《生活垃圾焚烧系统换热系统和布风装置的设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生活垃圾焚烧系统换热系统和布风装置的设计方案（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生活垃圾焚烧系统换热系统和布风装置的设计方案1.1 外置式换热器（EHE）的简介随着循环流化床焚烧炉参数的提高、容量的增大，其尺寸也在增大，而炉膛表面积与体积的比值在下降。这样，炉膛膜式水冷壁就不可能达到所需的热负荷。从旋风分离器灰斗出来的循环灰温度约为850900 ，通过灰控制阀，把炉膛中产生的一部分热量传递给 EHE 中的蒸发、发热和再热等受热面，以提供额外的热负荷。EHE 实质上是低速鼓泡流化床，其结构简图如图1.1所示，可布置过热器、再热器和省煤器等沉浸受热面，具有很高的传热系数。采用 EHE，而不采用在炉膛的上部设置屏式受热面，可大大减少所需的受热面积。同时，EHE 床的表观流速向当
2、低，其受热面的磨损程度远比炉膛中的受热面小得多。图1.1外置式换热器结构简图1-与炉膛相同的气体管路；2-冷物料回入炉膛的气体管路；3-分离器下来的热物料；4-物化空气；5-隔墙；6-受热面1.2 外置式换热器(EHE)的风室压力外置式热换器的一般运行工况如下：流化速度0.41.0 m/s；固体颗粒径为100300 ；碳的质量分数1%；床侧传热系数0.30.5 。(1) EHE配风装置的压力： (4-1) 式中：EHE配封装置的压力，Pa； EHE溢流堰高，一般为2.7 m； EHE床料流化态时的密度，取1330 。则： Pa(2) 灰料以溢流状态进入炉膛时EHE溢流堰处的压力： (4-2)式
3、中：EHE溢流堰处的压力，Pa； EHE炉膛入口中心处背压，Pa； 炉膛配风装置上压力，Pa； 炉膛配风装置至旋风分离器进口烟道中心线的高度，m； 炉膛配风装置至EHE反料腿炉膛入口中心线的高度，m。其中，式中：炉内最大压力，Pa； 床料堆积密度，推荐取770 ； 装料高度，m。本设计中装料高度为2 m，炉膛配风装置至旋风分离器进口烟道中心线的高度取18 m，炉膛配风装置至EHE反料腿炉膛入口中心线的高度取10 m，则： Pa Pa(3) EHE风室压力 (4-3)式中：EHE风室压力，Pa； 配风装置阻力，一般为40005000 Pa，本设计中取4000 Pa； EHE炉膛入口中心处背压，P
4、a； EHE配封装置的压力，Pa；即： Pa1.3 炉膛受热面的结构循环流化床焚烧炉的炉膛受热面主要为布置在炉墙上作为蒸发受热面的水冷壁。其结构通常为模式水冷壁，有时为了增加水冷壁传热面积，降低炉膛高度或避免采用外置式换热器和炉膛内屏式受热面，可在水冷壁管上加置垂直壁面的鳍片（见1.2图）。这种鳍片一般高26 mm ，厚3 mm，计算传热面积时可按鳍片两面的面积计算，鳍片效率为80%90%。对于外径为50 mm，节距为75 mm的膜式水冷壁而言，采用鳍片后可增加约25%的吸热量。垂直布置屏式受热面的结构为自炉膛侧墙进入炉膛再从炉膛顶部引出。屏式受热面一般为过热器或再热器受热面的一部分，其传热计
5、算可按双面曝光受热面进行计算。图1.2 带鳍片的膜式水冷壁管结构1-水冷壁管；2-鳍片；3-钢膜；4-绝热材料；5-炉体1.4 对流受热面的设计计算在循环流化床焚烧炉中，对流受热面包括过热器、再热器、省煤器与空气预热器。在高温分离器型循环流化床焚烧炉中，烟气及其所带灰粒从分离器出来后进入布置由一系列对流受热面的后部烟道并与受热面中工质进行热交换12,14。对流受热面的传热方程为： （4-4）式中：受热面的吸热量，； 传热系数，； 温压，； 计算燃料消耗量，； 修正系数，对过热器取1.01.3，其他受热面取1； 受热面积，。本设计中取 ， ， ， ，则： 1.5 回料装置的设计1.5.1 回料装
6、置的作用回料装置位于分离器和流化床炉膛之间，分离器排灰口的压力低，炉膛中的压力高，回料装置对于高温物料实行压力梯度传递，再就是回料装置还要满足变负荷的工作状态，则回聊装置的作用如下。(1) 流化床稳定运行时，回料装置中的物料流动要稳定；(2) 对分离器的气体泄漏趋于零；(3) 无聊流量可以控制；为满足上述的三个要求，一般的回料装置由立管和回料阀两部分组成，立管的作用就是密封冲压气体向分离器的泄露，在各种回料装置中，立管的差别不是很大，相互之间的主要区别是阀的结构和工作原理。回料阀可以是机械阀，也可以是非机械阀，但循环流化床回料系统中流动的是高温无聊颗粒，机械阀有卡塞和磨损问题，有受热膨胀和高温
7、氧化等问题，所以，除过早期在流化床中使用过机械阀外，现在的回料阀全部都是非机械阀。1.5.2 回料阀的分类回料阀按照结构形态可以分为：L阀、换向阀、J阀、U阀和N阀等,如图1.3所示。回料阀按调节方式又可分为可控阀和流通阀两大类。回料阀按照用途还可分为循环流化床回料阀和气力输送阀等。L阀、换向阀、J阀、U阀和N阀等都是循环流化床回料阀，气力输送阀主要包括文丘里输送阀和喷射式输送阀两种。图1.3 回料阀1.5.3 回料阀的工作原理回料阀的驱动力来自于充气点的压力，如果充气点的压力大于该点的固体颗粒向炉膛流动的阻力时，回料阀可开启，固体颗粒开始流动。1.5.4 U阀的设计计算U阀的长度可以设置多个
8、隔板，隔板的底部开口使固体颗粒流动，开口可以沿整个隔板宽度，其高度可按颗粒的水平流动速度来决定，水平速度一般取0.050.2 m/s。最小高度要大于10倍的最大物料颗粒的直径。故取颗粒的水平的流速为0.1 m/s。U阀的出口室可以充气，或出口室的中部充气以优化调节特性，或者在立管下部正对着连通室设置喷嘴，以加强物料颗粒的流动。出口室的颗粒在流态化的情况下，其速度较大，空隙率也较大，所以，出口管的直径要大于等于立管直径，而且，立管的倾斜角要大于物料颗粒的休止角12,14。立管直径的计算 (4-5)式中：立管直径，m；入炉燃料消耗量，kg/h； 立管中灰下降速度，查表可知 ； 立管中灰在流化态时的
9、密度，查表可知 。则： m长度 (4-6)宽度 (4-7)则： m m1.6布风装置的设计1.6.1 布风装置的作用 布风装置有两个作用：一是支撑静止的床料；二是给通过的气体以适当的阻力，形成等压风室。1.6.2 布风板的设计布风板一般有烧结版样的密孔板和多空版两种形式。为了防止垃圾、灰的泄漏和堵塞，多空板总是和风帽配合使用。所以，多空板也称为风帽式布风板。典型的风帽式布风板如图1.4所示。风帽式布风装置由风箱、多空板（也称花板）、风帽和隔热层组成，一般说来，风帽上小孔的面积之和远小于布风板的面积，通过风帽上小孔的气流速度很大，高速气流进入床层的底部，对床层颗粒产生强烈的扰动，并在风帽周围形成
10、气流垫层，气固质量交换强烈。这对于均匀化床层和提高流化质量很重要。风帽式布风板装置各个部件的设计分别介绍如下：(1) 风帽实践证明，大直径风帽的流化质量不好，所以，现在广泛采用小直径的风帽。风帽直径一般为4050 mm。风帽的四周可以布置一排或两排小孔，小孔个数为612个，小孔直径为46 mm，小孔可以是水平的，或者是向下倾斜15。水平布设小孔的缺点是小孔射流相互容易干涉、对小孔间颗粒的举升作用较差、粗颗粒容易沉积。向下倾斜15的风帽对粗颗粒的举升作用有所改善。图1.4 风帽式布风板1-风帽；2-隔热板；3-花板；4-冷碴管；5-风室在风帽设计中，一般采用较高的小孔风速，以使风室中气流速度不均
11、匀性的影响较小，对于010 mm的颗粒，小孔风速取3540 m/s，对于08 mm的固体，小孔风速可以取3035 m/s。采用较高的小孔风速时，布风板的压降约占整个床层（布风板加上料层阻力）的25%30%，这时，不但空床时的布风均匀，而且，当料层浓度分布脉动时，风帽的阻力具有自稳定作用。当料层阻力减小时，气体通过小孔的流量势必要增加，流速增大，流动阻力按平方关系增加，从而使流速减小；当料层阻力增大时，气体通过小孔的流量减小，阻力随之减小，从而使流速增大。布风板阻力的自稳定性是通过布风板的风速稳定在一个很小的范围内，风速均匀，流化质量较好。风帽材料材料一般取耐热铸铁，如耐热铸铁RTSi5.5，高
12、硅耐热球墨铸铁RQTSi5.5或球墨铸铁QT45-5等，如图1.5所示。本设计中风帽材料采用球墨铸铁QT45-5。当风帽的小孔速度确定以后，风帽小孔的总面积表示如下： (4-8)式中：过量空气系数； 标准状态下理论空气量，； 进风温度，查表3.2可知 ； 小孔风速，m/s。 图1.5 风帽及风帽式布风装置本设计中取风帽直径为50 mm，布置一排小孔，个数为10个，小孔直径为5 mm，取小孔风速为40 m/s，则： (2) 布风板布风板的作用是初步分配气流，并支撑风帽和耐火保护层。布风板的形状依炉膛形状而定，为了便于固定，在炉膛截面的四周应多留50100 mm，布风板一般为1220 mm的钢板或
13、3040 mm的铸铁板。为了均匀布风，布风板的开孔即风帽的位置一般为等边三角形排列，三角形节距一般为风帽直径的1.51.75倍。因为炉膛为圆柱形，四周留出100 mm，中心是直径为200 mm的排渣管，所以布风板为圆形板结构，故本设计中取布风板为20 mm的钢板，材料选用ZG30Cr18Mn12Si2N，三角形的边长取1000 mm。(3) 耐火保护层耐火保护层一般为100150 mm厚，如图1.6所示。耐火保护层布置在布风板上，以防布风板的变形和扭曲，耐火层距小孔的距离一般为1520 mm，大于20 mm时，风帽之间易形成结渣，小于15 mm时会容易造成小孔堵塞。故本设计中耐火层距小孔的距离取20 mm，耐火保护层取150 mm，其中耐火层取40 mm，隔热层取70 mm，密封层取40 mm，耐火材料取粘土砖。图1.6 耐火保护层1-风帽；2-耐火层；3-隔热层；4-密封层；5-布风板(4) 风室和风道风室连接风道和炉膛。最理想的风室应该是等压风室，因此，对风室有以下要求。 具有严密性，在运行中不漏风。 对风道具有较大的容积，以使气流的平均速度小于1.5 m/s，即风室的静压基本均匀。 风室不存在死角和涡流区，在气流扩张和转弯处进行导流，防止气流脱离等。 风道连接风机和风室，风道的阻力纯粹是一种消耗，所以，风道阻力越小越好12,14。
