新型循環(huán)流化床鍋爐結構布置及氣固流動特性的研究.pdf

1、循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術以其廣泛的燃料適應性、較低的氮氧化物排放、較高的脫硫效率、良好的負荷調(diào)節(jié)性能等優(yōu)點成為新一代潔凈煤燃燒技術。隨著CFB燃燒技術的不斷發(fā)展，CFB鍋爐容量也在快速增大。國外已建成CFB鍋爐最大容量已達460MW，并已完成了600MW及800MW的超臨界大型CFB鍋爐設計工作。我國也在積極開展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了許多問題：分離器數(shù)量不斷增多，使得分離器布置困難，進入各個

2、分離器的煙氣量相差較大；爐膛容積增大，導致二次風穿透性不佳，布風均勻性差；CFB鍋爐尺寸繼續(xù)放大的風險也越來越大。此外，現(xiàn)有的幾種大型CFB鍋爐結構布置方案，國外均已申請了相關專利。為解決我國CFB鍋爐大型化所面臨的技術問題及知識產(chǎn)權問題，迫切需要研究CFB鍋爐大型化時采用新的、具有自主知識產(chǎn)權的結構布置方案。
　　 在總結和分析大型CFB鍋爐結構形式的基礎上，重慶大學首次提出了一種“爐膛包圍分離器”的新型CFB鍋爐布置方案。即

3、在兩個爐膛中間布置一個雙側進風的方形旋風分離器，同時分離器下面還布置有與返料機構相聯(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二次風射程要求低，布置緊湊等優(yōu)點。鍋爐放大時，采用多模塊組合方式，每個模塊可獨立運行，其給煤和排渣可單獨控制，大大降低了鍋爐放大的風險。為了驗證此新型CFB鍋爐布置方案的可行性，對其循環(huán)系統(tǒng)的氣固流動進行了研究，其主要包括：①新的CFB鍋爐系統(tǒng)運行的氣固流動特性及其運行穩(wěn)定性

4、的研究；②新型外置式換熱器內(nèi)氣固流動特性的研究；③雙進口方形分離器性能的研究。
　　 新的CFB鍋爐系統(tǒng)運行的氣固流動特性及其運行穩(wěn)定性的試驗結果表明，雙爐膛運行時，兩個爐膛流化特性相近，相互干擾小，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定。雙進口方形分離器能高效地將物料分離下來。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械閥式外置式換熱器。通過控制流入各個換熱倉室的固體物料流量，從而達到對各換熱倉室中布置的受熱面的換熱情況進行單獨調(diào)節(jié)。同時把外置床和返料機構(loop sea1)結合在一起，保證向兩個爐膛的返料。對這種一體化外置式換熱器及其返料機構中的物料流動特性進行了冷態(tài)試驗研究。試驗結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?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)運行參數(shù)和結構參數(shù)來控制兩個換熱室、EHE和loopseal以及兩個返料口之

6、間的物料流量和比例。這主要是由于流化風速的改變而引起顆粒夾帶速率及各倉室壓力分布的變化所致。同時還建立了孔口兩側壓差與通過孔口處固體流率之間的經(jīng)驗關系式，定義了孔口流量系數(shù)新的關系式。
　　 雙進口方形分離器的性能是新型CFB鍋爐成功的關鍵因素。在截面尺寸為400mm×400mm的冷態(tài)試驗臺上對分離器性能及分離器內(nèi)的氣固流動進行了研究。當入口風速為22.4m/s、入口顆粒濃度為4.9g/m3時，雙進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，分離器的性能還受到入口風速及入口顆粒濃度的影響。分離器邊角處的即時分離現(xiàn)象對于提高CFB鍋爐中高入口顆粒濃度下分離器效率是有利的。
　　 在試驗研究的基礎上，對分離器內(nèi)的氣固流動進行了數(shù)值模擬，數(shù)值計算的分離器效率和壓降與試驗結果基本吻合。同時采用數(shù)值模擬的方法對分離器結構進行了優(yōu)化。雙進口方形分離器內(nèi)的流場與圓形分離器相似，具有Rankine渦的特點，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、直筒段長度、錐體長度對分離效率的影響，通過結構優(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，可以認為不是分離器性能的主要考慮因素。
　　 冷態(tài)試驗及數(shù)值模擬結果表明一體化外置式換熱器的流量控制特性及雙進口方形分離器的性能能夠滿足新型CFB鍋爐布置方案的運行要求，但仍需鍋爐放大后的檢驗。應用上述研究成果，對一臺35t/h工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐的結構布置方案進行了研究，并完成了相關設計