國內局部CFB鍋爐制作企業在爐膛內安置屏式受熱面

發布時間：2012/7/24 發布人：管理員

      循環流化床(circulating fluidized bed，CFB)焚燒技能作為一種潔凈煤技能，由于具有燃料適應性廣、爐內脫硫功率高、NOx排放量低、煤種適應性強、負荷調理比大及其灰渣可綜合使用等長處[1-4]，在國表里得到了越來越廣泛的使用，并不斷向更大容量和超臨界參數方向開展[5-8]。當前，世界最大容量460MW超臨界CFB鍋爐已經在波蘭的Lagisza電廠投入商業運轉。中國首臺600MW超臨界CFB鍋爐將裝置在中國的四川白馬演示電站，當前正處于裝置段落。跟著CFB鍋爐容量的添加，爐內四周水冷壁受熱面積與爐膛容積之比減小，還，所需蒸騰受熱面的面積與鍋爐容量的份額逐步下落。為包管CFB鍋爐爐膛的溫度處于合理水平，必須在熱灰的循環回路安置更多的受熱面。熱灰的循環回路安置受熱面的方式有多種[9]，Lurgi型CFB鍋爐安置外置換熱器(fluidized bed heat exchanger，FBHE)[10]，FW公司選用“INTREX”一體化返料換熱器[11-13]，國內局部CFB鍋爐制作企業在爐膛內安置屏式受熱面[14]。
    FBH E內可以安置蒸騰器、過熱器和再熱器[15-16]。經過調理進入FBHE和直接回來爐膛的循環物料流量的份額，調理床溫文汽溫。FBHE具有磨損低、傳熱性能好等長處[17]，還，還有如下杰出特色：
    1）可以將安置在爐膛內的受熱面安置到FBHE內，使受熱面安置愈加合理[18]；
    2）經過FBHE灰量調理完成汽溫調理，防止了再熱器選用噴水調溫而對機組的功率產生影響；
    3）床溫調理靈敏[19]，且可以加大床溫的調理規模[20]；
    4）可進步燃料的適應性，使燃料的焚燒更充沛；
    5）可調理熱循環回路內的吸熱份額，改善低負荷工況，使低負荷運轉時鍋爐床溫操控愈加靈敏牢靠[21]。關于FBHE的運轉特性，如FBHE對CFB鍋爐床溫文汽溫的調理特性、傳熱特性以及錐型閥開度與負荷變化的聯系等，有關研討人員在實驗室進行了很多的研討任務，并取得了相應效果，但在實踐運轉的CFB鍋爐上進行測驗研討卻鮮有報導，為此，在2臺實踐運轉的300MW CFB鍋爐上，對FBHE的運轉特性進行了測驗和分析研討。
    1·實驗研討
    1.1 300MW CFB鍋爐熱循環回路
    FBHE的運轉特性實驗是在實踐運轉的300MW CFB鍋爐上進行的，該鍋爐的熱循環回路見圖1，首要包羅褲衩腿型爐膛、安置在爐膛兩邊的4個高溫絕熱旋風分離器、每個分離器下的一個回料閥和一個FBHE。4個FBHE對稱安置于爐膛下部兩邊，挨近爐前的2個FBHE內安置高溫再熱器和低溫過熱器。挨近爐后的2個FBHE內安置中溫過熱器I和中溫過熱器II。每個FBHE有獨立的進料口和返料口，別離與回料閥及爐膛相連。高溫循環物料在錐型閥的調理下進入FBHE，與埋管受熱面進行熱交流，然后以低溫狀況回來爐膛，然后完成床溫與汽溫的調理。

    1.2 FBHE布局
    挨近爐前的每個FBHE由3個分室組成，榜首分室為空室，不安置受熱面，第二、三分室內安置埋管式受熱面，高溫再熱器安置在第二分室內，低溫過熱器安置在第三分室。爐前2個FBHE的首要作用是，經過調整進料錐型閥的開度調理再熱汽溫。挨近爐后的每個FBHE相同由3個分室組成。榜首分室為空室，第二分室安置中溫過熱器I，中溫過熱器II安置在第三分室。爐后2個FBHE的首要作用是經過調整進料錐型閥的開度調理爐內床溫。FBHE各分室由水冷隔墻分隔而成，FBHE布局見圖2。

    1.3實驗原理及辦法
    1.3.1爐膛溫度散布的丈量
    為研討FBHE對爐內溫度散布的影響，在2臺不同爐型300MW CFB鍋爐上選用高溫耐磨熱電偶進行了沿爐膛高度方向爐膛溫度散布的丈量，其間一臺鍋爐為無FBHE的單布風板爐膛，另一臺鍋爐為帶有FBHE的雙布風板爐膛，選定不同的運轉工況，沿爐膛不同高度，分5層安置溫度測點，其間關于雙布風板爐膛，測點在左右褲衩腿側別離安置，為防止由于給煤和某個循環回路任務特性的改動而惹起爐膛溫度動搖，不同高度的溫度取層內一切測點的均勻值。
    1.3.2 FBHE傳熱的丈量和核算
    經過丈量FBHE內的受熱面進出口工質的溫度和壓力，可取得每個分室內受熱面工質的進出口焓值，過熱器受熱面的工質流量使用鍋爐汽水系統上安置的給水流量計和減溫水流量計丈量和核算，再熱器流量經過機組運轉時汽機的熱平衡核算取得。在已知FBHE內各受熱面工質焓增和流量的基礎上，可核算出每個分室內受熱面的吸熱量，經過公式(1)求得每組受熱面的均勻傳熱系數。在FBHE的每個分室的進出口均設有高溫耐磨熱電偶，丈量進出口灰溫。

    2·成果和評論
    2.1不同負荷爐膛溫度的散布
    表1為帶FBHE鍋爐不同負荷下的運轉首要參數，圖3是其爐膛的左褲衩腿側和右褲衩腿側的溫度沿爐膛高度的散布。


    從圖3可見，在不同的鍋爐負荷下，左、右褲衩腿側的床溫不同不大；當鍋爐運轉在60%鍋爐最大接連蒸騰量(boiler maximum continue rate，BMCR)以上時，床溫隨鍋爐負荷改動沒有顯著變化，且沿爐膛高度方向溫度變化很小，最大溫差不超越30℃；當鍋爐運轉在更低負荷時，如圖3中的28%BMCR負荷和34%BMCR負荷時，床溫全體較低，上下溫差在50℃左右。
    床溫沿爐膛高度變化較小是由于帶有FBHE的鍋爐取消了坐落爐膛上部的屏式受熱面，這使得水冷壁沿高度方向吸熱較均勻；此外，由于FBHE經過冷、熱灰的份額可以靈敏地調理床溫，包管了鍋爐在60%BMCR負荷以上床溫根本堅持不變。當鍋爐在更低負荷下運轉時，入爐熱量大起伏削減，還，由于爐內流化速度下落，被送至爐膛上部的物料量削減，招致了表里循環量還下落，爐內的物料返混和FBHE的調理才能削弱，結尾體現出爐內床溫下落，還床溫與爐膛出口溫度差值添加。表2是單布風板無FBHE的300MW CFB鍋爐在不同測驗工況下的鍋爐首要參數，圖4是其爐膛沿高度方向的溫度散布。

    從圖4可以看出，跟著鍋爐負荷的下落，床溫下落，這是由于跟著鍋爐負荷的下落，燃料入爐熱量削減，床溫隨之下落。在鍋爐較高負荷時，沿爐膛高度方向溫度不同較小。在91%BMCR負荷運轉時，沿爐膛高度方向溫差不超越20℃，這是由于鍋爐滿負荷時煙氣量較大，較高的氣體流速可以把更多的固體物料和能量攜帶到爐膛上部，由于爐膛內存在很多的內循環物料量，使循環流化床內發作激烈的熱量和質量交流。顆粒團在攜帶著彌散顆粒的接連氣流中運動，這在壁面處的下落環流中體現得稀奇顯著，強化了爐內傳熱和傳質進程，使整個爐內的溫度散布非常均勻，而鍋爐在低負荷運轉時，由于爐膛內循環量相對削減，還由于上部較多的屏式受熱面的吸熱，使得爐膛上部溫度顯著低于下部，沿爐膛高度方向構成較大的溫度梯度，在52%BMCR負荷運轉時，爐膛出口溫度與床溫溫差挨近100℃，而在25%BMCR負荷運轉時，此溫差到達130℃。
    2.2 FBHE的運轉調理特性
    為得到不同運轉工況下，FBHE對床溫文汽溫的調理特性，還進行了如下測驗：
    1）當鍋爐的運轉工況改動時，FBHE的進灰量隨之改動。為研討不同負荷下FBHE的進灰量變化狀況，丈量了錐型閥開度與鍋爐負荷的聯系，成果見圖5。1、2、3、4號錐型閥別離對應于圖1熱循環回路的FBHE。由圖5可見，跟著鍋爐負荷的添加，FBHE內受熱面的吸熱量添加，還熱循環回路內的循環物料量添加，為包管熱循環回路內滿意的傳熱量并堅持合理的床溫，錐型閥的開度需相應添加。但當鍋爐從發動至20%負荷之間，錐型閥處于全關狀況，這是由于在發動初期，鍋爐的外循環物料量較少，為堅持分離器立管內恰當的料柱高度，且鍋爐在發動進程中，再熱器內沒有工質冷卻，為包管受熱面不處于干燒狀況，也懇求FBHE內不進入熱灰。

    2）在鍋爐運轉進程中，FBHE對床溫的調理及對再熱汽溫的調理是相互影響的。FBHE在調理床溫的還，為滿意過熱蒸汽及再熱蒸汽參數的懇求，必將對過熱器系統的噴水量和高溫再熱蒸汽的吸熱份額產生影響；反之，FBHE在調理再熱汽溫的還，也會對床溫文過熱器噴水量產生影響，這三者之間動態耦合。為探求三者之間的相互影響規則，在實爐運轉進程中，選定鍋爐負荷為91%BMCR(發電功率為300MW)，在燃用褐煤且使鍋爐入爐燃料量、風量以及主蒸汽溫度堅持不變，還包管鍋爐安穩運轉的工況下，調整錐型閥的開度，使床溫在840~873℃之間變化。
    在床溫變化的進程中，過熱器噴水量也在不斷變化，測驗成果見圖6。由圖6可知，跟著床溫的升高，過熱器噴水量逐步下落，可是，雖然床溫的變化起伏較大(33℃)，噴水量的變化并不非常顯著，變化起伏僅為3t/h。這是由于在床溫添加的進程中，進入FBHE中過熱器床的循環灰量削減，但由于灰溫的添加，使得過熱器在FBHE中的吸熱量變化不非常明顯，結尾體現在噴水量的變化較小。

    還，在床溫添加的進程中，依據坐落高溫再熱器進出口集箱上的熱電偶和壓力表的讀數，可知坐落FBHE內的高溫再熱器的吸熱量也發作了變化，測驗成果見圖7。

    由圖7可見，跟著床溫的添加，高溫再熱器的吸熱量逐步減小。這首要是由于床溫的升高，招致爐膛出口煙溫進步，然后進入尾部對流受熱面的煙溫升高，坐落尾部的低溫再熱器吸熱量添加，需要在再熱器高溫段吸收的熱量相應削減，由于再熱器高溫段的吸熱量是由FBHE進灰量操控的，因而FBHE的進灰量削減，但由于灰溫的進步，彌補了FBHE進灰量削減招致的高溫再熱器吸熱量的減小，所以在床溫從840~873℃之間變化時，高溫再熱器吸熱量削減起伏不大。
    2.3不同負荷各受熱面傳熱系數
    依據FBHE內各分室進出口溫度以及安置各組受熱面進出口溫度，使用公式(2)核算各組受熱面的傳熱溫差，依據公式(1)求得各受熱面的均勻傳熱系數，成果見圖8。由圖8可見，跟著鍋爐負荷的添加，各受熱面傳熱系數添加。鍋爐在100%BMCR工況下，中溫過熱器II、中溫過熱器I、高溫再熱器和低溫過熱器的傳熱系數別離為302、262、240、253W/(m2℃)。如此高的傳熱系數，有用進步了受熱面的使用率，削減了受熱面的金屬耗量，這也是FBHE得到廣泛使用的緣由之一。

    3·定論
    經過300MW CFB鍋爐FBHE的關聯測驗研討，得出如下首要定論：
    1）帶FBHE的CFB鍋爐在60%BMCR負荷以上，床溫變化不大，且沿爐膛高度爐膛溫度散布比擬均勻；
    2）無FBHE的CFB鍋爐床溫隨鍋爐負荷下落而下落，且床溫與爐膛出口溫度的差值跟著鍋爐負荷的下落而添加；
    3）鍋爐從發動至20%BMCR負荷之間，包管旋風分離器立管內恰當的料位高度和高溫再熱器受熱面的安全運轉，錐型閥處于全關狀況；跟著鍋爐負荷的持續添加，錐型閥開度不斷增大；
    4）在負荷不變的狀況下，過熱器的噴水量和再熱器的吸熱量隨床溫的升高單調遞減，但削減起伏較小；
    5）跟著鍋爐負荷的添加，FBHE內各受熱面傳熱系數逐步添加。鍋爐在100%BMCR工況下，中溫過熱器II、中溫過熱器I、高溫再熱器和低溫過熱器的傳熱系數別離為302、262、240、253W/(m2℃)。

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