【文章內(nèi)容簡介】 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(jì)（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(duì)流管束 6省煤器 圖 10t/h 循環(huán)流化床鍋爐 兩級(jí)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。第一級(jí)分離器為慣性分離，分離效率低、飛灰量大，過熱器磨損 嚴(yán)重 ；第二級(jí)分離 器為中溫分離，返料溫度低，如果燃用灰分高的劣質(zhì)煤，循環(huán)灰量大，造成爐膛溫度偏低、燃燒不穩(wěn)定，熄火等問題；同時(shí)飛灰含碳量相對(duì)較高，鍋爐效率相對(duì)偏低。 下圖 。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。該鍋爐主要優(yōu)點(diǎn)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。在煤質(zhì)變差、入爐煤粒較大時(shí)，臥式分離器回料部位易造成堵塞，影響鍋爐的正常運(yùn)行。同樣該鍋爐也存在著埋管磨損的問題。 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。 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。該種爐型最主要的特點(diǎn)是高溫旋風(fēng)分離器布置在燃燒室前面 ， 汽水系統(tǒng)簡單 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 鍋爐投資成本較低。 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(jì)（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(hào) 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。 該循環(huán)流化床主床內(nèi)沒有布置埋管 。螺旋給煤機(jī)正壓給煤，配播煤風(fēng)。主床面積小，鍋爐容易點(diǎn)火啟動(dòng)，燃料品種不受限制，在同一臺(tái)鍋 爐中可以燒發(fā)熱量為 8MJ/kg~26MJ/Kg 的 煤種。 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： 。 副床布置于懸浮室之后、燃盡室的下面用來燒灰。副床流化速度很低，床內(nèi)設(shè)有埋管。這種設(shè)計(jì)減輕了埋管磨損， 但主床無埋管受熱面，床料不能得到有效補(bǔ)充 。 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剩空氣系數(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。 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。它是一種兩級(jí)分離器式循環(huán)流化床鍋爐，一級(jí) 布置 在爐膛出口，采用槽型分離器，另一級(jí)布置在省煤器前，采用下排氣式旋風(fēng)分離器。 鍋爐的主要特點(diǎn)有：采用下排氣中溫旋風(fēng)分離器；密相區(qū)布置埋管受熱面；爐膛采用光管水冷壁 等 。 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題。 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(jì)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。 其設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)蒸發(fā)吸熱的要求。高溫顆粒在換熱器中燃燒換熱后，流回爐膛，維持爐膛出口煙溫。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 。 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。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。大部分煙氣被分離器排入對(duì)流煙道，經(jīng)對(duì)流管束、省煤器、除塵器、引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。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。 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。 每一種鍋爐都有其一定的優(yōu)點(diǎn)和 缺點(diǎn)， 總的來講，循環(huán)流化床 鍋爐 以熱容量大、 易 點(diǎn)火等優(yōu)點(diǎn) 在工業(yè)鍋爐中得到了很好的應(yīng)用。從燃燒的燃料上來講，以上各種爐型適用于發(fā)熱量大于 10MJ/kg 的煤種，對(duì)于高灰分、低熱值的燃料，以上爐型將它很好的燃燒還有一定的困難和不足。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)于燃煤工業(yè)鍋爐 沒有突出的優(yōu)勢(shì) ， 循環(huán)流化床 工業(yè)鍋爐發(fā)展 較少。 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。 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)。 也有一些 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 取得公眾認(rèn)可 ，具有代表性的 就是美國華盛頓電力工程 1997 年投運(yùn) 的 4 萬千瓦燒煤矸石的循環(huán)流化床鍋爐。 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 存在的主要問題 在 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 的發(fā)展過程中， 國內(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 開發(fā)和研究新 的 爐 型。 我國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)起步較晚 、 發(fā)展時(shí)間太短，人們還沒有熟悉的了解它的特性，在設(shè)計(jì)、制造等方面還有很多不完善之處。 綜合 現(xiàn)在 國內(nèi)外 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，主要 體現(xiàn) 在以下幾個(gè)方面 [14~15]： ——劣質(zhì)煤燃燒不穩(wěn)定 。 當(dāng) 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 燃用劣質(zhì)煤時(shí)， 灰分 含量大 、密相區(qū)溫度 往往偏低。 當(dāng) 密相區(qū) 溫度低于 850℃ 時(shí)，爐膛不足以維持煤的燃燒而很容易造成熄火。 ——爐內(nèi)燃燒時(shí)間不足。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(shí)間短 未完全燃燒損失大 。 ——飛灰含碳量高。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。 ——熱面磨損 嚴(yán)重 。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 。 如果分離器 分離 效率不高，還會(huì)對(duì)對(duì)流受熱面、省煤器、空預(yù)器等尾部受熱面造成嚴(yán)重磨損。 ——爐膛出口過?？諝庀禂?shù)過大。 在運(yùn)行過程中， 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 。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。 ——相對(duì) 于 組裝 鏈條爐 ,循環(huán)流化床 鍋爐 建投資較大。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。 —— 除塵設(shè)備投資較高。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 。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 國內(nèi)外劣質(zhì)煤燃燒技術(shù) 9 因此，對(duì)于致力于 循環(huán)流化床燃燒 技術(shù) 研究 的人員來說，需要解決的問題還很多。 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 。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。 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(duì)發(fā)熱量在 12MJ/kg 以下 的劣質(zhì)煤研究越來越 緊迫。 循環(huán)流化床爐內(nèi) 鍋爐的熱容量大， 循環(huán)灰分量相當(dāng)大，給煤只占其中很少分量。 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。 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 。如果爐膛密相區(qū)溫度 低于 850℃ ，就會(huì)造成 爐內(nèi) 燃燒不穩(wěn)定、 甚至 熄火 的 問題。 針對(duì)還沒有充分解決的低熱值燃料燃燒穩(wěn)定性問題，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) 。 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。 無論從創(chuàng)新性還是從工業(yè)應(yīng)用上來講，作者所做的工作是非常必要 的 。 作者完成了本課題所做的工作主要包括： 1）鍋爐熱平衡計(jì)算，分析循環(huán)流化床鍋爐燃燒低熱值燃料時(shí)，需要解決主要問題，并提出原則性設(shè)計(jì)方案； 2）對(duì)原則性設(shè)計(jì)方案的不同量化參數(shù)，進(jìn)行分析對(duì)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(jì)算程序 對(duì)其 進(jìn)行熱力計(jì)算 ， 根據(jù)計(jì)算結(jié)果， 優(yōu)化 其 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 4) 根據(jù) 優(yōu)化后的 設(shè)計(jì)方案，采用 AUTOCAD 軟件完成主要圖紙的繪制工作。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。 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 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(jì)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(shí) ， 由于燃料發(fā)熱量較低， 燃料在密相區(qū)產(chǎn)生的熱量 會(huì)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。當(dāng)大量的循環(huán)灰返入爐膛時(shí)，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 。如果爐膛密相區(qū)溫度 低于 850℃ ，就會(huì)造成爐內(nèi) 燃燒不穩(wěn)定、 甚至 熄火 的 問題。 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐面臨的第一個(gè)問題就是 如何 保證爐內(nèi) 穩(wěn)定燃燒的問題。 低熱值煤矸石循環(huán)流化床鍋爐面臨的第二個(gè)問題，就是燃煤灰分高，排渣量大，從而帶來極大的灰渣物理熱損失問題。 針對(duì)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) 。該燃燒技術(shù) 其 核心思路為：在 爐膛 密相區(qū)加入隔墻，隔墻一側(cè)給煤，使煤 在該側(cè)進(jìn)行 燃燒；換熱后的 循環(huán)灰從隔墻另一側(cè)進(jìn)入密相區(qū)。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)溫度過低 、 不能維持 穩(wěn)定 燃燒的問題。 原理示意圖見圖 。 低熱值 循環(huán)流化床 鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)，確保鍋爐爐膛的熱量平衡與物料平衡。在熱量平衡和物料平衡的基礎(chǔ)上，我們才能進(jìn)一步研究爐膛溫度的影響因素。 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。 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。鍋爐熱平衡是指在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項(xiàng)損失 。 由它可以重慶大學(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 11 確定鍋爐有效利用熱量、各項(xiàng)熱損失、鍋爐熱效率及燃料消耗量，以檢查鍋爐的設(shè)計(jì)質(zhì)量和運(yùn)行水平，并由此分析造成熱損失的主要原因，做到及時(shí)改進(jìn)，提高鍋爐效率。 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；