循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)與計(jì)算初探

朱進(jìn)軍

摘 要：循環(huán)流化床的燃燒技術(shù)是一種新興的技術(shù)，這種技術(shù)具有適應(yīng)性廣泛和高效率的特點(diǎn)，在鍋爐等工業(yè)裝置方面的應(yīng)用較為廣泛。本文主要針對(duì)循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)行探究，對(duì)其中的燃燒過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)作的機(jī)理，并提出了有關(guān)燃燒室的傳熱系數(shù)的整體計(jì)算設(shè)計(jì)過程。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；應(yīng)用分析；設(shè)計(jì)；計(jì)算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.051

0 引言

現(xiàn)如今，我國主要應(yīng)對(duì)的問題就是環(huán)境和能源問題，在能源的應(yīng)用和生產(chǎn)過程中就會(huì)釋放出有害的氣體或者是產(chǎn)生一些垃圾，這些物質(zhì)對(duì)于我國的環(huán)境造成了一定的影響，循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用就是針對(duì)煤炭燃燒而設(shè)計(jì)的，這種新型的清潔煤燃燒技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域地方中應(yīng)用的比較廣泛。

1 循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)

（1）工作原理。循環(huán)流化床鍋爐一共包含兩個(gè)主要的大部分，第一大部分以快速流化床為主，主要應(yīng)用到的設(shè)備為氣體和固體的分離設(shè)備、固體物料的循環(huán)設(shè)備以及外置熱交換器，這一部分主要的功能就是循環(huán)固體物料再利用。第二大部分主要的部件為對(duì)流煙道，應(yīng)用的設(shè)備為過熱器、再熱器和空氣預(yù)熱器等，而這一部分就是作為常規(guī)的鍋爐來使用[1]。

（2）燃燒室的設(shè)計(jì)。燃燒室的設(shè)置需要協(xié)調(diào)受熱面和局部的受熱面以及分離器等的布置，還要考慮室內(nèi)的二次風(fēng)的穿透程度，如果室內(nèi)的深度過大二次風(fēng)就很難穿透，燃料和回灰的擴(kuò)散就會(huì)不均勻，燃燒就會(huì)不充分，而且排放的物質(zhì)也過多。根據(jù)計(jì)算可以得知燃燒室的深度不能夠超過8米，如果一定要擴(kuò)大就要在下部設(shè)置“褲衩”式結(jié)構(gòu)，這樣就可以保障二次風(fēng)能夠順利的穿透。燃燒室的截面設(shè)置為矩形的比較合適，而且受熱也比較均勻。

（3）粒子分離裝置的選擇。在循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的部分之一就是粒子分離裝置的的設(shè)計(jì)，這種裝置主要是用來分離固體顆粒的，裝置的使用性能直接決定了鍋爐的使用狀態(tài)，分離器的結(jié)構(gòu)布置決定鍋爐的整體布置。粒子分離裝置的具體區(qū)別主要以溫度為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分的，具體有高溫、中溫和低溫三種裝置，而按照結(jié)構(gòu)的形式分為慣性分離和旋風(fēng)分離兩種。

在循環(huán)流化床的鍋爐應(yīng)用中，分離裝置必須具備較高的分離效率，還要提供充足的物料以供循環(huán)使用。粒子分離裝置必須嚴(yán)格保障鍋爐的燃燒和傳熱的需求，粒子分離裝置的選擇必須是性能比較優(yōu)良的裝置，如果粒子分離裝置的阻力小且磨損不嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)布置緊湊就可以減小鍋爐的造價(jià)成本。

（4）循環(huán)裝置設(shè)計(jì)。循環(huán)裝置是循環(huán)流床鍋爐設(shè)計(jì)的主要部位，循環(huán)裝置中的回料裝置起著回收固體物料的主要功能，這種裝置的安裝部位為分離器和燃燒室之間。當(dāng)分離器的出灰口的壓力比較低時(shí)，相應(yīng)的燃燒室內(nèi)的壓力比較大，這時(shí)循環(huán)裝置就可以利用逆壓力梯度將高溫物料回收進(jìn)回料裝置。

具體的設(shè)計(jì)要保障物料不能在回料裝置內(nèi)燃燒或者是變成渣滓，這一裝置的阻力必須夠大，這樣可以密封分離器中泄漏的氣體，穩(wěn)定的開啟和關(guān)閉可以保障裝置對(duì)物料進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制?；亓涎b置的設(shè)計(jì)主要由兩部分組成，立管的設(shè)計(jì)選擇密封沖壓氣體，這樣可以防止泄漏，回料閥可以控制物料循環(huán)的速率，而最常用的就是非機(jī)械閥，這樣可以減少卡塞和氧化等問題。通過設(shè)計(jì)研究可以發(fā)現(xiàn)傾斜立管可以保障氣體和固體不會(huì)分層，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的比較穩(wěn)定。

（5）布風(fēng)裝置設(shè)計(jì)。布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)目的是控制均勻布風(fēng)，布風(fēng)板的設(shè)計(jì)一定要可以支撐燃料和床料等的重量，當(dāng)進(jìn)行壓火和點(diǎn)火的時(shí)候，布風(fēng)板不能被燒損或者因受熱而變形，這樣可以保障檢修時(shí)更加的便捷。一般的鍋爐會(huì)采用下熱風(fēng)進(jìn)行點(diǎn)火，這樣可以有效的控制熱應(yīng)力。

對(duì)于一些大型的鍋爐就要采用水冷布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)可以消除熱負(fù)荷的變化帶來的不利影響，具體的裝置設(shè)計(jì)分為布風(fēng)板和風(fēng)室的設(shè)計(jì)，布風(fēng)板的風(fēng)帽的間距和尺寸都要比傳統(tǒng)的鼓泡床的風(fēng)帽設(shè)計(jì)大，風(fēng)室的設(shè)計(jì)采用等壓風(fēng)室即可。

2 循環(huán)流化床鍋爐的計(jì)算編制

2.1 循環(huán)流化床鍋爐的性能

通過設(shè)計(jì)可以掌握循環(huán)流化床鍋爐的基本性能，循環(huán)流化床的燃燒溫度要求很低，氮氧化物的排放量僅在200ppm，在燃燒的具體過程中還可以直接脫硫，這樣可以減小脫硫的運(yùn)行費(fèi)用，還可以減少煤渣的占地問題；這種技術(shù)有利于燃燒劣質(zhì)煤，燃料的總量僅僅占據(jù)床料的百分之一到三，這一技術(shù)可以很好的將所有的燃料混合在一起，使得燃燒的效率比較高；鍋爐燃燒的應(yīng)用截面較高可以更好的吸收熱量，負(fù)荷的調(diào)節(jié)速度和范圍都很大；這一技術(shù)型的鍋爐比煤粉式鍋爐的燃燒強(qiáng)度大十倍左右，總體投入的資金較少，可以有效的節(jié)約運(yùn)行的費(fèi)用[2]。

2.2 熱力計(jì)算與程序編制

（1）熱力計(jì)算的導(dǎo)則。熱力計(jì)算需要參考鍋爐的形式和分離器的型號(hào)，本文的熱力計(jì)算的探究是針對(duì)Pyroflow型號(hào)的循環(huán)流床鍋爐展開的，燃料產(chǎn)物的熱平衡計(jì)算當(dāng)中要參考燃料的性質(zhì)，計(jì)算中應(yīng)用到的參考參數(shù)可以為空氣系數(shù)和漏風(fēng)系數(shù)，然后對(duì)空氣中的氣體進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而計(jì)算鍋爐的排渣率，其中密相區(qū)的排渣率在45到70之間，而稀相區(qū)的排渣率在35到55之間。最后計(jì)算飛灰的濃度即可。

熱平衡的計(jì)算當(dāng)中還要參考煙氣溫度的范圍，以此可以計(jì)算煙氣焓值，依據(jù)溫度可首先進(jìn)行排煙熱損失的計(jì)算，散熱的損失可依據(jù)比例進(jìn)行估計(jì)，確定熱損失之后就可以計(jì)算出相應(yīng)的熱效率和燃料的消耗量[3]。

（2）熱力計(jì)算的程序編制。熱力計(jì)算是鍋爐的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容之一，其中涉及到的參數(shù)比較多，但是人工計(jì)算比較繁瑣，因此編制相應(yīng)的計(jì)算程序就可以很好的解決這一問題，利用C++語言程序的可視化的開發(fā)工具進(jìn)行編程可提高熱力計(jì)算效率。

3 結(jié)論

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是一種應(yīng)用高效且能夠有效降低污染的技術(shù)，不僅燃燒的效率高，還可以燃燒劣質(zhì)的煤炭或者其他的燃燒材料，這一技術(shù)對(duì)我國的工業(yè)發(fā)展具有推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐志.超臨界循環(huán)流化床鍋爐數(shù)學(xué)模擬與設(shè)計(jì)方案優(yōu)化[D].浙江大學(xué)，2013.

[2]張磊.油頁巖半焦循環(huán)流化床鍋爐的研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].上海交通大學(xué)，2013.

[3]史國強(qiáng).循環(huán)流化床鍋爐燃燒計(jì)算探討[J].四川電力技術(shù)，2016（05）：67-70.endprint