【導(dǎo)讀】鍋爐成為工業(yè)鍋爐的主要發(fā)展方向。目前國內(nèi)循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐的燃料大都在。12MJ/kg以上，對低于12MJ/kg的劣質(zhì)燃料研究涉及較少。煤質(zhì)下降帶來發(fā)熱量。床燃燒專利技術(shù)。作者在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，完成了鍋爐的物料平衡計算、熱平衡。計算；在此基礎(chǔ)上提出了35t/h低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐的原則性設(shè)計方案；其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并用CAD繪出鍋爐總圖和汽水管路圖等鍋爐布置圖。1）隨著灰分的增多，爐膛密相區(qū)溫度降低。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。2）在爐膛密相區(qū)加入隔墻，密相區(qū)一側(cè)給煤，另一側(cè)循環(huán)灰返回爐膛，在該方案中，發(fā)熱量為5MJ/kg的煤矸石可以得到。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。

　　

【正文】 、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。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。 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。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。 ? —— 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)熱量、密相區(qū)燃燒份額、返料灰溫度、循環(huán)倍率等因素。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。返料灰溫度則由外置床傳熱量的多少決定。 在鍋爐熱平衡基礎(chǔ)上，我們再對循環(huán)流化床外置床進行熱平衡計算，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。 密相區(qū)的溫度按下表 和表 步驟計算。 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。()ashc? kJ/kg 查表 B8 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 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 埋管計算傳熱 量 Q KW KHmΔT 16 外置床傳熱計 算誤差 ΔQ % fo fo100 * Q Q / Q?（ ） 表 序號 名稱 符號 單位 來源或計算公式 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 ℃ 參見外置床熱力計算 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 標準煙氣查表 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（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計論證 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 過計 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 。因此，在 該設(shè)計 工 況 下， 滿 足 設(shè)計 要求。 煤種發(fā)生變化時 ，我們同樣可以 計算 各種 煤種下的爐膛密相區(qū)溫度 。 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℃ 。 造成密相區(qū)溫度過低的原因就是燃料本身發(fā)熱量很低，很多時候僅 僅能夠維持自己的燃燒。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℃ 。 這時， 通過前面提到的在爐膛密相區(qū)加入隔墻才能解決該問題。 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。 不同灰分對爐膛密相區(qū)溫度的影響 當(dāng) 灰分不同 時 ，燃料 的發(fā)熱 量也 會發(fā) 生 變 化， 對爐內(nèi) 燃 燒 有很大影 響 。在進行初步 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。例如當(dāng)灰分變?yōu)?x 時， arC 的含量則相應(yīng)的變?yōu)椋? arC*).516100( )100( ?? x………………………………………………………() 其他成分依次對該成分按照式 進行變化 通過對灰分的改變，我們在上述計算 方法 對密相區(qū)溫度 進行計算，得出了灰分不同 時 爐膛密相區(qū)溫度的變化?；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》。 在循環(huán)倍率為 密相區(qū)燃燒份額為 、外置床換熱面積為 20 ㎡的情況下 ，我們 計算 得出 了 不同灰分下密相區(qū) 的 溫度 見表 ， 如 圖 所示 ： 表 灰分 變化時， 密相區(qū) 的溫度變化 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 20 灰分對密相區(qū)溫度的影響0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100灰分（%）密相區(qū)溫度（℃）變灰分密相區(qū)溫度 圖 灰分對密相區(qū)溫度的影響 序號 灰分（ %） 密相區(qū)溫度（℃） 1 2 3 4 5 6 7 8 通過 表 和 圖 我們看出，其它條件不變 、 煤種灰分增加時，密相區(qū)溫度降低。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。 這主要是因為：當(dāng)灰分增加時，煤種發(fā)熱量會降低，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 。 整體的綜合作用使得密相區(qū)入爐熱量降低 ， 溫度降低。 當(dāng)煤種灰分小于 70%時，爐膛密相區(qū)不需要加入隔墻。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)進入隔墻左側(cè)。當(dāng)煤種灰分大于 70%時，不加爐膛隔墻的循環(huán)流化床密相區(qū)溫度低于 850℃ ，不能 穩(wěn)定 燃燒，因此在爐膛密相區(qū)需要加入隔墻。 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， 進而 影 響著 返料灰的 溫 度的高低。 由此我們可以計算不同外置床面積下密相區(qū)的溫度，從而 確定最優(yōu)的 外置床面積。 在我們進行計算時，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 。 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 %的煤種進行計算時，我們 通過計算發(fā)現(xiàn)，其耗煤量為 22 噸 左右 ，這 時 如果再采用循環(huán)倍率為 6 的情況下，循環(huán)灰的量則達到 136 噸。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。 這 時 我們計算，循環(huán)倍率為 密相區(qū)燃燒份額 、煤種灰分為 %的情況時，不同外置床面積下的密相區(qū)溫度 見表 ， 如 圖 所示 ： 表 不同外置床面積下的密相區(qū)溫度 序號 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（論文） 3 低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐方案設(shè)計論證 22 由圖 得知，其它條件不變，外置床面積增大時，爐膛密相區(qū)溫度降低；外置床面積為 15 ㎡時， 密相區(qū)溫度為 844℃ ；當(dāng)外置床面積 為 30 ㎡ 時，密相區(qū)溫度 782℃ ，低于 800℃ 。 這是因為當(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。 在上述外置床面積下，均需要加入隔墻。 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 。因為我們也要保證爐膛出口煙溫不至于過低。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 。因此 ，可以選擇 的外置床面積 小于25 ㎡。 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。密相區(qū)燃燒份額為 、灰分為 %、外置床面積為 20 ㎡時，不同循環(huán)倍率下密相區(qū)的溫度變化 ，計算 結(jié)果見表 ， 如 圖 所示 。 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 。 這主要是因為循環(huán)倍率增大時， 循環(huán) 灰 增大很多 ； 在 外置床面積一定的情況下返 料灰溫增大 ， 而燃燒方面煤產(chǎn)生的熱量相同，整體上使得密相區(qū)溫度很高。但從循環(huán)量上來講，過多的循環(huán)量使得受熱面磨損嚴重，過多的循環(huán)量有可能導(dǎo)致爐膛出口溫度降低。因此循環(huán)倍率也不應(yīng)該過高，優(yōu)化的循環(huán)倍率應(yīng)該在 2~3 左右。 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。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。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 。 由計算得知，在循環(huán)倍率為 燃燒份額變?yōu)? 時， 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，燃燒份額影響鍋爐密相區(qū)溫度較大。經(jīng)過計算，劣質(zhì)煤燃燒時， 只加熱煤自身的情況下， 密相區(qū)燃燒份額 也 不應(yīng)低于 。 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 雙