【文章內(nèi)容簡介】 提高了分離效率，降低了飛灰含碳量； 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 2 國內(nèi)外劣質(zhì)煤燃燒技術(shù) 5 1風箱 2燃燒室 3旋風分離器 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。第一級分離器為慣性分離，分離效率低、飛灰量大，過熱器磨損 嚴重 ；第二級分離 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；同時飛灰含碳量相對較高，鍋爐效率相對偏低。 下圖 。鍋爐的主要特點有：臥式水冷旋風分離器與鍋爐本體整裝，密相區(qū)內(nèi)設有埋管。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。在煤質(zhì)變差、入爐煤粒較大時，臥式分離器回料部位易造成堵塞，影響鍋爐的正常運行。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，鍋爐布風板焊接在膜式水冷壁上。該種爐型最主要的特點是高溫旋風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 燃 燒 室 2 燃 燒 室 出 口 3燃燒室 圖 臥式旋風筒循環(huán)流化床鍋爐 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（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下排氣旋風分離器 8省煤器 9空氣預熱器 10送灰器 圖 下排氣旋風分離器循環(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 。螺旋給煤機正壓給煤，配播煤風。主床面積小，鍋爐容易點火啟動，燃料品種不受限制，在同一臺鍋 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 、 負荷調(diào)節(jié)范圍廣，調(diào)節(jié)比例可達到 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)設有埋管。這種設計減輕了埋管磨損， 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?？諝庀禂?shù)；副床上部空間較大，鍋爐制造成本 增大 ；副床流化風直接經(jīng)分離器進入尾部煙道，排煙損失增大；返料灰只進入副床，無法調(diào)節(jié)主床溫度。 下排氣旋風分離器循環(huán)流化床鍋爐 圖 為中 參數(shù)下排氣旋風分離器循環(huán)流化床鍋爐。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，采用下排氣式旋風分離器。 鍋爐的主要特點有：采用下排氣中溫旋風分離器；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)點是采用兩級分離 ，重慶大學本科學生畢業(yè)設計（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 ； 下排氣旋風分離器對細顆粒夾帶嚴重，對細顆粒分離效率稍低，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 重慶大學鍋爐燃燒 環(huán)保研究 室 獨 自 設計的 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。 其設計思路為 [12]：在爐膛內(nèi)維持快速流化床狀態(tài)，應用高效旋風分離器將未燃盡高溫細煤粒收集下來，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。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： 運行時，煤由煤斗經(jīng)螺旋給煤機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烈，因而新鮮燃料一進入就被迅速烘干、預熱、著火燃燒。燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)上、下爐膛、爐膛出口進入高溫旋風分離器。大部分煙氣被分離器排入對流煙道，經(jīng)對流管束、省煤器、除塵器、引風機、煙囪排入大氣。煤?；以拔⒘繜煔饨?jīng)分離器進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)水處理設備凈化后進入水池、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。 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（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 燃油燃氣鍋爐 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。 由于 循環(huán)流化床 燃煤技術(shù)對煤在爐內(nèi)的 停留 時間有一定要求， 一般 要求 停留時間 至少 達到 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 取得公眾認可 ，具有代表性的 就是美國華盛頓電力工程 1997 年投運 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 不同 爐型存在的缺陷，同時也不斷 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)展時間太短，人們還沒有熟悉的了解它的特性，在設計、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 。 當 循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐 燃用劣質(zhì)煤時， 灰分 含量大 、密相區(qū)溫度 往往偏低。 當 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。 ——爐內(nèi)燃燒時間不足。工業(yè)鍋爐的體積較小，爐膛高度 不夠，顆粒在爐內(nèi)停留時間短 未完全燃燒損失大 。 ——飛灰含碳量高。在 運行的 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，還會對對流受熱面、省煤器、空預器等尾部受熱面造成嚴重磨損。 ——爐膛出口過?？諝庀禂?shù)過大。 在運行過程中， 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 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。 —— 除塵設備投資較高。循環(huán)流化床鍋爐爐膛出口煙氣 飛灰濃度 遠高于鏈條爐 ,所配除塵設備要求 比鏈條爐更高 。 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 2 國內(nèi)外劣質(zhì)煤燃燒技術(shù) 9 因此，對于致力于 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， 各廠家和研究機構(gòu)對 12MJ/kg 以上的燃料研究較多，而對 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)灰分量相當大，給煤只占其中很少分量。 當 循環(huán)灰 返回爐膛時，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℃ ，就會造成 爐內(nèi) 燃燒不穩(wěn)定、 甚至 熄火 的 問題。 針對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，并提出原則性設計方案； 2）對原則性設計方案的不同量化參數(shù)，進行分析對比，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 進行熱力計算 ， 根據(jù)計算結(jié)果， 優(yōu)化 其 結(jié)構(gòu)設計方案。 4) 根據(jù) 優(yōu)化后的 設計方案，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、布風板、 外置床等 圖紙。 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設計論證 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。當大量的循環(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 。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。 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。 低熱值煤矸石循環(huán)流化床鍋爐面臨的第二個問題，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)進行 燃燒；換熱后的 循環(huán)灰從隔墻另一側(cè)進入密相區(qū)。這樣煤燃燒后再混合進入稀相區(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 鍋爐設計時，首先要考慮爐膛的熱量平衡問題，以確保爐內(nèi)達到著火溫度 ； 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。在熱量平衡和物料平衡的基礎上，我們才能進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 在對循環(huán)流化床鍋爐進行設計時，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)運行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項損失 。 由它可以重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設計論證 11 確定鍋爐有效利用熱量、各項熱損失、鍋爐熱效率及燃料消耗量，以檢查鍋爐的設計質(zhì)量和運行水平，并由此分析造成熱損失的主要原因，做到及時改進，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；