燒不穩(wěn)定、 甚至 熄火 的 問題。 作者完成了本課題所做的工作主要包括： 1）鍋爐熱平衡計算，分析循環(huán)流化床鍋爐燃燒低熱值燃料時，需要解決主要問題，并提出原則性設(shè)計方案； 2）對原則性設(shè)計方案的不同量化參數(shù)，進(jìn)行分析對比，探討 論證 循環(huán)流化床鍋爐燃燒 5MJ/kg~12MJ/kg 的燃料是否可行并提出優(yōu)選方案； 3) 提出 35t/h 低熱值循環(huán)流化床 工業(yè)鍋爐布置方案并 利用所在研究室開發(fā)出的計算程序 對其 進(jìn)行熱力計算 ， 根據(jù)計算結(jié)果， 優(yōu)化 其 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。當(dāng)大量的循環(huán)灰返入爐膛時，煤燃燒 產(chǎn)生的熱量 有可能 不 能 將循環(huán)灰 加熱 到 850℃以上 。 針對低熱值燃料燃燒穩(wěn)定性問題， 在返料換熱型循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐上， 重慶大學(xué)燃燒 環(huán)保研究室 提出了 一種 帶有爐膛隔墻的 新型 循環(huán)流化床 燃燒技術(shù) 。 低熱值 循環(huán)流化床 鍋爐設(shè)計時，首先要考慮爐膛的熱量平衡問題，以確保爐內(nèi)達(dá)到著火溫度 ； 其次要考慮物料平衡問題，通過組織爐內(nèi)床料的有效流動，確保鍋爐爐膛的熱量平衡與物料平衡。鍋爐熱平衡是指在穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項損失 。測定鍋爐效率的方法有兩種：正平衡法與反平衡法。h1 35 飽 和蒸汽 壓力 /MPa 蒸汽 溫 度 /℃ 225 蒸汽焓 / kg/kJ 排 煙溫 度 /℃ 155 鍋 筒 飽 和水 壓力 /Mpa 鍋 筒 壓力下 的 飽 和水 溫 225 鍋爐飽 和水焓 / kg/kJ 鍋爐飽 和水 壓力 的汽化 潛熱 / kg/kJ 鍋爐飽 和 壓力下 的蒸汽焓 / kg/kJ 給 水 溫 度 /℃ 105 給 水焓 / kg/kJ 426 表 鍋爐熱效率及燃料消耗量計算 序號 名稱 符號 單位 來源或計算公式 數(shù)值 1 煤的比熱容 coC kJ/(kg 復(fù)合式流化床冷渣器是用于大型 CFB 鍋爐的冷渣裝置，但本設(shè)計鍋爐的底渣排放量，已相當(dāng)于一臺 130220t/hCFB 鍋爐的底渣排放量，因此采用這一技術(shù)非常合適。因此正常的 鍋爐 密 相區(qū)溫 度 應(yīng) 控制在850℃ ~950℃ 之間 。 稀相區(qū) 的受 熱 面布置也 應(yīng)有 相 應(yīng) 的 變 化，以確保 爐 膛出口的 溫 度。以下即是循環(huán)流化床“一進(jìn)二出”物料系統(tǒng)圖 。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計論證 16 當(dāng) 煤 質(zhì)變 差 時 ， 飛 灰 份額 f? 逐漸減 少而灰渣 份額 )1( f?? 逐步增加，排渣量逐漸 增加，由此造成灰渣物理 熱損 失 較 大。循 環(huán) 倍率是指循 環(huán)灰 量與 爐 膛入 爐 煤量得比值 [18]： BBn s?…………………………………………….() 循 環(huán)灰 的 熱容 量很小，但循 環(huán) 倍率 增 大后，灰量很大，因此循 環(huán)灰所帶 的 熱量相 當(dāng) 大。一方面 我們 通 過在爐 膛少布置受 熱 面，在返料 裝 置中多布置受 熱 面外，另一方面通 過 降低循 環(huán) 倍率 來 降低循 環(huán)灰對 受 熱 面的磨 損 。低 熱 值燃料 的發(fā)熱 量少，在 密 相區(qū) 煤矸石燃 燒產(chǎn) 生的 熱 量相 對較 少，很多情 況 下，煤矸石 產(chǎn) 生的 熱 量 緊緊 能 夠維 持自己燃 燒 而不能加 熱 循 環(huán)灰到所需溫 度。 通 過 加入隔 墻 ，很好的解 決 了低 熱 值燃料不能燃 燒 或燃 燒 不 穩(wěn) 定的 問題，該燃 燒 技 術(shù)為 重 慶 大 學(xué) 燃 燒環(huán) 保 實驗 室所研究，目前已 經(jīng)申請 了 發(fā)明 專 利。因此，密 相區(qū) 的 溫 度控制在 設(shè)計 中是一 個主 要的考 慮 因素。燃料發(fā)熱量和燃料各組分含量密切相關(guān)，其中灰分含量影響比較大，它影響著爐膛的燃燒、灰渣的多少、以及循環(huán)倍率的大小等等。 表 序號 名稱 符號 單位 計算公式或來源 數(shù)值 1 返料溫度 .sat ℃ 假設(shè) 2 返料焓 .saI kJ/kg 3 返料量 M kg/h Bn 4 高溫循環(huán)灰溫 度 ()ashc? ℃ 取等于稀相區(qū)出口煙氣溫度 松動風(fēng)冷卻 50℃ 5 高溫循環(huán)灰焓 值 39。 當(dāng)灰分增大時，有可能使密相區(qū)的溫度發(fā)生變化而使其低于 850℃ 。 在本文中，作者對煤的灰分、循環(huán)倍率、密相區(qū)燃燒份額及外置床面積這四個量化參數(shù)做了分析對比，從密相區(qū)溫度的優(yōu)化出發(fā)，得出 了低熱值循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計的 最優(yōu)方案?；曳职l(fā)生變化時，一些參數(shù)（飛灰含碳量、飛灰含量、底渣含碳量等）的選取會發(fā)生變化，具體選取參照 《工業(yè)鍋爐設(shè)計計算方法》。 整體的綜合作用使得密相區(qū)入爐熱量降低 ， 溫度降低。 不同外置床面積對爐膛密相區(qū)溫度的影響 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計論證 21 返料換熱型循環(huán)流化床鍋爐的 外置床面 積 的大小 決定著 外置床 傳熱 量的多少， 進(jìn)而 影 響著 返料灰的 溫 度的高低。無論從鍋爐容量還是從受熱面磨損來講都是不合適的， 因此該設(shè)計條件下應(yīng)該使用低循環(huán)倍率， 通過經(jīng)驗選取 我們 鍋爐 初步設(shè)計方案采用的 的循環(huán)倍率為 2~3 左右。 從一方面來講，減少外置床面積可以增加密相區(qū)溫度，但是這種做法的結(jié)果是減少 了返料換熱型外置床的優(yōu)勢，在受熱面布置方面，并沒有將爐膛中的受熱面布置在外置床中，鍋爐成本的降低幅度不是很大；另一方面， 也不能一味的增大受熱面積 。 不同循環(huán)倍率對爐膛密相區(qū)溫度的影響 當(dāng)循環(huán)倍率發(fā)生變化時，返料灰量也發(fā)生變化，從而直接影響返料灰?guī)霠t膛的熱量。但從循環(huán)量上來講，過多的循環(huán)量使得受熱面磨損嚴(yán)重，過多的循環(huán)量有可能導(dǎo)致爐膛出口溫度降低。在 這 里不做 單獨 燃 燒份額變 化 時 密 相區(qū)溫 度的 變 化，在后面把它和循 環(huán) 倍率一起 變化來 研究其 對 密 相區(qū)溫 度的影 響 。 不同燃燒份額和循環(huán)倍率對爐膛密相區(qū)溫度的影響 在 單 量化 參數(shù) 基 礎(chǔ) 上， 我們 做了