流化燃烧.docx

流化燃烧.docx

《流化燃烧.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流化燃烧.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流化燃烧

流化燃烧系统的设计与分析

（一）概述

我国现阶段的能源结构以煤为主，这主要是由我国是产煤大国，相对其它的燃料价格也便宜，但煤的燃烧会对大气产生严重的污染，根据１９９８年中国环境状况公报，我国的大气环境污染仍然以煤烟型为主，煤中除了所含的水分和矿物杂质成分外，其可燃成分主要是碳和氢，并含少量的氧、氮、硫。

其中硫燃烧后产生SO2待硫化物、NOX化物和CO会对大气产生严重的污染，其中SO2是我国酸雨形成的主要原因，因此SO2已成为主要的大气污染物。

（二）发展趋势

由于经济的原因煤在我国仍然得到广泛的使用，但随着我国对环境保护的重视，对煤的绿色使用要求也越来越来高。

为此各设计院和使用单位都提高对煤的燃尽率和降低污染方面开发出了许多燃烧设备和脱硫设备，

袋收尘器随着滤带的生产技术的提高，尤其是耐高温的滤带的质量的提高，在许多的场合下，袋收尘器取代了电收尘器的使用，因为袋收尘器的允许排放烟尘的浓度远远要小于电收尘器，

脱硫系统使用的可靠性一直困扰着使用煤作为燃料的工厂，我国电厂普遍使用的是钙法脱硫，此种方法运行可靠性较差，经常会出现堵的现象，近期得到较大发展的氧化镁法得到广泛的应用，尤其是燃煤是较小工厂，它有如下优点：

技术成熟，投资费用低

脱硫效率高，运行费用低

运转可靠，无二次污染

二、设计需求

（一）使用要求

最近我单位在沿海城市准备计划投资新建一生产线，由于当地没有天燃气，故计划使用烟煤做为供热燃料，由于煤含有硫和氮氧化物，故排放烟气，需经过除尘和脱硫系统，达到国家环保排放标准。

（二）技术要求

生产需热能1.6×107kcal/h

排放烟气粉尘浓度≤50mg/Nm3

排放SO2浓度≤60mg/Nm3

使用流化热风炉作供热系统，包括热交换器，将燃烧的热烟气交换成干净的热风，供生产使用。

整机热交换效率以72%计算。

（三）燃料

煤的工业分析值如下

CY=68%HY=4%SY=1%0Y=5%WY=7%AY=15%

煤的平均热值Qdwy=5000kcal/kg

飞灰占煤中不可燃成分的比例约为16%

在此不考虑氮气，由于流化燃烧炉在800-900度，无法生成氮氧化物，

三、流化燃烧炉的系统设计

（一）流化执风炉燃烧煤需求及能力设计

1、流化执风炉特点

煤碳是我国的主能源之一，煤碳使用造成的环境污染和浪费的，已成为我国十分关注的问题，近年来流化燃烧技术在我国得到迅速发发展，R系列流化燃烧热风炉是我国工程技术人员和相关科研院所的通力合作，综合国内外先进技术，开发的高效、优质、低耗和安全的流化燃烧产品，具有以下特点为：

燃料适应性广

燃烧效率高

氮氧化物排放量低

负荷调节范围大

燃料预处理及给煤系统简单

2、流化燃烧炉的选型

由于流化热风炉（包括热交换器）系统的整体效率是72%，

生产需热能1.6×107kcal/h，

流化热风炉的燃烧产生热的能力是：

E=1.6×107kcal/h÷72%=2.2×107kcal/h

由于煤的平均热值是Qdwy=5000kcal/kg

故流化热风炉每小时耗煤量

C=2.2×107kcal/h÷5000kcal/kg=4400kg/h

根据厂家提供的资料选取R2200型流化热风炉

（二）热风炉排烟量及SO2浓度的计算

1、烟气量的计算

标准状态下理论空气量计算

建立煤燃烧的假定

煤中固定氧可以用于燃烧；

煤中硫全部被氧化成SO2；

不考虑NOx的生成

煤中固定氢可以用于燃烧

碳与氧的燃烧

C+O2=CO2

12kg22.4m322.4m3

此式表明12kg碳完全燃烧时，需消耗22.4m3O2，所以1kg碳完全燃烧消耗的氧是22.4/12=1.8667m3

同理可计算出1kg氢完全燃烧消耗的氧是人5.5556m3

同理可计算出1kg硫完全燃烧消耗的氧是人0.7m3

但这些氧并非完全来源于空气，因为1kg煤中还含有0Ykg的氧。

这部分氧可与碳、氢、硫化合，因此，在计算空气需要量时，应将这部分的氧扣除。

氧的分子量是32，故1kg煤中0Ykg的氧在标准状态下的体积为

0.7×0Ym3,

这样，1kg煤燃烧所需的O2是：

1.8667×CY+5.5556×HY+0.7×SY-0.7×0Y

由于空气中O2的容积含量是21%，所以1kg煤燃烧所需的理空气量为：

VO=1÷0.21×（1.8667×CY+5.5556×HY+0.7×SY-0.7×0Y）

=6.97m3/kg

这是理想状态下燃烧所需的空气量，在实际燃烧过程中所需的空气量一般是较多的，实际所需空气量等于Vk=ɑ×VO,ɑ一般取1.2。

标准状态下实际烟气量的计算

因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。

设空气的含湿量为12.93g/m3

Vy=1.8667×CY+0.7×SY+VN2+VH2O+1.0161（ɑ-1）V0

其中VH2O=11.11×HY+1.24×WY+0.0161V0

VN2=0.79×V0

Vy=9.148m3/kg*h

每小时用煤量是4400kg,那么每小时生成的烟气量是

Q=40252.5Nm3/h

2、二氧化硫浓度的计算

二氧化硫生成量

硫与氧的作用：

S+O2=SO2

32kg32kg64kg

故煤中每公斤的硫会产生2kg的SO2，

每小时的耗煤量是4400kg/h，煤的含硫率是1%，

这样就算出1小时流化热风炉会产生88kg的SO2。

二氧化硫浓度的计算

二氧化硫浓度等于每小时生成的重量除以烟气量，

DSO2=88000/40252.5=2.186g/Nm3

3含尘浓度的计算

Dd=dsh×AY/Q

dsh=排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的质量分数，此处取16%，

AY=煤中不可燃烧成分的含量，

Q是标准状态下烟气量，

粉尘浓度Dd=2.623g/Nm3

（三）除尘系统方案的分析确定

煤的燃烧会产生粉尘、Sox等污染物，会对大气造成污染，国家对粉尘排放量要求是≤50mg/Nm3,因此我们在使用煤燃烧系统时必须考虑到除尘设备的使用。

在此系统中烟气的排放温度是小于160℃。

由于我们选用是非煤粉流化燃烧炉，烟气中的粉尘粒径集中在15-75之间,实际烟气量在68000m3/h，因此实际排放粉尘浓度Dd=1.552g/Nm3,

1、除尘器的效率计算

除尘器应达到的除尘效率

η=1-Cs/C

式中：

Cs国家标准状态允许排放的值，

C标准状态的排放浓度，

η=1-50/1552=96.78%

2、除尘器的选型

在我国目前广泛使用的收尘器有旋风除尘器、湿式除尘器、电除尘器、袋式除尘器，这几种除尘器的效率和特点均不同，以下是对这几种除尘的特点分析，

布袋除尘器是古老而广泛采用的除尘方法，它是利用纤维织物的过滤作用进行除尘，是干式高效除尘器。

适用于粒径小于1μm的颗粒。

除尘效率高，可达99%以上，

湿式除尘是利用洗涤液来捕集粉尘，利用粉尘与液滴的碰撞及其它作用来使气体净化的方法。

对10μm以上的粉尘除尘效率可达90-95%，

电除尘是利用强电场使气体发生电离，收集带电粉尘，电除尘器除尘效率高，一般在95-99%。

处理气量大，可应用于高温、高压，1μm左右的粉尘，

旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的，用来分离粒径大于5—10μm以上的的颗粒物。

效率80%左右，捕集<5μm颗粒的效率不高，

从以上分析，只有袋除尘器和电除尘器符合我们的使用要求，如选用电除尘器，则烟气浓度的比电阻较高，会降低电除尘的效率，另外电除尘器的使用维护复杂，而袋除尘器维护相对简单。

综合上述，袋除尘器对该除尘过程有更优越的表现，因此拟定袋式除尘器，袋式除尘器基本参数：

除尘效率η≥98%

处理风量70000m3/h

滤带过滤风速1.2m/s

滤带材质耐高温NOMEX耐高温度≥200℃，在200℃时可承受30分钟，

（四）脱硫系统方案的分析确定

我们使用的煤含硫量率是1%，此类烟气主要特点：

含尘量大，温度较高，SO2浓度低，气量大；因而锅炉烟气脱硫工艺中加有袋式除尘器，以减小烟气中的含尘量。

1、脱硫系统的选型条件

烟气温度≤160℃

含尘量≤50mg/Nm3

实际烟气含硫浓度≤1.296g/Nm3

国家允许排放浓度的标准≤60mg/Nm3

除尘效率≥95.2%

2、脱硫方法的选取

目前应用较多的脱硫方法有：

石灰/石灰石法、氧化镁法、钠碱法、氨吸收法、亚硫酸钠法、柠檬酸钠法等。

在我国运用技术较成熟主要有石灰/石灰法和氧化镁法。

湿式石灰/石灰石-石膏法

利用石灰或石灰石浆液作为洗涤液吸收净化烟道气中的SO2并副产石膏,脱硫效率达90%~95%。

优点：

吸收剂价廉易得；副产物石膏可回收用作建筑材料；

缺点：

易发生设备结垢堵塞或磨损设备，设备运转率较低，且要求当地有石灰石资料源。

占地面积大，投资费用较高，电耗大，生产成本高，

MgO工艺也是技术成熟的脱硫工艺，氧化镁法多用于净化电厂锅炉烟气，2MgO法脱硫效率可达90%-98%，因为MgO活性强。

优点：

工艺系统简单一般不需要脱硫产物的处理系统。

MgSO4溶解度大，可溶于循环水中，可随少量脱硫水排走，由此可省掉脱硫产物处理系统，节省场地。

装置的建设费及运转费低廉。

缺点：

废渣需要堆放，

综合上述，氧化镁脱硫用在流化床燃烧系统中相比湿式石灰/石灰石-石膏法更具有优势，因此我们选择MgO脱硫工艺。

（五）初步概念设计

1、工艺流程图

2、工艺方案说明

流化炉在我们中国得到泛使用，并且生产制造厂家同时提供配套的热交换器，

袋除尘器，除尘效率高，设备占地面积小，设备维护简单，

氧化镁脱硫系统在中国目前锅炉脱硫系统目前运用广泛，可靠性较湿式石灰/石灰石-石膏法高，投资少。

MgSO4是海水中组份Mg2+是无害的，在地下水、饮用水中者有一定含量，ＭgO工艺脱硫塔排水经过沉淀和曝气处理后，可达到综合污水排放标准

主引风机一部分废气可以回到流化炉，一可以充分利用这部分热量，另外也可以调控流化炉所产生的烟气温度，稳定流化炉的出口烟气的温度，防止出口烟气温度过高造成下游设备的损坏。

3、设备及管道的布置的原则

根据流化炉的运行情况、脱硫系统和工厂的布置的实际

情况，一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。

对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积浑身是省，并使安装、操作和检修方便。

管道配置应考滤以下条件

在生产工艺和现场条件允许的前提下，系统的管道应尽可能短，以便节省投资、减少运行费用，

对于多个污染源的场合，可采用联合布置成集中除尘系统。

粉尘量浓度较大时，管道以垂直或倾斜布置为宜。

斜管与水平面的夹角应大于粉尘的休止角，采用水平管道时，风速应大些，总之风管内风速应大于物料的搬运风速。

为降低系统的压力损失，管道弯头的曲率半径以管径的1.6-2倍为宜，管道的三通及主管与主管的连接处，以取夹角小于35°为宜。

管道渐扩管和渐缩管的扩张角以1-20°，收缩角以25°为宜。

风机入口与管道的连接以渐扩或渐缩的直管最好。

如采用弯管，转变的方向应与叶轮施转方向一致，以免影响风机的效率。

风机的出口不应直接转弯，必须转弯时，转弯方向应与叶轮旋转方向一致。

为系统启动方便，风机入口管道上应装设调节阀门，启动时关闭阀门，减少风机电机的启机电流。

4、管道的管径确定

公式

（m）

式中：

Q-工况下管内烟气流量，m3/s;

υ-烟气流速，m/s（对于烟煤烟尘一般取消10-15m3/s）

取υ=10m3/s

D=1.19m

外径取D=1.2m,钢板厚5mm,

则内径直d=1200–2*5=1190mm

由公式

可计算出实际的烟气流速：

υ=11.77m/s

满足要求。

（六）风机的选型

系统阻力的计算

1、设备的阻力

设备的阻力一般由设备生产厂家提供，具体阻力如下

流化燃烧炉到热换器出口的静压阻力损失：

≤2800Pa

脱硫系统的静压阻力损失：

800Pa

袋式收尘器的静压阻力损失：

1600Pa

管道设计如图

2、对于圆管的沿程压力损失

计算公式

（Pa）

式中：

L–管道长度，m

d-管道直径，m

ρ-烟气密度，kg/m3

v-管道中烟气平均流速，m/s

λ-磨擦阻力系数，可以查手册得到，实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌和混凝土管道值可取0.04,

L=13.666m

在160℃时烟气的ρ

ρ=ρ标×273/（273+160）=0.84kg/m3

ΔTP=13.36Pa

3、局部压力损失

计算公式

（Pa）

式中

ξ-异型管件的局部阻力系数

v–与ξ相对应的断面平均流速，m/s

ρ-烟气密度，kg/m3

图中有两个渐缩管，由于角度小于45°，故ξ取0.1,v取11.77m/s，

ΔTP=5.818Pa

由于是两个渐缩管，所以ΔTP=11.636Pa

图中有三个90°的弯头，D=1190mm,取R=D,

则ξ=0.28，v取11.77m/s

ΔTP=16.29Pa

两个弯头压力损失=3×ΔTP=48.87

通过计算可以发现没程压力对系统的影响是较小的。

因此系统总阻力为：

总ΔTP=2800+800+1600+13.36+11.636+32.58=5260.576（Pa）

风机的选取

4、风机选用的选取的原则

离心风机选用主要控制参数为风量、全压、效率、比声压级、转速及电机功率等。

离心风机分为高压P＞3000Pa，中压1000≤P≤3000Pa，低压P＜1000Pa三个压力等级。

选用时应根据被输送气体的物理、化学性质，以及用途不同，选择不同型式的离心风机。

离心风机选型时，应考虑管路系统的漏风损失、计算误差，以及离心风机实际风量、风压的负偏差，一般采用风量为1.05～1.1，风压为1.10～1.15的安全系数。

但也不宜采用过大的安全系数，以防止离心风机长期处在低效率区运行。

注意管网阻力特性与离心风机特性的匹配关系。

为使离心风机能稳定运行，应使离心风机在其最高效率点附近工作，离心风机的工作点位于性能曲线中全压峰值点的右侧（即大风量侧，且一般位于全压峰值的80%）。

风机选用设计工况效率，不应低于风机最高效率的90%。

5、主引风机的选型

由于此风机是引风机，而且进风的温度在150℃，因此选取锅炉引风机，因为锅炉引风机是在进风温度在150℃，一个标准大气压的基础上生产的。

风机所需风量的计算

在150℃时烟气量是Q=66430m3/h,

安全系数取1.1,

则风机所需的实际风量是73073m3/h,

风机所需压力的计算

此系统总阻力为：

ΔTP=5260.576（Pa）

安全系统取消1.1

则风机所需的全压ΔTP=5780Pa

根据实际风量和压头的需要，参考风机选型手册，

选用药选用AYX35-1No14D风机，风机参数如下：

型号：

AYX35-1No14D

转速：

1450r/min

流量：

74667m3/h

全压：

5814Pa

效率：

0.83

轴功率：

141.9KW

选用电机功率：

Y315L-4200KW