【正文】 灰分增加 時(shí) ，灰渣物理 熱損 失 6q 占據(jù)相 當(dāng) 大的比例。 爐 膛 稀相區(qū) 的 溫 度控制也很重要，它 決定著 分離器和返料 裝 置 是否有燃 燒 、爐 膛受 熱 面的 如何 布置等方面。 從 灰平衡上 來(lái) 看，煤燃 燒 成灰，一部 分從爐 膛底部排除， 稱為 底灰。返料 裝 置中的 換熱 也取 決 于循 環(huán) 灰量和循 環(huán)灰溫 的 變 化，因此返料 裝置的受 熱 面布置與之密切相 關(guān) 。因此 我們就 需要解 決 密 相區(qū) 的煤矸石燃 燒 與循 環(huán)灰加熱 的 問(wèn)題 。 密相區(qū)溫度的確定 在循環(huán)流化床爐膛密相區(qū)，很多因素影響其溫度的高低。()ashc? kJ/kg 查表 B8 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計(jì)論證 18 6 外置床平均灰 溫 ()ashc? ℃ 7 外置床流化風(fēng)量（返料風(fēng)） N3 3/mh 8 熱返料煙溫 2at ℃ 9 熱返料煙氣焓 值 2haI kJ/kg 查表 B8,應(yīng)為理論煙氣量的 15%（ G253） 10 冷返料風(fēng)風(fēng)焓 值 2laI kJ/kg 冷風(fēng)溫度為 20℃ 11 1 公斤燃料對(duì)應(yīng)的燃燒放熱量 oQ kJ/kg 入爐煤量 X(（外置床燃燒份額 減爐膛漏風(fēng)） X（ 100q3q4)q6)/(100q4) 12 外置床放熱量 foQ KW 返料放熱 +燃燒放熱 13 埋管的傳熱系 數(shù) K 2/(Wm?℃ ) 選取 350 14 埋管的受熱面 積 imH ㎡ 選取 15 埋管計(jì)算傳熱 量 Q KW KHmΔT 16 外置床傳熱計(jì) 算誤差 ΔQ % fo fo100 * Q Q / Q?（ ） 表 序號(hào) 名稱 符號(hào) 單位 來(lái)源或計(jì)算公式 數(shù)值 1 假設(shè)密相區(qū)溫度 bb? ℃ 假定 2 密 相區(qū)的煙氣焓 bbI kJ/kg 查煙氣焓溫表 3 分離返料灰溫度 ℃ 參見(jiàn)外置床熱力計(jì)算 4 分離返料灰焓 kJ/kg(灰） 每公斤返料灰的焓 5 返料風(fēng)溫度 2hTa ℃ 假定 6 返料風(fēng)焓 2hIa kJ/m3 假定完全燃燒，按 標(biāo)準(zhǔn)煙氣查表 7 床溫下空氣焓 ahI 3/KJ m 查煙氣焓溫表 8 床溫下灰的焓值 ash)(c? kJ/kg（灰） 查煙氣焓溫表 9 進(jìn)入密相區(qū)一次風(fēng)空氣焓 0aI kJ/kg 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計(jì)論證 19 10 密相區(qū)入爐熱量 bbQ kJ/kg 3 4 6.402. . . .[ (100 ) ]100b b inlb b l a s a h a c alq q q qI nI I NB???? ? ?? ?? ? ? 11 密相區(qū)的煙氣焓 bbI kJ/kg 爐膛入爐總熱量 循環(huán)灰溫升帶走熱量 12 密相區(qū)的溫度 bb? ℃ 查煙氣焓溫表 13 溫度誤差 % %100scsc ??? ?? sc 通 過(guò)計(jì) 算得知， 在表 煤種成分下 ，密 相區(qū)溫 度 為 ℃，符合 我們要 求的密 相區(qū)溫 度范 圍 。 不同灰分對(duì)爐膛密相區(qū)溫度的影響 當(dāng) 灰分不同 時(shí) ，燃料 的發(fā)熱 量也 會(huì)發(fā) 生 變 化， 對(duì)爐內(nèi) 燃 燒 有很大影 響 。 當(dāng)煤種灰分小于 70%時(shí)，爐膛密相區(qū)不需要加入隔墻。 這 時(shí) 我們計(jì)算，循環(huán)倍率為 密相區(qū)燃燒份額 、煤種灰分為 %的情況時(shí)，不同外置床面積下的密相區(qū)溫度 見(jiàn)表 ， 如 圖 所示 ： 表 不同外置床面積下的密相區(qū)溫度 序號(hào) 外置床面積（㎡） 密相區(qū)溫度（℃） 1 15 844 2 20 821 3 25 800 4 30 782 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計(jì)論證 22 由圖 得知，其它條件不變，外置床面積增大時(shí)，爐膛密相區(qū)溫度降低；外置床面積為 15 ㎡時(shí)， 密相區(qū)溫度為 844℃ ；當(dāng)外置床面積 為 30 ㎡ 時(shí)，密相區(qū)溫度 782℃ ，低于 800℃ 。密相區(qū)燃燒份額為 、灰分為 %、外置床面積為 20 ㎡時(shí)，不同循環(huán)倍率下密相區(qū)的溫度變化 ，計(jì)算 結(jié)果見(jiàn)表 ， 如 圖 所示 。 由計(jì)算得知，在循環(huán)倍率為 燃燒份額變?yōu)? 時(shí)， 煤自身產(chǎn)生的熱量只能將自己加熱到 717℃，不能將煤燃燒。因此，密 相區(qū) 的入 爐熱 量 變 化很大，密 相區(qū)溫 度 變 化相 應(yīng) 也很大。因此 ，可以選擇 的外置床面積 小于25 ㎡。 表 煤種特性 煤的收到基成分（ %） 名稱 C H O N S OH2 A dafV ar,Q inQ 含量 5000 當(dāng)我們按照表 灰分為 %的煤種進(jìn)行計(jì)算時(shí)，我們 通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其耗煤量為 22 噸 左右 ，這 時(shí) 如果再采用循環(huán)倍率為 6 的情況下，循環(huán)灰的量則達(dá)到 136 噸。 這主要是因?yàn)椋寒?dāng)灰分增加時(shí)，煤種發(fā)熱量會(huì)降低，而鍋爐蒸發(fā)量等其它參數(shù)不變，耗煤量相應(yīng)的增大 、 返料灰量增多； 雖然 最終 返料灰的溫度升高 、 外置床傳熱量增大， 但其返料量 更多； 另外 煤燃燒產(chǎn)生的熱量降低 。 這時(shí)， 通過(guò)前面提到的在爐膛密相區(qū)加入隔墻才能解決該問(wèn)題。 密相區(qū)的溫度按下表 和表 步驟計(jì)算。密 相區(qū) 的 溫 度很大程度 上決定著 燃 燒 是否充分， 當(dāng) 密 相區(qū)溫 度高于 950℃ 時(shí) ， 容易 造成密 相區(qū) 超 溫 、 結(jié) 渣 ， 不利于燃 燒、脫硫 率低 等情 況 ；當(dāng) 密 相區(qū)溫 度低于 850℃的情 況 下，煤 顆 粒 著 火困 難 甚至不能燃 燒 ，燃 燒 不 穩(wěn) 定。特 別 是煤 質(zhì) 下降 時(shí) ， 溫 度的控制 變 得尤 為 重要。它 不僅 影 響著爐 膛燃 燒 ，也影 響著傳熱 。 循環(huán)流化床物料平衡 循環(huán)流化床“一進(jìn)二出”的物料系統(tǒng)是循環(huán)流化床的核心概念，也是理解循環(huán)流化床 物料平衡的關(guān)鍵。 當(dāng)爐 膛密 相區(qū)溫 度高于 950℃ 時(shí) ， 爐 膛 容易 發(fā) 生 結(jié)焦現(xiàn) 象 ，嚴(yán) 重影 響鍋爐 的運(yùn) 行； 當(dāng)爐 膛密 相區(qū)溫 度低于 850℃ 時(shí) ，煤的機(jī)械不完全燃 燒損 失 4q 比 較 大，甚至不能燃 燒 ，造成 鍋爐 燃 燒 的 穩(wěn) 定性 變 差。 表 煤的成分 名稱 C H O N S OH2 A dafV ar,Q inQ 含量 5000 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計(jì)論證 12 表 項(xiàng) 目 數(shù) 值 蒸汽流量 /t 鍋爐熱平衡 鍋爐熱平衡與熱損失 在對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要熟悉的就是鍋爐熱平衡。 低熱值煤矸石循環(huán)流化床鍋爐面臨的第二個(gè)問(wèn)題，就是燃煤灰分高，排渣量大，從而帶來(lái)極大的灰渣物理熱損失問(wèn)題。 無(wú)論從創(chuàng)新性還是從工業(yè)應(yīng)用上來(lái)講，作者所做的工作是非常必要 的 。因此， 各廠家和研究機(jī)構(gòu)對(duì) 12MJ/kg 以上的燃料研究較多，而對(duì) 12MJ/kg 以下的 劣質(zhì)燃料研究較少。 在運(yùn)行過(guò)程中， 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 因蒸發(fā)吸熱面 經(jīng)常磨損， 水冷壁 吸熱量減少 ，導(dǎo)致 爐膛溫度 偏高 ， 爐膛 結(jié)焦 。 ——爐內(nèi)燃燒時(shí)間不足。 由于 循環(huán)流化床 燃煤技術(shù)對(duì)煤在爐內(nèi)的 停留 時(shí)間有一定要求， 一般 要求 停留時(shí)間 至少 達(dá)到 秒， 因此要求循環(huán)流化床 鍋爐爐膛 有一定的 高度。 其結(jié)構(gòu)圖 [12~13]如下： 運(yùn)行時(shí)，煤由煤斗經(jīng)螺旋給煤機(jī)送入流化著的熾熱料層中，由于床料粒子間的混合和熱交換非常強(qiáng)烈，因而新鮮燃料一進(jìn)入就被迅速烘干、預(yù)熱、著火燃燒。 下排氣旋風(fēng)分離器循環(huán)流化床鍋爐 圖 為中 參數(shù)下排氣旋風(fēng)分離器循環(huán)流化床鍋爐。 該循環(huán)流化床主床內(nèi)沒(méi)有布置埋管 。鍋爐的主要特點(diǎn)有：臥式水冷旋風(fēng)分離器與鍋爐本體整裝，密相區(qū)內(nèi)設(shè)有埋管。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 。 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]。 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 。 2. 燃燒 效率高。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)。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。 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。 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。 當(dāng)灰分 增大到 68%時(shí)， 循環(huán)流化床密相區(qū)溫度低于 850℃ ，不足以維持煤的正常穩(wěn)定燃燒。目前國(guó)內(nèi) 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 的燃料大都在12MJ/kg 以上，對(duì)低于 12MJ/kg 的劣質(zhì)燃料研究涉及較少。 在該方案中，發(fā)熱量 為 5MJ/kg 的煤矸石 可以得到很好燃燒 。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。 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 。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。 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]。 循環(huán)流化床的溫度 通常 控制在 850~900℃ 之間 。 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。在國(guó)內(nèi)使用數(shù)量較多的爐型主要有以下幾種 [9~11]。 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。同樣該鍋爐也存在著埋管磨損的問(wèn)題。 爐內(nèi) 流化速度高 、 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，調(diào)節(jié)比例可達(dá)到 1： 。 鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)是采用兩級(jí)分離 ，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) 7 圖 返料換熱型 循環(huán)流化床鍋爐 分離效率高 ； 鍋爐 “ Π” 型布置、結(jié)構(gòu)緊湊 ； 下排氣旋風(fēng)分離器對(duì)細(xì)顆粒夾帶嚴(yán)重，對(duì)細(xì)顆粒分離效率稍低，使得鍋爐效率降低 ； 爐膛密相區(qū)布置埋管受熱面，同樣存在著受熱面磨損的問(wèn)題。煤?；以拔⒘繜煔饨?jīng)分離器進(jìn)入回料管由外置床再回送到爐膛形成循環(huán)燃燒。 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 存在的主要問(wèn)題 在 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 的發(fā)展過(guò)程中， 國(guó)內(nèi)研究人員 都在 努力 改進(jìn) 不同 爐型存在的缺陷，同時(shí)也不斷 地 開(kāi)發(fā)和研究新 的 爐 型。在 運(yùn)行的 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 中 ， 由于 分離器分離效率 不高 、煤的制備系統(tǒng) 不完善 等因素 ， 煙氣的 飛灰含碳量偏高。循環(huán)流 化床鍋爐 廠房需要雙層布置 , 而組裝鏈條爐 一般只 需單層布置。 當(dāng) 循環(huán)灰 返回爐膛時(shí)，不但能夠再次燃燒，更重要的還是可以調(diào)節(jié)密相區(qū)的溫度。主要圖紙包括：鍋爐總圖、汽水管路圖、布風(fēng)板、 外置床等 圖紙。這樣煤燃燒后再混合進(jìn)入稀相區(qū)， 成功的 解決了密相區(qū)溫度過(guò)低 、 不能維持 穩(wěn)定 燃燒的問(wèn)題。 鍋爐的熱平衡方程式 [16]為： kg/kJ,Q 654321r ?????? ……………………... .() 式中 rQ ——鍋爐輸入熱量 ； 1Q ——鍋爐有效利用的熱量； 2Q ——排煙熱損失； 3Q ——可燃?xì)怏w不完全燃燒熱損失； 4Q ——固體不完全燃燒熱損失； 5Q ——鍋爐散熱損失； 6Q ——其它熱損失。因此，必 須 使用冷渣器 來(lái) 冷 卻 灰渣中的 熱 量， 并將熱量回收入爐膛中， 以 減 少其物理 熱損 失，提高 鍋爐 燃燒 效 率 ， 并滿足 GB245002021 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求 。 當(dāng)爐 膛出 口溫 度在 800℃ 以下 時(shí) ，分離器和返料裝 置中的灰渣不能燃 燒 ，造成 飛 灰含碳量增大、燃 燒 不充分的 問(wèn)題， 降低了 鍋爐效 率。另一部分 飛 出 爐 膛， 進(jìn) 入分離器，其中小于切割粒 徑 的灰 飛 出分離器 進(jìn) 入尾部 煙 道，成為飛 灰；大于切割粒 徑 的灰被分離器分離下 來(lái) ， 經(jīng) 返料 裝 置返回 爐 膛再燃 燒 ， 稱為 循 環(huán)灰 。 在蒸汽 參數(shù) 和 蒸 發(fā) 量不 變 的情 況 下，煤 質(zhì)越 差 ，發(fā)熱 量越低，耗煤