CFB鍋爐結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇113第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇5.1 循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)理論循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)理論5.1.1 循環(huán)流化床中的流態(tài)分析循環(huán)流化床中的流態(tài)分析如前所述，循環(huán)流化床鍋爐燃燒室中上部為快速床。固體物料在一定氣速條件下流化，當(dāng)氣速低于 Uc時(shí)，固體循環(huán)量對(duì)床層空隙率無(wú)明顯影響；氣速一旦超過(guò) Uc，床層空隙率主要取決于固體循環(huán)量。因此，對(duì)任一顆粒物料，當(dāng) U=Uc時(shí)，床層達(dá)到飽和攜帶能力，物料便被大量吹出，此時(shí)必須補(bǔ)充等同于攜帶能力的物料量才能使床層進(jìn)入快速流態(tài)化狀態(tài)。故Uc為該物料進(jìn)入快速流態(tài)化時(shí)的操作氣速，即初始快

2、速流態(tài)化速度。在初始快速流態(tài)化 Uc時(shí)的最小加料率定義為最小循環(huán)量 Rmin。初始快速流態(tài)化速度 Uc主要與物料特性有關(guān)，按照實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Uc=(3.54.0)Ut(5-1)最小循環(huán)量可由以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式給出(5-2)6270fpp1.627f2.25cmin)(g1640.d.UR超過(guò)最小循環(huán)量后，在相同氣速下，對(duì)應(yīng)不同的循環(huán)量可以有不同的快速床狀態(tài)。也可以用不同的床存量對(duì)應(yīng)的不同物料沿床高濃度分布表示不同的快速床狀態(tài)。如圖 5-1 所示。圖圖 5-1 氣固兩相流型譜氣固兩相流型譜第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇114輸送點(diǎn)速度 Ut是快速流態(tài)化操作的極限速度，此時(shí)床層空隙率

3、縱向分布曲線(xiàn)的拐點(diǎn)恰好位于布風(fēng)板處，上部呈稀相氣力輸送狀態(tài)。而燃煤循環(huán)流化床中，始終有部分粗顆粒存在，因此床內(nèi)是由鼓泡床與快速床疊和而成。上述所論述的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是針對(duì)床上部的細(xì)顆粒而言。循環(huán)流化床是能形成流態(tài)化的一種裝置，它由帶有布風(fēng)板的提升管、分離器和分離物料回送裝置構(gòu)成的。提升管內(nèi)的流化狀態(tài)則因固體物料的性質(zhì)及流化風(fēng)速的不同而不同。它的流化狀態(tài)可以是鼓泡床、湍動(dòng)床、快速床以致氣力輸送態(tài)。人們公認(rèn)循環(huán)流化床鍋爐需要一個(gè)大的循環(huán)物料流，以維持燃燒室內(nèi)沿高度方向物料空間濃度從下向上逐漸變化，而不能象鼓泡流化床鍋爐那樣密相區(qū)以上物料空間濃度迅速減少。僅當(dāng)沿床高度方向物料濃度逐漸減小并維持一定數(shù)值時(shí)，

4、才有可能產(chǎn)生高度方向上的較強(qiáng)回混，從而把燃料釋放出的熱量縱向傳遞并橫向傳給受熱面。研究證明，隨著循環(huán)量的增加，燃燒室內(nèi)物料的平均粒度明顯降低，從而使密相區(qū)氣體的分配中氣泡相的比例增大，氣相與乳化相傳質(zhì)減弱，相應(yīng)抑制了密相區(qū)的熱量釋放份額。再加上高度方向上物料回混的加強(qiáng)，才能使循環(huán)流化床鍋爐在密相段不設(shè)置受熱面的條件下亦能達(dá)到熱量平衡。清華大學(xué)的熱態(tài)試驗(yàn)表明，在通常循環(huán)流化床 5m/s 的熱態(tài)氣速下，循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)單位標(biāo)態(tài)煙氣攜帶的固體顆粒量若小于 0.7kg/Nm3，則鍋爐整體顯示出鼓泡床的燃燒特點(diǎn)；若超過(guò) 1kg/Nm3，稀相段平均空隙率已達(dá)到 0.98，呈現(xiàn)出與鼓泡床的不同的燃燒特

5、點(diǎn)。5.1.2 確定爐型的流化狀態(tài)確定爐型的流化狀態(tài)因此，循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)是由多重粒子構(gòu)成的下部鼓泡床、上部快速床的復(fù)合流態(tài)。而快速床的物料循環(huán)量可以在一定范圍內(nèi)變化。因此以物料循環(huán)量或物料濃度空間分布狀態(tài)受到煙速、煤種、煤粒度、分離器效率等不確定因素的影響。但無(wú)論如何變化，設(shè)計(jì)的基本條件是一個(gè)假定的確定的狀態(tài)，即在滿(mǎn)負(fù)荷條件下的燃燒室物料濃度分布是確定量，相應(yīng)傳熱系數(shù)沿床高的分布也是確定的。這就是所謂的定態(tài)設(shè)計(jì)原則。能采取定態(tài)設(shè)計(jì)的基本理論根據(jù)在于，循環(huán)流化床內(nèi)有一個(gè)人為可調(diào)量即床存量，可以在循環(huán)量或物料濃度發(fā)生漂移時(shí)通過(guò)調(diào)整床存量而把流化狀態(tài)調(diào)整回到設(shè)計(jì)態(tài)。定態(tài)設(shè)計(jì)是循環(huán)流化床鍋爐燃料適

6、應(yīng)性的基礎(chǔ)。決定流態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)是燃燒室截面煙氣速度和燃燒室上部單位截面的物料攜帶率，它取決于系統(tǒng)物料平衡能力和床存量。床存量是可調(diào)參數(shù)，它由操作者控制，在確定煙速下，由于其它擾動(dòng)影響了物料濃度分布偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，可以恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。煙速是設(shè)計(jì)值，選擇煙速最低不能小于該平均粒度物料進(jìn)入快速流態(tài)化時(shí)的操作氣速，即初始快速流態(tài)化速度Uc。設(shè)計(jì)者為追求較大的燃燒室截面熱負(fù)荷，當(dāng)然愿意提高操作速度，但是該值受到燃燒室受熱面磨損程度的限制。早期研發(fā)循環(huán)流化床時(shí)，曾經(jīng)選擇 9m/s 的流化速度，但是由于磨損，不能在燃燒室有任何暴露的金屬面受熱面。后期各個(gè)公司以燃燒室沿氣體流向的垂直受熱面不磨損為界限，把煙速逐

7、步統(tǒng)一到 46m/s 的范圍，也有個(gè)別特例，如 CPC、circufluid。圖5-2 給出了定態(tài)圖譜以及國(guó)內(nèi)外不同典型設(shè)計(jì)的鍋爐產(chǎn)品(AI)在其中的位置。隨著技術(shù)的發(fā)第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇115展，這些產(chǎn)品的狀態(tài)也在不斷優(yōu)化。 爐膛流化速度 uf m/s 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5-低硬度煤磨損限 C D E G H I B A 清華推薦 F 循環(huán)流率 GS kg/(m2s) 10 30 5 10 15 20 25 6-高硬度煤磨損限 4-流動(dòng)要求的下限 2-高分離效率/低磨耗 3-一般分離效率/一般磨耗 1-極高分離效率/極低磨耗 圖圖 5-

8、2 循環(huán)流化床鍋爐定態(tài)圖譜循環(huán)流化床鍋爐定態(tài)圖譜在定態(tài)圖譜中，曲線(xiàn) 4 代表循環(huán)流化床燃燒中，流動(dòng)需要達(dá)到的下限，低于此下限，燃燒行為和傳熱效果區(qū)域鼓泡床；曲線(xiàn) 3 代表床料粒度為 200m 時(shí)，不同流化風(fēng)速下的實(shí)際可以達(dá)到的循環(huán)量，應(yīng)該高于設(shè)計(jì)選定的最大循環(huán)量，否則燃燒室稀相區(qū)無(wú)法達(dá)到快速床狀態(tài)，設(shè)計(jì)的鍋爐的燃燒、傳熱無(wú)法實(shí)現(xiàn)。2 和 1 兩條曲線(xiàn)分別代表配備一級(jí)分離裝置和二級(jí)分離裝置的循環(huán)流化床在特定風(fēng)速下所能達(dá)到的最大循環(huán)量。曲線(xiàn) 5 和 6 分別代表燃用硬煤和褐煤的磨耗極限，兩條曲線(xiàn)是在投運(yùn)鍋爐上觀(guān)察得到的。因此，設(shè)計(jì)中選定的狀態(tài)是有限制的，主要是燃燒傳熱等基本性能的要求以及磨損的限制

9、。流態(tài)確定后應(yīng)當(dāng)對(duì)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行物料平衡的校驗(yàn)，按照平衡理論校驗(yàn)系統(tǒng)分離器效率，在給定煤種的成灰特性下是否可以使床質(zhì)量達(dá)到要求，相應(yīng)狀態(tài)下的物料循環(huán)量(或用煙氣所攜帶的物料量表示)是否達(dá)到指定的狀態(tài)。如果床質(zhì)量或循環(huán)量達(dá)不到定態(tài)的要求，要么改進(jìn)分離器，要么提供輔助惰性床料，否則必須選擇更低的狀態(tài)。在物料系統(tǒng)平衡的計(jì)算中，應(yīng)該考慮脫硫石灰石在爐內(nèi)的爆裂磨耗特性及反應(yīng)活性對(duì)物料平衡的影響。5.1.3 循環(huán)流化床中的物料平衡循環(huán)流化床中的物料平衡認(rèn)識(shí)燃煤循環(huán)流化床的流動(dòng)形態(tài)，必須理解它與化工反應(yīng)器有所不同。對(duì)化工反應(yīng)器，其固體物料是相對(duì)穩(wěn)定、篩分較窄的催化劑，分離器對(duì)該催化劑的分離效率很高。反應(yīng)器對(duì)第

10、五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇116于固體物料而言是一個(gè)閉口體系，僅對(duì)氣體是開(kāi)口體系。而燃煤循環(huán)流化床中煤中的灰份及脫硫用的石灰石顆粒連續(xù)不斷的進(jìn)入系統(tǒng)。為維持系統(tǒng)床存量的穩(wěn)定，需要連續(xù)的向系統(tǒng)外排物料。因此，燃煤循環(huán)流化床對(duì)氣體和固體均是個(gè)開(kāi)口體系。如圖 5-3 所示，開(kāi)口體系的平衡應(yīng)當(dāng)是對(duì)所有單獨(dú)粒度的顆粒均應(yīng)達(dá)到平衡，即：Gin(i) = Gout(i)+ F(i)(5-3)式中 Gin(i)燃煤成灰和石灰石給入帶進(jìn)系統(tǒng)的粒度為di的物料流率；F(i)從分離器出口逃逸的粒度為 di的物料流率；Gout(i)循環(huán)流化床排渣形成的粒度為 di的物料排渣流率；X(i)密相

11、床內(nèi)粒度為 di的物料所占的比例；E(i)粒度為 di的物料的夾帶率。而粒度為 di的物料的夾帶物料流應(yīng)為 E(i)X(i)，以?shī)A帶物料流為基分離器效率為：不s(i) =1- F(i) /E(i)*X(i) (5-4)則有：F(i)=E(i)X(i) (1-i) (5-5)同樣以?shī)A帶物料流為基定義排渣效率為：o(i)= 1- Gout(i) /E(i) X(i) (5-6)系統(tǒng)對(duì)物料 di的保存效率為：m(i) = 1- Gout(i)+F(i) /E(i)X(i)= oi+i-1(5-7)再考慮物料平衡式有：Gin(i) = Gout(i)E(i)*X(i)*(1-i) (5-8)X(i)1

12、(5-9)上述方程組對(duì)于將顆粒分成任何數(shù)目的粒度檔均可解。其中 E(i)可以引用文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算?？偱旁式普J(rèn)為：Gout=Gout(i)/X(i)(5-10)因此，無(wú)論進(jìn)入循環(huán)流化床燃燒室中的物料粒度以及脫硫石灰石、外加床料的分布如何 Gin(i) Gout(i) F(i) X(i) E(i) X(i) 圖圖 5-3 循環(huán)流化床鍋爐物料平衡循環(huán)流化床鍋爐物料平衡第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇117分散，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)運(yùn)行階段，循環(huán)系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行“淘洗”，只有這種夾帶率高，而分離效率亦很高粒度的顆粒才可以在床內(nèi)累計(jì)，使床料篩分形成一個(gè)很尖銳的峰。再看前文建議的系統(tǒng)對(duì)物料

13、i 的保存效率m(i)為圖 5-4 所示，系統(tǒng)保存效率象一個(gè)山峰，左邊細(xì)顆粒側(cè)的形狀主要由分離器效率決定，右邊粗顆粒側(cè)主要由排渣效率決定。床料分布的峰頂恰恰對(duì)應(yīng)系統(tǒng)保存效率的峰頂。因此，循環(huán)流化床鍋爐從啟動(dòng)到帶負(fù)荷的運(yùn)行過(guò)程也是床物料累積和粒度逐漸變細(xì)的過(guò)程。國(guó)外將床料平均粒度稱(chēng)為“床質(zhì)量”，并以此考察循環(huán)流化床物料循環(huán)的好壞。循環(huán)流化床啟動(dòng)前填充的冷床料粒度分布一般較寬較粗。剛剛運(yùn)行的循環(huán)流化床處于鼓泡床狀態(tài)，密相床表面有少量細(xì)顆粒揚(yáng)析夾帶。隨著燃料煤的進(jìn)入，生成灰份對(duì)床料進(jìn)行補(bǔ)充，循環(huán)系統(tǒng)對(duì)物料的淘洗，使得細(xì)物料所占比例逐漸增加，床料粒度下降，床質(zhì)量提高。它反過(guò)來(lái)使顆粒夾帶逐漸增加。當(dāng)夾帶

14、超過(guò)快床的最小夾帶，即最小固體循環(huán)量，則循環(huán)流化床進(jìn)入快床狀態(tài)。若循環(huán)量繼續(xù)增加，則床層空隙率沿高度分布除逐漸增加外，床層下部還會(huì)出現(xiàn)細(xì)顆粒濃相區(qū)。根據(jù)清華大學(xué)所作的研究，對(duì)于目前主流循環(huán)床技術(shù)，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的循環(huán)流化床床存量中，可夾帶的細(xì)顆粒循環(huán)物料應(yīng)當(dāng)有 500mm 水柱既可以滿(mǎn)足達(dá)到上部為具有顆粒團(tuán)聚行為的快速床狀態(tài)。床存量多余部分是為了保證大顆粒有足夠停留時(shí)間完成燃盡而設(shè)置的。因此可以建立寬篩分給煤條件下循環(huán)流化床鍋爐的一維物料平衡模型，但是其基礎(chǔ)是必須考慮燃煤成灰特性，磨耗特性，否則其計(jì)算結(jié)果必然因?yàn)閷?duì)對(duì)象的過(guò)度簡(jiǎn)化而失真，法國(guó) EDF 公司在對(duì) Provence 250MWe 循環(huán)流

15、化床鍋爐的計(jì)算曾經(jīng)遇到這一問(wèn)題。圖 5-5 為 Provence 250MWe 循環(huán)流化床鍋爐的模型預(yù)測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的比較。若考慮物料磨耗的因素，同時(shí)重點(diǎn)研究影響物料平衡的幾大因素，包括特定煤種的成灰特性和磨耗特性，顆粒停留時(shí)間、顆粒分層、分離器效率等，可以對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的主循環(huán)回路的物料進(jìn)行平衡計(jì)算。 0 20 40 60 80 100 0 500 1000 1500 顆粒粒徑 m 效率 % 分離效率 排渣效率 系統(tǒng)保存效率 床料 床料累計(jì)質(zhì)量份額 % 0 20 40 60 80 100 圖圖 5-4 循環(huán)循環(huán)流化床鍋爐物料平衡流化床鍋爐物料平衡圖圖 5-5 Provence 250

16、MWe CFB 測(cè)試與計(jì)算比較測(cè)試與計(jì)算比較第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇118工程上，要實(shí)現(xiàn)物料平衡，可以采用經(jīng)驗(yàn)的方法，例如對(duì)一些主要參數(shù)，通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，確定下來(lái)。但是對(duì)于一些特定的燃料，如果沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，則應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地分析計(jì)算研究。5.2 主要性能參數(shù)的計(jì)算及選擇主要性能參數(shù)的計(jì)算及選擇CFB 鍋爐性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸選擇確定是保證鍋爐達(dá)到設(shè)計(jì)出力和設(shè)計(jì)保證值的重要步驟，關(guān)系到鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，直接影響鍋爐廠(chǎng)的信譽(yù)和發(fā)展。性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸與鍋爐的容量、燃用的煤種和結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，隨著鍋爐容量的升級(jí)，有些參數(shù)也要相應(yīng)的發(fā)生變化。以下針對(duì) 100MWe

17、 到 150MWe 以下的 CFB 鍋爐作分析討論，所推薦的計(jì)算式及選擇范圍供參考。5.2.1 燃料及石灰石破碎粒度燃料及石灰石破碎粒度燃料破碎粒度是鍋爐性能設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的性能參數(shù)。對(duì)于 CFB 鍋爐而言，“煤質(zhì)”不僅指煤的成分，還包括入爐煤的破碎粒度，實(shí)踐證明兩者都對(duì)鍋爐本體及輔機(jī)的安全、可靠運(yùn)行有影響，同時(shí)也對(duì)鍋爐的性能參數(shù)有影響。在盡量降低顆粒揚(yáng)析的情況下,適當(dāng)減少燃煤粒徑,縮小篩分范圍是提高燃燒效率和鍋爐運(yùn)行安全性的有效措施。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)一般限定最大允許粒徑(dmax)、中徑 d50(定義為其上下各占 50%重量的直徑)和小粒徑的數(shù)量，表 5-1 示出了某公司推薦的入爐煤粒度要求。表

18、表 5-1 某公司推薦的入爐煤粒度某公司推薦的入爐煤粒度煤種褐煤煙煤貧煤無(wú)煙煤Vdaf%456038 17125Aar%1515-15最大粒徑dmaxmm156116431.71.7中位粒徑d50mm7331.81.410.70.710%通過(guò)的孔徑d90mm10.50.50.420.20.20.20.2表示煤的寬篩分破碎粒度用圖示方法更簡(jiǎn)便。圖 5-6、5-7 是某公司對(duì)幾種煤的破碎粒度建議。從表 5-1 及圖 5-6、5-7 中可見(jiàn)，隨著煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分減低，其破碎成灰能力變差，燃盡度也降低，因此要求入爐煤粒度更細(xì)，只有這樣，才能使床料(含煤粒)在爐內(nèi)形成合理的循環(huán)流率及灰濃度分布，滿(mǎn)足

19、燃燒、傳熱以及燃盡度的要求，并且為冷渣器提供適合其正常運(yùn)行的底渣粒度級(jí)配。另外，高灰分的燃料宜采用細(xì)一些的顆粒尺寸以便燃盡，改善在冷第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇119渣器中的流化質(zhì)量。但是由于我國(guó)的燃料供應(yīng)問(wèn)題，用戶(hù)要求放寬粒度要求，因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出理想的粒度級(jí)配范圍。 圖圖 5-6 某公司推薦的原煤灰某公司推薦的原煤灰 Aar15%的煤的破碎粒度的煤的破碎粒度表 5-2 列出了某廠(chǎng)貧煤 135MWe 鍋爐入爐煤的粒度級(jí)配的設(shè)計(jì)要求及實(shí)測(cè)值?？梢?jiàn)實(shí)際入爐煤粒度偏離了設(shè)計(jì)要求(該要求已按用戶(hù)意見(jiàn)放寬了)，與規(guī)范相差更大，即細(xì)粒子份額多，粗粒子份額也多，能形成有效循環(huán)的床料偏

20、少。表表 5-2 一臺(tái)一臺(tái) 135 MWe 貧煤鍋爐入爐煤粒度范圍貧煤鍋爐入爐煤粒度范圍dmax，mmd50，mmd0.2mm 占的份額，%技術(shù)規(guī)范41.310%鍋爐廠(chǎng)要求70.67mm 占 3%0.2544.6%CFB 鍋爐的床料粒度級(jí)配受兩個(gè)因素制約：除入爐煤的粒度之外，還有煤的成灰特性。由于不同煤種的成灰特性差別較大(隨揮發(fā)分、水分的增加，煤的熱爆性增強(qiáng)，其次破碎程度增加)。因此，要想在爐內(nèi)形成合理的床料粒度級(jí)配，必須根據(jù)煤的成灰特性及燃盡特性來(lái)選擇入爐煤的破碎粒度。第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇121石灰石既用于脫硫又起循環(huán)物料作用，要求石灰石粒徑為 01mm，

21、切割粒徑d50=250m；在循環(huán)床燃燒溫度區(qū)間內(nèi)石灰石脫硫是擴(kuò)散反應(yīng)，如石灰石粒徑太大，比表面積小，脫硫反應(yīng)不充分，石灰石利用率低；同時(shí)，顆粒揚(yáng)折率也低，不能起到循環(huán)物料作用。若顆粒太小，則在床內(nèi)停留時(shí)間太短，脫硫效果也差。石灰石宜用密閉系統(tǒng)單獨(dú)送入爐前石灰石倉(cāng)中，然后送入燃燒室。清華大學(xué)推薦石灰石粒度應(yīng)滿(mǎn)足圖 5-7 的要求。通常，國(guó)外公司要求石灰石破碎粒度 dmax1mm，d500.2mm，10%通過(guò)的篩孔徑99%99.5%，這對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程，由于物料循環(huán)系統(tǒng)顆粒已經(jīng)經(jīng)過(guò)積累，是可能達(dá)到的，但實(shí)際運(yùn)行結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。5.2.15 飛灰份額飛灰份額 afh飛灰份額 afh指從鍋爐尾部飛

22、出的灰分占鍋爐排出總灰分(包括石灰石添加劑形成的灰分)的比例。一般鍋爐排灰分兩部分，一部分為飛灰份額 afh，另一部分稱(chēng)底渣份額 adz，%，兩者相加 afh+ adz=100%。afh與煤的灰分及其性質(zhì)、顆粒粒徑、密度、流化風(fēng)速、分離器效率、爐型及運(yùn)行方式有第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇132關(guān)。某引進(jìn)技術(shù)公司規(guī)定，在干燥基灰分20%時(shí)取 afh為 45%；加石灰石脫硫產(chǎn)生的 afh為 65%，兩者應(yīng)加權(quán)平均。以 440 t/h 鍋爐為例進(jìn)行計(jì)算：燃用燃料 Aar=18.64%；Mar=7.35%；B=14.63kg/s；Bsh=0.65kg/s；燃料干燥基灰分 Ad

23、=Aar=19.92%ar100100M440 t/h 鍋爐的灰量 BAar=14.630.1846=2.7 kg/s以 BAar和 Bsh來(lái)加權(quán)則afh=%6161. 065. 07 . 265. 065. 07 . 26 . 065. 06 . 0sharsharBBBBAA按此法計(jì)算某 465 t/h 鍋爐 afh=62%；某 450 t/h 鍋爐 afh=50%。另外，飛灰與底渣量比還與煤種有關(guān)。褐煤灰的比重輕，故其飛灰量大于貧煤，表 5-5給出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值(未考慮石灰石)。表表 5-5 飛灰與底渣量比經(jīng)驗(yàn)值飛灰與底渣量比經(jīng)驗(yàn)值(未考慮石灰石未考慮石灰石)煤 質(zhì)褐煤煙煤貧煤灰分 Aar/

24、%202020飛灰/底渣70/3060/4060/4050/5055/4540/605.2.16 物料循環(huán)流率物料循環(huán)流率 Gs物料循環(huán)流率 Gs定義為顆粒循環(huán)流量與爐膛截面積之比，這是 CFB 鍋爐的特征參數(shù)之一。對(duì)于一臺(tái)設(shè)計(jì)好的鍋爐在其它參數(shù)不變的條件下改變?nèi)加妹悍N時(shí)，必須保持循環(huán)流率 Gs不變，才能維持原有的鍋爐負(fù)荷。在 CFB 鍋爐中的物料循環(huán)又分為內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)。通過(guò)分離器分離下來(lái)的循環(huán)流量與爐膛截面積 F 之比稱(chēng)為外循環(huán)流率。在不特殊說(shuō)0LCG明的情況下物料循環(huán)流率就是指外循環(huán)流率 GS kg/m2s (5-35)0LCsGGF式中 顆粒外循環(huán)流量，kg/s；0LCGF爐膛截面積，

25、m2。在已有的國(guó)內(nèi) CFB 鍋爐書(shū)籍和文章中常用到循環(huán)倍率 R 的概念。循環(huán)倍率是在解決鼓泡床燃燒效率采用飛灰(從除塵器下獲得的低溫飛灰)再循環(huán)時(shí)描述回送飛灰量的概念，在此情況下飛灰回送回爐膛是作為燃料用的，因此與燃料之比定義為循環(huán)倍率。而在循環(huán)流化床中第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇133不同，循環(huán)流化床自身的定義為循環(huán)流化，而非循環(huán)燃燒，故這里不提倡循環(huán)倍率概念，而在描述飛灰再循環(huán)時(shí)在循環(huán)流化床鍋爐中仍然使用循環(huán)倍率概念。考慮到已有文獻(xiàn)中或人們的頭腦中仍有循環(huán)倍率 R 的概念，故這里給出外循環(huán)流量與循環(huán)倍率 R 的關(guān)系式：0LCG= R (B+Bsh) (5-36)0

26、LCG式中 B煤耗量，kg/s；Bsh石灰石耗量，kg/s。同時(shí)也把循環(huán)倍率的推導(dǎo)過(guò)程附注于后面。附注：關(guān)于物料循環(huán)倍率 R 的討論文獻(xiàn)上對(duì)循環(huán)倍率 R 有許多不同的定義。這里取用 R 為循環(huán)物料量與(煤耗量+石灰石耗量)之比：R= (5-37) shfhflsharfhfl100100100BBCBAAa式中 fh飛灰份額；分離器效率，%；flAar燃料灰份，%；Cfh飛灰可燃物含量，%；Ash加入石灰石后增加的灰量，kg/kg(煤)；B實(shí)際煤耗量，kg/s；Bsh石灰石耗量，kg/s。影響循環(huán)倍率的主要因素有：燃煤的灰分、石灰石耗量、燃煤和石灰石尺寸及其粒度分布、流化速度和分離器的效率等。

27、分離器效率 fl對(duì) R 的影響極為敏感。循環(huán)倍率的選取是循環(huán)量選取結(jié)果的一種表述，要考慮燃燒效率及脫硫效率；還要考慮分離器磨損及引風(fēng)機(jī)的能耗，根據(jù)燃料熱值的不同，循環(huán)倍率一般為 2040。循環(huán)倍率 R 的推導(dǎo)：設(shè)分離器效率為 fl，fl是由分離器回來(lái)的物料量與進(jìn)入分離器的物料量之比，即0LCG0CGfl=100，% (5-38)0C0LCGG=fh(Aar+100Ash)B+ (5-39)0CGfh1001C0LCG根據(jù)循環(huán)倍率的定義：0CG第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇134=(B+Bsh)R (5-40)0CG將式(5-39)、(5-40)代入式(5-38)式得=

28、(5-41)RBBCBAAaRBBshfhsharfhsh1001100100由式(5-41)式可求得R (5-42) shfhsharfh100100100BBCBAAa說(shuō)明：式中分子 Ash前邊乘 100，是因?yàn)樵瓎挝皇?kg/kg，是小數(shù)，而 Aar 是百分?jǐn)?shù)。將式(5-42)代入式(5-36)和式(5-37)，可得外循環(huán)流率 Gs 的表達(dá)式： (5-43)FCBAAG)100)(100()100(fhsharfhs100150MWe 級(jí) CFB 鍋爐 Gs在 49 kg/m2s 范圍內(nèi)。外循環(huán)流率還可用爐膛出口物料濃度 Cp和爐膛出口物料流量 Gc來(lái)表達(dá)。 kg/m3 (5-44)pp

29、1C，kg/s (5-45)FuuGtxpC )1 (fL，kg/m2s (5-46)txpflCsuuFGG)1 (式中 p物料的真密度，kg/m3；爐膛出口處的空隙率；ux爐膛出口煙氣速度，m/s；F爐膛出口處床截面積，m2；ut爐膛出口處物料沉降速度，m/s;fL分離器分離效率。假定：p=2200 kg/m3；=0.999；ux=5 m/s；ut=1.1 m/s(取出口物料平均粒度=150m), fL=0.99，則 kg/m2s。5 . 899. 01 . 1999. 05)999. 01 (2200sG5.2.17 物料攜帶率物料攜帶率 Mwl爐膛出口處每千克煙氣攜帶的物料千克質(zhì)量稱(chēng)為

30、物料攜帶率 Mwl。100MWe150MWe 級(jí)CFB 鍋爐的 Mwl一般在 36 kg/kg 范圍內(nèi)。第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇135Mw1=kg(固體)/kg(煙氣)(5-47)4fhyfhshar0lc100100100100100100qCGaAABG式中 G物料外循環(huán)流量，G=R(B+Bsh)，kg/s；0LC0LCAar煤中灰分，%；fh飛灰份額，當(dāng)加入石灰石脫硫時(shí) fh增大；Ash加入石灰石后增加的灰量，kg/kg(煤)；Ash=MCaSO4+McaO+MMgO+M雜質(zhì)= kg/kg(煤)(5-48)333sararsssarCaCOMgCOsh0 0

31、4250 017490 0312544 0110084 31CaCO.S.SK.KS.M.式中 MCaSO41kg 實(shí)際燃料燃燒脫硫后產(chǎn)生的 CaSO4量，kg/kg(煤)；McaO，MMgO，M雜質(zhì)1kg 實(shí)際燃料燃燒脫硫時(shí)未反應(yīng)的 CaO，MgO 和石灰石的雜質(zhì)量，kg/kg(煤)；Ks鈣硫比；CaCO3CaCO3在石灰石中所占份額，%；MgCO3MgCO3在石灰石中所占份額，%；Msh石灰石中水份含量，%；S脫硫率，取 0.750.9；Gy每公斤燃料的煙氣質(zhì)量，kg/kg；Cfh飛灰可燃物，%；q4固體未完全燃燒熱損失，% 。為考慮飛灰含碳量修正；fhC100100為考慮計(jì)算煤耗量產(chǎn)生的

32、煙氣體積的修正。4100100q物料攜帶率有時(shí)又稱(chēng)為固氣比 M 。其定義為任一截面處物料質(zhì)量流率 Gsolid與氣體質(zhì)量流率之比，即 (5-49)solidgGMu第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇136式中 Gsolid物料質(zhì)量流率，kg/m2s；g氣體密度, kg/m3；u氣體速度，m/s。對(duì)于爐膛出口處 (5-50)CgGMuM 又可變換為 (5-51)ooCCCgggGGGMuFuG式中 爐膛出口固體顆粒質(zhì)量流量，kg/s；oCGGg氣體質(zhì)量流量，kg/s。5.2.18 爐膛出口爐膛出口(分離器入口分離器入口)處的物料濃度處的物料濃度 Cp知道爐膛出口處的物料攜帶率

33、 Mwl后即可求出爐膛出口物料濃度 Cp。Cp=Mwl kg/m3 (5-52)pjy273273式中 y煙氣密度，kg/m3(標(biāo)態(tài))；pj煙氣平均溫度，；以 100MWe 級(jí) CFB 鍋爐為例，假定 Mwl=4 kg/kg，Pj=883，y=)(kg/m34. 121. 85 . 62 . 1306. 146.1801. 01y306. 101. 013ar標(biāo)VVAO則 Cp=41.34=1.27kg/m3。883273273一般出口物料濃度為 Cp=12 kg/m3范圍或 Cp=25 kg/m3(標(biāo)態(tài))范圍內(nèi)。物料濃度 Cp還可用床層壓差P 與高度差H 來(lái)求出： (5-53)pp1gPCH

34、式中 p物料密度，kg/m3；空隙率；P床壓差，Pa；H高度差，m；第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇137g重力加速度，m/s2。5.2.19 爐膛截面及爐膛截面熱負(fù)荷爐膛截面及爐膛截面熱負(fù)荷 q f爐膛截面尺寸由所選取的流化速度決定，具體尺寸的選取應(yīng)考慮受熱面及分離器的布置,考慮二次風(fēng)的穿透能力,考慮燃料、石灰石及回灰的供給與擴(kuò)散。爐膛深度一般最大不超過(guò) 8 m，必要時(shí)采取褲衩式結(jié)構(gòu)，以確保二次風(fēng)穿透深度。截面熱負(fù)荷與流化速度兩者是相關(guān)的，因此流化速度確定后截面熱負(fù)荷也就 qf確定了。qf=，MW/m2 (5-54)abQB1000net,arj式中 Bj計(jì)算煤耗量，k

35、g/s；Qnet,ar發(fā)熱量，kJ/kg；ab爐膛截面尺寸，m。5.2.20 SO2的排放濃度的排放濃度CFB 鍋爐爐溫應(yīng)保持在 850900溫度范圍，其顯著優(yōu)點(diǎn)之一是可實(shí)現(xiàn)高效廉價(jià)脫硫，一般脫硫率在 90%以上。SO2的排放濃度可通過(guò)給定脫硫率計(jì)算，過(guò)程如下： 1kg 煤在爐內(nèi)燃燒生成的二氧化硫質(zhì)量(SO2)m：(5-55)kg/kg,0.018S0.9S0.021000.9S32641000.9S)SO(ararararssom22nn式中 Sar燃料含硫量，%；由于一部分硫含在硫酸鹽中，不參加反應(yīng)，故將 Sar乘以0.9。SO2的摩爾質(zhì)量，kg/mol；2SOnS 的摩爾質(zhì)量，kg/mo

36、l。Sn 不脫硫時(shí) SO2的排放濃度 CSO2，mg/m3(標(biāo)態(tài)) (5-56)gy6m2SO10)SO(C2V式中 Vgy尾部排煙處(=1.4)的干煙氣體積，m3/ kg(標(biāo)態(tài))。 脫硫后 SO2的排放濃度 C SO2 mg/m3(標(biāo)態(tài)) (5-57)22SOssoC100-100Cgy6ars10S018. 0100)-100(V式中 s脫硫率，%。式(5-57)是通過(guò)計(jì)算得出的 CSO2濃度。在試驗(yàn)時(shí)實(shí)測(cè)的 CSO2濃度按下式計(jì)算：第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇138，mg/m3(標(biāo)態(tài)) (5-58)22SO2soC2.86O216-21C式中 CSO2實(shí)測(cè)干煙氣

37、中的 SO2體積濃度，L/L；O2實(shí)測(cè)干煙氣中的含氧量，%。按 2003 年 12 月發(fā)布的火電廠(chǎng)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)要求，自 2004 年 1 月 1 日起新建、擴(kuò)建、改建的火電廠(chǎng)項(xiàng)目(包括燃煤及燃油爐)SO2的排放不得高于 400 mg/m3(標(biāo)態(tài))。為滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)在燃燒中加石灰石脫硫，對(duì)于含硫量高的煤要求高的脫硫效率，Ca/S 比也相對(duì)要高。5.2.21 脫硫效率脫硫效率s定義為不加脫硫劑時(shí)的 SO2排放濃度 CSO2減去加脫硫劑后的 SO2排放濃度 CSO2之差與不加脫硫劑的 SO2排放濃度 CSO2之比，即 (5-59)222SOsoSOsCCC由式(5-57)可得出給定排放濃度 CS

38、O2后，需要的脫硫效率s (5-60)argysogySVCV220055. 010010S0.018100C1006arSOs根據(jù)式(5-60)對(duì)幾臺(tái) 100 135MWe 級(jí)鍋爐需要的脫硫效率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 5-6。表表 5-6 需要的脫硫效率實(shí)例計(jì)算結(jié)果需要的脫硫效率實(shí)例計(jì)算結(jié)果舉例鍋爐出力煤種燃料中硫含量Sar %干煙氣體積Vgy Nm3/kg給定的 SO2排放濃度CSO2 mg/Nm3需要的脫硫效率s %1465t/h，煙煤1.939.0440090.632440t/h，貧煤0.58.99400643450t/h，貧煤1.467.3640089.94220t/h，貧煤3.128.394

39、0094.55440t/h，褐煤1.664.740094.3注：Vgy按未加石灰石計(jì)算的，當(dāng)加石灰石時(shí)會(huì)略有增加，因而脫硫效率會(huì)略有降低。5.2.22 鈣硫比鈣硫比 Ca/S為達(dá)到要求的脫硫率應(yīng)在爐內(nèi)摻燒石灰石。鈣硫比 Ca/S 定義為鈣的摩爾質(zhì)量與硫的摩爾質(zhì)量之比。對(duì)于不同的燃料含硫量 Sar和給定的脫硫率s，所需的 Ca/S 應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)沒(méi)有使用經(jīng)驗(yàn)時(shí)可參考圖 5-125-15 和后面的式式(5-61)計(jì)算。第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇139石灰石流量051015202502004006008001000SO2排放 /mg.Nm3石灰石流量 /t.h-105

40、10152025灰渣中平均CaO含量灰中CaO含量 /% 脫硫效率8085909510002004006008001000SO2排放 /mg.Nm3脫硫效率 /%012345鈣硫摩爾比鈣硫摩爾比圖圖 5-12 中硫煤的中硫煤的 SO2排放和石灰石流量、鈣硫比、灰渣中排放和石灰石流量、鈣硫比、灰渣中 CaO 含量以及脫硫效率的關(guān)系含量以及脫硫效率的關(guān)系(Sar=2%, Aar=25%, Qar,net=22MJ/kg)石灰石流量051015202502004006008001000SO2排放 /mg.Nm3石灰石流量 /t.h-10102030405060灰渣中平均CaO含量灰渣CaO含量 /%

41、脫硫效率909294969810002004006008001000SO2排放 /mg.Nm3脫硫效率 /%012345鈣硫摩爾比鈣硫摩爾比圖圖 5-13 高硫石油焦高硫石油焦 SO2排放值和石灰石流量、灰渣中排放值和石灰石流量、灰渣中 CaO 含量以及脫硫效率的關(guān)系含量以及脫硫效率的關(guān)系(石油焦含硫量石油焦含硫量 Sar為為 6%)石灰石流量051015202502004006008001000SO2排放 /mg.Nm3石灰石流量 /t.h-105101520灰渣中平均CaO含量灰渣CaO含量 /%脫硫效率909294969810002004006008001000SO2排放 /mg.Nm3

42、脫硫效率 /%012345鈣硫摩爾比鈣硫摩爾比圖圖 5-14 煤矸石的煤矸石的 SO2排放值和石灰石流量，灰渣中排放值和石灰石流量，灰渣中 CaO 的含量以及脫硫效率的關(guān)系的含量以及脫硫效率的關(guān)系(煤矸石煤矸石Sar=2%，Aar=50%，Qar,net=13MJ/kg)0.00.61.21.82.43.00.01.53.04.56.0原煤含硫量 /%鈣硫摩爾比中活性石灰石低活性石灰石高活性石灰石02550751000.01.53.04.56.0原煤含硫量 /%脫硫效率 /%第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇140(a)(c)石灰石流量05101520250.01.53.0

43、4.56.0原煤含硫量 /%灰渣CaO含量 /%0510152025灰渣中平均CaO含量石灰石流量 /t.h-1(b)圖圖 5-15 為達(dá)到為達(dá)到 400mg/Nm3的的 SO2排放，燃料含硫排放，燃料含硫量對(duì)量對(duì) Ca/S、石灰石流量、灰渣中、石灰石流量、灰渣中 CaO 的含量的影響的含量的影響(燃料中燃料中 Sar=2%，Aar=25%，Qar,net=22MJ/kg)(a) 燃料含硫量與鈣硫比 Ca/S 的關(guān)系(b) 燃料含硫量與石灰石流量、灰渣中 CaO 含量的關(guān)系(c) 燃料含硫量和脫硫效率的關(guān)從圖中可以看出，為了得到相同的脫硫效率，燃料中的含硫量 S 越低，則所需的 Ca/S 比越

44、高。這是因?yàn)楹蛄吭降?，則煙氣中的 SO2濃度越低，因而反應(yīng)所需的 Ca/S 越高，才能達(dá)到預(yù)期的脫硫效率。另外，鈣硫比 Ks主要受石灰石活性 K、煤中含硫量 S、所要求的脫硫效率s和床溫 Tb等因素的影響。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)，可以將鈣硫比表達(dá)為：Ks=K1K2K3K4 (5-61)K1=2.17-0.965S+0.268S2-0.0352S3+0.00172S4 (5-62)K2=1.05exp(K-2)0.25 (5-63)(5-64)234356710 31136 128911 73729204777 4163852 441214 31sssssssK.(5-65)24348. 0234

45、1001163)1123(2)273()1123(005. 0bbbbTTTTa (5-66)(25. 1exp12 . 02aab (5-67) 197. 0/exp(4bc (5-68)24. 1/)1(524cck式中 Ks鈣硫摩爾比；S燃料中硫含量，%；第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇141s脫硫效率；Tb爐膛溫度，K。表 5-7 為按式(5-61)對(duì)一些燃料的計(jì)算結(jié)果。表表 5-7 按式按式(5-61)對(duì)一些燃料的計(jì)算結(jié)果對(duì)一些燃料的計(jì)算結(jié)果例 1例 2例 3例 4例 5燃料中硫含量Sar，%1.930.51.463.121.66要求的脫硫效率s，%92.384

46、.591.094.594.3爐膛溫度Tb，K11481156116311701133石灰石活性K中優(yōu)中優(yōu)中優(yōu)中優(yōu)中優(yōu)需要的 Ca/S 比Ca/S2.51.93.462.632.692.042.061.772.672.3表 5-8 為幾臺(tái)大型 CFB 鍋爐有關(guān)脫硫、NOx排放的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確還要經(jīng)運(yùn)行測(cè)試驗(yàn)證。表表 5-85-8 幾臺(tái)大型幾臺(tái)大型 CFBCFB 鍋爐有關(guān)脫硫脫硝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鍋爐有關(guān)脫硫脫硝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)特性里彥電廠(chǎng)SG-465/13.7M愛(ài)溪電廠(chǎng)SG-220/9.9新鄉(xiāng)電廠(chǎng)HG-440/13.7晨鳴電廠(chǎng)HG-220/9.8石家莊電廠(chǎng)DG410/9.81保定電廠(chǎng)DG450/9

47、.81威海電廠(chǎng)UG220/5.3Sar %1.933.120.512.01.341.461.18Nar %1.270.711.140.810.980.910.75Ca/S2.21.7522.22.32.32.1石灰石耗量kg/s2.0581.250.651.361.331.841.11床層溫度875893883874896896898爐膛出口溫度875893883874882884889NOx排放量(O2=6%)，mg/m3(標(biāo)態(tài))202.8250150302250136208SO2排放量(O2=6%)，mg/m3(標(biāo)態(tài))3506501502942504004545.2.23 石灰石耗量石灰石

48、耗量 Bsh煤燃燒脫硫需加入的石灰石量：Bsh=B，t/h (5-69)333CaCOarscacoarsCaCO125. 31SKBSKnns式中 B煤耗量，t/h；第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇142nCaCO3碳酸鈣的摩爾質(zhì)量，kg/mol； ns硫的摩爾質(zhì)量，kg/mol；CaCO3碳酸鈣在石灰石中的份額，%；Ks鈣硫摩爾比，Ca/s；Sar燃料中所含的硫量，%。5.2.24 爐底排渣量爐底排渣量 Qpz的計(jì)算的計(jì)算加石灰石脫時(shí)爐底排渣量 Qpz的計(jì)算中，要知道如下參數(shù)：煤耗量 B kg/s；石灰石耗量 Bsh kg/s；煤中灰含量 Aar %；排渣份額pz %

49、。由石灰石鍛燒產(chǎn)生的灰渣量可由式(5-48)計(jì)算求得，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可取 Ash=0.88Bsh,再shpzQ乘以pz，即=0.88Bshpz，kg/s;由煤中灰分產(chǎn)生的排渣量=BAarpz，kg/s；ApzQ總的排渣量 Qpz=+ kg/sshpzQApzQ例如，B=14.63 kg/s，Bsh=0.65 kg/s，Aar =18.46 %，pz =50 %，則 =0.88 Bshpz=0.880.650.5=0.285kg/sshpzQ =BAarpz=14.630.18460.5=1.35kg/sApzQ Qpz=+=0.285+1.35=1.635kg/s=5.89t/hshpzQAp

50、zQ5.2.25 加石灰石脫硫的增益量加石灰石脫硫的增益量 QsCFB 鍋爐燃燒的一個(gè)顯著特點(diǎn)是在煤燃燒過(guò)程中加入石灰石實(shí)現(xiàn)脫硫。發(fā)生下述反應(yīng)：煅燒反應(yīng)：CaCO3CaO+CO2-183 kJ/mol (5-70)固硫反應(yīng)：CaO+SO2+1/2O2CaSO4+ 486 kJ/mol (5-71)煅燒與固硫反應(yīng)的綜合結(jié)果是輸入熱量有所增加，其增益量 Qs：Qs=SarK(152s-57.19Ks)，kJ/kg (5-72)第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇143式中 Sar燃料中含硫量，%；KSO2轉(zhuǎn)化率，一般取 K =0.9；s脫硫率；煅燒率，取=0.951；Ks鈣硫摩爾

51、比，Ks=Ca/S，mol/mol。加入石灰石后，燃燒所需空氣量、煙氣量、灰渣量等也有所增加，使 q2、q4、q6損失等有所增加，具體增加量與 Ca/S 比大小及燃燒組織有關(guān)。CFB 的爐溫下投入床內(nèi)的全部石灰石均會(huì)生成 CaO，而脫硫反應(yīng)所產(chǎn)生的 CaSO4與脫除的 SO2量有關(guān)。由于石灰的脫硫反應(yīng)釋出的熱量大于石灰石煅燒反應(yīng)所吸收的熱量，因此最后二者的平衡是增加了鍋爐的熱效率還是降低了鍋爐的熱效率，取決與脫硫所用的 Ca/S(即石灰石的流量)，因?yàn)槭业拿摿蚍艧岱磻?yīng)所釋放的熱量幾乎是石灰石煅燒吸熱反應(yīng)所吸收的熱量的一倍，因此，Ca/S 較低時(shí)，投入爐內(nèi)的石灰石較少，石灰石煅燒吸熱反應(yīng)所吸收

52、的熱量小于石灰的脫硫放熱反應(yīng)所釋放的熱量，因而總的效果是改善了鍋爐效率。如果 Ca/S 較大，則有可能使吸熱大于放熱，從而使鍋爐效率降低。對(duì)于三種不同的燃料，分別為含硫量為 6%的石油焦、含硫量為 2%的煤和含硫量為 2%的煤矸石，在不同排放要求即脫硫效率不同時(shí)，石灰石脫硫?qū)﹀仩t效率的影響有所不同，見(jiàn)圖5-16。以石油焦為例，如果要求的排放值為800mg/Nm3時(shí)，即脫硫效率為 92%，這時(shí)的鍋爐效率為 93.2%。但如果要求的 SO2排放值為400mg/Nm3，要求達(dá)到的脫硫效率為 96%，由于提高了脫硫效率，導(dǎo)致 Ca/S 增加，使鍋爐效率略有下降，為 92.7%，下降了 0.5%。但是，

53、即使脫硫效率達(dá)到 96%，加入石灰石脫硫?qū)嶋H上也是提高了鍋爐效率，見(jiàn)圖 5-17。由圖 5-17 可見(jiàn)，石灰石煅燒吸熱反應(yīng)對(duì)鍋爐效率的影響從 SO2排放值 200mg/Nm3時(shí)的-3%降至 SO2排放濃度為 800mg/Nm3時(shí)的-2%。而石灰的脫硫放熱反應(yīng)對(duì)鍋爐效率的影響從 SO2排放值 200mg/Nm3至排放濃度為 800mg/Nm3時(shí)均為+3%左右。因而，在 SO2排放值200mg/Nm3時(shí)脫硫?qū)﹀仩t效率沒(méi)有影響，在SO2排放值 800mg/Nm3時(shí)鍋爐效率可增加約889092949602004006008001000SO2排放 /mg.Nm3鍋爐效率 /%石油焦(6%S)煤(2%S)

54、矸石(2%S)圖圖 5-16 同一臺(tái)鍋爐燃燒不同燃料時(shí)排放值要求的同一臺(tái)鍋爐燃燒不同燃料時(shí)排放值要求的脫硫效率對(duì)鍋爐效率的影響脫硫效率對(duì)鍋爐效率的影響-4-3-2-10123402004006008001000SO2排放 /mg.Nm3鍋爐效率 /%石灰石煅燒白云石煅燒硫酸鹽化總影響圖圖 5-17 SO2排放值排放值(脫硫效率脫硫效率)對(duì)鍋爐效率的影響對(duì)鍋爐效率的影響第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇1440.7%。從圖 5-16 和圖 5-17 可以看出，在 CFB 中用石灰石脫硫?qū)﹀仩t效率影響不大，其影響隨對(duì) SO2排放值的要求而不同，SO2排放濃度越低，即 Ca/S

55、越高，它對(duì)鍋爐效率的影響就越大。一般說(shuō)來(lái)，Ca/S2.5 時(shí)，脫硫會(huì)增加鍋爐效率；Ca/S2.5 時(shí)，脫硫會(huì)略降低鍋爐效率。當(dāng)某些燃料如褐煤的灰分中 CaO 含量較高時(shí)，實(shí)際上添加的石灰石量可以較小，鈣硫比較低，則脫硫的熱效應(yīng)非常明顯，此時(shí)脫硫利于改善鍋爐效率，甚至可以提高鍋爐效率達(dá) 23%。5.2.26 SO2超低排放超低排放CFB 鍋爐石灰石脫硫并不是不能滿(mǎn)足嚴(yán)格的 SO2排放要求，很多鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐，已證明了可以達(dá)到超過(guò) 99%的脫硫效率。但是近年來(lái)對(duì)于氣體排放的要求日益嚴(yán)格，僅僅脫除SOX，NOX和 CO 到一定的水平已不夠了，例如美國(guó)聯(lián)邦法律要求，必須根據(jù)最佳的可用控制技術(shù)(Best

56、 Available Control Technology 即 ACT)逐步加強(qiáng)對(duì)空氣污染物排放的處理。美國(guó)現(xiàn)在要新批準(zhǔn)的大型 CFB 鍋爐項(xiàng)目，必須脫除所謂危險(xiǎn)的空氣污染物(Hazardous Air Pollutant 即 HAPS)如 HCl、HFl、H2SO4和在火電廠(chǎng)排放的煙氣中存在的其它酸性氣體、飛灰中的微量元素，要求新建的大型 CFB 鍋爐要將煙氣洗滌裝置包括在鍋爐系統(tǒng)中。因此目前美國(guó)三臺(tái)在運(yùn)行的容量在 250300MWe 的 CFB 鍋爐安裝了煙氣洗滌裝置。這就是美國(guó)一些電站 CFB 鍋爐除了采用石灰石爐內(nèi)脫硫外，還在尾部空氣預(yù)熱器后面增設(shè)的第二級(jí)煙氣脫硫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)洗

57、滌塔和一個(gè)袋式除塵器，其目的是除去 CFB 本身無(wú)法除去的酸性氣體和微元素。這就是超低排放 SO2的 CFB 鍋爐。將來(lái)自鍋爐飛灰中的未反應(yīng)的 CaO 隨煙氣進(jìn)入一垂直布置的半干式反應(yīng)塔，在反應(yīng)塔中通過(guò)噴水將飛灰中的 CaO 活化成氫氧化鈣，或?qū)⑿碌乃彝瑫r(shí)噴入反應(yīng)塔，以進(jìn)一步脫除煙氣中的 SO2和酸性氣體，與 HCl、HF 和 H2SO4進(jìn)行反應(yīng)。在煙氣洗滌裝置中，SO2和酸性氣體的脫除由兩個(gè)分開(kāi)的階段進(jìn)行。在第一個(gè)階段，被噴入反應(yīng)塔的霧化石灰漿液滴吸收。在反應(yīng)的同時(shí)在液滴中的水被蒸發(fā)掉，控制噴水量使吸收塔的出口溫度保持在 7080oC 以上，剛好超過(guò)煙氣的絕熱濕球飽和溫度的 20 至

58、30oC。重金屬(如汞 Hg、鉛 Pb、鋇 Be 等)先在反應(yīng)塔中凝結(jié)和收集，殘存在煙氣中的細(xì)微懸浮固體顆粒，隨煙氣和固體顆粒被導(dǎo)入一袋式除塵器將固體顆粒除去。在第二階段中，SO2和酸性氣體和重金屬等在煙氣通過(guò)袋式除塵器的濾袋外沉積的一層干灰層時(shí)被吸收。其效率主要取決于對(duì)細(xì)微顆粒(亞微米級(jí))的過(guò)濾能力。顆粒收集能力越強(qiáng)，脫除細(xì)微懸浮固體顆粒的效果越好。JEA 的 300WeCFB 鍋爐的反應(yīng)塔可將 90%的汞脫除。如果需要，可將活性炭噴入袋式除塵器以進(jìn)一步將汞除去。因此，袋式除塵器不僅可非常有效地降低 CFB 鍋爐的粉塵排放，而且對(duì)進(jìn)一步降低煙氣中的污染物也起著重要的作用。降低鍋爐酸性氣體的排

59、放要依靠反應(yīng)塔，而去除微量元素則要靠袋式除塵器。通常，反應(yīng)塔除去 HCl，HF，H2SO4的效率比脫除 SO2和的更高，也就是說(shuō)，如果脫硫效率達(dá)到 90%.時(shí)，則脫除 HCl、HF、H2SO4的效率可達(dá) 95%。與單獨(dú)的 CFB 鍋爐相比，超低排放的 CFB 鍋爐煙氣處理裝置增加了設(shè)備投資和運(yùn)行第五章 CFB 鍋爐主要性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算及選擇145維護(hù)費(fèi)用，如用于洗滌塔的新石灰石、廢物處理、水、電、運(yùn)行維修的人工和材料等。如果考慮 NOX的超低排放，還需要考慮降低 NOX所需的氨消耗。對(duì)酸性氣體和微量元素的排放沒(méi)有限值要求，CFB 鍋爐本身可滿(mǎn)足嚴(yán)格的 SO2排放要求，在燃料含硫量3%時(shí)

60、，不應(yīng)采用二級(jí)煙氣反應(yīng)塔方案。對(duì)于高硫燃料(3%)，在排放要求為400mg/Nm3，此時(shí)要求的脫硫效率約為 97%。如果 SO2排放限值所要求的脫硫效率要超過(guò) 98至 99%，則需要進(jìn)一步的研究是否需要采用反應(yīng)塔。若對(duì)酸性氣體和微量元素的排放有限值要求，例如在美國(guó)，要求采用洗滌塔來(lái)控制酸性氣體，用袋式除塵器來(lái)控制微量元素的排放。這時(shí)，如果 CFB 鍋爐本身脫除約 8092%的SO2，而反應(yīng)塔脫除另外的 SO2，可以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。5.2.27 鍋爐煙氣鍋爐煙氣 NOx排放濃度排放濃度各種燃燒方式的鍋爐 NOx最高排放濃度(折算到煙氣含氧量 O2=6%時(shí)的干煙氣 NOx數(shù)值)應(yīng)符合 GB132