【正文】 量越高，灰分含量也越大。 煤 質(zhì)變 差 時 ，密 相區(qū)溫 度 會 降低，因此通 過 加入隔 墻來 控制密 相區(qū) 的 溫 度。密相區(qū)溫度可由密相區(qū)煙氣焓溫表查得，而密相區(qū)煙氣焓則由下面公式計算得到 [19]： IInIq100 ]q)qq100([ ?????? ?????………………() 其中， ——密相區(qū)輸入熱量； inQ —— 燃料入爐熱量； ——返料灰焓； δ —— 密相區(qū)燃燒份額； bI ——返料煙焓。因此，在 該設(shè)計 工 況 下， 滿 足 設(shè)計 要求。在進(jìn)行初步 鍋爐熱 平衡 計算 時 ， 我們 所選 的燃料特性 見表 當(dāng) 改變煤質(zhì)，煤種 變灰分時，我們的做法是：灰分變化，其它收到基成分的 比例保持不變。當(dāng)加入隔墻時，煤燃燒產(chǎn)生的熱量較多，循環(huán)灰從隔墻右側(cè)進(jìn)入隔墻左側(cè)。 這是因?yàn)楫?dāng)外置床面積增大時，外置床的傳熱量增多，在其它條件不變的情況下，返料灰溫度降低，從而使得入爐熱量降低，密相區(qū)溫度降低。 表 不同循環(huán)倍率下的密相區(qū)溫度 序號 循環(huán)倍率 密相區(qū)溫度（℃） 1 3 2 4 3 5 4 6 外置床面積對密相區(qū)溫度的影響7707807908008108208308408500 5 10 15 20 25 30 35外置床面積（㎡）密相區(qū)溫度（℃）密相區(qū)溫度（℃） 圖 外置床面積對密相區(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 23 循環(huán)倍率對密相區(qū)溫度的影響8008058108158208258308358408458500 1 2 3 4 5 6 7循環(huán)倍率密相區(qū)溫度（℃）不同循環(huán)倍率下的密相區(qū)溫度 圖 循環(huán)倍率對密相區(qū)溫度的影響 由以上 表 和 圖 可以得出，在其它條件不變的情況下，循環(huán)倍率從 3~6時 ，密相區(qū)溫度 升高 ；當(dāng)循環(huán)倍率等于 3 時，密相區(qū)溫度為 821℃ ，密相區(qū)溫度低于 850℃ ；循環(huán)倍率 為 6 時 ，密相區(qū)溫度 為 827℃ ， 溫度變化不是很大 。因此，燃燒份額影響鍋爐密相區(qū)溫度較大。 不同燃燒份額對爐膛密相區(qū)溫度的影響 當(dāng) 燃 燒份額發(fā) 生 變 化 時 ，煤燃 燒 在密 相區(qū)產(chǎn) 生的 熱 量 發(fā) 生很大的 變 化。單從煤矸石燃燒來看，在這種情況下可以將 其 燃燒到 884℃的高溫 。 在我們進(jìn)行計算時，我們選擇的是發(fā)熱量為 5MJ/kg 的煤矸石作為煤種的計算 ，具體成分見表 。從所選煤種 灰分含量 %到 %，密相區(qū)的溫度都在 860℃ 以上 ，950℃ 以下；當(dāng)灰分大于 70%時，密相區(qū)溫度低于 850℃ ，燃燒不穩(wěn)定。當(dāng)有循環(huán)灰返回爐膛時，低溫循環(huán)灰吸收煤 燃燒產(chǎn)生 的熱量而致使密相區(qū)煤和循環(huán)灰整體的溫度低于 850℃ 。 在鍋爐熱平衡基礎(chǔ)上，我們再對循環(huán)流化床外置床進(jìn)行熱平衡計算，得到返料灰及返料煙焓的溫度，從而可以由（ ）式計算出爐膛密相區(qū)的溫度。 爐膛密相區(qū)溫度的影響因素 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 17 循 環(huán) 流化床以其 環(huán)核結(jié) 構(gòu)的氣固流 動狀態(tài) 增大了煤 顆 粒 在爐 膛 內(nèi) 的停留 時間 ，提高了燃 燒 效率。 密相區(qū)物料平衡 在爐 膛密 相區(qū) ， 我們要 保 證 密 相區(qū)溫 度在 850℃ ~900℃ 之間 。 循環(huán)倍率與循環(huán)灰量 循 環(huán)灰 量是 設(shè)計 、 運(yùn) 行循 環(huán) 流化床 鍋爐 的一 個 基本 參數(shù) 。鍋爐物料平衡決定著燃燒的多少 、 傳熱量的分配等問題。 復(fù)合式冷渣器 裝 置的具體 結(jié)構(gòu)見下圖 ： 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 15 圖 循環(huán)流化床 “一進(jìn)二出”物料系統(tǒng) 圖 灰平衡原理圖 2）與煤粉 爐 不同的是，循 環(huán) 流化床 鍋爐所需 要控制的量比 較 多，特 別 是 爐膛溫 度的控制。 鍋爐熱平衡計算 作者以 5MJ/kg 煤矸石 為 研究 對 象， 按照《工業(yè)鍋爐設(shè)計計算方法》 [17]對 其進(jìn) 行 熱 平衡 計 算， 燃料特性見 ， 鍋爐規(guī)范見表 ， 主要數(shù)據(jù)計算結(jié)果見表。 通過熱量平衡和物料平衡，我們不但可以解決低熱值燃料燃燒效率低的問題，更可以解決其燃燒不穩(wěn)定、磨損等 的 問題。 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐面臨的第一個問題就是 如何 保證爐內(nèi) 穩(wěn)定燃燒的問題。 該燃燒技術(shù)通過在爐膛密相區(qū)加入隔墻成功的解決了煤矸石不能燃燒或者燃燒不穩(wěn)定的問題。 新型 低熱值循環(huán)流化床燃燒技術(shù) 及作者所做的研究工作 從燃燒的燃料來看，無論國內(nèi)還是國外 的 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 ， 都 能夠很好的燃燒發(fā)熱量大于 12MJ/kg 的煤種 。 ——爐膛出口過?？諝庀禂?shù)過大。 當(dāng) 密相區(qū) 溫度低于 850℃ 時，爐膛不足以維持煤的燃燒而很容易造成熄火。 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) 8 國外 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 發(fā)展現(xiàn)狀 國外的 工業(yè)鍋爐 以 燃油燃?xì)忮仩t 為主 ， 少量 的燃煤工業(yè)鍋爐 使用的煤種質(zhì)量較好， 中小型 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 相對于燃煤工業(yè)鍋爐 沒有突出的優(yōu)勢 ， 循環(huán)流化床 工業(yè)鍋爐發(fā)展 較少。該思路 來源 就是 利用 大型循環(huán)流化床 鍋爐的外置式換熱器技術(shù)， 將換熱器布置在 中小型 循環(huán)流化床工業(yè) 鍋爐上，解決 了 受熱面 布置不均 、受熱面磨損 嚴(yán)重 的文問題，降低了鍋爐高度，較少了鍋 爐投資成本 。 主床溫度和床壓控制比較困難，主床出口煙溫控制主要通過采用較大的過?？諝庀禂?shù)；副床上部空間較大，鍋爐制造成本 增大 ；副床流化風(fēng)直接經(jīng)分離器進(jìn)入尾部煙道，排煙損失增大；返料灰只進(jìn)入副床，無法調(diào)節(jié)主床溫度。 1 主 旋 風(fēng) 燃 燒 室 2 燃 燒 室 出 口 3燃燒室 圖 臥式旋風(fēng)筒循環(huán)流化床鍋爐 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) 6 圖 循環(huán)雙流化床鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖 1風(fēng)箱 2濃相床 3埋管受熱面 4稀相床 5高溫過熱器 6低溫過熱器 7下排氣旋風(fēng)分離器 8省煤器 9空氣預(yù)熱器 10送灰器 圖 下排氣旋風(fēng)分離器循環(huán)流化床鍋爐 圖 為型號 的雙循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖，其典型特點(diǎn)是在主床后部加裝了副床用來燒灰。 下圖 。爐膛后墻為高溫絕熱旋風(fēng)分離器，尾部煙道依次布置過熱器、再熱器、省煤器 等 受熱面。 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) 4 圖 35t/h 循環(huán)流化床鍋爐 圖 兩級分離式循環(huán)流化床鍋爐 2 國內(nèi)外劣質(zhì)煤 燃燒技術(shù) 國內(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，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 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。 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)一個均勻的溫度分布，當(dāng)負(fù)荷變化時，溫度保持 相對 穩(wěn)定，變化不大。 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（論文） 1 引 言 3 生活垃圾 等發(fā)熱量比較低的劣質(zhì)燃料 ，對于 我國 能源 的 綜合利用 和 城市垃圾處理具有顯著地 社會效益 和 經(jīng) 濟(jì)效益。 目前煤粉爐和鏈條爐在工業(yè)鍋爐中占很大比重，但隨著國家排放法規(guī)的嚴(yán)格，這些鍋爐已經(jīng)不能滿足國家對節(jié)能環(huán)保的要求。 劣質(zhì)煤水分高、灰分大、發(fā)熱量低、揮發(fā)分低，整體來說利用起來比較困難。隨著人類對環(huán)境 的重視，各種排放物和污染物的排放要求也越來越嚴(yán)格。我國的能源結(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 [1~2]。主要研究計算表明： 1） 隨著灰分的增多，爐膛密相區(qū)溫度降低。煤質(zhì)下降帶來發(fā)熱量減少、灰分增多，引起燃燒效率降低、埋管磨損嚴(yán)重、鍋爐燃燒不穩(wěn)定等一系列問題。 證明了 帶 有爐膛隔墻的循環(huán)流化床燃燒技術(shù) 在低熱值燃料利用方面 有很好的工業(yè)應(yīng)用 前景 。 煤炭作為我國能源結(jié)構(gòu)的主題，在發(fā)電、動力、化工等工業(yè)和生活中起著重大的作用，同時 沒得燃燒也 引起了一系列環(huán)境問題。 我國煤矸石和巖石的年排放量大約在 113 億 t 以上 , 截至 2021 年底 , 全國矸石累計堆存量 35 億 t , 占地約 114 萬 h ㎡ [4]。從地下挖出來的煤矸石利用后又回到了地下，做到了物盡其用。 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。在這個溫度范圍內(nèi)， 空氣中的氮 氣 一般不會 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。 無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，因此 循環(huán)流化床 鍋爐的利用得到了很大的發(fā)展。 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℃ 。第二級分離器為低溫上排氣旋風(fēng)子分離器，分離下來的細(xì)灰經(jīng)流化密封送灰器返回床內(nèi)循環(huán)燃燒。 循環(huán)流化床鍋爐 圖 為低參數(shù) 10t/h 的前置分離器循環(huán)流化床鍋爐。 副床布置于懸浮室之后、燃盡室的下面用來燒灰。 返料換熱型循環(huán)流化床工業(yè) 鍋爐 返料換熱型循環(huán)流化床工 業(yè) 鍋爐 是 重慶大學(xué)鍋爐燃燒 環(huán)保研究 室 獨(dú) 自 設(shè)計的 一種帶外置式返料換熱器的新型 循環(huán)流化床 工業(yè)鍋爐。 鍋爐用水經(jīng)水處理設(shè)備凈化后進(jìn)入水池、水泵、鑄鐵省煤器、鋼管省煤器、上汽包、下汽包、下降管、埋管、上升管、導(dǎo)汽管 、上汽包、產(chǎn)生的汽水混合物經(jīng)汽水分離器分離后、蒸汽送至生產(chǎn)車間。 我國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)起步較晚 、 發(fā)展時間太短，人們還沒有熟悉的了解它的特性，在設(shè)計、制造等方面還有很多不完善之處。 ——熱面磨損 嚴(yán)重 。 —— 除塵設(shè)備投資較高。 隨著 燃料發(fā)熱量 的 降低，燃料在密相區(qū)產(chǎn)生的熱量 減少 ， 煤燃燒 產(chǎn)生的熱量有可能僅僅維持自己的燃燒而不能 將 循環(huán)灰 加熱 到 850℃以上 。 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 10 圖 帶隔墻循環(huán)流化床示意圖 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計論證 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐原則性方案 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐燃燒低熱值燃料時 ， 由于燃料發(fā)熱量較低， 燃料在密相區(qū)產(chǎn)生的熱量 會很少 ， 甚至還有可能發(fā)生產(chǎn)生的熱量僅僅能夠維持自己的燃燒而不能加熱循環(huán)灰的問題。 原理示意圖見圖 。 式（ 1）兩邊同時除以 rQ ，即得到鍋爐熱平衡方程的百分比表達(dá)式： %1 0 0qqqqqq 654321 ?????? ……………………………..() 鍋爐熱效率與熱平衡 鍋爐熱效率為鍋爐有效利用熱與鍋爐輸入熱量之比。 在本文中，作者利用 實(shí)驗(yàn)室的發(fā) 明 專 利復(fù)合式冷渣器 技術(shù)，用于回收鍋爐排渣的物理熱，并將回收的熱量全部送回鍋爐，以降低灰渣物理熱損 失 。因此， 爐 膛出口的 溫 度也 應(yīng) 控制在 800℃ 以上。 鍋爐灰 平衡原理 見 下 圖 。 當(dāng) 循 環(huán)灰 量很大 時 ， 爐 膛、分離器和返料 裝 置中的高 溫 灰量很大，因此 會產(chǎn) 生很 嚴(yán) 重的磨 損問題 。當(dāng)給 煤 產(chǎn) 生的 熱 量多，煤自身燃 燒 的 溫 度比 較 高 時 ，循 環(huán)灰從 隔 墻 右 側(cè)進(jìn) 入隔 墻左側(cè)來 冷 卻 煤燃 燒 ，以防止密 相區(qū)發(fā) 生 結(jié) 焦 問題 ； 當(dāng) 煤燃 燒產(chǎn) 生的 熱 量比 較 少 時 ，煤燃 燒產(chǎn) 生的灰 從 隔 墻左側(cè)進(jìn) 入隔 墻 右 側(cè)，來 加 熱 循 環(huán)灰 ； 當(dāng) 煤燃 燒產(chǎn) 生的 熱 量在某一 個 值 時 ，循 環(huán)灰 不 從 隔 墻 右 側(cè)進(jìn) 到左 側(cè)，煤 燃 燒產(chǎn) 生的灰也不 從左 側(cè)進(jìn) 入右 側(cè)，這就 是 我們 需要找的平衡 點(diǎn) ，也是 我們設(shè)計 的 平衡點(diǎn) 工 況 。 ? —— 一次風(fēng)所占的比率； n—— 循環(huán)倍率 —— 冷空氣焓值 3q 、 4q 、 6q 分別為化學(xué)不完全燃燒損失、物理不 完全燃燒損失、 灰渣物理損失 通過（ ）式我們可以看出，影響密相區(qū)溫度的主要因素為：燃料發(fā)熱