哈尔滨工业大学毕业设计（论文）

空气质量总体上有所好转。影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物，54.4%的城市颗粒物浓度超过二级标准；二氧化硫污染较重的城市主要分布在山西、河北、河南、湖南、内蒙古、陕西、甘肃、贵州、重庆和四川等地区。

由以上数据可以看出，我国的大气污染状况虽然在逐渐好转，但仍然很严重，总体情况不容乐观，而整个环境污染的状况也是如此。

能源的消费是人类环境污染的主要原因，特别是对于大气的污染，能源消费所造成的负面影响更为突出。人类社会的发展和经济的增长需要能源供应的支撑。但是，能源消费带来了环境的污染，反过来又制约了社会经济的发展。我国正处于快速工业化的进程之中，能源消费量仅次于美国，居世界第二位。大量的能源消费也造成了严重的环境污染。据世界银行按“人力资本”方法估算，1995年中国大气和水污染造成的损失高达240亿美元，占当年GDP的3.5%。为了实现社会的可持续发展的战略要求，我们必须重视能源消费说和造成的环境影响，建立适合中国国情的“资源节约型”和“环境友好型”的国民经济体系，实现能源、环境和社会经济的协调发展。

在所有造成大气污染的因素中，煤炭的燃烧利用是最主要的因素。当前，我国的大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气污染中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；氮氧化物污染呈加重趋势；全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华中酸雨为重。而煤炭燃烧所带来的烟尘、粉尘的排放更加重了大气污染。

随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加。全国煤炭消耗量从1990年的9.8亿吨增加到1995年的12.8亿吨，二氧化硫排放总量随着煤炭消费量的增长而急剧增加。到1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨。在各类二氧化硫排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%，成为排放大户，各类污染源排放二氧化硫的百分比构成如下：民用灶具12%、工业窑炉11%、工业锅炉34%、电站锅炉35%、其他8%。

1995年全国燃煤排放的烟尘总量为1478万吨，其中火电厂和工业锅炉排放量占70%以上。在火电厂排放中，地方电厂由于基本上使用的是低效除尘器，吨煤排放烟尘是国家电厂的5~10倍，其排放量占到电厂总排放量的65%。

1995年全国工业粉尘排放量约为639万吨.其中.钢铁生产排尘占总量的15%，水泥生产排尘占总量的70%。在水泥生产排尘中，地方水泥厂排尘占到80%，成为工业12尘的主要排放源。

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近年来，乡镇工业发展迅速口1996年全国乡镇工业污染源调查结果表明，1995年全国乡镇工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放量分别占当年全国工业二氧化硫、烟尘和工业粉尘排放莹的28.2%、54.2%和68.3%。乡镇工业污染物排放已成为我国环境污染的重要因素。

以煤炭为主的能源消耗是大气中颗粒物的主要来源。大气中细颗粒物（直径小于10微米）和超细颗粒物（直径小于2.5微米）对人体健康最为有害，它们主要来自工业锅炉和家庭煤炉所排放的烟尘。大气中的二氧化硫和氮氧化物也大多来自这些排放源。工业锅炉燃煤占我国煤炭消耗量的33％，由于其燃烧效率低，加之低烟囱排放，它们在近地面大气污染中所占份额超过其在燃煤使用量中所占份额。

由此可见，煤炭的燃烧利用可说是造成我国大气污染的罪魁祸首，对我国的环境条件造成了极大的破坏。

在2004年4月15日举行的“21世纪煤炭高层论坛”上，有关专家指出，21世纪煤炭仍将是我国的主要能源，煤炭工业在国民经济和社会发展中的重要地位不会改变。但是，煤炭燃烧利用带来的危害的也不容忽视，而且，现在我国煤炭燃烧的利用率还很低，因此我国大力推动洁净煤技术的开发应用，实现煤炭的清洁、高效利用，从而减少污染、提高终端能源效率。

1.2 循环流化床锅炉简介

1.2.1 循环流化床流态化床料特点

（1）床表面总保持水平，相当于一个高温蓄热池。

（2）床内固体颗粒可像流体一样从底部或侧面孔口中排出。 （3）床内颗粒混合良好，加热床层时，床层温度基本均匀。

1.2.2 循环过程

循环过程就是指气固混合物通过高温或中温旋风分离器，将分离出固体物料返回炉膛继续燃烧的过程。

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1.2.3 传热过程

循环流化床由于炉膛内部有高浓度的物料循环，传热状况与煤粉炉不同。煤粉炉主要通过辐射的方式将燃料燃烧释放的热量传递给受热面，而循环流化床传热既要考虑对流换热的的影响，也要考虑辐射换热的作用。循环流化床固体颗粒之间的频繁碰撞加强了传热，气体与固体以及固体颗粒间的传热系数很大，使得炉膛温度表现出相当程度的均一性。在炉膛底部的密相区，由于物料浓度很高，因此换热方式以颗粒对流换热为主。在炉膛上部的悬浮段朝向壁面的传热包括气体的对流换热，同体颗粒的导热和气固流体对受热面的辐射换热等形式。

1.2.4 影响颗粒传热的主要因素

（1）流化风速：流化风速增加，气体和固体之间扰动剧烈，碰撞增强，使颗粒传热系数增大。循环流化床的运行风速是一个重要参数，一般为4m/s～5m/s，风速提高会使炉子更紧凑，截面热负荷相应增大，但风速过高不仅使磨损加大，而且锅炉造价增加，风机功率，厂用电也增加。 （2）颗粒粒径：粒径小，传热系数大。

（3）颗粒浓度：颗粒浓度越高，相互间碰撞机会也越多，传热条件好。国外有的研究认为循环流化床中传热系数与悬浮浓度平方根成正比。

（4）循环倍率：循环倍率是反映炉内颗粒浓度的重要参数，是指返送回炉膛的物料量与燃料量及脱硫剂量之比。循环倍率增加，返物料量增大，传热系数增大，炉内传热大大改善，又节省受热面。同时燃烧效率随循环倍率的增加而增加，但提高循环倍率的同时增加了风机电耗，从燃烧效率和动力消耗综合考虑，增加循环倍率并不总是经济的。

1.2.5 循环流化床的技术特点

（1）燃料适应广

由于大量灰粒稳定循环，新加入循环流化床的煤仅占床料很小份额。又由于循环流化床特殊流动动力特性，质量和动量交换非常充分，为新加入燃料预热着火创造十分有利的条件。而未燃尽的煤粒通过多次循环既可增加炉内停留时间，又可多次参与床层中能量转换，有利于燃尽，可高效稳定燃烧3000kcal/kg～7000kcal/kg的煤，使循环流化床不仅可燃用高效烟煤、褐煤

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等易燃煤，又可燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值，高灰分或高水分的矸石，固体垃圾等。循环流化床煤燃烧效率达97﹪～99﹪，低温烧透的特性使排出的炉渣和循环灰几乎无含碳的成分，燃用二类烟煤锅炉燃烧效率达87.66﹪,比我国目前工业锅炉50﹪～60﹪的平均热效率高很多。

（2）截面热强度高

循环流化床使燃烧在较小截面内完成，还使床层和烟气流与水冷壁间传热效率大大增加。这使循环流化床炉膛截面积和容积可小于同容量的链条炉、煤粉炉。截面负荷主要影响炉膛高和炉膛截面积，一般循环流化床截面负荷为3WM/m2～6 WM /m2 。 （3）污染物排放少

可利用石灰石等脱硫剂进行炉内高效脱硫是循环流化床突出优点。循环流化床850℃～900℃的燃料温度配上分级送风，使污染物的排放浓度可控制在200ppm以下，链条炉和煤粉炉不能实现，从而使循环流化床产生的氮氧化物也远低于煤粉炉和链条炉。 （4）锅炉负荷适应性强

循环流化床的负荷可以很低。如额定负荷的30﹪左右无需辅助液体燃料，也不会发生煤粉炉难于保持正常燃烧甚至熄火的情况。

（5）燃料制备系统简单

循环流化床无需煤粉炉复杂制粉系统，只需简单的干燥及破碎装置即可。

1.2.6 循环流化床应用存在的问题

（1）虽然循环流化床的燃烧效率较鼓泡流化床有较大提高，但除燃烧无烟煤等难燃煤种外，其飞灰含碳量仍略高于煤粉炉。

（2）对固体颗粒分离设备的效率、耐高温和耐磨性能要求较高，尤其燃用高灰燃料时分离器磨损问题尚待解决。

（3）锅炉系统的烟风阻力较大，需要采用高压鼓风机，因此存在风机电耗高，噪声大等问题。

（4）锅炉受热面磨损严重，因此，不得不牺牲流化床传热强烈的优势，锅炉整体的金属耗量并不比同容量的煤粉炉少。尽管如此，目前受热面的安全运行和寿命还无法与煤粉炉相比。

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