新型CFB工業(yè)鍋爐氣固流動(dòng)與熱平衡、物料平衡特性研究.pdf

1、隨著國(guó)內(nèi)燃煤供應(yīng)的日漸緊張及節(jié)能環(huán)保要求的不斷加強(qiáng)，循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)以其良好的燃料適應(yīng)性、媲美煤粉爐的高效燃燒性能及環(huán)境友好的污染物排放特性，被越來(lái)越多的應(yīng)用于大型電站鍋爐領(lǐng)域，并朝著大容量、高參數(shù)方向迅速發(fā)展。與此同時(shí)，在國(guó)內(nèi)的工業(yè)鍋爐領(lǐng)域內(nèi)，CFB燃燒技術(shù)也同樣取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，多種各具特色的CFB工業(yè)鍋爐被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并被用于新建或改造原有的層燃或鼓泡床工業(yè)鍋爐。
　　但受到鍋爐容量尺寸及工質(zhì)相變特性等因素的影響，

2、對(duì)于小型CFB工業(yè)鍋爐而言，其較低的爐膛高度減少了燃煤在爐內(nèi)的一次停留及燃盡時(shí)間，而用于控制爐內(nèi)熱平衡的埋管蒸發(fā)面則長(zhǎng)期工作在表觀氣速較高，且物料粒徑較大的爐膛密相區(qū)域內(nèi)，因此普遍存在燃燒效率相對(duì)較低、埋管磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，降低了鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性。本文以解決上述問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，首次提出了一種返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐的布置方案(發(fā)明專利號(hào)：ZL200810232860.2)，采用一個(gè)兼具殘?zhí)咳急M功能及埋管換熱功能的返料換熱器取代傳統(tǒng)回

3、料閥，以解決中低壓 CFB工業(yè)鍋爐長(zhǎng)期存在的技術(shù)難題，從而進(jìn)一步提升鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
　　本文在重慶市科委科技攻關(guān)項(xiàng)目及合作企業(yè)資金支持下，建立了冷模、熱態(tài)及半工業(yè)燃燒試驗(yàn)裝置，通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)及數(shù)學(xué)模型計(jì)算對(duì)返料傳熱型CFB工業(yè)鍋爐主循環(huán)回路及其關(guān)鍵部件(如布風(fēng)裝置、返料換熱器等)的氣固流動(dòng)特性及熱平衡、物料平衡特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。本文的主要內(nèi)容如下：
　?、俜盗蠐Q熱型CFB工業(yè)鍋爐布局方案

4、的提出
　　通過(guò)分析我國(guó)能源背景及CFB燃燒技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)國(guó)內(nèi)小型CFB工業(yè)鍋爐長(zhǎng)期存在的燃燒效率偏低、受熱面布置不合理等技術(shù)難題，首次提出了一種返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐的布置方案，并對(duì)其可行性及預(yù)期的運(yùn)行效果進(jìn)行了定性的論證分析。
　?、陉P(guān)鍵部件的氣固流動(dòng)特性及優(yōu)化
　　1)返料換熱器的氣固流動(dòng)特性研究
　　通過(guò)分析返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐的特點(diǎn)，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作特性靈活簡(jiǎn)便，而又能夠滿足其性能要求

5、的返料換熱器布置方案。進(jìn)而通過(guò)冷模試驗(yàn)，對(duì)其氣固流動(dòng)特性，包括：對(duì)物料循環(huán)流率的調(diào)節(jié)、系統(tǒng)壓降分布、立管料位高度變化規(guī)律、側(cè)向風(fēng)和上回風(fēng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響等進(jìn)行了深入研究。
　　2)布風(fēng)裝置的優(yōu)化研究
　　分別通過(guò)試驗(yàn)及模擬的方法對(duì)鐘罩型風(fēng)帽的出口射流穿透深度及風(fēng)帽阻力特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。一方面基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了CFB兩種典型物料(爐內(nèi)密相區(qū)物料、循環(huán)物料)床層內(nèi)水平射流穿透深度的經(jīng)驗(yàn)公式；而另一方面則對(duì)等流通截面積，不同

6、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的鐘罩型風(fēng)帽的阻力系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。研究結(jié)果有助于優(yōu)化返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐鐘罩型風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)及排列布置方式。
　?、壑餮h(huán)回路的燃燒傳熱特性研究
　　設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)半工業(yè)的CFB燃燒試驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)其燃燒傳熱特性，包括：點(diǎn)火啟動(dòng)特性，主循環(huán)回路內(nèi)燃燒份額的分配及影響因素，循環(huán)物料粒徑及含碳量變化特性，爐膛稀相區(qū)煙氣側(cè)及返料換熱器灰側(cè)傳熱系數(shù)的變化特性等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，以了解主循環(huán)回路各區(qū)域內(nèi)熱平衡及物料平衡的

7、建立過(guò)程。
　?、芊盗蠐Q熱器內(nèi)的熱平衡及物料平衡特性研究
　　沿返料換熱器換熱倉(cāng)內(nèi)物料橫向流動(dòng)方向建立了描述床內(nèi)氣固流動(dòng)、焦炭燃燒、物料磨蝕及埋管換熱過(guò)程的小室模型，通過(guò)求解各小室內(nèi)的物料平衡及熱平衡方程，得到了描述換熱倉(cāng)內(nèi)床層溫度分布、物性參數(shù)變化及燃燒、傳熱功率分布的特性曲線。通過(guò)對(duì)比模型計(jì)算結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型的驗(yàn)證，并通過(guò)改變模型中物料循環(huán)流率 cirM及水冷換熱面積 hsA的取值，分析了二者對(duì)各小室乃至整個(gè)換