電廠循環(huán)流化床鍋爐大型化帶來技術(shù)問題分析

1、電廠循環(huán)流化床鍋爐大型化帶來技術(shù)問題分析    關(guān)鍵詞:CFB鍋爐;大型化;旋風(fēng)分離器;結(jié)構(gòu)優(yōu)化旋風(fēng)分離器作為一種循環(huán)流化床的分離機構(gòu)是循環(huán)流化床的關(guān)鍵部位之一,其主要作用是將大量的高溫固體物料從氣流中分離出來,送回燃燒室以維持燃燒室的快速流態(tài)化狀態(tài),保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)往復(fù),只有這樣才有可能達到理想的燃燒效率和脫硫效率。因此,旋風(fēng)分離器的性能直接影響整個循環(huán)流化床鍋爐的總體設(shè)計、系統(tǒng)布置及鍋爐的運行性能。本文分析了循環(huán)流化床鍋爐大型化帶來旋風(fēng)分離器設(shè)計相關(guān)技術(shù)問題。 1 循環(huán)流化床鍋爐大型化帶來的技術(shù)難題 在循環(huán)流化床鍋爐的大型化方面,國內(nèi)外同樣面

2、臨很多技術(shù)問題。循環(huán)流化床中的旋風(fēng)分離器位于爐膛和尾部煙道之間,要求結(jié)構(gòu)緊湊,在布置上自由度較少。這種特殊性對旋風(fēng)分離器提出了新的要求。大型循環(huán)流化床鍋爐要求大體積、大容量的旋風(fēng)分離器。然而,超大體積的旋風(fēng)分離器不僅結(jié)構(gòu)笨重、流動阻力大,而且分離效率降低(分離效率與分離速度成正比,而分離速度與平均旋轉(zhuǎn)半徑成反比),因此最大筒體直徑一般只能控制在79m。另外,大型化還會給制造、安裝、維修帶來一系列麻煩?！昂笕肌笔剐L(fēng)分離器內(nèi)溫度升高,威脅旋風(fēng)分離器內(nèi)耐火防磨材料的安全。 2 CFB 大型化進程中的旋風(fēng)分離器的發(fā)展和改進 2.1 CFB 大型化進程中的旋風(fēng)分離器的發(fā)展 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)朝大型化的

3、方向發(fā)展,由此也帶來了各種技術(shù)難題。一般認為高分離效率的旋風(fēng)分離器是比較適合大型循環(huán)流化床鍋爐的Foster Wheeler 公司在其大型循環(huán)流化床中采用一種新型緊湊式分離器。這種分離器采用方形截面,它巧妙地利用了氣固兩相流在非圓形分離空間內(nèi)的流動和分離特點,不僅可以得到較高的分離效率,而且將分離器與爐膛合為一體,使CFB 鍋爐布置非常緊湊,對于CFB 鍋爐的大型化很有利1,2。使用這種分離器的緊湊型循環(huán)流化床(The Compact CFB)的容量已達265MW(波蘭Turow 電站5 號機組)。 Lurgi 型循環(huán)流化床鍋爐配置“熱”分離器和FBHE“灰”換熱器,但存在運行費用高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜

4、、冷爐啟動慢等缺點。 清華大學(xué)也設(shè)計了“水冷異型分離器”專利產(chǎn)品。該分離器是四周用膜式水冷壁組成的方形分離器,但煙氣入口和水冷壁管彎制成圓弧形段,這一結(jié)構(gòu)使分離器的造價降低,有效地克服了絕熱旋風(fēng)筒的后燃結(jié)焦問題和圓形汽(水)冷旋風(fēng)筒的制造成本問題。并已用于410 t/h CFB 鍋爐設(shè)計。 2.2 旋風(fēng)分離器最新結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案 為了適應(yīng)循環(huán)流化床鍋爐的大型化,目前世界上出現(xiàn)了很多種旋風(fēng)分離器的改進形式,主要從這兩個方面入手。第一,在原有基礎(chǔ)上通過改進幾何結(jié)構(gòu)和其他流體力學(xué)方面的參數(shù)以使其分離效率再度提高來適應(yīng)大容量,高密度的要求。第二,在幾何結(jié)構(gòu)上改進,主要體現(xiàn)在總體的結(jié)構(gòu)布置上,要求布置與鍋爐

5、主體結(jié)構(gòu)相適應(yīng),以便在鍋爐大型化的進程中解決各種問題。 幾何結(jié)構(gòu)的改進主要集中在排氣管的改進上,有以下幾種形式:對排氣管入口部分的改進。一般排氣管入口為圓柱形,在長期的運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)變形以至于影響分離效率的現(xiàn)象。改造的方法是將其改成圓臺形。另外,韓國220MW 循環(huán)流化床電廠經(jīng)過建設(shè)和調(diào)試階段的總結(jié),也通過增加排氣管的長度增加了循環(huán)倍率而減小了爐膛和密封倉溫度還有SOX 的排放量,提高了分離器的分離效率。對于排氣管改進的第三種情況是改變其擺放位置,即偏置3。從排氣管偏置后的分離效率數(shù)據(jù)可以看出,偏置后的分離效率明顯改善。 根據(jù)文獻顯示,通過改進進口段的寬度,可以提高旋風(fēng)分離器的分離效率。如

6、韓國Tonghae 電廠通過減小了進口段的寬度提高了分離效率, 清華白玉剛,呂俊復(fù)等人通過實驗研究證明:通過調(diào)節(jié)進口導(dǎo)流板位置來改變進口寬度時,其影響的不僅僅是進口氣體流速,還影響著氣流的流型和方向。要在各種因素共同作用的情況下選擇能使旋風(fēng)分離器獲得最大分離效率的各個因素的最佳值便顯得尤為重要了。 1)方形分離器,浙江大學(xué)熱能工程研究所自行開發(fā)的方型下排氣下出料分離器結(jié)構(gòu)簡單,方形殼體內(nèi)易布置水冷壁,其本身相當于一個轉(zhuǎn)彎煙道,可以布置在鍋爐尾部煙道上方,從而縮小鍋爐的外型尺寸,方便實現(xiàn)鍋爐的型布置,有利于鍋爐布置的一體化。方型分離器能夠很好地滿足緊湊布置、生產(chǎn)成本較低、性能可靠的循環(huán)流化床鍋爐

7、的需要。2)通道式旋風(fēng)分離器,清華大學(xué)提出了新型通道式分離器的設(shè)計方案,并已經(jīng)獲得國家專利。實際應(yīng)用中通道式分離器體積較小,結(jié)構(gòu)緊湊,易于布置,尤其適用于中、小型循環(huán)流化床和循環(huán)床垃圾焚燒爐;對于垃圾焚燒的特殊成灰特性(灰粒密度輕,粒度小),通道式分離器具有分離效率高、壓力損失較小且性能穩(wěn)定、運行平穩(wěn)等優(yōu)點。3)雙爐膛多進口旋風(fēng)分離器。目前重慶大學(xué)鍋爐燃燒實驗室正在研究開發(fā)的雙爐膛多進口旋風(fēng)分離器實際上仍屬方形分離器,但是因為其布置于兩個爐膛之間,這種安裝布置結(jié)構(gòu)十分有利于鍋爐整體結(jié)構(gòu)的一體化布置,因此對循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展進程有一定意義。        3 結(jié)語 近年來,我國各主要鍋爐設(shè)計制造企業(yè)均花費巨資引進國外先進CFB 鍋爐技術(shù),希望通過引進技術(shù)消化吸收來加快我國循環(huán)循環(huán)流化床鍋爐的大型化進程。本文主要分析了CFB大型化進程中的旋風(fēng)分離器的發(fā)展和改進,以期為我國電廠CFB鍋爐大型化建設(shè)起到一定作用。 參考文獻: 1王智微, 李曉峰. 分宜100 MW循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器分離效率的計算J. 鍋爐制造, 2006 (1) . 2錢月清, 任一平. 52