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200th循环流化床锅炉设计

时间:2016-11-15 12:00:00 编辑:知网 阅读:

 

1概论

 

中国知网学术不端文献检测系统——锅炉是一种燃烧化石燃料用来产生高温蒸汽(或热水)的热力设备,是火电厂的三大主机之一。在锅炉中,通过燃烧将化石燃料的化学能转变成为蒸汽所带热能,并通过传热过程将热量传递给水,使其汽化,产生规定参数的蒸汽,提供给汽轮发电机组。

锅炉有很多种不同的分类方式,其中之一是根据煤粉燃烧模式的不同,锅炉有火床炉、室燃炉、旋风炉和流化床炉这几个类别。

综合考虑了经济以及效率问题,在进行本次设计,我们选择设计200t/h循环流化床锅炉。

 

1.1循环流化床锅炉的工作原理

先是把煤从抓斗以及运煤皮带传输并且加入到燃料仓里面,然后从燃料仓进入煤破碎机,把煤破碎成直径<6毫米的煤粒后加入燃烧室。在燃烧室底部布置有多孔布风板,自布风板下方有风仓送入空气流速较高的空气。在气流速度合适时,位于布风板上方的颗粒床层开始流化并膨胀,使燃料颗粒在炉膛空间能够足够燃烧。与此同时,用于给燃烧脱硫的脱硫剂石灰石也通过石灰石仓加入炉膛,参与煤粒燃烧的反应过程。再之后,大量的固体燃料颗粒与烟气一起带出炉膛,并在炉膛出口处由一气固两相分离设备分离,分离出来的固体继续参与燃烧。中国知网学术不端文献检测系统

以上可认为是循环流化床中固体燃料在炉膛,分离器,回料装置中的循环回路。而对于汽水系统而言,则是通过布置在炉膛周围的水冷壁吸热,汽化之后流进处于对流烟道中的过热器。

 

1.2 循环流化床锅炉的特点

(1)可用燃料种类多。

CFBB中,炉膛可用的燃料种类繁多,不仅可以燃烧高品质的无烟煤,又可燃烧劣质燃料。

(2)燃烧效率很高。

循环流化床的燃烧效率高达95%~99%。在燃料为优质煤时,CFBB的燃烧效率甚至与煤粉炉不相上下。

(3)燃烧后产生污染物排放较低。

因为在CFBB中,脱硫这个过程是在炉膛内进行的,在使用石灰石做脱硫剂时,可以在反应中加入石灰石,在燃烧的时候,燃料上下翻腾,流动,可充分与脱硫剂接触,从而达成脱硫目的。一般循环流化床脱硫效率可以超过90%。而且,CFBB中氮氧化物的排放也比较低。这主要是由其燃烧方式所决定的。

(4)炉膛截面热负荷高

CFBB炉膛截面的热负荷大约在3~5MW/㎡,基本可以和煤粉锅炉相当。热负荷高就代表着炉膛可以更加紧凑,更加有利于发展成为大型化的锅炉。

(5)锅炉负荷可以调节的范围广,调节的速度更快。

当负荷发生变化的时候,仅需要改变物料循环量、给定煤量以及空气的量,就可以调整负荷。在一般情况下,循环流化床锅炉在锅炉正常出力的25%~30%下仍然可以稳定的运行。负荷调节速率也可达到4%/min的程度。

(6)灰渣可以进行多种综合利用。

由于循环流化床锅炉在燃烧时,燃烧室的温度大约在850℃上下,是属于低温燃烧,而且其燃烧的过程效率非常高。这就意味着排出的灰渣含碳量不高,进行了充分的燃烧。并且因为加入了脱硫剂进行炉内脱硫,所以固体灰渣排出量大,灰渣中含有大量氧化钙和硫酸钙。所以其灰渣可以用来做建筑材料,水泥掺和料等。

(7)燃料进给口较少。

因为CFBB炉膛的截面面积小、燃烧区域的扩张、炉内良好的混合,使得燃料能够进给的点较少,因此它的整个进给体系很简单,布置所占的面积也更小,因此这样更加有利于朝着大型化的锅炉方向发展。

 

 

 

2 燃料以及脱硫

 

2.1 燃料

以现在的燃烧技术来说,CFB锅炉基本能够和所有的燃料燃烧,并且能够经济环保的利用这些燃料。

而在本文的设计中,选用收到基的挥发分为41%,收到基的灰分为16.6%的烟煤。

2.1.1 给煤粒度

CFB锅炉给煤粒度也有严格的要求。

如果给煤煤粒太粗的话,容易在炉膛底部沉积,发生结焦,威胁到锅炉的运行安全。而且煤粒过小的话,飞灰数量会很大,这样就容易发生尾部受热面的损耗并且加大除尘器的负担。

 

2.2脱硫剂

脱硫剂能够把大部分烟气中SO2吸收掉并且固定到燃料渣里面,这样将会大大减少二氧化硫的排放,降低对环境的污染。

CFB锅炉常使用的脱硫剂有:石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)和油页岩等。

考虑到经济因素,一般会选用石灰石当作脱硫剂来使用。因此本次设计采用CaCO3含量为97.32%的石灰石做脱硫剂。

 

 

 

 

2.3 脱硫的必要性

在现代生活中,人们越来越注重对环境的保护,其一个重要的方面就是降低大气污染物的排放。而现在SO2、NOx和CO2是造成大气污染的主要因素。所以在现在燃煤电厂对上述污染物的排放越来越受到重视。

因此一种方法简单,经济实惠,又能满足污染物排放要求的燃烧技术,对电厂非常重要。而CFB锅炉正因为拥有这些特点所以对我们非常适用。

 

2.4 SO2的排放与控制

对于各种不相同的种类的燃煤,S元素一般以三种不相同的形式存在,即硫酸盐硫、黄铁矿硫以及有机硫。并且不同的煤种,含硫量差异在0.1%~10%之间。本次设计采用的义马烟煤的收到基硫分为1.3%。

在燃烧过程中,石灰石进行脱硫的化学反应方程式为

CaCO3 =CaO+CO2-183KJ/mol

CaO+SO2+1/2O2=CaSO4

试验表明,在炉膛的进行燃烧时燃烧温度约为850℃的时候,可以获得最大效率的脱硫。如果低于这个温度,会因为煅烧不足,CaO的生成减少,造成SO2排放增大;如果高于这个温度,会因为CaO烧枯,而且CaSO4在高温时热分解,生成SO2,脱硫效率同样降低。

2.4.1影响脱硫效率的一些主要因素

(1)Ca/S摩尔比。这个因素在设计中非常重要,如果在它的比值m<2.5的时候,脱硫效率将会以非常快的速度增长,也就是说它的增长率很大,继续增大m的话,脱硫效率增长率就会变小。所以在工业中,一般Ca/S摩尔比在1.5到2.5为宜。

(2)脱硫剂成分,反应活性。反应活性说的是石灰石和SO2反应的困难程度。活性越高越容易反应,SO2排放越低,所以要尽量选择活性高的脱硫剂。

(3)气相停留时间和炉膛高度。二氧化硫在炉膛里面存在的时间越久,就和脱硫剂产生接触发生反应的时间越长,能够反应更久。大体来说CFB锅炉里面脱硫反应会产生在炉膛里,具体是在二次风之上的地方。在实际的CFB锅炉燃烧室内,气体留在里面的时间长达5秒,再继续往上提升炉膛现有的高度的话对于脱硫这个效果改观不大。

(4)固体颗粒在炉膛中燃烧时间、脱硫剂石灰石颗粒大小以及旋风分离机得效果。因为脱硫剂石灰石与二氧化硫的硫酸盐化速率不快,固态用料停留在流化床的时间对于其脱硫效率的影响很大,时间越久,转化得到硫酸钙的比例就越大。但是最大硫酸盐化程度有一个上限。固态煤粒的直径与旋风分离器的分离效果对固体颗粒停留时间的长短影响非常大。所以脱硫剂的直径应该在保证能够离开分离器的基础上尽量更细。在工业中,在m大约为1.5到2.5的时候,采用粒径为100~300微米的脱硫剂,可以达到91%的脱硫效率,并且能够将排放二氧化硫的浓度降低到100到300mg/m3以内。

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