第六章循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)概論

循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)2/4/2023第六章循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)概論第一節(jié) 燃料燃燒計(jì)算第二節(jié) 鍋爐機(jī)組熱平衡第三節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐若干參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇第四節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐主要設(shè)備的設(shè)計(jì)要點(diǎn)第五節(jié) 典型循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)第六節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的大型化 2/4/2023第一節(jié) 燃料燃燒計(jì)算燃燒所需的理論空氣量 貧煤、無煙煤，煙煤，劣質(zhì)煙煤過量空氣系數(shù)煙氣量漏風(fēng)系數(shù)

爐膛、各煙道處及除塵器的內(nèi)外均有壓差存在空氣和煙氣的比焓

循環(huán)流化床鍋爐中，煙氣焓應(yīng)包含循環(huán)物料的焓，同時(shí)考慮石灰石脫硫時(shí)對(duì)理論空氣量、煙氣量、灰量及煙氣成分計(jì)算的影響2/4/2023第二節(jié) 鍋爐機(jī)組熱平衡一、熱平衡方程式1. 送入鍋爐的熱量2. 鍋爐的熱損失（1）機(jī)械不完全燃燒熱損失（q4）

冷渣（ca）、溢流渣（oa）沉降灰（da）、飛灰（fa）（2）化學(xué)不完全燃燒熱損失（q3）（3）排煙熱損失（q2）（4）散熱損失（q5）（5）灰渣物理熱損失（q6）2/4/2023二、鍋爐熱效率1. 正平衡法2. 反平衡法2/4/2023第三節(jié) 若干參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇一、循環(huán)流化床鍋爐的容量及負(fù)荷分配1. 鍋爐容量對(duì)循環(huán)流化床鍋爐整體布置的影響 鍋爐容量越大，爐膛表面積相對(duì)減少過熱器管屏再熱器管屏蒸發(fā)管屏雙面水冷壁外置流化床換熱器2/4/2023一、循環(huán)流化床鍋爐的容量及負(fù)荷分配2. 蒸汽參數(shù)對(duì)各部分受熱面吸熱量的要求（1）吸熱量分配比例

鍋爐容量↑→蒸汽P、T↑，給水T↑→加熱、過熱所需熱量比例↑，蒸發(fā)吸熱量比例↓

（2）中參數(shù)鍋爐 單汽包結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)布置水冷壁，加熱吸熱量由省煤器承擔(dān)（部分沸騰）（3）高壓鍋爐 爐膛內(nèi)布置頂棚過熱器和屏式過熱器（4）超高壓鍋爐 爐膛內(nèi)布置屏式過熱器，或外置式流化床熱交換器2/4/2023一、循環(huán)流化床鍋爐的容量及負(fù)荷分配3. 燃燒室內(nèi)的熱量平衡（1）定義 燃料在燃燒室內(nèi)沿高度上、中、下各部釋熱與受熱面吸熱（含爐墻散熱）間的平衡（2）意義——安全、經(jīng)濟(jì)、溫度運(yùn)行 爐內(nèi)形成均勻、理想溫度場(chǎng)→保證爐內(nèi)各部分達(dá)到設(shè)計(jì)的放熱系數(shù)→工質(zhì)吸收足夠熱量→保證鍋爐出力，避免局部過熱、結(jié)焦（3）方法 設(shè)計(jì)時(shí)確定進(jìn)入燃燒室內(nèi)的燃料在下、中、上各部的燃燒份額2/4/2023一、循環(huán)流化床鍋爐的容量及負(fù)荷分配4、熱量平衡的主要影響因素（1）受熱面的布置方式——決定熱量分配爐膛內(nèi)布置水冷壁受熱面或水冷壁隔墻爐膛內(nèi)布置較多過熱器受熱面，彌補(bǔ)尾部吸熱不足 缺點(diǎn)：磨損、控制困難在固體顆粒循環(huán)回路上布置外置式流化床熱交換器 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、控制較復(fù)雜 優(yōu)點(diǎn)：方案控制較靈活；燃燒與傳熱分離，可單獨(dú)調(diào)節(jié)（2）燃料特性決定燃燒室最佳運(yùn)行工況的選擇 （S、反應(yīng)活性高低）決定燃燒系統(tǒng)和尾部受熱面的熱量分配 （煤元素成分、V含量）2/4/2023二、燃料及脫硫劑的篩分和顆粒特性1. 灰分的影響

含A高，較細(xì)顆粒；含A低，較大顆粒高A，不需添加循環(huán)物料；低A，低S，可能需添加2. 顆粒尺寸分布的影響 固體顆粒濃度分布、爐內(nèi)傳熱3. 脫硫劑粒徑對(duì)脫硫的影響2/4/2023三、流化風(fēng)速和一、二次風(fēng)配比1、流化風(fēng)速（5~8m/s）提高運(yùn)行風(fēng)速優(yōu)點(diǎn)：鍋爐緊湊，斷面熱負(fù)荷較高（強(qiáng)烈的氣固混合）缺點(diǎn)：為保證爐內(nèi)停留t→增加爐膛H，提高分離效率、 加大循環(huán)物料量→磨損增加，鍋爐造價(jià)提高，風(fēng)機(jī)電耗增加，鍋爐整體效率可能下降運(yùn)行風(fēng)速過低→影響總體燃燒及傳熱2/4/2023三、流化風(fēng)速和一、二次風(fēng)配比2. 一、二次風(fēng)配比——確定因素（1）降低NOx的排放：缺氧燃燒（2）風(fēng)機(jī)壓頭：一次風(fēng)阻力大（3）密相區(qū)的流化及燃燒流化角度：一次風(fēng)需保證密相區(qū)顆粒正常流化燃燒角度：保證密相區(qū)的燃燒份額，一次風(fēng)比例偏大2/4/2023四、床層溫度1. 床溫的選擇（1）燃燒的穩(wěn)定性床溫上限受A的DT限制下限應(yīng)考慮焦炭的著火（2）運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性（3）環(huán)境保護(hù)最佳脫硫溫度850℃床溫高，NOx增加；床溫低，N2O增加S高，850~900℃；S低，900~950℃2/4/2023四、床層溫度2. 床溫的控制（1）密相區(qū)布置受熱面調(diào)節(jié)風(fēng)量→將密相區(qū)熱量帶入稀相區(qū)返料量→改變床內(nèi)固體顆粒濃度→改變吸熱量（2）布置外置流化床換熱器

調(diào)節(jié)固體物料返回不同設(shè)備的比例→調(diào)節(jié)總循環(huán)物料量溫度3. 爐膛出口煙溫>焦炭著火溫度<A的DT2/4/2023五、循環(huán)物料量和物料平衡1、循環(huán)物料量Gh

（1）衡量指標(biāo)：飛灰攜帶率、R（2）增加Gh

延長(zhǎng)物料總體停留t，提高燃燒、脫硫效率固體顆粒濃度增加→傳熱增加→增加受熱面吸熱增加床層總阻力→增加風(fēng)機(jī)壓頭→增加電耗（3）國外選擇高R的原因提高脫硫劑石灰石利用率擴(kuò)大負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和對(duì)燃料適應(yīng)性范圍

優(yōu)質(zhì)煤：高R，避免高溫結(jié)渣 劣質(zhì)煤：低R，避免低溫熄火提高床層與受熱面間傳熱系數(shù)，解決布置難題降低NOx排放

（4）循環(huán)灰分離器效率對(duì)R的制約2/4/2023五、循環(huán)物料量和物料平衡2. 物料平衡（1）排出燃料燃燒產(chǎn)生的灰渣后，維持合理物料濃度（2）灰渣排放口鍋爐尾部——除塵器收集流化床底部排渣口 不能被流化風(fēng)帶走的大顆粒床料，排渣T=床T回料機(jī)構(gòu)（或外置流化床換熱器）排放口 維持系統(tǒng)灰平衡，減少對(duì)尾部受熱面的磨損和尾部除塵器的負(fù)荷臨時(shí)排放口（對(duì)流豎井下煙道轉(zhuǎn)彎處）2/4/2023六、其他參數(shù)1. α（1）過小→燃燒不充分，造成q3、q4↑（2）過大→q2↑2. 排煙T——經(jīng)濟(jì)性、安全性（1）過低→低溫受熱面工作可靠性下降（高S煤）（2）過高→降低鍋爐熱效率→最合理的排煙T3. 零壓點(diǎn)位置（爐內(nèi)、分界、爐膛或分離器出口）（1）后移→密封要求高，導(dǎo)致大量漏灰→提高一、二次風(fēng)機(jī)壓頭（2）前移→引風(fēng)機(jī)壓頭提高2/4/2023第四節(jié) 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、循環(huán)流化床本體布置2/4/2023二、爐膛的設(shè)計(jì)1. 爐膛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）爐膛A —流化風(fēng)速確定（2）爐膛H —經(jīng)驗(yàn)選?。?）等風(fēng)速變截面（4）給煤點(diǎn)數(shù)量 —鍋爐輸入熱量、床層A2. 布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì) 形狀：平面狀、傾斜式、V型3. 爐膛的設(shè)計(jì)步驟2/4/2023三、對(duì)流受熱面的設(shè)計(jì)1. 受熱面的熱量平衡 是否設(shè)置外置流化床換熱器或爐內(nèi)附加受熱面2. 過熱器和再熱器的設(shè)計(jì)（1）屏式過熱器——磨損問題（2）對(duì)流過熱器與再熱器高溫分離：同常規(guī)煤粉爐中溫分離或組合分離：傳熱計(jì)算、磨損、順列布置、防磨措施、防止煙氣走廊形成外置流化床換熱器：參考鼓泡流化床（3）省煤器與空氣預(yù)熱器（管式）——同常規(guī)煤粉爐3. 煙氣流速的選擇 ——上限→磨損，下限→積灰2/4/2023第六節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的大型化1. 燃燒室內(nèi)受熱面的布置2. 緊湊型分離器的研究3. 燃燒室深度對(duì)二次風(fēng)穿透深度的限制4. 燃燒系統(tǒng)工