煤粉锅炉气力除灰系统主要设备设计选型

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原始资料

单台 29 MW 锅炉小时最大灰渣排放量为 0．94t / 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．2 气力除灰系统

2．1 工艺流程

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 

2．2 

设计计算

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%［本工程单台 58 MW 煤粉锅炉小时最大排灰量为 0．4 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为 va≥50 ～100 vo，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

可按式( 1) 计算．Qa=Ws/mρa． ( 1)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

．Qa= βnq/T． ( 2)

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( 3) 来确定

．D =(4Ws/60πmρaυa)-2． ( 3)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= 20m / 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 

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a =

0．2m +30υa槡; 对于垂直管 a = 0．15m +250υ1．5a．沿程压力损失系数取 λa= 0． 029 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 Δpmf= 0．26 MPa．

( 3) 颗粒群悬浮提升的重力压损 

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 fG=vnva; 垂直管道fG=vn+ vsva=vava= 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

．

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ΔpM= Δpm+ Δpj= Δpma+ Δpmf+ Δpst( ) +Δpjg+ Δpjb( ) 

．

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．3 

主要设备及选型

3．1 空气压缩机

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%［］，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%［］，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 k W; 数量为 4 台，互为备用．

3．2 干燥机

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［］． 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． ( 9)

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

3．3 仓泵

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 0．940t，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．

3．4 灰库

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［］．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．所示．