三廢流化混燃爐熱能利用分析及計(jì)算

管泓瑞　郭偉強(qiáng)　周維霞

摘 要：本文簡(jiǎn)述了三廢混燃爐的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；根據(jù)熱量平衡原理，分析了三廢混燃爐的有效利用熱量、各種熱量損失和影響因素，給出了計(jì)算公式，概括了計(jì)算步驟。最后提出了進(jìn)一步提高熱利用效率的技術(shù)措施；為運(yùn)行廠家進(jìn)行效率評(píng)估以及改進(jìn)措施提供了指導(dǎo)方法。

關(guān)鍵詞：三廢混燃爐、熱平衡、效率

Abstract： This paper introduced the basic structure and working principle of three wastes fluidized mix combustion furnace.Then according to the principle of thermal equilibrium，it analyzed influence factors such as effective thermal and various heat loss existed in three wastes fluidized mix combustion furnace，provided the calculation formula of these losses，summarized the thermal equilibrium calculation steps.Finally，proposed further technical measures of improve thermal efficiency.Provided the guidance methods for the operator to evaluate and improve efficiency.

Keywords： Three Wastes Fluidized Mix Combustion Furnace，thermal equilibrium， efficiency

三廢流化混燃爐（第三代造氣吹風(fēng)氣回收裝置），是將造氣生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的吹風(fēng)氣、造氣爐渣、造氣除塵器細(xì)灰等，摻配入部分煤矸石、煙煤、無(wú)煙煤粉沫，在爐內(nèi)流化燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔饧袩崃炕厥盏难b置。目前造氣回收裝置經(jīng)過(guò)三個(gè)發(fā)展時(shí)期：

第一代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，其燃燒形式是上燃蓄熱式，利用高熱值合成氣燃燒蓄熱后，來(lái)燃燒低熱值的造氣吹風(fēng)氣，回收熱量、副產(chǎn)蒸汽，保護(hù)環(huán)境。

第二代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，其燃燒形式是上燃改進(jìn)式或中燃式，在第一代的基礎(chǔ)上，增加了燃燒噴頭，減少了爐內(nèi)格子磚，或者采用折流式煙氣拱型通道蓄熱，使?fàn)t內(nèi)的阻力大為減小，減小了造氣爐送吹風(fēng)階段的阻力，煙氣燃燒更為完全，使造氣系統(tǒng)蒸汽達(dá)到了自給。

第三代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，也就是造氣三廢流化混燃爐，其燃燒形式是混燃式，它和第二代相比又有了突破性的發(fā)展，設(shè)計(jì)更加合理，技術(shù)更為先進(jìn)，使用更加可靠。它的設(shè)計(jì)，運(yùn)用了沸騰床的燃燒特性，借用循環(huán)流化床鍋爐的返料回收技術(shù)，采用了吹風(fēng)氣余熱鍋爐的模式，對(duì)造氣產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢灰能夠達(dá)到同時(shí)混燃，三廢流化混燃爐在燒吹風(fēng)氣時(shí)，該爐將成為一臺(tái)吹風(fēng)氣余熱鍋爐，單獨(dú)燒煤、煤矸石、煤渣等時(shí)將成為一臺(tái)流化床鍋爐，渣、氣、煤混燒將成為氣、固流化混燃爐[1]。

造氣三廢流化混燃爐系統(tǒng)，其綜合性能遠(yuǎn)大于第一、二代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，是目前解決合成氨尿素甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)，兩煤變一煤、兩爐變一爐的唯一方案。

一、三廢流化混燃爐的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

隨著“第三代造氣吹風(fēng)回收裝置”技術(shù)的成熟，三廢流化混燃爐得到大力的發(fā)展。三廢流化混燃爐的主要結(jié)構(gòu)與普通流化床鍋爐相近，由三廢流化混燃系統(tǒng)和余熱鍋爐兩個(gè)部分組成，其中三廢流化混燃系統(tǒng)是將造氣生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的吹風(fēng)氣、造氣爐渣、造氣除塵器細(xì)灰等，摻配入部分煤矸石、煙煤、無(wú)煙煤粉沫，在爐內(nèi)流化燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔饧袩崃炕厥盏难b置。燃燒部分由兩臺(tái)設(shè)備組成，它由三廢流化混燃爐和組合式除塵器組成；余熱鍋爐由蒸汽過(guò)熱器、余熱鍋爐、省煤器、空氣預(yù)熱器、爐內(nèi)水冷件組成；煙氣洗滌排放部分由水膜除塵器和煙囪組成。具有熱能回收合理、蒸汽量大、品位高、蒸汽成本低，運(yùn)行安全性能高，操作穩(wěn)定性好，一爐多用、減少投資、便于管理等諸多特點(diǎn)。

二、熱平衡的計(jì)算

三廢流化混燃爐的熱平衡與普通流化床鍋爐的熱平衡原理相同，燃料的熱量應(yīng)等于有效吸收的熱量與各項(xiàng)損失的熱量之和，如圖1 所示。以單位時(shí)間消耗的煤、燃料氣和吹風(fēng)氣為基礎(chǔ)，根據(jù)熱平衡原理可寫(xiě)出

（1）

其中 Qar —煤的低位發(fā)熱量；Im —煤的物理顯熱；Qrlq —燃料氣的低位發(fā)熱量；Qcfq —吹風(fēng)氣的低位發(fā)熱量；Qk —進(jìn)入三廢流化混燃爐的空氣帶來(lái)的熱量；Qr —鍋爐輸入熱量；Qyx —有效吸收熱量；Qpy —排煙損失；Qsr —散熱損失；Qhz —灰渣損失；Qqt —?dú)怏w不完全燃燒熱損失；Qgt —固體不完全燃燒熱損失。

為了使各種熱量的大小更清楚，熱平衡式常用百分?jǐn)?shù)表示，即以輸入熱量為100%，其余的熱量以q及適當(dāng)?shù)哪_碼表示，即

（2）

有效吸收熱量是指三廢流化混燃爐產(chǎn)生的蒸汽含有的熱量。將有效吸收熱量化成百分比時(shí)，即是三廢流化混燃爐的正平衡效率

（3）

（4）

其中 D—單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量[kg/h]；h″ —過(guò)熱蒸汽焓[kJ/kg]；h —給水焓。

也可以先得出各種損失，再算出三廢流化混燃爐的反平衡效率η′ ，當(dāng)η′≈η 時(shí)，計(jì)算結(jié)果可靠。

（5）

排煙損失是指爐內(nèi)的煙氣離開(kāi)煙氣出口進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)設(shè)備所帶走的熱量。計(jì)算這部分熱量時(shí)，首先要根據(jù)過(guò)?？諝庀禂?shù)a求出煙氣中各種成分的體積或質(zhì)量，然后再根據(jù)排煙溫度tpy 求出各種氣體的焓的總和[2]。

（6）

其中 LCO2 ，LN2 ，LH2O ，L′k 分別為煙氣中五氧化二磷氣體、氮?dú)夂瓦^(guò)?？諝獾牧縖kg/kg]；CCO2，CN2 ，CH2O ，Ck 為有關(guān)煙氣成份的由0℃到排煙溫度的平均熱容量[kJ/kg·℃]。

由于三廢流化混燃爐與中小型鍋爐結(jié)構(gòu)相似，可按中小型鍋爐的方法確定其散熱損失。散熱損失是較難用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。一般它所占百分比較小，因此按由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的曲線決定它，即已滿足精度。實(shí)際計(jì)算中是根據(jù)產(chǎn)汽量D，查中小型鍋爐從蒸發(fā)量決定外部冷卻損失的曲線得出qsr [2]。

三廢流化混燃爐的結(jié)構(gòu)并非完全一模一樣，有的還會(huì)存在其他熱量損失，要根據(jù)具體情況而定。就本文采用的三廢流化混燃爐而言，基本不存在其他損失，可視qqt 的值為零。

3 進(jìn)一步提高熱利用效率的措施

由熱平衡原理可知三廢流化混燃爐的各項(xiàng)損失極其所占比例。提高熱利用效率的措施就是根據(jù)參數(shù)間的關(guān)系以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)法減少各項(xiàng)損失?？蓮娜缦聨c(diǎn)考慮：

⑴排煙損失主要受到空氣過(guò)剩系數(shù)的影響，理論上，不采用空氣過(guò)量系數(shù)過(guò)高，但二次風(fēng)不夠?qū)⒂绊懘碉L(fēng)氣的燃燒。因此在保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行的情況下，盡可能減小空氣過(guò)量系數(shù)。

⑵增設(shè)圓盤(pán)冷渣機(jī)，用脫鹽水作為冷渣機(jī)的介質(zhì)回收渣的熱量，以減少灰渣損失。

⑶增加設(shè)備的保溫性，比如加一定厚度的保溫層，以減少散熱損失。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)特種三廢流化混燃爐熱量平衡的分析和計(jì)算，可以得出影響其效率的各種因素。從而提出進(jìn)一步提高熱利用效率的技術(shù)措施。對(duì)運(yùn)行廠家進(jìn)行相關(guān)工作有參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李軍.第二十二屆全國(guó)造氣技術(shù)年會(huì)論文集[C].全國(guó)造氣技術(shù)年會(huì)，2014

[2] 馮俊凱，沈幼庭.鍋爐原理及計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，1998