三废流化混燃炉热能利用分析及计算

摘 要：本文简述了三废混燃炉的基本结构和工作原理；根据热量平衡原理，分析了三废混燃炉的有效利用热量、各种热量损失和影响因素，给出了计算公式，概括了计算步骤。最后提出了进一步提高热利用效率的技术措施；为运行厂家进行效率评估以及改进措施提供了指导方法。

关键词：三废混燃炉、热平衡、效率

Abstract： This paper introduced the basic structure and working principle of three wastes fluidized mix combustion furnace.Then according to the principle of thermal equilibrium，it analyzed influence factors such as effective thermal and various heat loss existed in three wastes fluidized mix combustion furnace，provided the calculation formula of these losses，summarized the thermal equilibrium calculation steps.Finally，proposed further technical measures of improve thermal efficiency.Provided the guidance methods for the operator to evaluate and improve efficiency.

Keywords： Three Wastes Fluidized Mix Combustion Furnace，thermal equilibrium， efficiency

三废流化混燃炉（第三代造气吹风气回收装置），是将造气生产过程产生的吹风气、造气炉渣、造气除尘器细灰等，掺配入部分煤矸石、烟煤、无烟煤粉沫，在炉内流化燃烧，产生高温烟气集中热量回收的装置。目前造气回收装置经过三个发展时期：

第一代造气吹风气回收装置，其燃烧形式是上燃蓄热式，利用高热值合成气燃烧蓄热后，来燃烧低热值的造气吹风气，回收热量、副产蒸汽，保护环境。

第二代造气吹风气回收装置，其燃烧形式是上燃改进式或中燃式，在第一代的基础上，增加了燃烧喷头，减少了炉内格子砖，或者采用折流式烟气拱型通道蓄热，使炉内的阻力大为减小，减小了造气炉送吹风阶段的阻力，烟气燃烧更为完全，使造气系统蒸汽达到了自给。

第三代造气吹风气回收装置，也就是造气三废流化混燃炉，其燃烧形式是混燃式，它和第二代相比又有了突破性的发展，设计更加合理，技术更为先进，使用更加可靠。它的设计，运用了沸腾床的燃烧特性，借用循环流化床锅炉的返料回收技术，采用了吹风气余热锅炉的模式，对造气产生的废气、废渣、废灰能够达到同时混燃，三废流化混燃炉在烧吹风气时，该炉将成为一台吹风气余热锅炉，单独烧煤、煤矸石、煤渣等时将成为一台流化床锅炉，渣、气、煤混烧将成为气、固流化混燃炉[1]。

造气三废流化混燃炉系统，其综合性能远大于第一、二代造气吹风气回收装置，是目前解决合成氨尿素甲醇生产系统，两煤变一煤、两炉变一炉的唯一方案。

一、三废流化混燃炉的基本结构和工作原理

随着“第三代造气吹风回收装置”技术的成熟，三废流化混燃炉得到大力的发展。三废流化混燃炉的主要结构与普通流化床锅炉相近，由三废流化混燃系统和余热锅炉两个部分组成，其中三废流化混燃系统是将造气生产过程产生的吹风气、造气炉渣、造气除尘器细灰等，掺配入部分煤矸石、烟煤、无烟煤粉沫，在炉内流化燃烧，产生高温烟气集中热量回收的装置。燃烧部分由两台设备组成，它由三废流化混燃炉和组合式除尘器组成；余热锅炉由蒸汽过热器、余热锅炉、省煤器、空气预热器、炉内水冷件组成；烟气洗涤排放部分由水膜除尘器和烟囱组成。具有热能回收合理、蒸汽量大、品位高、蒸汽成本低，运行安全性能高，操作稳定性好，一炉多用、减少投资、便于管理等诸多特点。

二、热平衡的计算

三废流化混燃炉的热平衡与普通流化床锅炉的热平衡原理相同，燃料的热量应等于有效吸收的热量与各项损失的热量之和，如图1 所示。以单位时间消耗的煤、燃料气和吹风气为基础，根据热平衡原理可写出

（1）

其中 Qar —煤的低位发热量；Im —煤的物理显热；Qrlq —燃料气的低位发热量；Qcfq —吹风气的低位发热量；Qk —进入三废流化混燃炉的空气带来的热量；Qr —锅炉输入热量；Qyx —有效吸收热量；Qpy —排烟损失；Qsr —散热损失；Qhz —灰渣损失；Qqt —气体不完全燃烧热损失；Qgt —固体不完全燃烧热损失。

為了使各种热量的大小更清楚，热平衡式常用百分数表示，即以输入热量为100%，其余的热量以q及适当的脚码表示，即

（2）

有效吸收热量是指三废流化混燃炉产生的蒸汽含有的热量。将有效吸收热量化成百分比时，即是三废流化混燃炉的正平衡效率

（3）

（4）

其中 D—单位时间内的蒸发量[kg/h]；h″ —过热蒸汽焓[kJ/kg]；h —给水焓。

也可以先得出各种损失，再算出三废流化混燃炉的反平衡效率η′ ，当η′≈η 时，计算结果可靠。

（5）

排烟损失是指炉内的烟气离开烟气出口进入下一个反应设备所带走的热量。计算这部分热量时，首先要根据过剩空气系数a求出烟气中各种成分的体积或质量，然后再根据排烟温度tpy 求出各种气体的焓的总和[2]。

（6）

其中 LCO2 ，LN2 ，LH2O ，L′k 分别为烟气中五氧化二磷气体、氮气和过剩空气的量[kg/kg]；CCO2，CN2 ，CH2O ，Ck 为有关烟气成份的由0℃到排烟温度的平均热容量[kJ/kg·℃]。

由于三废流化混燃炉与中小型锅炉结构相似，可按中小型锅炉的方法确定其散热损失。散热损失是较难用实验测定的。一般它所占百分比较小，因此按由实验测定的曲线决定它，即已满足精度。实际计算中是根据产汽量D，查中小型锅炉从蒸发量决定外部冷却损失的曲线得出qsr [2]。

三废流化混燃炉的结构并非完全一模一样，有的还会存在其他热量损失，要根据具体情况而定。就本文采用的三废流化混燃炉而言，基本不存在其他损失，可视qqt 的值为零。

3 进一步提高热利用效率的措施

由热平衡原理可知三废流化混燃炉的各项损失极其所占比例。提高热利用效率的措施就是根据参数间的关系以及结构特点设法减少各项损失。可从如下几点考虑：

⑴排烟损失主要受到空气过剩系数的影响，理论上，不采用空气过量系数过高，但二次风不够将影响吹风气的燃烧。因此在保证设备能够正常运行的情况下，尽可能减小空气过量系数。

⑵增设圆盘冷渣机，用脱盐水作为冷渣机的介质回收渣的热量，以减少灰渣损失。

⑶增加设备的保温性，比如加一定厚度的保温层，以减少散热损失。

4 结论

通过对特种三废流化混燃炉热量平衡的分析和计算，可以得出影响其效率的各种因素。从而提出进一步提高热利用效率的技术措施。对运行厂家进行相关工作有参考作用。

参考文献：

[1] 李军.第二十二届全国造气技术年会论文集[C].全国造气技术年会，2014

[2] 冯俊凯，沈幼庭.锅炉原理及计算[M].北京：科学出版社，1998

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