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摘要:外置換熱器是循環(huán)流化床(CFB)鍋爐大型化的關(guān)鍵技術(shù).為發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型CFB鍋爐技術(shù),針對 國產(chǎn)200MWCFB鍋爐及大型化的需要,開發(fā)了一種新型外置換熱器—緊湊式分流回灰換熱器(CHE)專利技術(shù).該緊湊 式分流回灰換熱器采用氣動方式控制循環(huán)灰的分流量,同時兼有循環(huán)灰的冷卻和回送功能,且為整體化結(jié)構(gòu).在1臺4.4 m高的循環(huán)流化床冷態(tài)試驗臺上,對緊湊式分流回灰換熱器的分流特性、調(diào)節(jié)特性進行了系統(tǒng)的試驗研究,以指導(dǎo)進一 步的熱態(tài)試驗和實爐設(shè)計.

    關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐;緊湊式分流回灰換熱器;大型化

    中圖分類號:TK229.6　文獻標(biāo)識碼:A　文章編號:1673-1603(2009)01-0024-03

     循環(huán)流化床(CFB)鍋爐大型化的關(guān)鍵是外置換熱 器的開發(fā)研究[1],國外采用錐形閥控制進入外置換熱 器的循環(huán)灰流量.錐形閥采用水冷卻,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由于 長期工作在高溫環(huán)境中,容易被磨損,維護工作量大. 為發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù), 針對200MWCFB鍋爐及大型化發(fā)展的需要,開發(fā)了一 種新型外置換熱器,即緊湊式分流回灰換熱器(CHE- Comp actash-flowsplittingandheatexchanger). 在冷態(tài)CFB試驗臺上,對緊湊式分流回灰換熱器 的氣動控制方案的可行性、結(jié)構(gòu)特性、調(diào)節(jié)特性、分流 特性、流動特性進行了系統(tǒng)的試驗研究,為200MW CFB鍋爐及大型CFB鍋爐的開發(fā)研制提供了重要的 技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計依據(jù).

     1　試驗裝置

     緊湊式分流回灰換熱器冷態(tài)試驗臺及相關(guān)系統(tǒng)如 圖1,試驗臺爐膛高度為4.4m,布風(fēng)板面積0.22m× 0.31m,爐膛橫截面積0.37m×0.31m.爐膛出口布 置旋風(fēng)分離器,分離器直徑0.515m,分離器下端的立 管和CHE相連接.循環(huán)流化床的旋風(fēng)分離器出口直接 同引風(fēng)系統(tǒng)連接.

     一次風(fēng)主要作為流化風(fēng)通過循環(huán)流化床底部的布 風(fēng)板進入爐內(nèi),二次風(fēng)在循環(huán)流化床的下部環(huán)爐膛四 角噴入床內(nèi).一、二次風(fēng)分別由閥門控制風(fēng)量.經(jīng)分離 器分離后的空氣通過引風(fēng)機由煙囪排入大氣.

                        

     緊湊式分流回灰換熱器的具體結(jié)構(gòu)見圖2.緊湊 式分流回灰換熱器分為高溫回料室、分配室、均流室、換熱室和低溫回料室.高溫回料室和低溫回料室的物 料通過回料斜管同循環(huán)流化床的底部相連.緊湊式分 流回灰換熱器的空氣引出管直接引入循環(huán)流化床的爐 膛中部.為了便于觀察緊湊式分流回灰換熱器內(nèi)的物 料流動狀況,CHE四周用有機玻璃組成,各個風(fēng)室由 不同的風(fēng)管供給,風(fēng)管上的閥門分別控制5個物料室 的風(fēng)量.

      物料由給料倉通過給料機和給料管直接接入循環(huán) 流化床內(nèi),給料管上裝有閥門可控制給料量. 一次風(fēng)流量用經(jīng)標(biāo)定的靠背管測量.CHE各個風(fēng)室的流化風(fēng)量由BS-Ⅲ笛形管測量,分別布置在緊湊 式分流回灰換熱器風(fēng)管的測量管道上.同時在CHE各 風(fēng)室分別布置有壓力測點,可測量風(fēng)室壓力.在CHE 上部布置有壓力測點,可測量其上部自由空域的壓力. CHE各風(fēng)室的壓力同CHE上部的空氣壓力差可得到布風(fēng)板的空床壓降和料層的壓降.

                      

     2　試驗物料

     試驗用物料為篩選后的細河沙.細河沙的粒度分 布曲線見圖3.細河沙真密度為2594kg/m3,表觀密度 為2250kg/m3,堆積密度為1350kg/m3,中位粒徑 d50=204.2μm,其粒徑分布和實際CFB鍋爐的循環(huán)灰粒徑分布接近.

                    

     3　試驗結(jié)果及分析

     3.1　分流特性

     緊湊式分流回灰換熱器氣動控制的原理,是通過 控制均流室風(fēng)量Qf3或高溫回料室風(fēng)量Qf1,以達到循環(huán)物料分流運行的目的.

     試驗發(fā)現(xiàn)和證明,流入換熱床的分流循環(huán)灰量GfL 的大小受高溫回料風(fēng)Q1及均流風(fēng)Q3的直接影響.

     3.1.1　均流風(fēng)量對分流特性的影響

     均流風(fēng)量Q3對分流特性的影響規(guī)律如圖4.隨著 Q3的提高,流向換熱床的分流循環(huán)量Gfl相應(yīng)增加,因為此時高溫回料風(fēng)Q1保持不變,高溫循環(huán)量Gg基本 不變,由于

                

     由圖5可知,啟動流速為0.20m/s,故均流室風(fēng) 速Uf3的可調(diào)范圍應(yīng)為0.20~1.33m/s.但事實上,當(dāng)Uf3=0.678m/s時,總循環(huán)物料流量達到了其最大極 限GRmax,試驗現(xiàn)象表現(xiàn)為立管顫動,此時進入CHE換 熱床的物料流量主要受到水平孔口通流能力的限制, 而Qf3不再是主導(dǎo)控制因素.試驗回歸得到Gc和均流 風(fēng)量Q3的關(guān)系如下式:

     Gfl=0.0001Q3+0.0158Q3-0.2873(4) 分流份額Rc和高溫回料份額Rq在Uf3=0.6m/s 時,基本達到相等的份額0.5.

     3.1.2　高溫回料風(fēng)量對分流特性的影響

     當(dāng)維持均流風(fēng)量Q3不變時,圖6試驗結(jié)果表明, 高溫回料風(fēng)量Q1從18Nm3/h上升到40Nm3/h,此時 高溫回料量近乎線性增加,表明高溫回料風(fēng)量Q1對高 溫回料量具有良好的調(diào)節(jié)特性.

                    

     隨著Q1的增加,高溫回料量增加,高溫回料份額 增加,則相應(yīng)的分流份額逐漸減小.

     試驗得到高溫回料量Gg與高溫回料風(fēng)量Q1的關(guān) 系式為

     Gg=-0.0004Q1+0.0343Q1-0.3903(5)

     3.2　調(diào)節(jié)特性

     試驗表明,當(dāng)改變均流風(fēng)量大小,通過換熱室的分流循環(huán)物量隨即發(fā)生變化.氣動分流運行方式研究表明,在較大的分流比例范圍內(nèi)CHE均有良好的運行調(diào) 節(jié)特性.

     試驗過程中未發(fā)現(xiàn)因風(fēng)量的起、�；蛘{(diào)整而出現(xiàn)循環(huán)物料的自流或失控現(xiàn)象,換熱室運行穩(wěn)定,說明了布置在CHE內(nèi)的受熱面具有較好的安全性.但應(yīng)該注意到,高溫下循環(huán)灰的流動性和冷態(tài)時物料的流動特性還有較大差別,因此在實際的CFB鍋爐工程設(shè)計時 開展熱態(tài)試驗是非常有必要的.

     4　結(jié)　論

     1)通過對CHE結(jié)構(gòu)特性的研究表明,緊湊式分流回灰換熱器采用氣動控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)物料的調(diào)節(jié)和分流,技術(shù)上可行.

     2)高溫回料室風(fēng)量和均流風(fēng)量能夠很好地控制高溫回料量、分流循環(huán)量,并具有較好的調(diào)節(jié)特性.

     3)分流循環(huán)灰量通過均流風(fēng)量調(diào)節(jié),隨著均流風(fēng) 量的增加,分流循環(huán)量.

     4)高溫回料量通過高溫回料風(fēng)調(diào)節(jié),高溫回料量的變化規(guī)律,反映了CHE的高溫回料室滿足U型回料 閥的基本特性.

     5)通過試驗得到了均流風(fēng)量和分流循環(huán)量的關(guān)系式、高溫回料量與高溫回料風(fēng)量的關(guān)系式均可用于 指導(dǎo)實爐的放大設(shè)計.