酒精废液锅炉设计说明书

40t/h掺烧酒精废液锅炉设计说明书2006．10第一章概述1.1锅炉设计背景酒精废液是指以甘蔗糖蜜为原料，经发酵后的醒液在酒精粗馏塔中蒸馏，在蒸出酒精后经粗馏塔底部排出的废液。采用常压塔蒸馏，每生产一吨酒精要产生1315吨废液，浓度为8-12%。一个日产酒精20吨的企业，每天要产生260~300吨废液。酒精废液属于特高的高浓度有机废水，COD(化学需氧量)含量一般为80000~120000mg/L，最高达到170000mg/L，硫酸根为5000-8000mg/L，有的甚至高达12000mg/L;废液中除含有大量固体悬浮物外，还含有较高浓度的糖、果胶和蛋白质等溶解性有机污染物。如排入水中，会大量消耗水里的溶解氧，使水质恶化变坏，富营养化，使藻类大量繁殖，抑制了鱼、虾、贝类等生长繁殖，甚至大量死亡。企业如排入河海，就会造成河海的污染事故。糖蜜酒精废液是一种腐蚀性极强的废水，具有很强的渗透性。存储池塘时间过长，会渗入地下水，污染地下水源，致使地下水不能利用，尤其是在缺乏淡水的地区，会造成严重的后果。目前的问题，生产酒精的企业要发展，但酒精废液必须要彻底治理，排放必须要符合国家环保要求。1.2酒精废液常见的处理方法1.2.1原液农灌法原液农灌法就是对酒精废液不做任何处理，利用其含有的水分和养分，在耕种的土地上直接进行灌溉，废液有较丰富的有机物质，钾含量高，有一定肥效。该法投资少，运行费用低。缺点是未经发酵的废液直接淋到根部，农作物会被烧死。由于是酸性废液，同时钙镁离子高，长期使用会使土地酸化和板结，因而难以推广应用。1.2.2厌氧十农灌法该法是在有足够的耕地面积和灌溉管网系统，酒精废液厌氧发酵后，就变成了富含N,P,K的熟液肥料，用于灌溉农田有明显的增产作用。在统一使用土地的单位最为适宜(如农场)。但需要辅设灌溉管网。初投资较大，优点是运行费用低。存在的问题是糖厂的酒精生产多为冬季农闲期，不需要灌溉。这就需要用大面积的池塘储存，由于其渗透力强有可能渗透到地下水，造成污染水源。因此，该法不能推广应用。1.2.3厌氧+好氧+物化法厌氧+好氧十物化法，是先把酒精废液在缺氧的环境下通过厌氧微生物把大分子有机物分解成小分子有机物或有机酸，然后，在富氧的环境下把这些有机物转化为H20,COZ和少量的销酸盐。此法能较好地降低了COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)，但由于其成分复杂，浓度高，特别是S04-，和钙、镁离子高，要达到国家环保排放标准，投资大运行费用高，企业难以承受。1.2.4生化法生化法是将含量丰富的天然大分子壳聚糖加入到酒精废液中，可除去废液中的有机物质。其机理是电中和废水中的带负电物质，或通过颗粒表面搭桥，使悬浮颗粒聚沉。但这种方法费用很高且无法彻底除去废液中的有机物质，仍然对环境造成污染。1.2.5锅炉焚烧法锅炉焚烧法就是将糖蜜酒精生产过程中排放的有害废液经蒸发浓缩后作为锅炉的燃料，喷入锅炉内燃烧，焚烧掉废液中的有机可燃物。燃烧后的飞灰中含有20%左右的钾，回收的飞灰可用来生产农业复合肥料。因此锅炉焚烧法可以很好的解决有害废液的环境污染问题，同时产生热能用于生产或发电，飞灰回收综合利用，具有较好的经济效益和社会效益以及环境效益，并具有很好的现实意义。1.3酒精废液锅炉的发展状况及应用前景当前，我国还没有比较成熟完善的酒精废液锅炉，己经投运的酒精废液锅炉多是从旧的链条炉或沸腾炉改造而来，而且锅炉的容量小，数量极少。广西南宁糖业股分有限公司投资建设一台酒精废液燃烧锅炉，主要性能技术参数为:蒸发量:D=16t/h蒸汽压力:P=1.25MPa废液燃烧量:B=7.2t/h设计热效率:η=70%燃烧方式:沸腾床该锅炉于2002年4月投入运行，至今还没出现什么问题，实践证明，酒精废液作为锅炉的燃料燃烧是可行的。但该锅炉的容量较小，蒸汽参数只是低压下的饱和蒸汽，只能满足稀黑液的浓缩和部分酒精生产的需要。酒精废液锅炉如何烧好，大容量这样的锅炉如何设计，采用什么样的燃烧方式是要重点解决的问题。目前国内还没有可以用来发电的以酒精废液为燃料的锅炉。根据用户要求和社会经济的发展，本公司自主研发设计了一台酒精废液锅炉。不但能够全部烧酒精废液，而且在废液量不足时还可以掺烧一定量的煤和生物质燃料。该锅炉蒸汽的参数为中温中压，蒸发量为40t/h，过热蒸汽可送入汽轮机发电。采用锅炉焚烧法处理废液创造的经济效益主要来自:浓缩液送入锅炉燃烧产生的蒸汽。蒸汽用来发电，发电后的背压蒸汽再用来蒸馏酒精和浓缩废液，这样节约了外购煤和外购电。从而带来较好的经济效益。一般煤的发热量为21000-25200kJ/kg，甘蔗糖蜜酒精废液的浓缩液发热量为7140-7560kJ/kg。按锅炉蒸发量为40t/h计，热效率为77%时，每小时消耗酒精废液量约为18941kg，一年按365天，每天按24小时计，一年可消耗掉浓缩酒精废液165923吨。浓缩酒精废液的发热量按7404kJ/kg计，它与煤的发热量比约为0.34。这样，一年消耗掉的酒精废液相当于节约56414吨的煤，煤的价格为500元/吨，总计可节约2820万元人民币。1吨煤可产生5吨蒸汽，1吨浓缩液相当0.34吨煤，又可产生蒸汽为1.7t,1吨蒸汽可发电70kw，所以1.7吨浓缩液的发电量为119kw,1.7吨浓缩液发电的产值为64.26元，折合1吨废液的产值为10.91元。按上述计算，浓缩液燃烧法处理一吨废液可创造28.23元的价值，若不发电也可创造出17.32元。扣除运行费用尚有可观的利润，一般3-4年可回收投资。随着国家对环保的要求越来越高，酒精生产企业在生产过程中必须考虑环保指标。国内很多规模较大的糖蜜酒精生产企业急需要有效的废液处理方法来达到环保要求，除锅炉焚烧外，其他方法不能完全处理掉废液中的有机污染物。因此，大容量、能够产生较大效益的酒精废液锅炉能为酒精生产企业所接受，其应用前景非常广阔。随着石油价格的进一步增长，国际社会开始寻找新的替代能源，酒精是有环保性和可再生性的生物能源，将成为国际能源市场开发的热点;目前中国年产酒精约300万吨，利用“浓缩焚烧法”酒精废液处理技术，可达到环保治理和回收综合利用的双重目的，将有利于发展中国的酒精产业，有利于缓解能源的危急，有利于绿色能源的开发。第二章酒精废液的特性2.1酒精废液的成份分析及特点要在锅炉中把酒精废液全部烧掉，那就要分析酒精废液的特性，为燃烧设计提供依据。酒精废液成份分析、元素分析及特性见表2-1,表2-2和表2-3.表2-1酒精废液成份项目单位数值糖蜜酒精黑液PH值3.62酸度MmoI/L237.08糖度稀黑液0Bx(20℃13.8浓黑液0Bx(20℃82.0固形物浓度稀黑液%10.35浓黑液%64.93无机物%*22.4有机物%*77.6有机物/无机物3.46发热值(高位)kJ/kg13300(低位)kJ/kg12340*:表示百分含量(%)均对废液总固形物计。表2-2酒精废液的元素分析(固形物)C(%)H(%)N(%)0(%)Si(%)S(%)K(%)惰性氧化物(%)34.804.253.7141.224.843.787.200.2表2-3酒精废的工作基元素分析(60%固形物)Car(%)Har(%)0ar(%)Nar(%)Sar(%)Aar(%)War(%)Var(%)Qnet.ar(kJ/kg)20.882.5524.732.232.277.3440357404表2一4酒精废液的特性废液浓度与固形物关系废液浓度、温度与粘度的关系糖度“Bx(20℃固形物浓度(%)黏度（厘泊）固形物浓度(%)温度506070809059.548.9048.9028.150.3132.555.24103.061.350.3144.224.550.727.0160.085.066.555.2435.020.539.922.4121.068.674.260.0560.529821917615711982.064.9264.921210894554530488关系式Y=0.77109*X+7.039R=0.9961Y:固形物浓度(%)X:糖度(Bx)(20℃R:相关系数从以上表中可以看出:(1)酒精废液属于特高浓度的有机废水，固溶物含量为10一17%，固形物中有机物的比例较高，70%以上为有机质。COD(化学需氧量)含量相对就很高，而且废液的酸度较大，如果把它直接排掉，就会污染环境，这为国家环保法所不允许。(2)酒精废液的固形物中含有较高的炭元素和其他可燃物，固形物的低位发热量一般为1234OkJ/kg，能够适应在锅炉内燃烧的要求。而且，固形物中钾元素的含量较高，燃烧后是以化合物的形式存在于灰渣中，灰渣中钾元素的含量高达20%左右，回收后可用作复合肥的掺合料。(3)固形物中硫元素的含量为3.78%，燃烧后生成的502如果排入大气会对环境造成污染。因此，在炉内燃烧过程中要控制502的生成量，达到环保排放要求。(4)酒精废液的粘度随着固形物含量的增加而增加，随着温度的增加而减小。(5)稀黑液中水分较大，很难达到燃烧要求，这就需要把稀黑液中的部分水分蒸发掉再送入炉内燃烧。经过实验和理论计算，当把酒精废液浓缩到60%左右时即可满足燃烧要求。酒精废液经高压泵进入加热器，一部分蒸汽和一部分第一闪蒸器出来的汁汽，通过蒸汽喷射器送入加热器，把废液加热到设定的温度，然后进入闪蒸器进行汽液分离，分离后的废液再回到加热器进行再加热，然后再进入闪蒸器进行汽液分离，如此往复循环，待废液达到规定的浓度进入第二道工序。第二道工序以同样的方式进行蒸发，不同的是蒸发的热原是第一道工序的汁汽，蒸发温度比第一道工序低，真空度比第一道工序大，待废液达到规定的浓度进入到第三道工序，第三道工序的热原是利用第二道工序的汁汽，蒸发温度比第二道工序更低，真空度比第二道工序更大，蒸发方式不变，待废液浓缩到最终规定的浓度放入浓缩液平衡罐。此时的废液浓度为60%左右，可以送入炉内燃烧。酒精废液蒸发浓缩工艺见图2-10图2-1酒精废液浓缩工艺流程简图2.2酒精废液的燃烧特性酒精废液在锅炉中燃烧的特性可以根据其成份分析、元素分析、工业分析结果及其他有关数据来判断，如水分、挥发分、灰分、硫和氮的含量、灰熔点及结焦性等。现将这些因素对酒精废液燃烧特性的影响分述如下。2.2.1水分工作基酒精废液中水的含量为40%左右，相对于其他燃料来说是比较大的。在燃烧中这些水分需要吸收较多的热量，经过较长时间才能蒸发完，废液固形物才开始升温，因此着火慢，难于燃烧。此外，酒精废液中水分较多，烟气体积也较大，因此酒精废液锅炉的对流受热面须设计得较大。2.2.2干燥无灰基挥发分含量干燥无灰基挥发分含量(Vr)是燃料是否易于燃烧的重要指标。它的含量高表示燃料容易着火，燃烧既容易稳定，也容易燃烧完全。酒精废液的挥发分为35%左右，是比较高的，因此它在锅炉中是比较容易燃烧的。2.2.3灰分及其焦结性酒精废液中含有氯化根和硫酸根，燃烧后有可能会对管子产生腐蚀，另外酒精废液灰分中的钙、镁离子与氯化根、硫酸根燃烧后生成钙t$nn、镁盐，这两种盐本身不参与燃烧，但会高温汽化，随烟气流动，引起受热面结焦。当受热面管子焦块过大时会影响传热，甚至爆管，出现运行事故。因此，在设计中要采用适当的措施控制炉膛的燃烧温度，避免炉内辐射受热面发生结焦现象。2.2.4硫及氮的含量工作基酒精废液中硫的含量为2.27%，硫燃烧后虽能放出一定的热量，但燃烧后生成二氧化硫和少量三氧化硫，将与烟气中的水蒸汽化合，化合后生成的亚硫酸与硫酸蒸汽一旦凝结在受热面上，便具有强烈的腐蚀性，大大影响受热面金属的使用寿命。另外，硫化物随烟气排入大气后，会造成严重的环境污染，破坏生态平衡。因此，在酒精废锅炉的设计中要充分考虑硫的影响，需要采取必要的措施，减少上述污染物的排放量。同时选取合适的排烟温度或在锅炉尾部采用耐腐蚀的材料，避免低温腐蚀的发生和硫化物排入大气对环境的污染。第三章酒精废液锅炉的热力计算及受热面布置3.1酒精废液的燃烧产物酒精废液中的可燃物大部分是有机物，由大量的碳、氢、氧和少量的氮、硫、氯等元素组成。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物，具体如下:(1)有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。(2)有机物中氢的焚烧产物是水。(3)硫在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧化硫。(4)有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。(5)废液中的金属元素在焚烧过程中可生成卤化物或硫酸盐。与常规锅炉燃料一样，除灰分中的成份不同外，烟气基本上还是由C02,H20,S02,N2,02等组成。根据计算，锅炉纯烧酒精废液时，lkg工作基酒精废液完全燃烧所需空气量与生成的烟气各成分的量分别为:理论空气量V0＝0.0889(CY+O.375SY)+0.265H’一0.03330'=1.7841Nm'/kg三原子气体体积VR02＝O.01866(C'+0.375SY)=0.4055Nm'/kg理论水蒸汽量VH200＝0.111H'+0.0124Wy+0.O161V0=0.8078Nm'/kg理论氮气量VN20＝0.79V0+0.8Ny/100=1.4273Nm'/kg理论烟气量Vy0＝VR020+VH200+VN20＝0.4055+0.8078+1.4273=2.6406Nm'/kg从以上数据可以看出，烟气中水蒸汽的含量相对常规燃料锅炉较大，是由于燃料中水分含量大所至。酒精废液燃烧时在锅炉内各烟气通道中气体体积、容积份额和飞灰浓度由于过量空气系数的不同是不一样的。经计算，它们的数值列于表3-1中表3-1气体体积.容积份额和飞灰浓度名称符号单位燃烧室高温过热器低温过热器平均过量空气系数api1.21.2251.275实际过量空气容积(apJ_1)VONm3/kg0.35680.49060.5798实际水蒸汽容积VH20Nm3/kg0.81420.8157烟气体积VyNm3/kg3.04853.1391R02容积份额rR02%0.1330.1292H20容积份额rH20%0.26710.2598三原子气体容积份额rn%0.40010.389烟气重量Gykg/kg3.7813.8975烟气重度xKg/Nm31.24031.2416飞灰浓度pfhkg/kg0.01030.01对流管束省煤器空气预热器平均过量空气系数api1.3251.3751.425实际过量空气容积(apJ_1)VO0.57980.66910.7583实际水蒸汽容积VH200.81710.81850.82烟气体积Vy3.22983.32043.4111R02容积份额rR020.12560.12210.1189H20容积份额rH200.2530.24650.2404三原子气体容积份额rn0.37850.36860.3593烟气重量Gy4.0144.13054.247烟气重度xKg/Nm31.24281.2441.2451飞灰浓度pfhkg/kg0.00970.00940.00923.2热平衡计算锅炉是吸收燃料燃烧所发出的热量而产生蒸汽的设备，它的热平衡主要是燃料的热量收支平衡。因此，在热平衡中，燃料的热量应等于锅炉有效吸收的热量与各种损失之和。燃烧系统热量的输入与输出可用图3-1简单的表示。图3-1燃烧系统热量的输入与输出系统酒精废液的热量有效利用热Q1系统酒精废液的热量有效利用热Q1排烟热损失Q2排烟热损失Q2辅助燃料的热量化学不完全燃烧热损失Q3辅助燃料的热量化学不完全燃烧热损失Q3机械不完全燃烧热损失Q4机械不完全燃烧热损失Q4助燃空气的热量散热损失Q5助燃空气的热量散热损失Q5灰渣物理热损失Q6灰渣物理热损失Q6此锅炉的热平衡计算过程和结果见表3-10表3-1锅炉热平衡计算序号名称符号单位计算公式或来源结果1蒸发量Dt/h设计402过热蒸汽压力PMPa设计3.823过热蒸汽温度t℃设计4504一次风预热温度tlrf℃设计1505二次风预热温度t2rf℃设计1506一、二次风比例设计7:37送入锅炉热量QrkJ/kgQr-Qdwy74048冷空气温度0,k℃选取309冷空气理论热焙IlkkJ/kgIlk=V0(C。)3070.8110排烟温度0py℃设定15011排烟热焙IpykJ/kg查焙温表733.3712固体不完全燃烧损失q4%选取5.813气体不完全燃烧损失q3%选取3.514散热损失q5%选取1.215排烟损失q2%q2=(Ipy一apyILK)(100-12.0216灰渣物理热损失q6%q6=ahzAY(Ce)hz/QrQnwy0.2817总的热损失q%q=qz+q3+q4+qs+qs22.818锅炉效率η%η=1一Eq77.219保温系数ψψ=1一q5/(η+q5)>0.984721给水焙ig5kJ/kg按P=4.51MPa查水蒸汽表634.8122饱和水热焙ibskJ/kg按P=4.20MPa查水蒸汽表1108.523过热蒸汽焙igqkJ/kg按P=3.82MPa4500C查表3332.124排污率Ppw%选取225锅炉输出热量QlkJ/hQi=D[(igq一igs)+Ppw(ibs-i9s)10827060826酒精废液消耗量Bkg/hB=Qi/(q/100QnwY)18941.3627计算酒精废液消耗量BKg/hBj=B(100-q4)/10017842.76热平衡计算主要是从反平衡的角度推算出锅炉的热效率和所需燃料消耗量。酒精废液锅炉的热效率相对较低，主要因素是燃料中的水分较多，烟气中水蒸气的含量较高，排烟焙相对就比较高。工作基酒精废液的消耗量是18941.36kg/h，绝干固形物的量约为11364.82kg/h，蒸发前的酒精废液量为109805kg/h，此废液量适合日产酒精8吨的企业。3.3各受热面的吸热量分配及整体布置3.3.1吸热量分配锅炉给水在进入锅炉后吸收热量，最后成为过热蒸汽。给水在锅炉中所吸收的总热量根据热力学来分析，可以分为预热热、汽化热与过热热三部分。对于这台酒精废液锅炉，过热蒸汽压力为3.82MPa,温度为4500C，给水温度为1500C，三种热量所占比例分别为:预热热13.6%，汽化热66%，过热热20.4%。因此，根据各过程的吸热量应合理布置各部分受热面，保证传热合理。3.3.2燃烧设备的选择由于酒精废液在进入锅炉前的水分较多，约为40%，这样它在炉膛内燃烧前需要一个较长的预热蒸发过程，在炉膛内就要有比较强的蓄热体。这在以往常规燃烧设备中则无法满足，如链条炉、往复炉等。链条炉和往复炉的优点是能耗低，宜操作，但它以燃烧固体燃料为主，而且热效率较低，如用此燃烧设备烧酒精废液，必须混烧煤形成强的蓄热体，因此炉排燃烧设备不适用于酒精废液锅炉。室燃炉的特点是燃料进入炉膛后迅速燃烧，它适用于煤粉、气体和液体等易于燃烧的燃料，对于难燃的酒精废液很难在炉室中着火燃烧。而流化床锅炉的流化室就是一个很强的蓄热体，其中的热物料通过给料口加入，在炉膛内形成内循环，具有很大的热量。另外酒精入炉时采用有压黑液喷枪喷淋的方式，酒精废液向下喷入炉膛，当它遇到高温床料时迅速蒸发、燃烧。而且，向下喷淋的酒精废液利用其惯性延长了其在炉内的停留时间。因此选择黑液喷枪与流化床配合的方法为酒精废液锅炉的燃烧方式是比较合理的。这在以后单节中有详细说明。3.3.3受热面的总体布置受热面的设计是锅炉内的辐射受热面与对流受热面的总体布置。此锅炉采用n形布置，受热面沿烟气方向依次为炉膛蒸发受热面、过热器、对流管束、省煤器和空气预热器。酒精废液在炉膛内燃烧后的烟气与受热面间的传热系数相对较小，因此，各受热面的传热面积布置的相对大些。因为此锅炉的蒸发吸热比例较大，除了炉膛外，过热器和省煤器处布置有包覆墙蒸发受热面，过热器和省煤器之间布置有对流管束。过热器分两级，高温过热器布置在炉膛出口前，低温过热器在烟气通道中，省煤器与空气预热器布置在尾部竖井中。各受热面布置方式见图3-2所示图3-2受热面总体布置图3.4炉膛内传热计算3.4.1炉膛容积的决定必须考虑酒精废液含水量高的问题，因入炉酒精废液的含水量高为40%左右，进入炉膛后，酒精废液要经过预热、蒸发、燃烧和燃烬过程，要有足够的时间才能烧完。而烟气一进入管子密集的对流受热面以后，它的温度就很快下降，如酒精废液在炉膛内没有烧完，进入对流受热面就没有再燃烧的可能性了。因此使酒精废液在炉膛里能够停留足够长的时间是非常重要的。但是，把炉膛容积设计得足够大可以使酒精废液在炉膛内有足够长的停留时间。这对进一步燃烬酒精废液是有利的，但是，炉膛容积过大锅炉成本增加。因此，在考虑燃烧完全与降低成本方面需要选取合理的参数，使两方面都得到满意。通常炉膛的大小可以用炉膛容积热负荷qr来求得。当一台锅炉的燃料消耗量，煤的发热量己知，在炉膛内应发出的总热量已知，根据推荐的炉膛容积热负荷可计算出炉膛容积V,。己知燃料消耗量B为18941.36kg/h，根据经验，燃用含水量较多燃料锅炉的炉膛容积热负荷q，取105kW/m3，因此，可计算出炉膛的容积为:Vt＝BQnet.arr/qr=18941.36×7404/105/3600=371m炉膛容积确定后需要进行结构设计，布置辐射受热面，然后进行热力计算校核炉膛出口烟温是否符合标准要求，如符合要求，炉膛的容积才能最后决定。3.4.2炉膛形状和尺寸的决定炉膛形状对燃烧的好坏起决定性作用。如果炉膛过矮，燃料在炉膛中的停留时间不足，燃烧不够完全;如果炉膛截面过小，炉膛截面热负荷就达不到设计要求，不能满足燃料燃烧的需要。炉膛形状的选择取决于燃料种类和燃烧方式。对酒精废液流化床锅炉而言，炉膛高度应考虑酒精废液燃烬所需时间，炉膛宽度应考虑锅炉的容量和截面热负荷。要得到炉膛的形状必须先求得炉膛截面积F，它可以根据选取的炉膛截面热负荷g。来决定。q。必须根据燃料的干燥无灰基挥发物含量、灰熔点、炉膛的容量来选取。根据酒精废液的燃料特性和流化床锅炉的特点，QF的值选为2270kW/m，比较合适。因此，炉膛截面尺寸为：F=BQnet.ar/QF＝17842.76×7404/2270/3600=16.16M2对于酒精废液锅炉来说，由于采用四面燃烧器的燃烧方式，炉膛的形状宜为正方形，因此，此锅炉采用了宽、深皆为4.02m的结构。炉顶水冷壁的倾斜角为120，水循环是安全的。流化床床面积的布置见以后章节。3.4.3炉膛传热计算所设计的酒精废液锅炉采用流化床燃烧方式，流化床炉膛内热量的传递过程包括燃料与受热面之间的传热，气体和固体颗粒之间的传热，颗粒和颗粒之间的传热。当空气进入炉膛后会迅速加热到床内料层温度，而在燃料加入炉膛后，床内料层会加热酒精废液，使挥发分析出和燃烧，进而使有机碳着火、燃烧。酒精废液燃烧所放出的热量通过床层和受热面之间的换热而传递到管内的工质水或汽水混合物。流化床锅炉炉膛内的传热包括热物料和烟气的辐射热、烟气与水冷壁的对流换热、热物料与水冷壁的传导热。燃烧室中横截面上近壁区和中心区的对流和辐射热交换也对燃烧室中传热有影响，情况非常复杂。炉膛内虽然总的说来物料是向上流动的，但靠壁面的物料，由于形成颗粒团，局部是向下流动的。而且，物料颗粒的大小对传热也有影响，但考虑实际上物料的粒径变化较小，对燃烧室中受热面的传热影响可不考虑。这样，流化床内所发生的传热过程即可认为是气固两相流动所引起的。为了认识发生在流化床内的传热机理和规律，为流化床设备的设计提供计算公式，人们进行了大量的研究工作，得到了许多有用的结果和经验关联式。然而，由于流化床内气固两相流动的复杂性，大多数实验结果和关联式仅在有限的范围内使用，不具有普遍性，没有较可靠的计算传热系数的方法。流化床锅炉炉膛内的传热系数是根据不同燃料的情况下而得出来的经验值。因此，酒精废液流化床锅炉炉膛的传热计算不同于一般的煤粉炉和链条炉，它的计算方法和过程比较特殊。表3-2为此台锅炉炉膛的结构与热力计算。表3-2炉膛结构与热力计算序号名称符号单位计算公式或来源结果炉膛结构计算1管子直径dmm设计602管子节距Smm设计1053卫燃带炉墙总面积H1m2计算98.124混凝土层折算系数X选取0.35卫燃带炉墙有效面积H1m2H1＝XH129.436稀相区炉墙总面积H2m2计算265.527炉墙总面积Hm2F＝F1＋F2294.958炉膛容积V1计算3719炉膛有效辐射层厚度Sm23.6VL/F4.53炉膛热力计算1炉膛出口过剩空气系数a”L选取1.22炉膛漏风系数选取0.03炉膛出口平均过剩空气系数a”pj1.24热空气温度trk℃设计1505热空气理论焓I°rkkJ/kg355.46空气带入炉内的热量kJ/kg426.57lkg燃料在炉内所放热量QLkJ/kgQr(100一q1一q。一q,)/(10一q4)+Qk6610.68炉膛出口温度θ”L℃先假定后校核7479炉膛出口温度T”L℃TL-aL+273102010炉膛出口烟烩I”LkJ/kg查焙温表3488.4411水冷吸热量QkJ/kg小(QL一I“L)3074.412燃烧室温度0:℃给定90013炉膛烟气平均温度0Pi℃Θpj=(θr+θ”L)/2823.514介质温度tJ℃饱和水温252.015平均温压△t℃epi一t;571.416估计传热系数KkJ/m2h℃QBj/(HL△t)325.4917炉膛容积热强度qvkW/M3BQdwY/VL10518受热面平均热负荷qLkW/m'ΦBj(QL一I”L)/H151.6619炉膛断面热负荷qFkW/mlBQd.Y/F227020炉膛断面烟气流速vFm/s4.221沸腾风速vem/s5.2炉膛传热计算确定出炉膛出口烟温，进而求出炉膛内各参数的值。炉膛传热计算是布置受热面的基础，它的正确性也会影响整个锅炉受热面的计算的准确程度。在酒精废液锅炉的炉膛热力计算中，炉膛出口温度偏低，炉内传热系数、炉膛容积热强度、炉膛断面热负荷较小，这是由于工作基酒精废液中的水分含量较大。酒精废液在炉膛内的理论燃烧温度相对较低，传热系数较小。3.5对流受热面的传热计算在锅炉的对流受热面中，烟气主要以对流传热方式把热量传给受热面中的工质，但是烟气中的三原子气体如水蒸汽、二氧化碳、二氧化硫等气体以及烟气中悬浮的飞灰有辐射能力，都能够辐射热量给受热面，对流受热面中是对流与辐射传热过程同时存在，但以对流传热为主。在对流受热面中，工质吸收烟气的总热量用下式计算Qrp=Φ(I’一I”＋△aIlk”)式中:Qrp一一工质吸热量Φ一一保温系数，I’一一烟气进口焙I”一一烟气出口烩△a一一过量空气系数Ilk”一一冷空气焙根据该式先设一个出口烟温en，查焙温表求出In，代入热平衡方程式，计算出一个e，算出烟气的对流放热量Qrp。由此可以求出口烟温Bn，传热系数K，温压△t，再通过传热方程式Qcr-KHA1/BJ计算出传热量Qcr，看烟气对流放热量与传热量即Qr，与Qcr相差多少，即5=I(Qr，一Qcr)/QrpIx，如误差s<2%，则认为合格，对流受热面热力计算认为合格。酒精废液锅炉的对流受热面包括高温过热器、低温过热器、对流管束、省煤器和空气预热器。下面就这些受热面传热系数k的求法作简要阐述。酒精废液锅炉在计算中仍以下列公式求得其传热系数k:传热系数中各热阻和系数的求法与选取由于燃料的不同与常规锅炉略有区别。例如，酒精废液燃烧后的烟气中含有较多的钾、硫酸镁、硫酸钙，以及未完全燃烧的有机物，这些物质在高温下都具有较大的粘性，容易附着在管子外表面。因此灰污系数￡较大，热有效性系数w较小，这样得到的传热系数k相对小些。这样，在对流受热面部位应布置较多的吹灰器，达到清除附着灰的作用，以提高对流受热面的传热系数。对流受热面中，烟气冲刷受热面的一侧，另一侧受工质一一水、汽水混合物或蒸汽所冲刷时受热面的面积按烟气冲刷的面积来计算。在管式空气预热器中，管壁一侧为烟气，另一侧为空气，受热面按内、外径平均值计算。这里就不再一一列举各对流受热面的传热过程，具体结果见热力计算汇总表。3.6热力计算汇总表经过锅炉的热平衡计算、炉内传热计算和对流受热面的传热计算后得出了热力计算汇总表，其中的数据列出了各受热面的传热结果和传热特性，见表3-3与续表3-30表3-3热力计算汇总表序号名称符号单位炉膛高过转向室低过1管径及壁厚d×δmm×mm60×538×3.560×538×3.52受热面积HM2294.95165140.75359.33入口烟气温度θ’℃9007476686304出口烟气温度θ”℃7476686304405入口工质温度t’℃2523442522526出口工质温度t”℃2524502523557烟气流速Wym/s4.24.463.243.948工质流速Wgm/s22.517.239传热系数KKJ/m2h℃325.4916.3812.827.410传热量QKJ/Kg3074.4250.17194.18920.9续表3-3热力计算汇总序号名称符号单位对流管省煤器空气预热器1管径及壁厚d×δmm×mm60×538×3.551×22受热面积HM21118502.16233入口烟气温度θ’℃4402812004出口烟气温度θ”℃2812001505入口工质温度t’℃252150306出口工质温度t”℃2521801507烟气流速Wym/s43.56.48工质流速Wgm/s6.569传热系数KKJ/m2h℃19.5114.812.4810传热量QKJ/Kg699.27451.25267.911热力计算误差△Q％Qr-∑Qcr(1-q4/100)=0.13合格12允许误差△Q％±0.5第四章组织燃烧设计4.1燃烧方式的选择采用什么样的燃烧方式对于酒精废液锅炉燃烧的好坏有很大的关系。煤粉炉、油炉和燃气炉的特点是燃料在炉膛内悬浮燃烧，适用于易于着火的燃料，酒精废液含水量较大，预热、着火时间较长，在以上炉型中很难燃烧。对于层燃炉，例如链条炉、往复炉等，以煤等固体燃料为主，如要在其中燃烧酒精废液，一定要掺烧40%以上的煤，不能纯烧酒精废液。流化床锅炉燃烧室内是沸腾状态的高温物料，这些物料由细砂、炉渣等组成，这些热物料的蓄热可用来加热进入炉膛的酒精废液，使之燃料容易。由于工作基酒精废液具有流动性，且其中的水分较大，因此，酒精废液采用黑液喷枪在炉内向下喷淋的方式进入燃烧室。而且，在燃烧室下部按一定的顺序布置有很多风帽，形成流化床。在流化床上面布置有一定厚度的热物料，这些热物料的热容量大，喷淋下来的酒精废液被加热，水分迅速蒸发，可燃物燃烧的充分，具有较高的燃烧效率。因此，黑液喷枪加流化床的燃烧方式是酒精废液锅炉较为理想的燃烧方式，有利于酒精废液的燃烬，有利于节能环保。4.2黑液喷枪的工作原理及布置方式黑液喷枪是专门为酒精废液锅炉设计的，为机械离心压力雾化喷咀，喷咀外圈采用旋转空气流，形成回流区，使着火点提前、燃烧时间缩短、火焰长度缩短。它在一定压力下保证酒精废液以一定的速度向下喷淋。设计中控制喷口的直径，既保证了酒精废液的流量，又不堵塞。图4-1为黑液喷枪的喷头。把酒精废液经过多效蒸发器浓缩至适合炉内燃烧的浓度后，放入浓缩液平衡罐，再通过特殊的泵送入废液燃烧装置。在糖蜜酒精生产过程中产生的稀废液，经过蒸发工段使其浓缩到60%固形物时，满足入炉燃烧的条件。废液采取喷淋方式入炉，在炉膛的四面，标高14500mm(距床面8935mm)处各设置了一个废液喷枪入口，见图4-20喷枪采用压力式旋流喷淋，均匀地向下喷入，废液在降落过程中剩余的水分大部分蒸发，可燃物落入沸腾层后，遇到大量的(9000C)热炉料后迅速参加燃烧，放出热能。图4-1黑液喷枪喷头图4-2黑液喷枪布置方式废液喷枪使用时，固定在夹紧装置上，装置能灵活调整。废液入炉固形物浓度60%，温度1000C，废液喷枪的工作压力0.15Mpa，调节压力范围为0.15-0.4Mpao。废液喷枪安装应考虑方便检修，运行中调整入炉的长度和角度，防止废液喷到炉壁上，调整废液压力使其以喷淋状态最佳为宜。废液喷枪管路上设置压力表、流量表，以便能控制锅炉内燃烧状况，以满足锅炉负荷的需要。该废液喷枪是目前较为理想的废液燃烧装置，这在许多同类产品中己得到验证。其最大的特点就是向下喷淋燃烧，使废液依靠自身的重力向下坠落，同时加热、蒸发、燃烧，然后再上升燃烧和燃尽，这样就能保证废液比较充分的燃烧。4.3流化床燃烧流化床是目前较为先进的燃烧方式，它便于燃料在燃烧中脱硫，有利于环境保护。它是在炉膛里把物料控制在特殊的流化状态下燃烧。在流化床上布置有风帽，风帽上有许多小孔，锅炉运行时这些小孔要保证空气40m/s左右的速度，使床上料层形成一定的压差，保证了流化床燃烧室内热物料的流化和沸腾燃烧。如使流化床的密相区内保证一定的热物料浓度。使烟气上升过程中带走比较细小的灰粒，在锅炉运行过程中要不断添加物料保证密相区的流态化。这些热物料通常为酒精废液燃烧形成的灰渣、添加的外来物料或掺烧的燃料煤、脱硫用的石灰石等。一定浓度的流化物料保证了炉膛燃烧温度在8500C^-950℃流化物料从炉前的给料口送入，粒径在100am^-2mm范围内。流化床气固两相动力学的研究表明，气固两相混合物的密度不单纯取决于流化速度，而与固体颗粒的质量流率有关，在一定的气流速度下，质量流率越大，则床料密度越大。固体颗粒的团聚和聚集作用，是流化床内颗粒运动的一个特点。细颗粒聚集成大颗粒后，颗粒团重量增加，体积增大，有较高的自由沉降速度。在一定的气流速度下，大颗粒团不是被升上去而是逆着气流向下运动。在下降过程中，气固间产生较大的相对速度，然后被上升的气流分成细颗粒，被气流带动向上运动，又聚成颗粒4.4燃烧室的设计布置燃烧室的尺寸取决于以下因素，如断面热负荷、流化床的面积、流化风速的大小、黑液喷枪的布置方式(前节已述)、二次风的布置方式等。这几方面配合得是否合理，关系到燃料的燃烧和传热的好坏。燃烧室的布置图见图4-3。4.4.1断面热负荷对燃烧的影响在进行炉膛设计时，根据炉膛截面热负荷9;为2270kW/m，确定炉膛截面尺寸为16.16m'。由于黑液喷枪采用四面布置，为保证燃料供应均匀合理，炉膛采用方形，具体尺寸为4020mmX4020mm。这样布置在利于保证炉内有较好的温度场，有利于燃料的安全燃烧。4.4.2流化床的设计对燃烧的影响流化床设计的好坏取决于热物料的流化风速，根据积累的运行经验，一般的流化床内的风速为5m左右时的流化效果最佳。由此，可得出流化床的床面积为7.92m'，截面尺寸，宽度为3.3m，深度为2.4m时有利于流化床内燃料的燃烧。流化床内的热物料在一次风的作用下，形成高速流化状态，炉内燃烧着的燃料与物料积蓄了很大的热量，当酒精废液由喷枪喷入燃烧室的密相区时，迅速加热、蒸发，它随着热物料一起流化、上升、燃烧，直至燃烬。当燃烧室中的密相区内达不到较好的流化状态，酒精废液就得不到很好的蒸发和预热，如果流化速度过大，酒精废液则来不及燃烧就被高速的烟气带出炉膛进入对流受热面，由于对流受热面的烟气温度较低，进入对流受热面的可燃物不可能再燃烧。因此，流化床设计得是否合理直接影响到酒精废液的燃烧，直接影响到该锅炉的热效率。图4一3燃烧室的布置4.4.3二次风布置对燃烧的影响二次风在酒精废液锅炉的燃烧中起到十分关键的作用，二次风搅拌炉内气体使之混合，使炉内烟气产生旋涡，延长悬浮的飞灰及飞灰可燃物在炉内的行程，使飞灰及飞灰可燃物进一步降低。它的合理使用可以使飞灰量减少，使飞灰可燃物降低。另外对悬浮可燃物供给部分空气，有利于提高锅炉热效率，有利于降低锅炉初始排烟浓度，有利于设计锅炉的节能与环保。该锅炉在喷枪燃烧器上中下三层布置有二次风。如图4-3所示。在标高7600mm处的密相区内，四面墙上各布置有三个二次风口。在此区域内，燃料的碳颗粒表面和气泡相之间的传质阻力较大，因而碳在燃烧时产生较多的co，同时，燃料的挥发分在密相区析出时产生一部分还原性气体，这部分气体并不能在密相区完全燃烧，残余的部分使密相区乳化相处于还原性气氛之中。总之，在只有一次流化风的前提下，密相区的可燃物不能完全燃烧。因此在此处布置有一定数量的二次风，这些二次风为燃料的燃烧提供部分氧气，同时增大密相区中热物料的挠动，使其中的氧与可燃物充分混合。中间标高12650mm下方，即11850mm处四面墙上各布置四个二次风喷咀。此处的二次风主要为刚进入炉内的酒清废液提供燃烧用的氧气和使烟气搅拌，使酒精废液在下落过程中能边蒸发边燃烧边混合。在标高16400mm处四面墙上各布置四个二次风喷咀。当酒精废液从黑液喷枪喷出后，有一部分蒸发得较快，还没来得及燃烧就随着热烟气向上运动，此时如果缺氧，空气与烟气不能很好混合，酒精废液就不能完全燃烧，在此部位四周布置有二次风喷咀。二次风喷入为高速上移的未燃烧的可燃物提供充足的氧，另使之搅拌燃烧充分，有利于节能与环保。设计的二次风压力为6500Pa，风速为20m/s，一二次风的比例为7:3，这三层二次风所占的比例为1:1:1，在实际运行中可根据燃烧的状况适当调整其份额，使上部高，中部适中，下部小，这样有利于酒精废液的完全燃烧，有利于降低飞灰及飞灰可燃物，有利于锅炉的节能与环保。4.5锅炉给料及掺烧在锅炉燃烧室下部标高7000mm处布置了两个给料口，助燃煤、床料从此处送入燃烧室。另外，在标高8200mm处燃烧室的右侧布置了一个生物燃料给料口。该锅炉，酒精废液作为主要燃料，点火时用煤助燃。锅炉运行时需要不断补充床料来达到燃烧的要求。当酒精废液不足时可以掺烧部分煤和生物质燃料。床料可以是煤燃烧的炉渣，也可以是细砂，这些固形物需要给料系统不断的送入炉膛，以保证炉内燃料燃烧完全。4.6燃烧室采用的防护措施酒精废液具有很强的酸性，它在燃烧前对金属壁面的腐蚀性很强，酒精废液从喷枪喷出来后呈扩散状向下运动。操作过程中酒精废液在燃烧前容易喷淋到炉膛四壁上，如果没有必要的防护，在高温下管子就会减少使用寿命，发生爆管而影响锅炉的安全运行。另外，燃烧室内的热物料在炉膛中心处上升，在炉壁四面向下回流，形成一个物料的高速内循环。物料中含有硬度较大的颗粒，这些颗粒在循环过程中不断与炉壁接触、碰撞，如果没有防护，就会对金属壁面产生磨损。特别是在物料密度较大的燃烧室密相区磨损较为严重，在没有防护时水冷壁很容易磨薄发生爆管现象，因此，在这些地方如果不采取有效防护措施，锅炉的安全运行就得不到很好的保证。在燃烧室密相区内，酒精废液及其他燃料在燃烧时需要一个较高的温度场，酒精废液在此温度场内不断蒸发、加热、燃烧直至燃烬。同时，高密度的热物料与水冷壁间传热系数很大，此处的热量迅速被水冷壁管子内的工质吸收，降低了密相区内的温度。如此处温度太低，酒精废液就不能正常燃烧，甚至有灭火的可能。因此，燃烧室密相区内必需要设置卫燃带。综上所述，在炉膛下部一定高度内需要设置防护层，来满足防腐蚀、防磨损和助燃的要求。因此，黑液喷枪下部标高13500mm以下所有的水冷壁内部浇注一层厚度为60mm的耐磨、耐火、耐酸浇注料，这层浇注料起到了很好的防护效果。浇注料采用低钙铝酸盐耐火混凝土，它是由85%的钒土水泥加15%的低钙铝酸盐水泥组成。这种浇注料耐高温性能好，高温下机械强度大，又有抗酸腐蚀性能。施工前在有浇注料的地方焊上密集的销钉，这些销钉起加固耐火浇注料的作用。由高强耐火耐磨浇注料组成的卫燃带不但有抗高温高速物料的磨损作用，而且防止酸性物质对水冷壁管子的腐蚀，同时可提高燃烧室的温度，增进燃料的预热速度，增加了锅炉运行的可靠性。第五章锅炉结构布置5.1锅炉的整体布置40t/h酒精废液流化床锅炉采用中温、中压参数，中间喷水减温，能与6000kW等级汽轮发电机组相匹配，也可以降温降压作为工业生产用汽锅炉。锅炉采用流化床喷燃技术，可全部喷烧酒精废液又也可以全部燃煤，还可以焚烧农作物秸杆和稻壳，以及生活垃圾。锅炉采用平衡通风。该锅炉采用η形布置。为全钢结构，所有受热面部件全部悬吊在钢结构的顶板梁上，燃烧室及炉膛受热面采用膜式水冷壁。锅炉布置有上下两个汽包中间为对流受热面。锅炉烟气流程主要由燃烧室、炉膛、高温过热器、低温过热器、对流管束、省煤器、空气预热器和烟道组成。低温过热器和省煤器的烟气侧分别设置了烟气旁路调节门，可调节过热器温度。过热器、对流管束、省煤器外围均用膜式水冷壁作为密封炉墙。流化床采用水冷风室和水冷布风板，特种小风帽，具有布风均匀、防堵塞、防结焦和便于维修等优点。燃烧室采用膜式水冷壁来增强密封。布置如图3-20该锅炉采用自然循环，汽水流程主要由水加热段，蒸发段和过热段组成。给水首先进入省煤器加热再进入上锅筒，上锅筒内的水通过两根集中下降管进入下锅筒，经前部对流管束加热进入上锅筒，形成循环。另下锅筒内的水通过左右下降管进入炉膛左右水冷壁下集箱，沿水冷壁加热上升进入上锅筒，形成炉内左右侧墙受热面的循环回路。上锅筒内温度较低的水通过左右下降管直接进入前后墙水冷壁下集箱，沿前后墙水冷壁加热上升进入上锅筒，形成前后墙受热面的循环。进入上锅筒的汽水混合物经汽水分离装置分离后，饱和蒸汽沿引出管进入低温过热器、减温器、高温过热器，送往汽轮机或直接用汽单位。5.2锅炉的主要性能特点酒精废液锅炉采用流化床燃烧技术，并设计有燃稻壳或其他生物燃料的设备装置。这种锅炉采用了新型的燃烧方式，具有以下优点:A.燃料适应性广其燃料的适应性较广，它不但可以全部烧酒精废液，而且能与煤、生物质燃料混烧。也可以燃用烟煤、贫煤、无烟煤等，并能掺烧多种生物燃料。它特别适合酒精加工企业，变酒精废液为宝，将为企业创造较好的经济效益，有利于节约能源。B.低硫排放该锅炉燃烧室内温度较低，一般不超过9000C，在此温度下，添加石灰石直接脱硫，无需在尾部再设置烟气脱硫设备，即可满足环保要求。该脱硫方法简单、方便，运行费用低，有利于环境保护。C.高燃烧效率酒精废液自上向下喷淋燃烧，这种布置方式，可使燃烧的烟气先下降再上升，延长了在炉内的停留时间。气固间高滑移速度导致固体颗粒在床内横向、纵向混合良好，可以使炉内燃烧处在最佳的工况下，将产生较高的燃烧效率，有利于炉渣可燃物的进一步燃烬。D.低NOx排放低温燃烧和分级送风可降低NOx排放量，不需对烟气处理即能满足以后更高的环保要求。E.从根本上消除溶渣低温燃烧不产生溶渣，从根本上消除了溶渣，降低了碱性盐的挥发，减少了锅炉的腐蚀和对流受热面的沾污，有利于延长该锅炉的使用寿命。F.较大负荷调节比从稳定燃烧的观点出发，不投油稳定燃烧的锅炉负荷为30%。负荷的调节比较大，有利于该锅炉的安全经济运行。5.3锅炉基本尺寸炉膛宽度(两侧水冷壁中心线距离)4020.0炉膛深度(前后水冷壁中心线距离)4020.0对流管束宽度(两侧墙中心线距离)4020.0对流管束深度(前后管中心线距离)6100.0省煤器烟道宽度(两侧墙中心线距离)4020.0省煤器烟道深度(前后墙中心线距离)3100.0尾部烟道宽度(空气预热器烟道宽度)4000.0尾部对流烟道深度(空气预热器烟道深度)3100.0上锅筒中心线标高30800.0下锅筒中心线标高17300.0省煤器进口集箱标高19330.0过热器出口集箱标高34200.0锅炉运转层标高6000.0废液操作层标高13200.0锅炉最高点标高(顶板上标高)33800.0锅炉宽度(两侧柱中心线距离)6800.0锅炉深度(前后柱中心线距离)19320.0紧身封闭宽度(两侧柱中心线距离)15300.0紧身封闭深度(前后柱中心线距离)22270.05.4锅炉水容积表5-1锅炉水容积名称单位水压试验时正常运行备注上锅筒m314.17.8下锅筒m35.25.2水冷壁及集箱m313.413.4(含下降管)对流管及包覆管m33.73.7过热器及吊管m33.23.2省煤器及吊管m31.81.8锅炉水容积m3│41.435.1备注:本数据中未含本体内管路及其他附属设施，计算加药量应考虑附加量。5.5锅炉受压元件材料及规格经过水循环计算、汽水阻力计算及强度计算，锅炉所用的受压元件的材料及规格见表5-20表5-2材料规格汇总表序号名称规格材料1上锅筒φ1500×50mmP355GHZN100282下锅筒φ1000×36mm20gGB713一19973水冷壁管φ60×5mm20GB3087一19994对流管φ60×5mm20GB3087一19995包墙管φ60×5mm20GB3087一19996高温过热器管子φ38×3.5mm12Cr1MoVGGB5310一19957低温过热器管子φ38×3.5mm20GB3087一19998过热器出口集箱φ273×16mm12Cr1MoVGGB5310一19959高过管系集箱φ219×16mm12Cr1MoVGGB5310一199510低温过热器集箱φ219×16mm20GB3087一199911省煤器管φ32×3.5mm20GB3087一199912省煤器集箱φ219×16mm20GB3087一199913减温器集箱φ273×16mm20GB3087一199914水冷集箱φ219×16mm20GB3087一199915上升及下降管φ133×6mm20GB3087一19995.6锅炉主要部件结构5.6.1锅筒5.6.1.1锅筒结构简介上锅筒用P355GH材料的钢板卷制而成，内径为小1500mm，壁厚50mm，筒身全长8500mm，两端采用椭圆封头。上锅筒筒身顶部装焊有饱和蒸汽引出管接头，安全阀管接头，压力表管接头;与水平50。夹角处装焊有给水引入套管接头;筒身底部装焊有大直径下降管管接头;对流管区管接头，紧急放水管接头等。封头上装有人孔。下锅筒用20g材料制成，内径为.4)l000mm，壁厚36mm，筒身全长7030mm，两端采用椭圆封头。下锅筒筒身上部装焊有对流管接头，筒身上部装焊有大直径下降管管接头;下部装焊有分散下降管。5.6.1.2水位锅筒正常水位在锅筒中心线以下l00mm处，最高水位和最低水位离正常水位各75mm。真实水位的测定与控制对锅炉的运行是非常重要的。为了保证水位测定的准确性，将水位表内水侧管装在远离下降管的区域，可以避开下降管附近存在的旋涡和扰动对水位测定的影响。此外，由于水位计中贮存的水处在锅炉外部较冷的大气中，其密度大于锅筒中水的密度，锅筒中的真实水位高于水位计中指示的水位，因此，安装时要准确标定水位表中正常水位的位置(即“0”位)。为保证运行中锅炉正常水位的显示，在上锅筒布置了石英玻璃管水位计1只、双色水位计1只、电接点水位计2只及水位冲量管座1对，使水位显示、控制得到保证，以确保锅炉运行的安全。5.6.1.3锅筒的固定上锅筒采用2组U形板片吊架，悬吊于顶板梁上，下锅筒通过对流管与上锅筒连接悬吊。5.6.2锅筒内部装置本锅炉汽水分离采用单段蒸发系统，锅筒内部装有旋风分离器、波形板分离器、顶部匀汽孔板分离器、表面排污、加药管、紧急放水等设备，以确保蒸汽中的含盐量在标准要求范围内。5.6.2.1旋风分离器锅筒内分两排沿筒身长度布置18只直径为-t}290mm的旋风分离器，每只分离器的蒸汽设计负荷为2.5吨/小时。旋风分离器是消除高速进入锅筒内的汽水混合物的动能以保持水位平稳和进行汽水混合物分离的粗分离设备，分离出的蒸汽沿分离器中部向上流动而分离出的水沿筒内壁向下流动，平稳地流入锅筒的水空间。旋风分离器既有惯性分离作用，又有重力分离作用，分离效果比较好。惯性分离的离心力与入口切线速度的平方成正比，当汽水混合物具有高动能时利用惯性分离的效果是显著的。当处于筒中心部位的蒸汽做螺旋向上运动时，其中小的水滴还可以靠离心力甩向壁面。5.6.2.2波形板分离器每只旋风分离器上部装有一只立式波形板分离器，以均匀旋风筒中蒸汽上升速度和在离心力的作用下将蒸汽携带的水分进一步分离出来。立式分离器的水膜是沿直线轨迹下落，而蒸汽流向是水平方向，与水流方向成900，不易将水膜撕破，其分离效果较好。5.6.2.3顶部匀汽孔板分离器经过清洗孔板仍然带有少量水分的蒸汽，向上流动进入顶部匀汽孔板分离器，携带的水在重力、离心力和摩擦力的作用下附在匀汽孔板上，形成水膜，水膜在重力作用下向下流动并落下，减少蒸汽机械带盐。5.6.2.4连续排污连续排污管布置在锅筒水空间的上部，以排出含盐浓度最高的锅水，维持锅水的含盐量在允许的范围内:锅水总含盐量<500PPM锅水Si0含量<4PPM5.6.2.5加药管利用加药管向锅筒长度水空间加入磷酸盐，维持锅水碱度在PH=9-v10.5范围内，以降低蒸汽的溶解携带盐量。5.6.2.6紧急放水当锅炉给水与蒸发量不相吻合而造成水位增高超过最高允许水位时，应通过紧急放水管放水至正常水位，防止满水造成事故。5.6.2.6定期排污定期排污管布置在下锅筒与各下集箱底部，下降管的低点部位，由于在锅水中加入磷酸盐，将产生一些不溶于水的悬浮物质水垢杂质等，通过对流管束沉积在受热面底部，杂质可通过定期排污管排出，保持锅水的清洁。定期排污的时间和排污量可根据锅水品质由盐平衡方程式计算出。在停炉检修时检查锅炉受热面内部积垢情况，以便采取有力措施，确保锅炉蒸汽的清洁，保证锅炉与汽轮机的安全经济运行。5.6.3燃烧室及水冷壁5.6.3.1结构燃烧室断面呈四方形，尺寸:深度X宽度=3900mm×3900mm。燃烧室四面墙采用膜式水冷壁，膜式水冷壁由光管和扁钢焊制而成:燃烧室底部为水冷布风板和水冷风室。燃烧室四周及顶部的水冷壁管节距为105mm，规格为(h60×5mm，材料为20钢。下部前后水冷壁与垂直方向向炉内倾斜170。布风板的截面积深为2400mm，宽为3300mm,小于上部燃烧室的截面积，使布风板上部具有合理的流化速度，以利于燃烧室内燃料的完全燃烧。燃烧室壁面开有以下门孔:A.固体物料入口(包括煤，流化物料和石灰石入口)B.二次风口及床上启动燃烧器口C.测温、测压孔D.稻壳燃料入口E.人孔门H.布风板开有排渣口5.6.3.2循环回路本锅炉采用流化床燃烧方式，在设计燃料、额定负荷下燃烧室内燃烧温度为9000C。为保证水循环安全可靠，水冷壁采用多个水循环回路。四侧水冷壁各有一个下集箱和一个上集箱，上锅筒中的水经两根集中下降管进入下锅筒，再由各下降管分配至各水冷下集箱，然后经水冷壁、上集箱、由蒸汽引出管将汽水混合物引至锅筒。5.6.3.3水冷壁固定水冷壁及其附着在水冷壁上的零部件全部重量都通过吊杆装置悬吊在顶板上，炉膛的膜式壁前、后、左、右墙各有4根φ60mm的吊杆，后部两侧有18根4×60mm的吊杆，尾部后墙有4根4×60mm的吊杆，安装时应调整螺母，使每根吊杆均匀承载。为了减轻水冷壁振动以及防止燃烧室因爆炸而损坏水冷壁，在水冷壁外侧四周，沿燃烧室高度方向装有多层刚性梁。5.6.4对流管束对流管束位于上下锅筒之间，管子的规格为(D60×5mm，顺列布置，横向间距为125mm，纵向间距为240mm。对流管束与上下锅筒的管接头对焊，形成一个整体。对流管束两侧外端焊接钢板，用于此处烟道的密封。整个对流管束用两排钢板分隔成三个烟气流程，使烟气对管子形成横向冲刷(见图3-2)，增强烟气与受热面的换热。管束内的汽水混合物受热上升进入上锅筒，它与外侧的两根集中下降管及受热弱的管子内工质形成自然循环。5.6.5过热器过热器由高温过热器、低温过热器组成(见图3-2)。其蒸汽流程如下：锅筒~导汽管一三组低温过热器一喷水减温器一高温过热器~过热器出口集箱。过热器管子均采用φ38×3.5的管子，高温过热器材质为12Cr1MoVG管子，低温过热器管子材质为20钢，高温过热器横向为18排，节距210.0mm，纵向深度1248.0mm,悬吊在炉膛内顶部烟气出口处。低温过热器横向为18排，节距210.0mm，纵向深度2600.0mm,分三组悬吊对流管区前面，低温过热器选用小60×采用文丘里式减温器，布置在高低温过热器之间。这样既保证了高温过热器不超温，又能保证过热蒸汽的温度在允许的范围内波动，以保证锅炉、汽轮机组的安全运行。5.6.6汽温调节锅炉定压运行时，为保证负荷在70%-100%负荷内过热蒸汽温度能达到额定值，在滑压运行时，在50%-100%负荷内过热蒸汽温度能达到额定值，并允许偏差士5℃另一种是蒸汽侧调节，即采用喷水减温调整过热汽温。喷水减温器位于高温过热器与低温过热器之间。喷水水源为给水泵出口，高温加热前，减温器采用文丘里管，让高温蒸汽高速通过文丘里管喉部，与减温水混合，使减温水吸热蒸发与过热蒸汽一起达到要求的温度，达到减温的目的。5.6.7省煤器在尾部竖井烟道中，对流管束后设置了3组省煤器，省煤器管子规格为φ32×3.5，材质20号钢(GB3087-1999)，管排横向fb7距125mm，共计32排;蛇形管节距120mm，每组高度为1140mm，组与组之间留有1500mm间距，便于检修。省煤器采用悬吊结构，采用φ51×5mm管子做吊管，该循环回路为上锅筒内的水经下降管至下吊管集箱、32根垂直吊管、上吊管集箱最后经汽管引入锅筒，自然循环。省煤器进口集箱位于尾部竖井后侧，经过处理的软化水经给水泵、给水管路进入省煤器，加热后进入上锅筒。5.6.8空气预热器在省煤器后布置了三回程管式空气预热器，用来加热空气，加热的空气用来作一、二次风，一、二次风共用一台风机，热风出口温度为1500℃，一次风和二次风通过调节风门控制风压及风量，空气与烟气逆向布置，空气侧为S形流程，传热管采用(D51×2mm管子，上组和中组的管子材质为Q235-A，末组的管子为耐腐蚀性能好的考登钢(IOCrNiCuP)5.6.9钢结构本锅炉构架采用全钢框架结构，钢架的立柱由0米层负650mm算起，立柱与基础固定，钢架顶部板梁标高33800mm，锅炉本体立柱为八根，立柱横向两柱中心线间距6800mm，纵向第一柱与第二柱间距6420mm，第二柱与第三柱间距9100mm，第三柱与第四柱艰距3800mm,纵向总深度为19320mm。锅炉的全部受热面重量通过顶部板梁传递给立柱，再通过立柱将全部荷重传给基础。锅炉除主钢架外还布置了紧身封闭钢架，紧身封闭主要为保护工作环境和做吹灰系统的支撑构架，左侧宽度距锅炉左立柱中心线3500mm，右侧宽度距锅炉右立柱中心线3500mm，紧身封闭宽度为15300mm，深度为22320mm，紧身护板及顶面板采用压形钢板和钢制门窗组装。5.6.10流化床及一次风室本次设计流化床由水冷布风板，水冷等压风室等组成，流化床采用天然气点火。布风板有效面积7.92M2，宽度为3300mm，深度2400mm,布风板上共布置703只新型的不漏灰风帽，材质为:ZG4Cr26Ni4Mn3NRe，风帽与管座采用套装联接，便于维修和更换，床面标高5565mm，流化床上布置2个(h159X5mm放渣管，材质为:1Cr18Ni9Ti，放渣管向下穿过风室，排渣口标高2475mm，一次风室内壁涂60mm厚耐火浇注料。5.6.11给煤系统及稻壳给料系统给煤系统采用螺旋给煤机配置给煤管两条，螺旋给煤机的外筒直径为φ325×8mm，长为3200mm,螺旋叶片可变节距为240mm/280mm,给煤管直径为φ325×8mm，与壁面倾斜45。送入燃烧室，在每条管路两端配置了多波金属膨胀节，以便于水冷壁垂直膨胀，每条给煤管上设置二次风做播煤用。稻壳给料系统设在锅炉的右侧，进炉口标高8200mm，采用螺旋给料，螺旋给料机进料口上方设一个二次料仓(由皮带机或连斗将稻壳提升至二次料仓)，螺旋给料机的外筒直径为φ377×8mm，长度为1925mm,螺旋叶片可变节距为240mm/280mm，给料管直径为φ325×8mm，向炉内倾斜45°送入燃烧室，管路配置有多波金属膨胀节，以便于水冷壁垂直膨胀，给煤管上配置二次套管做缩口风用，以便于运行调整。5.6.12平台、扶梯锅炉设置了运转及检修平台，平台采用栅格架结构，防滑性能良好，检修平台载荷为200kg/mZ，平台宽度为850mm，沿长度方向设置托架支撑，各平台的标高分别为:3000.0mm、6000.0mm、8000.0mm、10600.0mm、15200.0mm、17800.0mm5.6.13护板护板是锅炉的重要密封措施之一。该护板包括炉膛护板和落灰斗两部分。炉膛密封是膜式壁之外的二次密封，属局部密封，多采用密封盒形式，根据密封要求不同，选择不同的板厚。对人孔门、给煤口、稻壳进料口、废液喷口等均选用6mm厚钢板，制作成密封盒，密封盒与膜式壁焊接严密，再与各种进入炉膛的部件进行焊接或螺栓固定，采用该措施，降低了锅炉的漏风，减少了排烟热损失，有利于提高锅炉的热效率。5.6.14锅炉范围内管路锅炉采用单母管给水，给水通过给水泵进入省煤器，省煤器入口集箱、省煤器管、省煤器出口集箱之后，由2根φ89×4.5mm的管子20号钢GB3087-1999)引入锅筒。在锅筒和省煤器之间装有不受热的再循环管。为保证锅炉点火启动和停炉冷却过程中省煤器内水的流动，在升火和停炉过程中，开启再循环管路上的阀门，这时由于省煤器管内水温较高，而产生自然循环使省煤器得到冷却。避免省煤器内发生汽化水击，确保省煤器在升火时的安全。5.6.15一、二次风系统一次风和二次占总风量的70%与30%,70%的一次风通过风室、布风板、风帽送入燃烧室。一次风、二次风共用一个风机，运行时首先保证一次风的风量和风压，以保证流化质量;二次风占总风量的30%,按三层进行布置，通过燃烧室四面墙上的二次风口送入炉膛，另外还有两路通过4)150mm播煤风管进入燃烧区，以保证炉内燃料的充分燃烧。5.6.16热风管道热风管道是从空气预热器的出口分两路布置在锅炉的两侧，两侧管道上各设置了一个电动调节风门，以便根据需要调节风量，点火枪所用空气位置设在管道调节风门之前。垂直和水平方向要设置膨胀节以吸收管道的热膨胀量。5.6.17流化床点火装置流化床内燃料点火，采用天然气引燃，即天然气经燃烧器喷入炉内，燃烧后先加热炉内空气，使炉床上的物料达到燃烧温度转入正常燃烧(一般控制到650℃燃气系统工作压力20Kpa，为防止燃气回火，爆燃造成风室损坏，最小安全使用压力不得小于13Kpa，风室入口风道上需设置防爆膜片。5.6.18炉墙炉膛采用膜式水冷壁，对过热器、对流管束、省煤器外均采用了膜式壁管包覆，有利于密封，燃烧室、上下锅筒采用绝热措施，落灰斗、各种门孔浇注耐火浇材料，其它如锅炉外侧均用陶瓷纤维进行保温处理。考虑到炉墙受热膨胀，在炉墙面积较大部分与其接合处设有膨胀缝，为了保证炉墙不裂纹，冷炉启动时炉墙升温和降温速度应控制在每小时150--250℃5.6.19吹灰器的布置酒精废液燃烧后灰分具有较高的粘性，当烟气通过对流受热面时，这些灰分容易粘附在管子外壁，具有很大的热阻，影响热量的传递，降低了传热系数。为减少对流受热面积灰，在过热器、对流管束、省煤器等处分别设有吹灰器。为长伸缩式蒸汽吹灰，这种吹灰器利用锅炉自身产生的蒸汽，吹灰效果好，操作与使用比较方便。该锅炉左右两侧距离小，可以单侧布置吹灰器，总计布置14组。分别为：高温过热器1组，低温过热器3组，烟气调节装置处1组，对流管束3组，省煤器3组，空气预热器3组。这14组吹灰器可以完全满足锅炉吹灰的要求，使对流受热面不易积灰，有利于传热，有利于提高锅炉的热效率。第六章酒精废液锅炉的运行调试锅炉的运行调试是对锅炉设计的检验，它涉及到供汽的质量，供热系统的安全性和锅炉本身的安全性、经济性。如果一台锅炉运行调试得比较好，其燃料可以节约，供汽质量可以得到保证，锅炉的烟尘含量和烟气黑度都可以降低，这无疑有利于节约能源，有利于保护环境。如果运行调试不好，则浪费了燃料，降低了锅炉效率，烟囱冒黑烟，污染环境，并且设备的安全，供汽的质量都不容易得到保证。因此，搞好锅炉的运行调试无论在经济效益上和社会环境上，其意义都非常大。酒精废液锅炉的运行调试包括锅炉流化床温的控制，二次风的正确使用，料层压差和负压的控制，床料粒径的确定，冷态流化试验以及酒精废液喷淋及投入时间的选择。6.1锅炉流化床温的控制酒精废液流化床锅炉运行中，锅炉蒸发量受床温的影响很大，在燃烧中首先要维持恰当的床温和稳定的料层厚度。流化床锅炉床温的选择一般应考虑如下几个因素:(1)在该温度下灰不会软化，锅炉无结焦的危险。(2)保证燃烧效率、脱硫效率较高。(3)氮氧化物的排放量较低。(4)尽量避免燃料中金属升华。实践证明，流化床酒精废液锅炉的床温应控制在850℃对于流化床温的控制，设计中采用床内布置受热面的方式。运行中靠调节床内固体颗粒浓度，以改变水冷壁的换热系数，从而改变床内的吸热量来改变床温。床内固体颗粒浓度可以用加料与放渣来调节。灰的特性对床层运行时的最高温度有定性的作用，床层只能在灰变形温度以下运行。6.2二次风的正确使用由于酒精废液在炉膛中从比较高的位置向下喷淋，一次风主要从流化床上送入，当某处风量不均匀时，该处细粒子因缺氧而无法燃烧。因此布置二次风的主要作