【正文】 由 (絕對壓力）下的飽和溫度 22 鍋爐出口蒸汽焓 kJ/kg 查表 B13，由 （絕對壓力）下的蒸汽焓 23 給水溫度 ℃ 給定 24 省煤器入口壓力 Mpa 給定 25 給水焓 fwI kJ/kg 低壓清水泵打入鑄鐵省煤器，查表B14 26 鍋筒工作壓力 ssP Mpa 給定 27 鍋筒工作壓力下飽和水焓 kJ/kg 查表 B13，由鍋筒工作壓力查 28 鍋爐蒸發(fā)量 D t/h 給定 29 排污率 % 給定 重慶大學本科學生畢業(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 14 圖 復合式冷渣器結(jié)構(gòu) 30 鍋爐的輸出熱量 1Q kJ/h 100 )ii(D)ii(DQ ????? 8407148 31 耗煤量 B kg/h in0100B ?? 32 計算耗煤量 calB kg/h 4100100cal qBB ?? 計算結(jié)果與分析 通 過鍋爐熱 平衡 計 算 我們發(fā)現(xiàn) ， 鍋爐熱 效率 決定 于各 項損 失的多少，化 學 不完全燃 燒損 失 3q 和 散 熱損 失 5q 相 對較 少，因此 鍋爐熱 效率主要取 決 于 2q 、 4q 、6q 的大?。? 1） 當 灰分增加 時 ，灰渣物理 熱損 失 6q 占據(jù)相 當 大的比例。 表 煤的成分 名稱 C H O N S OH2 A dafV ar,Q inQ 含量 5000 重慶大學本科學生畢業(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 12 表 項 目 數(shù) 值 蒸汽流量 /t 正平衡法就是直接測量鍋爐輸入熱量和輸出熱量，按下式就算鍋爐熱效率： %100 r1gl ???……………………………………………………() 反平衡法就是先確定各 項熱損 失和 鍋爐輸 入 熱 量，再按下式 計 算 鍋爐熱 效率： ) ,%qqqqq(1 0 0 65432gl ??????? ……………………………() 在 設(shè)計鍋爐 或 熱 效率 試驗時 ，常用反平衡法，即求得各 項損 失之后，再求得鍋爐熱 效率。 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。 由它可以重慶大學本科學生畢業(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 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(shè)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(shè)計時，首先需要熟悉的就是鍋爐熱平衡。在熱量平衡和物料平衡的基礎(chǔ)上，我們才能進一步研究爐膛溫度的影響因素。 原理示意圖見圖 。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)。 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。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。 重慶大學本科學生畢業(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。 4) 根據(jù) 優(yōu)化后的 設(shè)計方案，采用 AUTOCAD 軟件完成主要圖紙的繪制工作。 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 。 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) 。 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 。 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。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。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)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。 —— 除塵設(shè)備投資較高。 ——相對 于 組裝 鏈條爐 ,循環(huán)流化床 鍋爐 建投資較大。 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 。 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。 ——熱面磨損 嚴重 。 ——飛灰含碳量高。 ——爐內(nèi)燃燒時間不足。 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。 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。 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。 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。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。 鍋爐用水經(jīng)水處理設(shè)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。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。 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。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。 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(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 。 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。這種設(shè)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 。 副床布置于懸浮室之后、燃盡室的下面用來燒灰。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。 該循環(huán)流化床主床內(nèi)沒有布置埋管 。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。 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。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。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(shè)有埋管。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。第二級分離器為低溫上排氣旋風子分離器，分離下來的細灰經(jīng)流化密封送灰器返回床內(nèi)循環(huán)燃燒。 圖 。高溫旋風分離器分離效率較高，但體積較大 ，占地面積較大 。為了穩(wěn)定爐膛密相區(qū)床溫，密相區(qū)布置有埋管受熱面。 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℃ 。 因此 循環(huán)流化床 鍋爐得到了 良好的發(fā)展， 國內(nèi)研究機構(gòu)和設(shè)計院 也 開 發(fā) 出了 一些好的爐型。 我國燃煤工業(yè)鍋爐設(shè)計效率一般在72%~80%，但實際運行熱效率大多在 60%~65%[8]。因此， 在能源緊張和排放法規(guī)嚴格的今天，循環(huán)流化床得到了越來越廣泛的利用和 空前 的發(fā)展。 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 燃燒 溫度較低 ，爐內(nèi) 顆粒燃燒時間長，灰渣含碳量較低 。 因此，它 具有良好的負荷調(diào)節(jié)能力 ，可以調(diào)節(jié) 30%~120%負荷的變化 。 4. 負荷調(diào)節(jié) 范圍廣 ，可用于調(diào)峰運行。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。 3. 污染低。 2. 燃燒 效率高。 未 燃盡的顆粒 經(jīng)過分離器分離下來，在爐內(nèi) 多次循環(huán) 燃燒 增加 了顆粒 在爐內(nèi)的停留時間， 進行 多次 劇烈的質(zhì)量和熱量交換 。 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： 1. 燃料適應性廣。 在 劣質(zhì)煤 利用方面具有較大優(yōu)勢 。循環(huán)流化床以其高效環(huán)保的優(yōu)勢可以很好的滿足這些要求，使之成為煤矸石發(fā)電技術(shù)中的越來越有前途的燃燒技術(shù)。 在煤矸石發(fā)電技術(shù)中， 目前主要利用的是發(fā)熱量在 5MJ/kg 以上的煤矸石，但還有大量發(fā)熱量在 4MJ/kg 以下的煤矸石還未得到有效的綜合利用。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。 煤矸石發(fā)電技術(shù)即是一種綜合利用煤矸石 中 很好的方法之一。燃用劣質(zhì)煤造成爐膛燃燒溫度低、燃燒不穩(wěn)定、受熱面磨損泄露嚴重、 飛灰含碳量高及鍋爐熱效率低等一系列問題，嚴重影響著工業(yè)鍋爐的安全性和經(jīng)濟性。 如果能使煤矸石 “變廢為寶 ”加以利用，則它具有的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益非?？捎^。 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]。 我國 劣質(zhì)煤 利用現(xiàn)狀 煤矸石是煤炭開采及利用過程中產(chǎn)生的固體廢棄物之一 ，是我國 劣質(zhì)煤 的主體。 一方面我國對電量的需求逐漸 增 大；另一方面我國煤炭 的不斷開采，煤炭 質(zhì)量 降低，劣質(zhì)煤所占的 比重 必然 上升。煤炭開采運輸，產(chǎn)生的煤矸石，煤泥等 固體廢物 堆積堵塞河道、 造成 水土流失；燃煤過程中產(chǎn)生 的 2CO 、 2SO 和xNO 更 是溫室效應和酸雨的罪魁禍首。 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。最近長江中下游的干旱問題嚴重，三峽大壩 日均下泄流量加大到兩千立方米每秒，以緩解中下游抗旱用水、城鄉(xiāng)供水等壓力 [3]， 水電 受 天氣的變化穩(wěn)定 性太差 。 日前 日本地震導致 的 福島核電站泄漏，再一次凸顯了核能電站安全運行問題。在過去的 20 世紀中 , 人類使用的能源主要有四種：原油、天然氣、煤炭和電力。 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)應用 前景 。 3） 經(jīng)過 初步 方案設(shè)計 和 具體的熱力計算， 我們確定了 35t/h 的循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐設(shè)計方案 。 當灰分 增大到 68%時， 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。 作者在導師的指導下，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 ；對原則性設(shè)計方案的不同量化參數(shù)進行分析對比，提出 其 優(yōu)選方案 ； 利用所在研究室的計算程序， 再對優(yōu)選方案進行熱力計算 ；最后 根據(jù)計算結(jié)果，擬出 了其 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 。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、埋管磨損嚴重、鍋爐燃燒不穩(wěn)定等一系列問題。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文） 35t/h低熱值循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐布置方案分析及初步設(shè)計 學 生：李建波 學 號： 20213861 指導老師：盧嘯