电厂循环流化床锅炉大型化带来技术问题分析

1、电厂循环流化床锅炉大型化带来技术问题分析    关键词:CFB锅炉;大型化;旋风分离器;结构优化旋风分离器作为一种循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部位之一,其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来,送回燃烧室以维持燃烧室的快速流态化状态,保证燃料和脱硫剂多次循环往复,只有这样才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。因此,旋风分离器的性能直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计、系统布置及锅炉的运行性能。本文分析了循环流化床锅炉大型化带来旋风分离器设计相关技术问题。 1 循环流化床锅炉大型化带来的技术难题 在循环流化床锅炉的大型化方面,国内外同样面

2、临很多技术问题。循环流化床中的旋风分离器位于炉膛和尾部烟道之间,要求结构紧凑,在布置上自由度较少。这种特殊性对旋风分离器提出了新的要求。大型循环流化床锅炉要求大体积、大容量的旋风分离器。然而,超大体积的旋风分离器不仅结构笨重、流动阻力大,而且分离效率降低(分离效率与分离速度成正比,而分离速度与平均旋转半径成反比),因此最大筒体直径一般只能控制在79m。另外,大型化还会给制造、安装、维修带来一系列麻烦。“后燃”使旋风分离器内温度升高,威胁旋风分离器内耐火防磨材料的安全。 2 CFB 大型化进程中的旋风分离器的发展和改进 2.1 CFB 大型化进程中的旋风分离器的发展 循环流化床锅炉技术朝大型化的

3、方向发展,由此也带来了各种技术难题。一般认为高分离效率的旋风分离器是比较适合大型循环流化床锅炉的Foster Wheeler 公司在其大型循环流化床中采用一种新型紧凑式分离器。这种分离器采用方形截面,它巧妙地利用了气固两相流在非圆形分离空间内的流动和分离特点,不仅可以得到较高的分离效率,而且将分离器与炉膛合为一体,使CFB 锅炉布置非常紧凑,对于CFB 锅炉的大型化很有利1,2。使用这种分离器的紧凑型循环流化床(The Compact CFB)的容量已达265MW(波兰Turow 电站5 号机组)。 Lurgi 型循环流化床锅炉配置“热”分离器和FBHE“灰”换热器,但存在运行费用高、结构复杂

4、、冷炉启动慢等缺点。 清华大学也设计了“水冷异型分离器”专利产品。该分离器是四周用膜式水冷壁组成的方形分离器,但烟气入口和水冷壁管弯制成圆弧形段,这一结构使分离器的造价降低,有效地克服了绝热旋风筒的后燃结焦问题和圆形汽(水)冷旋风筒的制造成本问题。并已用于410 t/h CFB 锅炉设计。 2.2 旋风分离器最新结构优化方案 为了适应循环流化床锅炉的大型化,目前世界上出现了很多种旋风分离器的改进形式,主要从这两个方面入手。第一,在原有基础上通过改进几何结构和其他流体力学方面的参数以使其分离效率再度提高来适应大容量,高密度的要求。第二,在几何结构上改进,主要体现在总体的结构布置上,要求布置与锅炉

5、主体结构相适应,以便在锅炉大型化的进程中解决各种问题。 几何结构的改进主要集中在排气管的改进上,有以下几种形式:对排气管入口部分的改进。一般排气管入口为圆柱形,在长期的运行过程中经常出现变形以至于影响分离效率的现象。改造的方法是将其改成圆台形。另外,韩国220MW 循环流化床电厂经过建设和调试阶段的总结,也通过增加排气管的长度增加了循环倍率而减小了炉膛和密封仓温度还有SOX 的排放量,提高了分离器的分离效率。对于排气管改进的第三种情况是改变其摆放位置,即偏置3。从排气管偏置后的分离效率数据可以看出,偏置后的分离效率明显改善。 根据文献显示,通过改进进口段的宽度,可以提高旋风分离器的分离效率。如

6、韩国Tonghae 电厂通过减小了进口段的宽度提高了分离效率, 清华白玉刚,吕俊复等人通过实验研究证明:通过调节进口导流板位置来改变进口宽度时,其影响的不仅仅是进口气体流速,还影响着气流的流型和方向。要在各种因素共同作用的情况下选择能使旋风分离器获得最大分离效率的各个因素的最佳值便显得尤为重要了。 1)方形分离器,浙江大学热能工程研究所自行开发的方型下排气下出料分离器结构简单,方形壳体内易布置水冷壁,其本身相当于一个转弯烟道,可以布置在锅炉尾部烟道上方,从而缩小锅炉的外型尺寸,方便实现锅炉的型布置,有利于锅炉布置的一体化。方型分离器能够很好地满足紧凑布置、生产成本较低、性能可靠的循环流化床锅炉

7、的需要。2)通道式旋风分离器,清华大学提出了新型通道式分离器的设计方案,并已经获得国家专利。实际应用中通道式分离器体积较小,结构紧凑,易于布置,尤其适用于中、小型循环流化床和循环床垃圾焚烧炉;对于垃圾焚烧的特殊成灰特性(灰粒密度轻,粒度小),通道式分离器具有分离效率高、压力损失较小且性能稳定、运行平稳等优点。3)双炉膛多进口旋风分离器。目前重庆大学锅炉燃烧实验室正在研究开发的双炉膛多进口旋风分离器实际上仍属方形分离器,但是因为其布置于两个炉膛之间,这种安装布置结构十分有利于锅炉整体结构的一体化布置,因此对循环流化床锅炉的大型化发展进程有一定意义。        3 结语 近年来,我国各主要锅炉设计制造企业均花费巨资引进国外先进CFB 锅炉技术,希望通过引进技术消化吸收来加快我国循环循环流化床锅炉的大型化进程。本文主要分析了CFB大型化进程中的旋风分离器的发展和改进,以期为我国电厂CFB锅炉大型化建设起到一定作用。 参考文献: 1王智微, 李晓峰. 分宜100 MW循环流化床锅炉旋风分离器分离效率的计算J. 锅炉制造, 2006 (1) . 2钱月清, 任一平. 52