煤粉锅炉气力除灰系统主要设备设计选型

煤粉锅炉气力除灰系统主要设备设计选型
许浒;王世栋;陈亮
【摘要】以兰州某调峰应急热源厂工程为例,对气力输灰工艺流程及主要参数确定过程进行详细阐述说明,指出选用合适的混合比及输送气流速度是气力输送系统设
计的重点,并给出主要设备选型参数确定的原则为相关系统提供技术参考.
【期刊名称】《兰州工业学院学报》
【年(卷),期】2016(023)001
【总页数】4页(P76-79)
【关键词】气力输送;煤粉锅炉;除灰系统
【作者】许浒;王世栋;陈亮
【作者单位】中国市政工程西北设计研究院有限公司,甘肃兰州730000;中国市政
工程西北设计研究院有限公司,甘肃兰州730000;中国市政工程西北设计研究院有
限公司,甘肃兰州730000
【正文语种】中文
【中图分类】TF321.9
煤粉锅炉飞灰宜采用气力除灰系统.气力输送装置是利用高速带压气流作为载体在
管道中输送物料的设备，输送物料动力源自管道两端气流压差.气力输送相比其他
输送方式，其主要优点在于：物料在密闭的管道中输送，对环境不易产生粉尘污染；输送线路布置灵活，可利用空间，减少占地面积；机械传动部件少，操作管理方便，运行维护简单；输送距离远，便于集中输送；工艺流程连续化程度高，可实现自动
化控制[1-3].
本文以兰州市某应急调峰热源厂工程为例，对热水煤粉锅炉气力除灰系统的主要设备选型计算及其注意事项进行阐述说明.
单台29 MW锅炉小时最大灰渣排放量为0.94 t/h；被输送物料为粉煤灰，堆积密度0.6～0.8 kg/m3；水平输送距离100 m，垂直输送距离4 m；布袋除尘器1台，配有脉冲阀60个，喷吹周期120 s.
根据工程设计要求分析原始条件后，气力输送形式确定为正压压送式.气力除灰系
统工艺流程如图1所示.
压送式气力输送的主要参数按以下步骤进行计算.
1) 确定输送物料量.
压送式气力输灰系统的设计出力不应小于锅炉最大连续蒸发量工况燃用设计煤种时排灰量的150%[4].本工程单台58 MW煤粉锅炉小时最大排灰量为0.94 t/h，布
袋除尘器下部配置6台仓泵，因此单台仓泵输送物料量
Ws=1.5×0.94/6 t/h=0.236 t/h.
2) 确定混合比.
根据该物料的输送特性，确定混合比m=4.
3) 确定输送气流速度.
理论上，管道中灰尘受到气流作用，且气流速度大于灰尘沉降速度，就可以被输送.然而气流速度过大则气源功率增加，过小就可能产生堵塞，可见选择合适的气流速度十分重要.煤粉灰输送速度经验公式[5]为va≥50~100vo，当混合比大时，可取
较大值.煤粉灰沉降速度vo=0.213 m/s，取输送速度为va=20 m/s.
4) 确定压缩空气耗量.
压缩空气耗量主要由输送耗气和布袋除尘器反吹两部分组成.
a) 输送耗气量[5]可按式(1)计算.
式中,Ws为单位时间输送物料的重量,kg/min；m为混合比；ρa为空气密
度,kg/m3.
将m=4，ρa=1.293 kg/m3，Ws=0.236 t/h带入公式(1)，得单台仓泵输送空气
量约为0.85 m3/min.
b) 布袋除尘器反吹耗气量可按公式(2)确定[5].
式中,Qa为每台脉冲袋式除尘器总耗气量(m3/min)；n为脉冲阀数量(个)；T为喷吹周期(min)；β为附加系数，一般取1.2；q为每个脉冲阀一次喷吹耗气量(m3)，一般取0.03.
本工程布袋除尘器配有脉冲阀60个，喷吹周期120 s，计算得单台布袋除尘器喷
吹耗气总量约为1.1 m3/min.
综上所述，单台布袋除尘器反吹及输灰所需压缩空气量为6×0.85+1.10=6.20
m3/min.
5) 确定输料管管径.
输料管管径可由公式[5](3)来确定.
式中,Ws为单位时间输送物料的重量,kg/min；m为混合比；ρa为空气的密
度,kg/m3；va为输送速度,m/s.
将Ws=0.236 t/h，m=4,ρa=1.293 kg/m3,va=20 m/s代入式(3)，可得D=59.8，输料管管径取DN65.
6) 计算压力损失.
气力除灰系统水力计算应按气固两相流体进行计算.气固两相流体水力计算过程如下：
(1) 气固两相流加速压损Δpma.
式中,m为混合比；ρa为标空气的密度,kg/m3；va为最大输送速度m/s；vs为最大物料速度m/s.
将m=4,ρa=1.293 kg/m3,vs=20 m/s,va=20 m/s代入式(4)，得气固两相流加速压损Δpma=0.013 MPa.
(2) 气固两相流摩擦压损Δpmf.
式中,λa为沿程压力损失系数；L为输灰管计算管长，m；D为输灰管管径，m；ρa为空气密度kg/m3；va为气流速度m/s；a为压损比，对于水平管；对于垂直管.
沿程压力损失系数取λa=0.029 6[6]，本工程垂直管段4 m，水平管段100 m，本工程气固两相流摩擦压损Δp mf=0.26 MPa.
(3) 颗粒群悬浮提升的重力压损Δpst.
式中，m为混合比；ρa为空气的密度,kg/m3；va为输送速度,m/s.L为输灰管计算管长；D为输灰管管径；g为重力加速度；vn为颗粒群悬浮速度，m/s；vs为物料速度，m/s；fG为重力阻力系数，水平管；垂直管道=1.
粉煤灰悬浮速度取vn=5 m/s，对于水平管段物料速度取vs= 20 m/s，垂直管段物料速度取vs= 15 m/s.因此颗粉煤灰悬浮提升的重力压损Δpst=0.22 MPa (4) 气固两相流的局部压损.
仓泵的局部压损
弯管的局部压损
式中,m为混合比；ρa为空气密度,kg/m3；va为输送速度,m/s；ξg为仓泵局部阻力系数；ξb为弯管局部阻力系数；Kb为弯管局部阻力附加压损系数.
通过公式(7)计算得仓泵局部压损为Δpjg=0.1 MPa；通过公式(8)计算得1个弯管的局部压损Δpjb=0.02 MPa.本工程最不利环路局部压损包括1台仓泵和4个弯管的损失，因此，局部总压损约为Δpj=0.18 MPa.
气力除灰装置的总压损ΔpM是装置系统所有输料直管压损Δpm与局部压损Δpj 之和，即
.
将Δpma=0.013 MPa，Δpmf=0.26 MPa，Δpst=0.22 MPa，Δpj=0.18 MPa 带入上式，得计算压力损失为0.673 MPa.
1) 排气量的确定.
除灰输送用空气压缩机的总排气量不宜小于气力除灰系统设计出力时计算输送空气量的110%[6]，因此本工程压缩空气总需求量为1.1×6×6.20=40.92 m3/min. 2) 排气压力的确定.
除灰输送空气压缩机出口压力不宜小于气力除灰系统计算阻力的120%[6]，本工程除灰系统计算压力损失为0.673 MPa，因此本工程空气压缩机排气压力取
1.2×0.673=0.8 MPa.
空气压缩机参数及台数：排气量为10.4 m3/min，排气压力为0.8 MPa，额定功率为55 kW；数量为4台，互为备用.
当压缩空气露点温度要求在0 ℃以上时，选用冷冻式干燥机；当压缩空气露点温度要求在0 ℃以下时，选用吸热式干燥机[5].对于本工程压缩空气的露点温度为10 ℃，在0 ℃以上，因此选冷冻式干燥机.冷干机的选型需考虑压缩空气流量、压力、温度和环境温度以及要求压力露点温度等因素.冷干机处理风量的选择计算见公式(9).
Qs=Qa×C1×C2.
式中,Qa为空气压缩机额定流量;C1为压缩空气压力及温度修正系数;C2为环境温度及露点温度修正系数.
本工程冷干机入口压力0.8 MPa，入口温度40 ℃，环境温度40 ℃，压缩空气的额定流量Qa为10 Nm3/min，要求压力露点温度+2℃.由压缩空气压力及温度修正系数(C1)(表1)及环境温度与压力露点温度修正系数(C2)(表2)可得，C1=0.77，C2=1.22，得冷干机处理风量Qs=9.40 Nm3/min.
仓泵的容积和数量根据排灰量及输送时间间隔来确定.本工程单台锅炉最大小时排灰量0.940 t，布袋除尘器过滤下来的灰量为0.939 t，灰的堆积密度0.9 t/m3，因此布袋除尘器下部配置6台仓泵，单台仓泵容积取1 m3，6 h排1次灰.
储存灰库总有效容积不应小于储存锅炉最大连续蒸发量工况燃用设计煤种时24 h 的排灰量[6].单台锅炉房小时最大排放量0.94 t/h，存储时间取3 d，因此本工程6台锅炉配置3台180 m3的灰库.
气力输送方式的选择要根据实际工艺要求和输送能力等参数来确定.气力输送系统的选择和设计不仅要考虑工程的实际情况，而且还得考虑如下要素：① 输送距离和输送量；② 输送管道的设计布置以及弯头的数量和种类的选择；③ 根据输送工艺情况选择工艺设备；④ 选择合适的技术指标来控制成本.
气力输送技术应用在煤粉锅炉除灰系统中，可实现全自动化运行管理，减少人工费用，同时整个系统是封闭运行的，可以减少灰尘对环境的污染.气力输灰系统设计过程中，确定合理的混合比及输送气流速度尤为重要.
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