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循环流化床锅炉紧凑式分流回灰换热器的试验研究点击：1779 日期：[ 2014-04-26 22:13:53 ] |
| 循环流化床锅炉紧凑式分流回灰换热器的试验研究 孙献斌， 李志伟， 时正海， 党黎军， 王智微， 肖 平 （ 西安热工研究院有限公司， 陕西 西安 ７１００３２） 摘要： 外置换热器是 ＣＦＢ （ 循环流化床） 锅炉大型化的关键技术。为发展我国具有自主知识产权的大型ＣＦＢ 锅炉技术， 针对国产 ２００ ＭＷＣＦＢ 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。在一台 ４ＭＷ循环流化床热态试验台上对紧凑式分流回灰换热器的分流、调节、传热特性进行了系统的试验研究， 并建立了传热计算模型， 可用于实际锅炉的设计， 为实现锅炉的模型化设计奠定了基础。研究结果可用于指导国产 ２００ＭＷＣＦＢ锅炉的设计。 关键词： 循环流化床锅炉； 紧凑式分流回灰换热器； 换热系数 中图分类号： ＴＫ２２９．６＋６ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００４－９６４９（２００６）０７－００２７－０４ １ 紧凑式分流回灰换热器技术 国外为解决大型 ＣＦＢ 锅炉炉内受热面布置空间不足或虽可布置但磨损倾向严重等问题，广泛采用外置换热器（ＥＨＥ），即在 ＣＦＢ 锅炉的灰循环回路上布置外置换热器。在外置换热器内，一般布置有再热器、过热器或蒸发受热面。其中外置换热器采用机械阀控制循环物料的分流量，从而控制过热器、再热器汽温和炉膛温度。用于分流循环灰的锥形阀采用水冷却，结构复杂，且容易被磨损。此外，上述布置方式还存在占用高度较大，往往使旋风分离器下部的立管高度较短，难以形成足够的料封，影响分离器的分离效率和循环回路的工作特性。 外置换热器是 ＣＦＢ 锅炉大型化的关键设备，西安热工研究院通过试验研究开发了一种新型外置换热器—紧凑式分流回灰换热器专利技术。该换热——器采用气动控制方式控制循环物料的分流量，调节方式简单可靠，便于布置， 且同时兼有循环灰的分流、 冷却和回送功能，在结构上易实现整体化。 分流回灰换热器的结构见图 １，其工作原理是灰分配室利用合理的结构和配风控制将来自分离器的循环灰分流成 ２部分，一部分流向高温回灰管作为高温循环灰（８５０～９５０ ℃）返回炉膛；另一部分则流向布置有受热面的换热床， 在其内循环灰和受热面进行热交换，然后经隔墙流入低温回料室，被冷却至 ４９０～ ６２０℃的灰颗粒通过低温回灰管返回炉膛。 ２ 试验装置 分流回灰换热器热态试验台主要技术规范见表１；相关系统见图 ２，试验台最大燃烧热功率为 ４ＭＷ，燃烧室高度为 ９ ｍ，下部横截面积１．５ ｍ× ０．４ ｍ，上部横截面积 １．５ ｍ× ０．８ ｍ。燃烧室布置有可伸缩的水冷枪，用以调节燃烧室温度和热负荷。分离器采用绝热旋风分离器， 分离器下端的立管和分流回灰换热器相连接。尾部烟道依次布置有 ２ 级省煤器和 ２ 级一次风空气预热器。燃烧室、分流回灰换热器和烟道内衬耐火砖， 外壳为密封钢板。 一次风主要作为流化风， 经过空气预热器加热后从燃烧室底部的布风板进入燃烧室， 空气预热器的一部分冷风作为必要的播煤密封风由落煤管进入燃烧室。 二次风没有预热，从燃烧室下部分２级送入炉内。分流回灰换热器的高压流化风单独由高压风机提供。分流回灰换热器的总风量通过与一次风道的旁路阀门调节，每个小风室的风量可单独调节。烟气经管式除尘器后通过引风机由烟囱排入大气。试验用煤由２台螺旋给料机送入炉膛。底渣通过排渣口排放渣桶，飞灰通过螺旋绞龙送入灰池。沿燃烧室高度共布置２０个温度测点、个压力测点和４个１２测量孔， 可测量沿高度和截面方向上的温度、压力分布。分离器进出口设置有温度压力测点、灰取样口和观察孔，可实现对分离器进灰质量浓度、分离效率、分离器压降和烟气成分的测量。分流回灰换热器试验模型是经冷态试验优化后确定的结构。分流回灰换热器试验模型上布置有温度压力测点，换热床内布置水冷受热面，可对水的流量、压力和温度测量，进行分流回灰换热器的传热特性试验。试验台系统采用循环水冷却，由水泵加压后分别流经燃烧室水冷枪、分流回灰换热器和省煤器，最后进入冷水塔，冷却后返回贮水箱。试验台采用床下热风点火系统，由油枪加热流化风，实现对床料的加热。 ３ 试验结果及分析 ３．１ 分流特性 分流回灰换热器气动控制的原理是通过控制均流室的流化风速 Ｕｆ３ 或高温回料风 Ｕｆ１，以达到循环物料分流运行的目的。 试验观察发现和证明流入换热床的分流循环灰量Ｍｆｘｈ 的大小受高温回料风Ｑ１及均流风Ｑ３的直接影响。 （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见图 ３。随着 Ｑ３ 的提高， 分流循环灰量 Ｍｆｘｈ 相应增加， 即分流循环倍率 ＲＣｆｘｈ增加。 分流循环倍率 ＲＣｆｘｈ 定义为： ＲＣｆｘｈ＝Ｍｆｘｈ／Ｍｃ （１） 式中：ＲＣｆｘｈ为分流循环倍率，ｋｇ／ｋｇ；Ｍｆｘｈ为进入换热床的分流循环灰流量，ｋｇ／ｓ；Ｍｃ为入炉煤量，ｋｇ／ｓ。 试验过程中其他风量保持不变。３表明：分流图室的均流风量 Ｑ３ 从 ２５ ｍ３／ｈ上升到 ４６ ｍ３／ｈ 时，分流循环倍率线性增加，而此过程中的给煤量没有明显变化，说明进入换热床的循环灰量线性增加；当分流室的风量 Ｑ３ 进一步增大，从 ４６ｍ３／ｈ增加到 ６６ｍ３／ｈ 时，分流循环倍率的增加幅度减小，说明在此范围内通过调节 Ｑ３ 来调节进入换热床的循环灰量的作用不明显，因此在实炉设计和运行时，均流风量 Ｑ３ 的调节范围应控制在 ２５～ ４６ｍ３／ｈ。 （２）高温回料风对分流特性的影响。图 ４ 试验结果表明： 当维持均流风量 Ｑ３不变，高温回料风量Ｑ１从 １２ ｍ３／ｈ 上升到 ４８ ｍ３／ｈ时，分流循环倍率呈线性减小，而此过程中的给煤量没有明显变化，说明进入换热床的循环灰量呈线性减小。随着Ｑ１的增大，通过高温回料室的物料流量增大，通过换热床的灰流量相应减小。 ３．２ 调节特性 试验表明， 当改变均流室的风量大小， 通过ＣＨＥ 的换热床的循环灰量随即变化， 换热床内床温随之按预期方向变化， 床温变化曲线见图 ５。换热床内床温可在 １３５￣４２７ ℃范围内变化， 这一变化幅度完全可满足实际锅炉对布置在分流回灰换热器内受热面的汽温调节， 以及对炉内床温调节的要求。 试验过程中未发现因风量的启、停或调整而出现高温循环灰的自流或失控现象， 换热床运行稳定，也说明了布置在分流回灰换热器内的受热面具有较好的安全性。 ３．３ 传热特性 图 ６为均流风量对分流回灰换热器换热系数的影响， 图中纵座标为相对于试验基准工况的换热系数 ａ０的换热系数比， 分流室的风量Ｑ３从２５ ｍ３／ｈ 上升到４６ｍ３／ｈ 时，换热床内的循环灰与受热面之间的换热系数大幅度上升，换热系数比从１．００左右上升到 １．８７；当均流风量 Ｑ３ 进一步增大，从４６ ｍ３／ｈ增加到 ６６ｍ３／ｈ 时，换热床内的循环灰与受热面之间的换热系数没有明显的增加。 图７为高温回料风量对分流回灰换热器换热系数的影响。当高温回料风量 Ｑ１从 １２ ｍ３／ｈ上升到４８ ｍ３／ｈ 时，换热床内循环灰与水之间的换热系数线性减小，换热系数比从１．３８ 左右下降到１．００ 左右。 分流回灰换热器换热床中的受热面换热系数可用以下简化模型予以描述： ａ＝ｋ×Ｔb （２） 式中： ａ 为换热系数， ｋＷ／（ｍ２·℃）； ｋ 为比例系数； Ｔｂ为换热床床温， ℃； γ为温度指数。 ４ 结语 （１）分流回灰换热器采用气动控制方法能够实现循环灰的调节和分流， 具有较好的调节和分流特性；（２）通过高温回料室风量和均流室风量能够很好地控制循环灰的分流循环倍率；（３）布置在分流回灰换热器内的受热面具有较好的安全性；（４）在试验基础上建立的分流回灰换热器的传热计算模型可用于实际锅炉的设计，为实现锅炉的模型化设计奠定了基础。（５）试验结果对国产 ２００ＭＷＣＦＢ 锅炉的设计具有重要意义。 |
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