循环流化床锅炉的设计与计算初探

朱进军

摘 要：循环流化床的燃烧技术是一种新兴的技术，这种技术具有适应性广泛和高效率的特点，在锅炉等工业装置方面的应用较为广泛。本文主要针对循环流化床的设计和计算进行探究，对其中的燃烧过程进行分析，发现其运作的机理，并提出了有关燃烧室的传热系数的整体计算设计过程。

关键词：循环流化床锅炉；应用分析；设计；计算

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

0 引言

现如今，我国主要应对的问题就是环境和能源问题，在能源的应用和生产过程中就会释放出有害的气体或者是产生一些垃圾，这些物质对于我国的环境造成了一定的影响，循环流化床锅炉的应用就是针对煤炭燃烧而设计的，这种新型的清洁煤燃烧技术在工业领域地方中应用的比较广泛。

1 循环流化床锅炉的设计

（1）工作原理。循环流化床锅炉一共包含两个主要的大部分，第一大部分以快速流化床为主，主要应用到的设备为气体和固体的分离设备、固体物料的循环设备以及外置热交换器，这一部分主要的功能就是循环固体物料再利用。第二大部分主要的部件为对流烟道，应用的设备为过热器、再热器和空气预热器等，而这一部分就是作为常规的锅炉来使用[1]。

（2）燃烧室的设计。燃烧室的设置需要协调受热面和局部的受热面以及分离器等的布置，还要考虑室内的二次风的穿透程度，如果室内的深度过大二次风就很难穿透，燃料和回灰的扩散就会不均匀，燃烧就会不充分，而且排放的物质也过多。根据计算可以得知燃烧室的深度不能够超过8米，如果一定要扩大就要在下部设置“裤衩”式结构，这样就可以保障二次风能够顺利的穿透。燃烧室的截面设置为矩形的比较合适，而且受热也比较均匀。

（3）粒子分离装置的选择。在循环流化床的设计中关键的部分之一就是粒子分离装置的的设计，这种装置主要是用来分离固体颗粒的，装置的使用性能直接决定了锅炉的使用状态，分离器的结构布置决定锅炉的整体布置。粒子分离装置的具体区别主要以温度为基础进行划分的，具体有高温、中温和低温三种装置，而按照结构的形式分为惯性分离和旋风分离两种。

在循环流化床的锅炉应用中，分离装置必须具备较高的分离效率，还要提供充足的物料以供循环使用。粒子分离装置必须严格保障锅炉的燃烧和传热的需求，粒子分离装置的选择必须是性能比较优良的装置，如果粒子分离装置的阻力小且磨损不严重，结构布置紧凑就可以减小锅炉的造价成本。

（4）循环装置设计。循环装置是循环流床锅炉设计的主要部位，循环装置中的回料装置起着回收固体物料的主要功能，这种装置的安装部位为分离器和燃烧室之间。当分离器的出灰口的压力比较低时，相应的燃烧室内的压力比较大，这时循环装置就可以利用逆压力梯度将高温物料回收进回料装置。

具体的设计要保障物料不能在回料装置内燃烧或者是变成渣滓，这一装置的阻力必须够大，这样可以密封分离器中泄漏的气体，稳定的开启和关闭可以保障装置对物料进行调节和控制。回料装置的设计主要由两部分组成，立管的设计选择密封冲压气体，这样可以防止泄漏，回料阀可以控制物料循环的速率，而最常用的就是非机械阀，这样可以减少卡塞和氧化等问题。通过设计研究可以发现倾斜立管可以保障气体和固体不会分层，整个循环系统运行的比较稳定。

（5）布风装置设计。布风装置的设计目的是控制均匀布风，布风板的设计一定要可以支撑燃料和床料等的重量，当进行压火和点火的时候，布风板不能被烧损或者因受热而变形，这样可以保障检修时更加的便捷。一般的锅炉会采用下热风进行点火，这样可以有效的控制热应力。

对于一些大型的锅炉就要采用水冷布风装置的设计，这一设计可以消除热负荷的变化带来的不利影响，具体的装置设计分为布风板和风室的设计，布风板的风帽的间距和尺寸都要比传统的鼓泡床的风帽设计大，风室的设计采用等压风室即可。

2 循环流化床锅炉的计算编制

2.1 循环流化床锅炉的性能

通过设计可以掌握循环流化床锅炉的基本性能，循环流化床的燃烧温度要求很低，氮氧化物的排放量仅在200ppm，在燃烧的具体过程中还可以直接脱硫，这样可以减小脱硫的运行费用，还可以减少煤渣的占地问题；这种技术有利于燃烧劣质煤，燃料的总量仅仅占据床料的百分之一到三，这一技术可以很好的将所有的燃料混合在一起，使得燃烧的效率比较高；锅炉燃烧的应用截面较高可以更好的吸收热量，负荷的调节速度和范围都很大；这一技术型的锅炉比煤粉式锅炉的燃烧强度大十倍左右，总体投入的资金较少，可以有效的节约运行的费用[2]。

2.2 熱力计算与程序编制

（1）热力计算的导则。热力计算需要参考锅炉的形式和分离器的型号，本文的热力计算的探究是针对Pyroflow型号的循环流床锅炉展开的，燃料产物的热平衡计算当中要参考燃料的性质，计算中应用到的参考参数可以为空气系数和漏风系数，然后对空气中的气体进行计算，进而计算锅炉的排渣率，其中密相区的排渣率在45到70之间，而稀相区的排渣率在35到55之间。最后计算飞灰的浓度即可。

热平衡的计算当中还要参考烟气温度的范围，以此可以计算烟气焓值，依据温度可首先进行排烟热损失的计算，散热的损失可依据比例进行估计，确定热损失之后就可以计算出相应的热效率和燃料的消耗量[3]。

（2）热力计算的程序编制。热力计算是锅炉的设计计算内容之一，其中涉及到的参数比较多，但是人工计算比较繁琐，因此编制相应的计算程序就可以很好的解决这一问题，利用C++语言程序的可视化的开发工具进行编程可提高热力计算效率。

3 结论

循环流化床锅炉技术是一种应用高效且能够有效降低污染的技术，不仅燃烧的效率高，还可以燃烧劣质的煤炭或者其他的燃烧材料，这一技术对我国的工业发展具有推进作用。

参考文献：

[1]徐志.超临界循环流化床锅炉数学模拟与设计方案优化[D].浙江大学，2013.

[2]张磊.油页岩半焦循环流化床锅炉的研究与结构设计[D].上海交通大学，2013.

[3]史国强.循环流化床锅炉燃烧计算探讨[J].四川电力技术，2016（05）：67-70.endprint