随着社会的发展，环境问题更加受到社会的重视，而垃圾也可作为燃料来进行燃烧利用。对燃烧成分复杂、热值偏低的垃圾而言，使用循环流化床锅炉是一种综合性能优越的燃烧方式，因此，垃圾焚烧循环流化床的设计具有重要意义。本次650t/d循环流化床锅炉的计算部分包括结构计算与热力计算，计算结果主要用表格的形式进行汇总。最终目的是设计出一台燃料中垃圾：燃煤=8:2、最大连续蒸发量达到44t/h、每天垃圾处理量在650t的循环流化床垃圾焚烧锅炉。经过对循环流化床发展历程的调研，明确了本文设计循环流化床垃圾焚烧锅炉的意义，而本次设计，也系统的展现了循环流化床设计与计算的全过程。

　　垃圾伴随着人类的生活而产生，随着社会的发展和物流行业的兴起，网购已成为当今购物方式的主流，而随之而来的，就是大量的城市垃圾的产生，如包装用的纸箱、塑料等。社会的高速发展使得我国环境污染问题越来越严重，垃圾处理的重要性不言而喻。垃圾处理的方式基本固定，不外乎将垃圾运到无人区填埋，或是进行集中焚烧。当然这两种方法都存在一些问题，以焚烧为例，虽然垃圾焚烧可以很好的做到垃圾减量，但垃圾燃烧会产生大量气体污染物，严重危害大气环境。因此，如果我们能做好垃圾焚烧的气体污染物处理工作，垃圾焚烧就可以作为一种很好的减轻环境压力的处理方式，同时还可以对垃圾焚烧产生的热量进行利用，用来发热或者供暖。而使用垃圾焚烧锅炉来进行垃圾处理基本可以满足上述要求，因此世界上大多数国家都将焚烧法作为垃圾处理的首选方法[1]。

　　垃圾焚烧炉炉型包括很多种，例如传统的垃圾层燃焚烧技术，但随着社会的发展和污染物排放规定的标准化，垃圾层燃烧技术不论是从环保上还是从技术层面来讲，都已经显得有些落后，无法胜任垃圾处理的重任了。相较而言，从1960年左右出现的流化床式焚烧技术明显更具优势。流化床燃烧不论是鼓泡流态化还是湍动流态化都可以很好的做到燃料与空气的充分混合，使得燃烧更为彻底。因为流化床燃烧中燃料可以充分燃烧，因此流化床焚烧锅炉的入炉燃料对燃料热值要求不高。而想要将垃圾作为燃料，最大的问题恰好是其热值较低，不好利用。而循环流化床相较普通流化床，由于循环流化床独特的燃烧方式，其燃料燃烧更为彻底。当燃料彻底燃烧时，产生的有害气体是要明显少于燃料不充分燃烧的。不仅如此，流化床式焚烧系统设备还具备更好的经济性，其投资费用明显比其他焚烧系统设备低。但是流化床燃烧对燃料需要颗粒大小要求较高，因为流化床燃烧设备一般只能处理颗粒大小均匀的燃料。众所周知，垃圾形状极不规则大小不一，因此，想要进行垃圾焚烧再利用，预处理是很重要的一环[2]。

　　就目前我国各大焚烧厂而言，还存在相当一部分焚烧厂使用的是机械炉排焚烧炉技术[3]。调查显示，我国每年都会产生大量的生活垃圾，这些生活垃圾的处理每年都要耗费大量的资金，然而还是收效甚微，垃圾的无害处理量占比依然极低。我国在生活垃圾作为能源进行二次利用，以及垃圾无害处理方面也做了许多努力，据了解，垃圾焚烧发电厂每处理1t垃圾，都会得到国家相应的补贴[4]。而循环流化床垃圾焚烧锅炉就做到了将垃圾作为一种燃料，充分的利用了垃圾所蕴含的热值。前文就提到过，垃圾焚烧虽然是一种值得推广的垃圾处理方式，但垃圾的焚烧产生的烟气也会严重污染大气环境。据调查显示，城市垃圾焚烧之后会产生大量有害气体以及颗粒物，而众所周知，颗粒物就是造成雾霾的罪魁祸首。除了雾霾，酸雨也对环境造成了很大的威胁，腐蚀了很多名胜古迹如乐山大佛，而垃圾焚烧的烟气中也含有大量酸性气体，如果直接排放到大气中，可能会造成酸雨的的产生。不仅如此，燃料的不充分燃烧还会产生CO等有毒气体，因此烟气的重要性就不言而喻了。我国在《生活垃圾焚烧污染控制标准》中规定了生活HCl、SO2、NOx、重金属等污染物排放限值[5]。正是因此这一标准的制定，燃烧尾气处理的技术得到了迅速的发展。

　　循环流化床燃烧技术的优点在于燃烧更为充分和彻底，同时也更加的清洁环保。垃圾的充分燃烧避免了垃圾可能存在的有害物质的二次污染，而且其作为一种清洁燃烧的技术，真正意义上做到了节能减排。正因为循环流化床燃烧技术拥有这些优点，近年来循环流化床垃圾焚烧技术逐渐成为了最主要的垃圾焚烧处理方式。也正因为如此，循环流化床锅炉的选型以及设计逐渐成为了当今研究的主要课题之一[6]。本文的内容也跟此有关，本文将具体的进行650t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉的设计及热力计算。

　　流化床燃烧技术是名副其实的新型燃烧技术，在1960年左右，才开始出现这一燃烧技术，因为其优越的燃烧性能，在这一燃烧方式出现后，很多国家就迅速进行了循环流化床方面的课题研究，这也使得循环流化床燃烧技术虽然还未趋于圆满，但也在短时间内就获得了迅速地发展。而前文中提到过，想要将垃圾作为一种燃料，最大的问题在于其成分复杂且热值偏低，而循环流化床焚烧技术的出现刚好可以使得热值偏低的垃圾也可以作为一种燃料被利用[7]。

　　垃圾不仅热值偏低，而且大部分水分含量较高，如果使用一般锅炉，很难进行充分燃烧，而垃圾的不充分燃烧产生的有害气体是要远多于充分燃烧的。因此，循环流化床锅炉就成了垃圾焚烧锅炉的首选。而且，循环流化床锅炉虽然需要掺烧部分煤，但其运行不需要燃油，因此循环流化床锅炉的运行费用较普通锅炉也较低。循环流化床虽然对燃料热值要求不高，但其对燃料颗粒大小要求很高，需要均匀的供给颗粒大小相同的燃料，因此，循环流化床垃圾焚烧锅炉的一个显著缺点就是在燃烧之前需要进行垃圾预处理[8]。

　　世界上第一个将循环流化床投入运行的国家是芬兰，而芬兰的这次运行，也正式拉开了循环流化床燃烧技术发展的序幕[9]。虽然流化床锅炉性能优越，但锅炉燃烧稳定也有前提条件，那就是燃料的要基本稳定。众所周知，城市垃圾往往形状极不规则，而且不同种类的垃圾热值相差会很大。因此，用循环流化床锅炉燃烧城市垃圾是，垃圾首先一定要进行预处理。而循环流化床燃烧技术的优越性能也促使很多学者投身于垃圾预处理的研究中，垃圾预处理的产物被称之为垃圾衍生燃料。

　　在芬兰第一个将循环流化床锅炉投入运行之后，美国、日本等国家也开始进行循环流化床锅炉的研究和投运，因此，垃圾焚烧循环流化床首先在国外获得了迅速地发展。美国在1997年建成了第一座应用循环流化床燃烧技术处理垃圾，进行资源二次利用的发电厂。该厂循环流化床锅炉的燃料为垃圾衍生物，自投运以来，运行状况良好。

　　[10]。在垃圾预处理方面的研究和垃圾焚烧发电技术的应用上，日本一直做的较好，算得上是这方面先进技术的代表。在2002年日本建成了第一座采用循环流化床垃圾焚烧锅炉发电的商业用垃圾燃烧发电厂。该电厂自投产以来，效率比以往的垃圾衍生物燃烧发电厂都要高，发点短效率能达到30％左右。[11]。垃圾焚烧发电厂的投产在垃圾处理方面的效果显而易见，而且很好的做到了变废为宝，由此，世界上很多国家都进行了一些以燃烧垃圾衍生燃料为主的循环流化床锅炉发电厂的项目，并取得了成功。[12]。在经过大量的垃圾焚烧发电站实际运行之后，运行效果和锅炉出力方面的表现呈现出了一个问题。虽然已经将垃圾制成了垃圾衍生物并进行了充分的燃烧，但由于垃圾热值偏低，锅炉出力也普遍偏低。为了提高锅炉出力，各国开始对垃圾衍生燃料与煤混合作为燃料燃烧进行研究。作为第一个将循环流化床垃圾焚烧锅炉投入运行的国家——芬兰，在1990年就开始了这方面的研究。而美国也紧随其后，开始进行垃圾衍生物与燃煤混合燃烧的研究。[13]。垃圾衍生物燃料燃烧时除了热值偏低，还有一个明显的缺

　　点就是腐蚀比较严重。Helena等[14]、Vesterinen等[15]及Campbeu等[16]在进行垃圾衍生物与燃煤混合燃烧的研究时发现：垃圾衍生物与燃煤混合燃烧之后，只要垃圾衍生物占比稍高，就会有很严重的腐蚀性，以至于会加速锅炉组件的腐蚀。李现勇等[17]发现，当金属壁面的温度超过三十度时，垃圾衍生燃料燃烧产生的烟气就会极大的加速金属壁面的腐蚀。与芬兰、日本、美国等在垃圾焚烧发电方面起步较早的国家相比，我国不论是垃圾的预处理还是垃圾衍生燃料燃烧发电方面的研究都相对落后。我国在垃圾衍生燃料和垃圾焚烧发电方面虽然也进行了一些研究，但不得不说，与芬兰等国相比，我国对循环流化床锅炉燃烧特性的研究仍存在很大空白。当然，我国也在燃烧机理的研究等方面取得了喜人的成绩，很重要的一点是，垃圾与燃煤混合进行燃烧可以很大程度上降低一些有毒气体的排放，这对环境保护是具有重大意义的[9，10]。总的来说，我国在这方面的研究仍出于起步阶段。[18]。

　　通过查阅文献我们可以发现，虽然我国在垃圾衍生物燃料技术的研究与循环流化床的改良方面的研究逐步深入，但正如前文所述，我国的研究才刚刚起步，虽然我们可以查阅到一些循环流化床锅炉设计的案例。但无论是垃圾焚烧锅炉的设计计算案例，还是有关计算方法及设计应注意事项的教学仍显不足，因此本文就系统的进行了650t

　　/d循环流化床垃圾焚烧锅炉的设计与计算，并在文中着重于降低燃煤混合比例，以达到节省能源的目的。

　　本章主要就选题的背景和意义进行了阐述，通过查阅文献等方法，就垃圾处理问题，烟气的无污染排放等问题进行了阐述。同时概括了循环流化床锅炉及垃圾衍生物处理的发展历史，明确了循环流化床锅炉发展的必要性，同时，我们也明确了本次设计的意义所在。而在本文中，我们将通过查阅资料，明确所需燃煤和垃圾的基础参数，并进行循环流化床锅炉的热力计算。明确650t/t垃圾焚烧循环流化床锅炉的结构于布置，对旋风分离器烟气阻力，炉膛风压室压力等进行计算，同时完成回料器的设计计算，包扩结构计算和回料室风压力等的计算。

　　本文主要进行650t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉的设计与计算，在拿到基本数据之后，我们首先要做的就是对数据进行归纳总结，同时本着严谨的原则，我们还需要对数据进行分析验证，确定数据的正确性。本章主要用制表的方式对数据进行归纳总结，并进行验证。

　　前文提到过，循环流化床锅炉对燃料热值要求不高，不论是煤矸石还是生物质燃料都可以燃烧，当然，垃圾衍生物自然也可以。

　　循环流化床燃烧技术应用于处理城市生活垃圾无疑具有良好的前景，针对生活垃圾这种低热值的燃料，循环流化床锅炉可以做到更充分的燃烧利用其热值，同时达到减量的效果，并且同时实现了低污染燃烧。

　　本文设计的循环流化床垃圾焚烧锅炉中，进一步降低了燃煤的占比，使得城市垃圾与燃煤之比达到了8：2。而在下表中分别列出了垃圾与燃煤的各元素占比，以及混合燃料的元素占比。

　　1 收到基水分从上表我们可以看到，混合燃料硫分所占比例很低，因此本次设计不考虑脱硫。

　　煤质分析校核计算的意义主要是通过计算各元素占比之和来确定给定数据的正确性，同时确保通过元素含量计算出的低位发热量与经验低位发热量之差不超过800kJ/kg。同时我们需要注意得是对于上面的计算，我们都是针对混合燃料来做的，也就是说，计算出来的低位发热量是混合燃料的低位发热量，也就是后文设计中需要用到的发热量。

　　知道了收到基中各元素的占比之后，高位发热量的值可以公式计算得出，计算公式如下：

　　在基本数据汇总中，给出了低位发热量的数值，而知道了各元素的占比，低位发热量可以通过经验公式计算得到，低位发热量经验值计算公式如下：

　　在本次数据校核中，主要通过元素之和以及给出的低位发热量和由经验公式计算所得的低位发热量之差来确定给定数据的正确性，即元素之和接近或等于百分百，低位发热量的差值在800kJ/kg之内。

　　从上表可以看出各元素占比之和接近100%，并且混合燃料用经验公式算出来的低位发热量和给定公式之值相差大约190kJ/kg，小于800kJ/kg，因此，说明给定数据基本正确。

　　本文设计的垃圾焚烧循环流化床锅炉适用燃料为城市垃圾，在燃烧之前应该先将尺寸大于200mm的不可燃物分拣出来，当然，这一步骤归在垃圾预处理的环节，此处只是做一说明。为保证垃圾给料系统的正常运行，需要对进行燃烧的燃料进行破碎处理，破碎后的颗粒直径应小于200mm,为保证炉内垃圾稳定燃烧，应严格控制入炉的垃圾质量，垃圾需要经过堆放排除渗滤液，保证其含水率不大于40%。辅助燃料为煤，首选烟煤煤粒范围可以控制在0-

　　13mm，其中小于1mm的不超过30%。下表对本次设计中的主要参数进行了一一交代。

　　本章主要对垃圾与燃煤混合燃料的各元素占比进行了总结，同时通过元素分析法确保了数据的正确性。同时计算得到了混合燃料的高位发热量和低位发热量，进一步对数据进行了验证。最后，将后面设计中可能用到的已知数据进行了汇总。

　　上一章节中，我们进行了基本数据的整理及煤质校核的工作，而在本章中，我们将进行热力学平衡计算。总的来说，根据能量守恒定律，我们要保证热量的收支平衡，即输入锅炉中的热量大约等于锅炉有效利用热量与飞灰热损失、排烟热损失等热损失之和。

　　所谓理论空气量，就是燃料完全燃烧所需要的最少的空气量。燃料中的可燃元素包含C、H、S等，而每一种可燃元素需要的氧气比是一定的，因此，在已知各元素含量时，就可以根据公式计算得到理论空气的量。那么相对的，每千克燃料完全燃烧后所产生的烟气量即为理论烟气量。

　　前面提到过，本次设计不考虑脱硫，因此不存在过量空气系数的修正问题。入口及出口的过量空气系数为给定值，而烟气的其他一些特性也可通过公式计算得出，现用表格总结如下。

　　在后面的计算中，会用到三原子气体、水蒸气等占烟气的份额，现将计算过程及结果汇总为表格，如下所示：表3-3各气体容积份额计算

　　在后续计算中，得到某一部外的烟气温度，要求对应烟气焓时，经常会用到焓温表，反之亦然。因此我们结合表3-4，用公式制成烟气焓温表，用来满足后续热力计算的需求。

　　根据表3-2、表3-3以及表3-4中的数据，计算可以得到烟气焓温表，现将烟气焓温表绘制如下。

　　焓，所以本小节将绘制灰焓表，方便查询，如下：3.4锅炉热平衡及燃料消耗量计算

　　本节要进行的是热平衡及燃料消耗量的计算，在此次计算中，我们取低位发热量为可支配热量进行计算，因为二者通常相差不大，故此次计算取值有效。而例如固体未完全燃烧热损失、保温系数等值需要用公式进行计算，下面将对计算过程分小节进行陈述。

　　影响固体未完全燃烧热损失的因素有很多，比如燃料无法完全燃烧，那么底灰中就会含有C元素，造成固体未完全燃烧热损失。而在已知底灰含碳量、底灰份额等数据时，就可以通过计算得出，公式如下：

　　灰焓可以根据灰温查表由差分法计算所得，由于本次论文中多次需要用到灰焓表，通过差分来求对应温度的灰表3.6灰焓Ih

　　灰渣包括锅炉排出的炉渣，沉降灰等，而由于燃料的不充分燃烧，其中会含有部分C元素，因此会造成灰渣热物理损失。灰渣热物理损失的计算公式如下：

　　mile米乐m6

　　由于排放的烟气中会携带大量热量，因此，排烟热损失是锅炉所有热损失里占比最大的一项。而了解排烟热损失的影响因素，有助于我们降低排烟温度，减小排烟热损失来提高锅炉机组热效率。影响排烟热损失的因素有很多

　　，这些都会影响排烟热损失，而结合部分影响因素，就可以计算出排烟热。损失排烟热损失的计算公式如下：

　　虽然锅炉热效率可以由定义法即正平衡法求得，但在设计时通常用反平衡法来计算，因为设计过程中，会计算出锅炉的各项损失，然后就可以计算出锅炉机组热效率，计算公式如下：

　　锅炉机组的有效利用热是指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量，而空气虽然也会吸收热量，但始终在内部循环，不计入锅炉有效利用热量的计算中。因此，锅炉机组有效利用热可以用公式计算得到，如下：

　　上面几个小节主要对锅炉机组热平衡及效率的一些参数的计算方法进行了交代，本节主要对热平衡效率的计算结果汇总，如下表所示。

　　本章先对理论空气量、烟气量，烟气特性进行了计算，同时根据焓温表以及烟气特性表制成了烟气焓温表，为后面的计算提供了便利，最后进行了锅炉机组热平衡以及锅炉机组热效率等的计算，为后面的设计工作奠定了基础。

　　本章进行的是650t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉的热力计算，本次计算包括炉膛及外置式换热器的传热系数、炉膛膜式水冷壁的传热系数等。此次计算由于循环流化床锅炉的特殊性，其循环灰量会很大，因此就算其温降不大，但其折算成每千克燃料的焓值则很大，会严重影响燃烧产物的热平衡。在炉膛，分离器或外置式换热器（EHE）等的计算中必须要考虑，否则计算出的结果偏差会较大，影响设计结果。

　　循环流化床锅炉的设计计算中，炉膛计算受热面积与炉膛实际面积是不同的。而要得到炉膛计算受热面积，需要用到下表。

　　根据循环流化床锅炉炉膛各区域的结构尺寸，可计算出各种实际受热面积，然后分别乘以表4.1中各种折算系数

　　在本次计算中，用某一区域的平均传热系数来代替该区域中各点的传热系数。这种处理方法可以很大的简化计算过程，当然可以这样处理的原因是循环流化床锅炉炉膛的传热系数虽然会随着位置不同而改变，但改变的程度并不大，因此还是具有的一定准确性的。

　　炉膛传热主要包括两部分，对流换热和辐射换热。知道其对流传热系数和辐射传热系数就可以根据公式计算出循环流化床辐射放热系数，公式如下：

　　炉膛膜式水冷壁由水冷管和鳍片焊接而成，因此根据水冷管和鳍片传热系数可以计算出炉膛膜式水冷壁的传热系数，公式如下：

　　前面对本次计算中遇到的概念进行了解释，同时对计算所需要用到的公式进行了归纳总结，下面通过表格将本次计算结果罗列如下。

　　本章主要进行了本次锅炉设计课程的热力计算部分，在前面先交代了炉膛水冷壁等的传热系数、炉膛计算受热面积等的计算方法，然后系统的进行了650t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉的热力计算，最后的计算结构均在各小节以表格形式进行了汇总。

　　本章要进行的是650t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉的结构计算部分，本次设计锅炉为中温中压的垃圾衍生物与燃煤混烧的自然循环锅炉。锅炉为全钢架的立式结构布置，由炉膛、冷却室和尾部烟道组成。为改善锅炉在不同工况下的运行能力，在一次风空预器进风侧设置了一组蒸汽空预器，在一次风高、低温级管箱间也增设一组蒸汽空预器，以满足锅炉运行调节需要。5.1水冷壁结构