新型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)布置及氣固流動(dòng)特性的研究.pdf

1、循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)以其廣泛的燃料適應(yīng)性、較低的氮氧化物排放、較高的脫硫效率、良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能等優(yōu)點(diǎn)成為新一代潔凈煤燃燒技術(shù)。隨著CFB燃燒技術(shù)的不斷發(fā)展，CFB鍋爐容量也在快速增大。國(guó)外已建成CFB鍋爐最大容量已達(dá)460MW，并已完成了600MW及800MW的超臨界大型CFB鍋爐設(shè)計(jì)工作。我國(guó)也在積極開(kāi)展600MW循環(huán)流化床鍋爐的研制工作。但CFB鍋爐的大型化也帶來(lái)了許多問(wèn)題：分離器數(shù)量不斷增多，使得分離器布置困難，進(jìn)入各個(gè)

2、分離器的煙氣量相差較大；爐膛容積增大，導(dǎo)致二次風(fēng)穿透性不佳，布風(fēng)均勻性差；CFB鍋爐尺寸繼續(xù)放大的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。此外，現(xiàn)有的幾種大型CFB鍋爐結(jié)構(gòu)布置方案，國(guó)外均已申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利。為解決我國(guó)CFB鍋爐大型化所面臨的技術(shù)問(wèn)題及知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，迫切需要研究CFB鍋爐大型化時(shí)采用新的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)布置方案。
　　 在總結(jié)和分析大型CFB鍋爐結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，重慶大學(xué)首次提出了一種“爐膛包圍分離器”的新型CFB鍋爐布置方案。即

3、在兩個(gè)爐膛中間布置一個(gè)雙側(cè)進(jìn)風(fēng)的方形旋風(fēng)分離器，同時(shí)分離器下面還布置有與返料機(jī)構(gòu)相聯(lián)合的一體化外置式換熱器(EHE)。與傳統(tǒng)CFB鍋爐布置相比，此新型布置方案具有對(duì)二次風(fēng)射程要求低，布置緊湊等優(yōu)點(diǎn)。鍋爐放大時(shí)，采用多模塊組合方式，每個(gè)模塊可獨(dú)立運(yùn)行，其給煤和排渣可單獨(dú)控制，大大降低了鍋爐放大的風(fēng)險(xiǎn)。為了驗(yàn)證此新型CFB鍋爐布置方案的可行性，對(duì)其循環(huán)系統(tǒng)的氣固流動(dòng)進(jìn)行了研究，其主要包括：①新的CFB鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的氣固流動(dòng)特性及其運(yùn)行穩(wěn)定性

4、的研究；②新型外置式換熱器內(nèi)氣固流動(dòng)特性的研究；③雙進(jìn)口方形分離器性能的研究。
　　 新的CFB鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的氣固流動(dòng)特性及其運(yùn)行穩(wěn)定性的試驗(yàn)結(jié)果表明，雙爐膛運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)爐膛流化特性相近，相互干擾小，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。雙進(jìn)口方形分離器能高效地將物料分離下來(lái)。一體化外置式換熱器返料均勻，排料調(diào)節(jié)靈活可靠，基本能順利地將立管中的循環(huán)物料排入任一爐膛。整個(gè)鍋爐具有良好的壓力平衡系統(tǒng)，自平衡特性良好。
　　 新型CFB鍋爐布置方

5、案中采用了一種全新的非機(jī)械閥式外置式換熱器。通過(guò)控制流入各個(gè)換熱倉(cāng)室的固體物料流量，從而達(dá)到對(duì)各換熱倉(cāng)室中布置的受熱面的換熱情況進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。同時(shí)把外置床和返料機(jī)構(gòu)(loop sea1)結(jié)合在一起，保證向兩個(gè)爐膛的返料。對(duì)這種一體化外置式換熱器及其返料機(jī)構(gòu)中的物料流動(dòng)特性進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明這種外置式換熱器有很好的物料分流和流量控制特性。可以通過(guò)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)控制兩個(gè)換熱室、EHE和loopseal以及兩個(gè)返料口之

6、間的物料流量和比例。這主要是由于流化風(fēng)速的改變而引起顆粒夾帶速率及各倉(cāng)室壓力分布的變化所致。同時(shí)還建立了孔口兩側(cè)壓差與通過(guò)孔口處固體流率之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，定義了孔口流量系數(shù)新的關(guān)系式。
　　 雙進(jìn)口方形分離器的性能是新型CFB鍋爐成功的關(guān)鍵因素。在截面尺寸為400mm×400mm的冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)分離器性能及分離器內(nèi)的氣固流動(dòng)進(jìn)行了研究。當(dāng)入口風(fēng)速為22.4m/s、入口顆粒濃度為4.9g/m3時(shí)，雙進(jìn)口方形分離器的切割粒徑為15μ

7、m，臨界粒徑為75μm，阻力系數(shù)為1.7。同時(shí)，分離器的性能還受到入口風(fēng)速及入口顆粒濃度的影響。分離器邊角處的即時(shí)分離現(xiàn)象對(duì)于提高CFB鍋爐中高入口顆粒濃度下分離器效率是有利的。
　　 在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)分離器內(nèi)的氣固流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值計(jì)算的分離器效率和壓降與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。同時(shí)采用數(shù)值模擬的方法對(duì)分離器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。雙進(jìn)口方形分離器內(nèi)的流場(chǎng)與圓形分離器相似，具有Rankine渦的特點(diǎn)，在邊角處出現(xiàn)局部小漩渦。研究

8、了中心筒插入深度、入口尺寸、直筒段長(zhǎng)度、錐體長(zhǎng)度對(duì)分離效率的影響，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，分離器的切割粒徑可在6μm左右。方形分離器內(nèi)旋流較弱，壓降較小，可以認(rèn)為不是分離器性能的主要考慮因素。
　　 冷態(tài)試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果表明一體化外置式換熱器的流量控制特性及雙進(jìn)口方形分離器的性能能夠滿(mǎn)足新型CFB鍋爐布置方案的運(yùn)行要求，但仍需鍋爐放大后的檢驗(yàn)。應(yīng)用上述研究成果，對(duì)一臺(tái)35t/h工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)布置方案進(jìn)行了研究，并完成了相關(guān)設(shè)計(jì)