【正文】 ........................... 22 ............................................ 23 .......................... 23 ....................... 25 ..................................................... 26 4 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................. 28 ................................................... 28 ................................................... 28 ....................................................... 30 ........................................................................... 30 .................................................................................. 31 ........................................... 44 5 結(jié)論及展望 ................................................................................................ 45 致 謝 ................................................................................................................. 46 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 47 附 錄 .................................................................................................................... 48 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 1 1 引 言 我國能源環(huán)境現(xiàn)狀 能源作為人類社會(huì)生活和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在世界各個(gè)國家都得到了極大的重視。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(shì) [1~2]。國務(wù)院總理溫家寶指出，叫停正在審批的核電站項(xiàng)目，全力對(duì)核電進(jìn)行安全檢查，重新設(shè)置防震等級(jí)；歐盟一些國家也重新考慮核電運(yùn)行的危險(xiǎn)性，減緩核電發(fā)展的進(jìn)程 ； 德國更是發(fā)表聲明說 ， 在 2022 年之前關(guān)閉國內(nèi)所有核電項(xiàng)目。因此，盡管我國能源結(jié)構(gòu)有一定的不合理性，但在很長一段時(shí)期內(nèi)，其它能源如核能、水能、可再生能源并不能擔(dān)當(dāng)重任，成 為我國電力供應(yīng)的主體，以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化。無論 是 煤炭 的 開采過程，還是輸運(yùn)、燃燒過程，都會(huì)造成很大的環(huán)境污染。隨著人類對(duì)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。隨著我國節(jié)能減排的實(shí)施和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程， 國家更嚴(yán)格的要求降低能耗、 提高效率 ，對(duì)我國工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù) 提出了新的挑戰(zhàn)。 在煤炭生產(chǎn)和洗選過程中會(huì)產(chǎn)生 10%~15%的煤矸石等固體廢棄物 。由此帶來一系列環(huán)境問題： 煤矸石山溢流重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 2 水使地下水呈現(xiàn)高礦化度、高硬度，導(dǎo)致土壤鹽堿化，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收；煤矸石隨意堆放還造成河道堵塞、土地沙化和大面積水土流失；煤矸石自燃產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害氣體，已經(jīng)成為大氣污染的主要元兇 [5]。 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 我國對(duì)煤炭長期開采 ，劣質(zhì)煤越來越多， 無論 從 環(huán)境保護(hù) 還是 節(jié)能減排的角度講，像 煤矸石這樣的劣質(zhì) 煤 的應(yīng)該得到合理的綜合的利用。發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰制成磚，取代加固井下煤礦巷道的石料，避免了開山鑿石對(duì)環(huán)境的破壞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) , 2021 年，全國煤矸石綜合利用電廠年盈利在 4 億元以上 , 絕大部分 (90 %以上 ) 的煤矸石綜合利用 電廠經(jīng)濟(jì)效益較好 [6]。 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(duì)節(jié)能環(huán)保的要求。 循環(huán)流化床燃燒技術(shù) 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種新型高效低污染 的 清潔燃燒技術(shù) ,具有燃燒效率高、低溫燃燒穩(wěn)定、煤種適應(yīng)性強(qiáng) 、 xNO 濃度低等 優(yōu) 點(diǎn) 。 若直接向爐膛內(nèi)加入石灰石 ， 可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫 ,脫硫率可達(dá) 90 %以上 ， 對(duì)不同煤種燃燒效率可 達(dá) 97%～ 99%， 鍋爐熱效率高于煤粉爐 ， 比鼓泡型流化床高 5 %～ 15 %[7]。 循環(huán)流化床爐內(nèi)存在 大量灰粒的穩(wěn)定循環(huán)，熱容量大 ， 加入 鍋爐的燃料占床料 分量很少 ； 同時(shí) 燃料在 循環(huán)流化床 中呈流態(tài)化燃燒， 爐內(nèi) 質(zhì)量和熱量 交換十分充分，為新加入燃料 的 預(yù)熱 、 著火創(chuàng)造了非常有利的條件 。 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(jì)（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(duì)于 我國 能源 的 綜合利用 和 城市垃圾處理具有顯著地 社會(huì)效益 和 經(jīng) 濟(jì)效益。 顆粒 經(jīng)過 在爐膛多次 循環(huán)燃燒， 其 灰渣含碳量和飛灰含碳量可降 到 1%~10%以下，同時(shí)利用冷渣器 充分 回收 利用 灰渣 中的 熱量，使 循環(huán)流化床 燃燒損失少，具有很高的燃燒效率。 循環(huán)流化床的溫度 通常 控制在 850~900℃ 之間 。 向 爐內(nèi) 添加石灰石， 石灰石 在爐內(nèi) 反復(fù)循環(huán) ，能夠方便高效 地 實(shí)現(xiàn) 爐內(nèi) 脫硫脫硝，減少 了 有害氣體 的 排放。 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(huì)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(gè)均勻的溫度分布，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，溫度保持 相對(duì) 穩(wěn)定，變化不大。 5. 經(jīng)濟(jì)性好。 灰渣 能夠 綜合利用， 可以作為 水泥添加劑和輕質(zhì)建筑材料， 也能夠很好的對(duì)稀有金屬進(jìn)行提取。在工業(yè) 鍋爐 方面，循環(huán)流化床鍋爐以其燃料范圍廣的優(yōu)勢(shì)可以很好的、高效的將煤矸石燃燒 。 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) 4 圖 35t/h 循環(huán)流化床鍋爐 圖 兩級(jí)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。 隨著國家 排放法規(guī)的提高，煤粉鍋 已經(jīng) 不能完成減排任務(wù)，循環(huán)流化床鍋爐所具有的優(yōu)點(diǎn) 則能夠很好的滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn) ， 符合 了 我國 工業(yè)鍋爐的發(fā)展需求 。在國內(nèi)使用數(shù)量較多的爐型主要有以下幾種 [9~11]。該循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐采用傳統(tǒng)的布置方式：?jiǎn)纹t 內(nèi)布置 膜式水冷壁。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。該類型鍋爐埋管受熱面布置在爐膛密相區(qū)， 因此 埋管 會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。 該爐型 采用 兩級(jí)分離器 結(jié)構(gòu) ， 第一級(jí) 高溫分離器為 槽型分離器，分離下來的粗灰經(jīng)流化密封送灰器返回床內(nèi)循環(huán)燃燒。 鍋爐主要特點(diǎn)有：落灰腔槽型分離器與低溫旋風(fēng)分離器串聯(lián)布置，在一定程度上提高了分離效率，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(jiǎn)單，投資少，占地面積小。 下圖 。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。同樣該鍋爐也存在著埋管磨損的問題。 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。 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(jiǎn)圖，其典型特點(diǎn)是在主床后部加裝了副床用來燒灰。螺旋給煤機(jī)正壓給煤，配播煤風(fēng)。 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： 。副床流化速度很低，床內(nèi)設(shè)有埋管。 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。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。 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。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 。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。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。 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。 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。 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)。 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。 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) 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。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 。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。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 。 ——爐膛出口過?？諝庀禂?shù)過大。一般爐內(nèi)的溫