【正文】 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 ， 燃燒產生的 排煙損失增加。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。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 。 新型 低熱值循環(huán)流化床燃燒技術 及作者所做的研究工作 從燃燒的燃料來看，無論國內還是國外 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 。 隨著我國用 煤緊張，越來越多的劣質煤需要得到利用，因此對發(fā)熱量在 12MJ/kg 以下 的劣質煤研究越來越 緊迫。 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節(jié)密相區(qū)的溫度。如果爐膛密相區(qū)溫度 低于 850℃ ，就會造成 爐內 燃燒不穩(wěn)定、 甚至 熄火 的 問題。 該燃燒技術通過在爐膛密相區(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。 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)計算結果， 優(yōu)化 其 結構設計方案。主要圖紙包括：鍋爐總圖、汽水管路圖、布風板、 外置床等 圖紙。當大量的循環(huán)灰返入爐膛時，煤燃燒 產生的熱量 有可能 不 能 將循環(huán)灰 加熱 到 850℃以上 。 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 穩(wěn)定燃燒的問題。 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 。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。 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，以確保爐內達到著火溫度 ； 其次要考慮物料平衡問題，通過組織爐內床料的有效流動，確保鍋爐爐膛的熱量平衡與物料平衡。 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 。 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； 2Q ——排煙熱損失； 3Q ——可燃氣體不完全燃燒熱損失； 4Q ——固體不完全燃燒熱損失； 5Q ——鍋爐散熱損失； 6Q ——其它熱損失。測定鍋爐效率的方法有兩種：正平衡法與反平衡法。 鍋爐熱平衡計算 作者以 5MJ/kg 煤矸石 為 研究 對 象， 按照《工業(yè)鍋爐設計計算方法》 [17]對 其進 行 熱 平衡 計 算， 燃料特性見 ， 鍋爐規(guī)范見表 ， 主要數(shù)據(jù)計算結果見表。h1 35 飽 和蒸汽 壓力 /MPa 蒸汽 溫 度 /℃ 225 蒸汽焓 / kg/kJ 排 煙溫 度 /℃ 155 鍋 筒 飽 和水 壓力 /Mpa 鍋 筒 壓力下 的 飽 和水 溫 225 鍋爐飽 和水焓 / kg/kJ 鍋爐飽 和水 壓力 的汽化 潛熱 / kg/kJ 鍋爐飽 和 壓力下 的蒸汽焓 / kg/kJ 給 水 溫 度 /℃ 105 給 水焓 / kg/kJ 426 表 鍋爐熱效率及燃料消耗量計算 序號 名稱 符號 單位 來源或計算公式 數(shù)值 1 煤的比熱容 coC kJ/(kg因此，必 須 使用冷渣器 來 冷 卻 灰渣中的 熱 量， 并將熱量回收入爐膛中， 以 減 少其物理 熱損 失，提高 鍋爐 燃燒 效 率 ， 并滿足 GB245002021 技術標準要求 。 復合式流化床冷渣器是用于大型 CFB 鍋爐的冷渣裝置，但本設計鍋爐的底渣排放量，已相當于一臺 130220t/hCFB 鍋爐的底渣排放量，因此采用這一技術非常合適。 復合式冷渣器 裝 置的具體 結構見下圖 ： 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 15 圖 循環(huán)流化床 “一進二出”物料系統(tǒng) 圖 灰平衡原理圖 2）與煤粉 爐 不同的是，循 環(huán) 流化床 鍋爐所需 要控制的量比 較 多，特 別 是 爐膛溫 度的控制。因此正常的 鍋爐 密 相區(qū)溫 度 應 控制在850℃ ~950℃ 之間 。 當爐 膛出 口溫 度在 800℃ 以下 時 ，分離器和返料裝 置中的灰渣不能燃 燒 ，造成 飛 灰含碳量增大、燃 燒 不充分的 問題， 降低了 鍋爐效 率。 稀相區(qū) 的受 熱 面布置也 應有 相 應 的 變 化，以確保 爐 膛出口的 溫 度。鍋爐物料平衡決定著燃燒的多少 、 傳熱量的分配等問題。以下即是循環(huán)流化床“一進二出”物料系統(tǒng)圖 。另一部分 飛 出 爐 膛， 進 入分離器，其中小于切割粒 徑 的灰 飛 出分離器 進 入尾部 煙 道，成為飛 灰；大于切割粒 徑 的灰被分離器分離下 來 ， 經 返料 裝 置返回 爐 膛再燃 燒 ， 稱為 循 環(huán)灰 。 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 16 當 煤 質變 差 時 ， 飛 灰 份額 f? 逐漸減 少而灰渣 份額 )1( f?? 逐步增加，排渣量逐漸 增加，由此造成灰渣物理 熱損 失 較 大。 循環(huán)倍率與循環(huán)灰量 循 環(huán)灰 量是 設計 、 運 行循 環(huán) 流化床 鍋爐 的一 個 基本 參數(shù) 。循 環(huán) 倍率是指循 環(huán)灰 量與 爐 膛入 爐 煤量得比值 [18]： BBn s?…………………………………………….() 循 環(huán)灰 的 熱容 量很小，但循 環(huán) 倍率 增 大后，灰量很大，因此循 環(huán)灰所帶 的 熱量相 當 大。 在蒸汽 參數(shù) 和 蒸 發(fā) 量不 變 的情 況 下，煤 質越 差 ，發(fā)熱 量越低，耗煤量越高，灰分含量也越大。一方面 我們 通 過在爐 膛少布置受 熱 面，在返料 裝 置中多布置受 熱 面外，另一方面通 過 降低循 環(huán) 倍率 來 降低循 環(huán)灰對 受 熱 面的磨 損 。 密相區(qū)物料平衡 在爐 膛密 相區(qū) ， 我們要 保 證 密 相區(qū)溫 度在 850℃ ~900℃ 之間 。低 熱 值燃料 的發(fā)熱 量少，在 密 相區(qū) 煤矸石燃 燒產 生的 熱 量相 對較 少，很多情 況 下，煤矸石 產 生的 熱 量 緊緊 能 夠維 持自己燃 燒 而不能加 熱 循 環(huán)灰到所需溫 度。 煤 質變 差 時 ，密 相區(qū)溫 度 會 降低，因此通 過 加入隔 墻來 控制密 相區(qū) 的 溫 度。 通 過 加入隔 墻 ，很好的解 決 了低 熱 值燃料不能燃 燒 或燃 燒 不 穩(wěn) 定的 問題，該燃 燒 技 術為 重 慶 大 學 燃 燒環(huán) 保 實驗 室所研究，目前已 經申請 了 發(fā)明 專 利。 爐膛密相區(qū)溫度的影響因素 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 17 循 環(huán) 流化床以其 環(huán)核結 構的氣固流 動狀態(tài) 增大了煤 顆 粒 在爐 膛 內 的停留 時間 ，提高了燃 燒 效率。因此，密 相區(qū) 的 溫 度控制在 設計 中是一 個主 要的考 慮 因素。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。燃料發(fā)熱量和燃料各組分含量密切相關，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。 在鍋爐熱平衡基礎上，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。 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 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 松動風冷卻 50℃ 5 高溫循環(huán)灰焓 值 39。因此，在 該設計 工 況 下， 滿 足 設計 要求。 當灰分增大時，有可能使密相區(qū)的溫度發(fā)生變化而使其低于 850℃ 。當有循環(huán)灰返回爐膛時，低溫循環(huán)灰吸收煤 燃燒產生 的熱量而致使密相區(qū)煤和循環(huán)灰整體的溫度低于 850℃ 。 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)流化床鍋爐設計的 最優(yōu)方案。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 改變煤質，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?；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)鍋爐設計計算方法》。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；當灰分大于 70%時，密相區(qū)溫度低于 850℃ ，燃燒不穩(wěn)定。 整體的綜合作用使得密相區(qū)入爐熱量降低 ， 溫度降低。當加入隔墻時，煤燃燒產生的熱量較多，循環(huán)灰從隔墻右側進入隔墻左側。 不同外置床面積對爐膛密相區(qū)溫度的影響 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 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。 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 。無論從鍋爐容量還是從受熱面磨損來講都是不合適的， 因此該設計條件下應該使用低循環(huán)倍率， 通過經驗選取 我們 鍋爐 初步設計方案采用的 的循環(huán)倍率為 2~3 左右。 這是因為當外置床面積增大時，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。 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 。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 。 不同循環(huán)倍率對爐膛密相區(qū)溫度的影響 當循環(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。 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 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 。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)量有可能導致爐膛出口溫度降低。 不同燃燒份額對爐膛密相區(qū)溫度的影響 當 燃 燒份額發(fā) 生 變 化 時 ，煤燃 燒 在密 相區(qū)產 生的 熱 量 發(fā) 生很大的 變 化。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 。因此，燃燒份額影響鍋爐密相區(qū)溫度較大。 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 上， 我們 做了