循環流化床鍋爐的設計與計算初探

朱進軍

摘 要：循環流化床的燃燒技術是一種新興的技術，這種技術具有適應性廣泛和高效率的特點，在鍋爐等工業裝置方面的應用較為廣泛。本文主要針對循環流化床的設計和計算進行探究，對其中的燃燒過程進行分析，發現其運作的機理，并提出了有關燃燒室的傳熱系數的整體計算設計過程。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；應用分析；設計；計算

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

0 引言

現如今，我國主要應對的問題就是環境和能源問題，在能源的應用和生產過程中就會釋放出有害的氣體或者是產生一些垃圾，這些物質對于我國的環境造成了一定的影響，循環流化床鍋爐的應用就是針對煤炭燃燒而設計的，這種新型的清潔煤燃燒技術在工業領域地方中應用的比較廣泛。

1 循環流化床鍋爐的設計

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

（2）燃燒室的設計。燃燒室的設置需要協調受熱面和局部的受熱面以及分離器等的布置，還要考慮室內的二次風的穿透程度，如果室內的深度過大二次風就很難穿透，燃料和回灰的擴散就會不均勻，燃燒就會不充分，而且排放的物質也過多。根據計算可以得知燃燒室的深度不能夠超過8米，如果一定要擴大就要在下部設置“褲衩”式結構，這樣就可以保障二次風能夠順利的穿透。燃燒室的截面設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。在循環流化床的設計中關鍵的部分之一就是粒子分離裝置的的設計，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，分離器的結構布置決定鍋爐的整體布置。粒子分離裝置的具體區別主要以溫度為基礎進行劃分的，具體有高溫、中溫和低溫三種裝置，而按照結構的形式分為慣性分離和旋風分離兩種。

在循環流化床的鍋爐應用中，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使用。粒子分離裝置必須嚴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良的裝置，如果粒子分離裝置的阻力小且磨損不嚴重，結構布置緊湊就可以減小鍋爐的造價成本。

（4）循環裝置設計。循環裝置是循環流床鍋爐設計的主要部位，循環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。當分離器的出灰口的壓力比較低時，相應的燃燒室內的壓力比較大，這時循環裝置就可以利用逆壓力梯度將高溫物料回收進回料裝置。

具體的設計要保障物料不能在回料裝置內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，穩定的開啟和關閉可以保障裝置對物料進行調節和控制。回料裝置的設計主要由兩部分組成，立管的設計選擇密封沖壓氣體，這樣可以防止泄漏，回料閥可以控制物料循環的速率，而最常用的就是非機械閥，這樣可以減少卡塞和氧化等問題。通過設計研究可以發現傾斜立管可以保障氣體和固體不會分層，整個循環系統運行的比較穩定。

（5）布風裝置設計。布風裝置的設計目的是控制均勻布風，布風板的設計一定要可以支撐燃料和床料等的重量，當進行壓火和點火的時候，布風板不能被燒損或者因受熱而變形，這樣可以保障檢修時更加的便捷。一般的鍋爐會采用下熱風進行點火，這樣可以有效的控制熱應力。

對于一些大型的鍋爐就要采用水冷布風裝置的設計，這一設計可以消除熱負荷的變化帶來的不利影響，具體的裝置設計分為布風板和風室的設計，布風板的風帽的間距和尺寸都要比傳統的鼓泡床的風帽設計大，風室的設計采用等壓風室即可。

2 循環流化床鍋爐的計算編制

2.1 循環流化床鍋爐的性能

通過設計可以掌握循環流化床鍋爐的基本性能，循環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行費用，還可以減少煤渣的占地問題；這種技術有利于燃燒劣質煤，燃料的總量僅僅占據床料的百分之一到三，這一技術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；鍋爐燃燒的應用截面較高可以更好的吸收熱量，負荷的調節速度和范圍都很大；這一技術型的鍋爐比煤粉式鍋爐的燃燒強度大十倍左右，總體投入的資金較少，可以有效的節約運行的費用[2]。

2.2 熱力計算與程序編制

（1）熱力計算的導則。熱力計算需要參考鍋爐的形式和分離器的型號，本文的熱力計算的探究是針對Pyroflow型號的循環流床鍋爐展開的，燃料產物的熱平衡計算當中要參考燃料的性質，計算中應用到的參考參數可以為空氣系數和漏風系數，然后對空氣中的氣體進行計算，進而計算鍋爐的排渣率，其中密相區的排渣率在45到70之間，而稀相區的排渣率在35到55之間。最后計算飛灰的濃度即可。

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

（2）熱力計算的程序編制。熱力計算是鍋爐的設計計算內容之一，其中涉及到的參數比較多，但是人工計算比較繁瑣，因此編制相應的計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工具進行編程可提高熱力計算效率。

3 結論

循環流化床鍋爐技術是一種應用高效且能夠有效降低污染的技術，不僅燃燒的效率高，還可以燃燒劣質的煤炭或者其他的燃燒材料，這一技術對我國的工業發展具有推進作用。

參考文獻：

[1]徐志.超臨界循環流化床鍋爐數學模擬與設計方案優化[D].浙江大學，2013.

[2]張磊.油頁巖半焦循環流化床鍋爐的研究與結構設計[D].上海交通大學，2013.

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