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循环流化床锅炉紧凑式分流回灰换热器冷态试验研究
孙献斌
(西安热工研究院有限公司,西安710032)
摘要:外置换热器是循环流化床(CFB)锅炉大型化的关键技术.为发展具有自主知识产权的大型CFB锅炉技术,针对 国产200MWCFB锅炉及大型化的需要,开发了一种新型外置换热器—紧凑式分流回灰换热器(CHE)专利技术.该紧凑 式分流回灰换热器采用气动方式控制循环灰的分流量,同时兼有循环灰的冷却和回送功能,且为整体化结构.在1台4.4 m高的循环流化床冷态试验台上,对紧凑式分流回灰换热器的分流特性、调节特性进行了系统的试验研究,以指导进一 步的热态试验和实炉设计.
关键词:循环流化床锅炉;紧凑式分流回灰换热器;大型化
中图分类号:TK229.6 文献标识码:A 文章编号:1673-1603(2009)01-0024-03
循环流化床(CFB)锅炉大型化的关键是外置换热 器的开发研究[1],国外采用锥形阀控制进入外置换热 器的循环灰流量.锥形阀采用水冷却,结构复杂,由于 长期工作在高温环境中,容易被磨损,维护工作量大. 为发展具有自主知识产权的大型循环流化床锅炉技术, 针对200MWCFB锅炉及大型化发展的需要,开发了一 种新型外置换热器,即紧凑式分流回灰换热器(CHE- Compactash-flowsplittingandheatexchanger). 在冷态CFB试验台上,对紧凑式分流回灰换热器 的气动控制方案的可行性、结构特性、调节特性、分流 特性、流动特性进行了系统的试验研究,为200MW CFB锅炉及大型CFB锅炉的开发研制提供了重要的 技术数据和设计依据.
1 试验装置
紧凑式分流回灰换热器冷态试验台及相关系统如 图1,试验台炉膛高度为4.4m,布风板面积0.22m× 0.31m,炉膛横截面积0.37m×0.31m.炉膛出口布 置旋风分离器,分离器直径0.515m,分离器下端的立 管和CHE相连接.循环流化床的旋风分离器出口直接 同引风系统连接.
一次风主要作为流化风通过循环流化床底部的布 风板进入炉内,二次风在循环流化床的下部环炉膛四 角喷入床内.一、二次风分别由阀门控制风量.经分离 器分离后的空气通过引风机由烟囱排入大气.
紧凑式分流回灰换热器的具体结构见图2.紧凑 式分流回灰换热器分为高温回料室、分配室、均流室、换热室和低温回料室.高温回料室和低温回料室的物 料通过回料斜管同循环流化床的底部相连.紧凑式分 流回灰换热器的空气引出管直接引入循环流化床的炉 膛中部.为了便于观察紧凑式分流回灰换热器内的物 料流动状况,CHE四周用有机玻璃组成,各个风室由 不同的风管供给,风管上的阀门分别控制5个物料室 的风量.
物料由给料仓通过给料机和给料管直接接入循环 流化床内,给料管上装有阀门可控制给料量. 一次风流量用经标定的靠背管测量.CHE各个风室的流化风量由BS-Ⅲ笛形管测量,分别布置在紧凑 式分流回灰换热器风管的测量管道上.同时在CHE各 风室分别布置有压力测点,可测量风室压力.在CHE 上部布置有压力测点,可测量其上部自由空域的压力. CHE各风室的压力同CHE上部的空气压力差可得到布风板的空床压降和料层的压降.
2 试验物料
试验用物料为筛选后的细河沙.细河沙的粒度分 布曲线见图3.细河沙真密度为2594kg/m3,表观密度 为2250kg/m3,堆积密度为1350kg/m3,中位粒径 d50=204.2μm,其粒径分布和实际CFB锅炉的循环灰粒径分布接近.
3 试验结果及分析
3.1 分流特性
紧凑式分流回灰换热器气动控制的原理,是通过 控制均流室风量Qf3或高温回料室风量Qf1,以达到循环物料分流运行的目的.
试验发现和证明,流入换热床的分流循环灰量GfL 的大小受高温回料风Q1及均流风Q3的直接影响.
3.1.1 均流风量对分流特性的影响
均流风量Q3对分流特性的影响规律如图4.随着 Q3的提高,流向换热床的分流循环量Gfl相应增加,因为此时高温回料风Q1保持不变,高温循环量Gg基本 不变,由于
由图5可知,启动流速为0.20m/s,故均流室风 速Uf3的可调范围应为0.20~1.33m/s.但事实上,当Uf3=0.678m/s时,总循环物料流量达到了其最大极 限GRmax,试验现象表现为立管颤动,此时进入CHE换 热床的物料流量主要受到水平孔口通流能力的限制, 而Qf3不再是主导控制因素.试验回归得到Gc和均流 风量Q3的关系如下式:
Gfl=0.0001Q3+0.0158Q3-0.2873(4) 分流份额Rc和高温回料份额Rq在Uf3=0.6m/s 时,基本达到相等的份额0.5.
3.1.2 高温回料风量对分流特性的影响
当维持均流风量Q3不变时,图6试验结果表明, 高温回料风量Q1从18Nm3/h上升到40Nm3/h,此时 高温回料量近乎线性增加,表明高温回料风量Q1对高 温回料量具有良好的调节特性.
随着Q1的增加,高温回料量增加,高温回料份额 增加,则相应的分流份额逐渐减小.
试验得到高温回料量Gg与高温回料风量Q1的关 系式为
Gg=-0.0004Q1+0.0343Q1-0.3903(5)
3.2 调节特性
试验表明,当改变均流风量大小,通过换热室的分流循环物量随即发生变化.气动分流运行方式研究表明,在较大的分流比例范围内CHE均有良好的运行调 节特性.
试验过程中未发现因风量的起、停或调整而出现循环物料的自流或失控现象,换热室运行稳定,说明了布置在CHE内的受热面具有较好的安全性.但应该注意到,高温下循环灰的流动性和冷态时物料的流动特性还有较大差别,因此在实际的CFB锅炉工程设计时 开展热态试验是非常有必要的.
4 结 论
1)通过对CHE结构特性的研究表明,紧凑式分流回灰换热器采用气动控制方法能够实现循环物料的调节和分流,技术上可行.
2)高温回料室风量和均流风量能够很好地控制高温回料量、分流循环量,并具有较好的调节特性.
3)分流循环灰量通过均流风量调节,随着均流风 量的增加,分流循环量.
4)高温回料量通过高温回料风调节,高温回料量的变化规律,反映了CHE的高温回料室满足U型回料 阀的基本特性.
5)通过试验得到了均流风量和分流循环量的关系式、高温回料量与高温回料风量的关系式均可用于 指导实炉的放大设计.
参考文献
[1]孙献斌,于 龙,时正海,等.国产210MWCFB锅炉的研 制及330MWCFB锅炉的技术开发[J].电力设备,2007,8 (2):1-3.
[2]孙献斌,李光华,蒋敏华.循环流化床锅炉技术领域几个前 沿课题的研究[J].热力发电,2005,34(11):1-5.
[3]孙献斌.超临界循环流化床锅炉的研发[J].热力发电, 2008,37(1):1-3.
[4]孙献斌,蒋敏华,于 龙,等.国产大型CFB锅炉的开发研 制与工程示范[J].中国电力,2008,41(3):38-42.
[5]王尊孝,叶永华.化学工程手册:第20篇流态化[M].北 京:化学工业出版社,1987.
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