循环流化床锅炉紧凑式分流回灰换热器冷态试验研究_图文

1、第5卷第1期2009年1月沈阳工程学院学报(自然科学版Journal of Shenyang I nstitute of Engineering (Natural Science Vol .5No .1Jan .2009 收稿日期:2008-08-29作者简介:孙献斌(1963-,男,山西运城人,首席研究员,主要从事为循环流化床锅炉及超临界燃煤发电技术的科学研究与应用研究.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(CF B 锅炉大型化的关键技术.为发展具有自主知识产权的大型CF B 锅炉技术,针对国产200MW

2、CF B 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4.4m 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(200901-0024-03循环流化床(CF B 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.

3、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200MW CF B 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 2Co mpact ash 2fl o w s p litting and heat exchanger .在冷态CF B 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 CF B 锅炉及大型CF B 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

4、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.1.炉膛;2.分离器;3.紧凑式分流回灰换热器;4.一次风机;5.给料仓;6.给料机;7.引风机图1CHE 试验台系统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

5、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 各个风第1期孙献斌:循环流化床锅炉紧凑式分流回灰换热器冷态试验研究25室的流化风量由BS -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.

6、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. 1.高温回料风;2.均流风图2紧凑式分流回灰换热器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/m 3,表观密度为2250kg/m 3,堆积密度为1350kg /m 3,中位粒径d 50=204.2m ,其粒径分布和实际CF B 锅炉的循环灰粒径分布接近. 图3细河沙粒度分布曲线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

7、控制均流室风量Q f3或高温回料室风量Q f1,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G f L 的大小受高温回料风Q 1及均流风Q 3的直接影响.3.1.1均流风量对分流特性的影响均流风量Q 3对分流特性的影响规律如图4.随着Q 3的提高,流向换热床的分流循环量G fl 相应增加,因为此时高温回料风Q 1保持不变,高温循环量G g 基本不变,由于G R =G g +G fl(1式中,G R 为总循环量;G g 为高温循环量;G fl 为分流循环量.故总循环量G R 随着Q 3的增大而增大;分流循环量G f L 相应增加,即分流循环倍率R fl 增加.分流循环倍

8、率R fl 定义为R fl =G f L /G c(2式中,R fl 为分流循环倍率,kg/kg ;G fl 为进入换热床的分流循环灰流量,kg/s ;G c 为给料量,kg/s.图4均流风量Q 3对分流特性的影响试验过程中其他风量保持不变.图4表明,分流室的均流风量Q 3从22Nm 3/h 上升到50Nm 3/h 时,分流循环量线性增加.当均流风量Q 3进一步增大,从50Nm 3/h 增加到63Nm 3/h 时,分流循环量的增加幅度减小,说明在此范围内通过Q 3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Q 3的调节范围应控制在22Nm 3/h 至50Nm 3/h

9、 的区间.试验物料的终端速度U t 为2U t =0.153g0.71d 1.14p(s -j j 0.43=1.33m /s (3式中,U t 为颗粒的终端速度;d P 为颗粒平均直径;s 为颗粒真密度;f 为空气真密度;为空气动力粘度.试验测得的均流室的启动特性曲线如图5所示.图5均流室的启动特性曲线由图5可知,启动流速为0.20m /s,故均流室风速U f3的可调范围应为0.201.33m /s .但事实上,当26沈阳工程学院学报(自然科学版第5卷U f3=0.678m /s 时,总循环物料流量达到了其最大极限G Rmax ,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

10、到水平孔口通流能力的限制,而Q f3不再是主导控制因素.试验回归得到G c 和均流风量Q 3的关系如下式:G fl =0.0001Q 3+0.0158Q 3-0.2873(4分流份额R c 和高温回料份额R q 在U f3=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Q 3不变时,图6试验结果表明,高温回料风量Q 1从18Nm 3/h 上升到40Nm 3/h,高温回料量近乎线性增加,表明高温回料风量Q 1对高温回料量具有良好的调节特性. 图6高温回料风量Q 1对高温回料量的影响随着Q 1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

11、额逐渐减小.试验得到高温回料量G g 与高温回料风量Q 1的关系式为G g =-0.0004Q 1+0.0343Q 1-0.3903(53.2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CF B 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

12、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210MW CF B 锅炉的研制及330MWCF B 锅炉的技术开发J .电力设备,2007,8(2:1-3.2

13、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CF B 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.Cold experiment al study on the co mpact splitti n g 2typereturn i n g ash heat exchanger of CFB boilers

14、S UN Xian 2bin(Xian The r m a l Pow e r R e sea rch I n s titu te Co.,L td.,Xian 710032,C h i na Abstract:The external heat exchanger (EHE is the key technology for large -scale CF B boilers .In order to develop thelarge CF B boiler technology w ith independent intellectual p roperty rights and m eet the need of ho m e 2m ade 200MW CF B ,an external co mpact sp litting -type returning ash heat exchanger w as developed .It is of integrated structure to control the circulating ash flo w and realize the cooling and returning function .The CHE characteristic study is carried out on a 4.4m