生活垃圾焚燒系統(tǒng)換熱系統(tǒng)和布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)方案

生活垃圾焚燒系統(tǒng)換熱系統(tǒng)和布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)方案1.1外置式換熱器（EHE）的簡(jiǎn)介隨著循環(huán)流化床焚燒爐參數(shù)的提高、容量的增大，其尺寸也在增大，而爐膛表面積與體積的比值在下降。這樣，爐膛膜式水冷壁就不可能達(dá)到所需的熱負(fù)荷。從旋風(fēng)分離器灰斗出來(lái)的循環(huán)灰溫度約為850～900℃，通過(guò)灰控制閥，把爐膛中產(chǎn)生的一部分熱量傳遞給EHE中的蒸發(fā)、發(fā)熱和再熱等受熱面，以提供額外的熱負(fù)荷。EHE實(shí)質(zhì)上是低速鼓泡流化床，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1.1所示，可布置過(guò)熱器、再熱器和省煤器等沉浸受熱面，具有很高的傳熱系數(shù)。采用EHE，而不采用在爐膛的上部設(shè)置屏式受熱面，可大大減少所需的受熱面積。同時(shí)，EHE床的表觀流速向當(dāng)?shù)?，其受熱面的磨損程度遠(yuǎn)比爐膛中的受熱面小得多。TOC\p""\h\z\t"一級(jí)標(biāo)題,1,二級(jí)標(biāo)題,2,三級(jí)標(biāo)題,3"圖1.1外置式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-與爐膛相同的氣體管路；2-冷物料回入爐膛的氣體管路；3-分離器下來(lái)的熱物料；4-物化空氣；5-隔墻；6-受熱面1.2外置式換熱器(EHE)的風(fēng)室壓力外置式熱換器的一般運(yùn)行工況如下：流化速度0.4～1.0m/s；固體顆粒徑為100～300；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%；床側(cè)傳熱系數(shù)0.3～0.5。(1)EHE配風(fēng)裝置的壓力：(4-1)式中：——EHE配封裝置的壓力，Pa；——EHE溢流堰高，一般為2.7m；——EHE床料流化態(tài)時(shí)的密度，取1330。則：Pa(2)灰料以溢流狀態(tài)進(jìn)入爐膛時(shí)EHE溢流堰處的壓力：(4-2)式中：——EHE溢流堰處的壓力，Pa；——EHE爐膛入口中心處背壓，Pa；——爐膛配風(fēng)裝置上壓力，Pa；——爐膛配風(fēng)裝置至旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道中心線的高度，m；——爐膛配風(fēng)裝置至EHE反料腿爐膛入口中心線的高度，m。其中，，式中：——爐內(nèi)最大壓力，Pa；——床料堆積密度，，推薦取770；——裝料高度，m。本設(shè)計(jì)中裝料高度為2m，爐膛配風(fēng)裝置至旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道中心線的高度取18m，爐膛配風(fēng)裝置至EHE反料腿爐膛入口中心線的高度取10m，則：PaPa(3)EHE風(fēng)室壓力(4-3)式中：——EHE風(fēng)室壓力，Pa；——配風(fēng)裝置阻力，一般為4000～5000Pa，本設(shè)計(jì)中取4000Pa；——EHE爐膛入口中心處背壓，Pa；——EHE配封裝置的壓力，Pa；即：Pa1.3爐膛受熱面的結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床焚燒爐的爐膛受熱面主要為布置在爐墻上作為蒸發(fā)受熱面的水冷壁。其結(jié)構(gòu)通常為模式水冷壁，有時(shí)為了增加水冷壁傳熱面積，降低爐膛高度或避免采用外置式換熱器和爐膛內(nèi)屏式受熱面，可在水冷壁管上加置垂直壁面的鰭片（見(jiàn)1.2圖）。這種鰭片一般高26mm，厚3mm，計(jì)算傳熱面積時(shí)可按鰭片兩面的面積計(jì)算，鰭片效率為80%～90%。對(duì)于外徑為50mm，節(jié)距為75mm的膜式水冷壁而言，采用鰭片后可增加約25%的吸熱量。垂直布置屏式受熱面的結(jié)構(gòu)為自爐膛側(cè)墻進(jìn)入爐膛再?gòu)臓t膛頂部引出。屏式受熱面一般為過(guò)熱器或再熱器受熱面的一部分，其傳熱計(jì)算可按雙面曝光受熱面進(jìn)行計(jì)算。圖1.2帶鰭片的膜式水冷壁管結(jié)構(gòu)1-水冷壁管；2-鰭片；3-鋼膜；4-絕熱材料；5-爐體1.4對(duì)流受熱面的設(shè)計(jì)計(jì)算在循環(huán)流化床焚燒爐中，對(duì)流受熱面包括過(guò)熱器、再熱器、省煤器與空氣預(yù)熱器。在高溫分離器型循環(huán)流化床焚燒爐中，煙氣及其所帶灰粒從分離器出來(lái)后進(jìn)入布置由一系列對(duì)流受熱面的后部煙道并與受熱面中工質(zhì)進(jìn)行熱交換[12,14]。對(duì)流受熱面的傳熱方程為：（4-4）式中：——受熱面的吸熱量，；——傳熱系數(shù)，；——溫壓，℃；——計(jì)算燃料消耗量，；——修正系數(shù)，對(duì)過(guò)熱器取1.0～1.3，其他受熱面取1；——受熱面積，。本設(shè)計(jì)中取，℃，，，，則：1.5回料裝置的設(shè)計(jì)1.5.1回料裝置的作用回料裝置位于分離器和流化床爐膛之間，分離器排灰口的壓力低，爐膛中的壓力高，回料裝置對(duì)于高溫物料實(shí)行壓力梯度傳遞，再就是回料裝置還要滿足變負(fù)荷的工作狀態(tài)，則回聊裝置的作用如下。(1)流化床穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，回料裝置中的物料流動(dòng)要穩(wěn)定；(2)對(duì)分離器的氣體泄漏趨于零；(3)無(wú)聊流量可以控制；為滿足上述的三個(gè)要求，一般的回料裝置由立管和回料閥兩部分組成，立管的作用就是密封沖壓氣體向分離器的泄露，在各種回料裝置中，立管的差別不是很大，相互之間的主要區(qū)別是閥的結(jié)構(gòu)和工作原理?；亓祥y可以是機(jī)械閥，也可以是非機(jī)械閥，但循環(huán)流化床回料系統(tǒng)中流動(dòng)的是高溫?zé)o聊顆粒，機(jī)械閥有卡塞和磨損問(wèn)題，有受熱膨脹和高溫氧化等問(wèn)題，所以，除過(guò)早期在流化床中使用過(guò)機(jī)械閥外，現(xiàn)在的回料閥全部都是非機(jī)械閥。1.5.2回料閥的分類回料閥按照結(jié)構(gòu)形態(tài)可以分為：L閥、換向閥、J閥、U閥和N閥等,如圖1.3所示?；亓祥y按調(diào)節(jié)方式又可分為可控閥和流通閥兩大類?；亓祥y按照用途還可分為循環(huán)流化床回料閥和氣力輸送閥等。L閥、換向閥、J閥、U閥和N閥等都是循環(huán)流化床回料閥，氣力輸送閥主要包括文丘里輸送閥和噴射式輸送閥兩種。圖1.3回料閥1.5.3回料閥的工作原理回料閥的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于充氣點(diǎn)的壓力，如果充氣點(diǎn)的壓力大于該點(diǎn)的固體顆粒向爐膛流動(dòng)的阻力時(shí)，回料閥可開(kāi)啟，固體顆粒開(kāi)始流動(dòng)。1.5.4U閥的設(shè)計(jì)計(jì)算U閥的長(zhǎng)度可以設(shè)置多個(gè)隔板，隔板的底部開(kāi)口使固體顆粒流動(dòng)，開(kāi)口可以沿整個(gè)隔板寬度，其高度可按顆粒的水平流動(dòng)速度來(lái)決定，水平速度一般取0.05～0.2m/s。最小高度要大于10倍的最大物料顆粒的直徑。故取顆粒的水平的流速為0.1m/s。U閥的出口室可以充氣，或出口室的中部充氣以優(yōu)化調(diào)節(jié)特性，或者在立管下部正對(duì)著連通室設(shè)置噴嘴，以加強(qiáng)物料顆粒的流動(dòng)。出口室的顆粒在流態(tài)化的情況下，其速度較大，空隙率也較大，所以，出口管的直徑要大于等于立管直徑，而且，立管的傾斜角要大于物料顆粒的休止角[12,14]。立管直徑的計(jì)算(4-5)式中：——立管直徑，m；——入爐燃料消耗量，kg/h；——立管中灰下降速度，，查表可知；——立管中灰在流化態(tài)時(shí)的密度，查表可知。則：m長(zhǎng)度(4-6)寬度(4-7)則：mm1.6布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)1.6.1布風(fēng)裝置的作用布風(fēng)裝置有兩個(gè)作用：一是支撐靜止的床料；二是給通過(guò)的氣體以適當(dāng)?shù)淖枇?，形成等壓風(fēng)室。1.6.2布風(fēng)板的設(shè)計(jì)布風(fēng)板一般有燒結(jié)版樣的密孔板和多空版兩種形式。為了防止垃圾、灰的泄漏和堵塞，多空板總是和風(fēng)帽配合使用。所以，多空板也稱為風(fēng)帽式布風(fēng)板。典型的風(fēng)帽式布風(fēng)板如圖1.4所示。風(fēng)帽式布風(fēng)裝置由風(fēng)箱、多空板（也稱花板）、風(fēng)帽和隔熱層組成，一般說(shuō)來(lái)，風(fēng)帽上小孔的面積之和遠(yuǎn)小于布風(fēng)板的面積，通過(guò)風(fēng)帽上小孔的氣流速度很大，高速氣流進(jìn)入床層的底部，對(duì)床層顆粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，并在風(fēng)帽周圍形成氣流墊層，氣固質(zhì)量交換強(qiáng)烈。這對(duì)于均勻化床層和提高流化質(zhì)量很重要。風(fēng)帽式布風(fēng)板裝置各個(gè)部件的設(shè)計(jì)分別介紹如下：風(fēng)帽實(shí)踐證明，大直徑風(fēng)帽的流化質(zhì)量不好，所以，現(xiàn)在廣泛采用小直徑的風(fēng)帽。風(fēng)帽直徑一般為40～50mm。風(fēng)帽的四周可以布置一排或兩排小孔，小孔個(gè)數(shù)為6～12個(gè)，小孔直徑為4～6mm，小孔可以是水平的，或者是向下傾斜15°。水平布設(shè)小孔的缺點(diǎn)是小孔射流相互容易干涉、對(duì)小孔間顆粒的舉升作用較差、粗顆粒容易沉積。向下傾斜15°的風(fēng)帽對(duì)粗顆粒的舉升作用有所改善。圖1.4風(fēng)帽式布風(fēng)板1-風(fēng)帽；2-隔熱板；3-花板；4-冷碴管；5-風(fēng)室在風(fēng)帽設(shè)計(jì)中，一般采用較高的小孔風(fēng)速，以使風(fēng)室中氣流速度不均勻性的影響較小，對(duì)于0～10mm的顆粒，小孔風(fēng)速取35～40m/s，對(duì)于0～8mm的固體，小孔風(fēng)速可以取30～35m/s。采用較高的小孔風(fēng)速時(shí)，布風(fēng)板的壓降約占整個(gè)床層（布風(fēng)板加上料層阻力）的25%～30%，這時(shí)，不但空床時(shí)的布風(fēng)均勻，而且，當(dāng)料層濃度分布脈動(dòng)時(shí)，風(fēng)帽的阻力具有自穩(wěn)定作用。當(dāng)料層阻力減小時(shí)，氣體通過(guò)小孔的流量勢(shì)必要增加，流速增大，流動(dòng)阻力按平方關(guān)系增加，從而使流速減??；當(dāng)料層阻力增大時(shí)，氣體通過(guò)小孔的流量減小，阻力隨之減小，從而使流速增大。布風(fēng)板阻力的自穩(wěn)定性是通過(guò)布風(fēng)板的風(fēng)速穩(wěn)定在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，風(fēng)速均勻，流化質(zhì)量較好。風(fēng)帽材料材料一般取耐熱鑄鐵，如耐熱鑄鐵RTSi5.5，高硅耐熱球墨鑄鐵RQTSi5.5或球墨鑄鐵QT45-5等，如圖1.5所示。本設(shè)計(jì)中風(fēng)帽材料采用球墨鑄鐵QT45-5。當(dāng)風(fēng)帽的小孔速度確定以后，風(fēng)帽小孔的總面積表示如下：(4-8)式中：——過(guò)量空氣系數(shù)；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，；——進(jìn)風(fēng)溫度，℃，查表3.2可知℃；——小孔風(fēng)速，m/s。圖1.5風(fēng)帽及風(fēng)帽式布風(fēng)裝置本設(shè)計(jì)中取風(fēng)帽直徑為50mm，布置一排小孔，個(gè)數(shù)為10個(gè)，小孔直徑為5mm，取小孔風(fēng)速為40m/s，則：布風(fēng)板布風(fēng)板的作用是初步分配氣流，并支撐風(fēng)帽和耐火保護(hù)層。布風(fēng)板的形狀依爐膛形狀而定，為了便于固定，在爐膛截面的四周應(yīng)多留50～100mm，布風(fēng)板一般為12～20mm的鋼板或30～40mm的鑄鐵板。為了均勻布風(fēng)，布風(fēng)板的開(kāi)孔即風(fēng)帽的位置一般為等邊三角形排列，三角形節(jié)距一般為風(fēng)帽直徑的1.5～1.75倍。因?yàn)闋t膛為圓柱形，四周留出100mm，中心是直徑為200mm的排渣管，所以布風(fēng)板為圓形板結(jié)構(gòu)，故本設(shè)計(jì)中取布風(fēng)板為20mm的鋼板，材料選用ZG30Cr18Mn12Si2N，三角形的邊長(zhǎng)取1000mm。耐火保護(hù)層耐火保護(hù)層一般為100～150mm厚，如圖1.6所示。耐火保護(hù)層布置在布風(fēng)板上，以防布風(fēng)板的變形和扭曲，耐火層距小孔的距離一般為15～20mm，大于20mm時(shí)，風(fēng)帽之間易形成結(jié)渣，小于15mm時(shí)會(huì)容易造成小孔堵塞。故本設(shè)計(jì)中耐火層距小孔的距離取20mm，耐火保護(hù)層取150mm，其中耐火層取40mm，隔熱層取70mm，密封層取40mm，耐火材料取粘土磚。圖1.6耐火保護(hù)層1-風(fēng)帽；2-耐火層；3-隔熱層；4-密封