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大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展

1979年,瑞典開(kāi)始向世界第一個(gè)循環(huán)流放爐(cpb)致敬。從那時(shí)起,cfb鍋爐在其良好的環(huán)保特性、燃料適應(yīng)性和良好的負(fù)荷調(diào)整性能方面迅速發(fā)展。目前,關(guān)于cfb鍋爐技術(shù)的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面:提高使用功能和提高可靠性。第一個(gè)體現(xiàn)在聯(lián)邦公職的氣候變動(dòng)管理系統(tǒng)(igc)、通用壓裂流量聯(lián)合循環(huán)(pcfbc)、循環(huán)流聯(lián)合激勵(lì)系統(tǒng)等。后者在接下來(lái)的十年里發(fā)展迅速。作者主要討論了fb鍋爐的大型運(yùn)營(yíng)過(guò)程。高效率、低污染是電廠和鍋爐生產(chǎn)廠商追求的主要目標(biāo)之一.在商業(yè)化過(guò)程中,CFB鍋爐燃燒技術(shù)的污染控制成本是較低的.但是,由于其目前采用的蒸汽參數(shù)相對(duì)不高,在達(dá)到較高發(fā)電效率方面不具有優(yōu)勢(shì).目前超臨界技術(shù)在常規(guī)大型煤粉爐上已得到應(yīng)用,大型超超臨界機(jī)組也已批量投運(yùn).CFB鍋爐的爐內(nèi)熱流特性使其比煤粉爐更適合與超臨界循環(huán)進(jìn)行技術(shù)結(jié)合,因此CFB鍋爐的大型化和超臨界化成為發(fā)展趨勢(shì).1大型cpb鍋爐的發(fā)展1.1cfb鍋爐技術(shù)近十幾年來(lái),國(guó)際上CFB鍋爐發(fā)展迅速.德國(guó)Lurqi和EVT、美國(guó)FosterWheeler(FW)和ABB-CE、法國(guó)Alstom-Stein以及芬蘭Ahlstrom等公司均開(kāi)發(fā)了各自的CFB鍋爐技術(shù).20世紀(jì)末,國(guó)際主要CFB鍋爐廠商之間的商業(yè)兼并導(dǎo)致不同流派的CFB燃燒技術(shù)相互結(jié)合與滲透.目前,逐漸形成了美國(guó)FW公司和法國(guó)Alstom公司2大CFB鍋爐技術(shù)集團(tuán).1.1.1fw公司的鍋爐美國(guó)FW公司在其CFB技術(shù)發(fā)展歷程中兼并了芬蘭Ahlstrom公司.Ahlstrom的爐型為Pyroflow型,采用不帶外置式換熱器(EHE)的設(shè)計(jì)方案.其再熱蒸汽溫度通過(guò)蒸汽旁通技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié),即一部分再熱蒸汽直接進(jìn)入低溫再熱器,而另一部分再熱蒸汽在2級(jí)再熱器之間送入,從而避免了機(jī)組效率因噴水調(diào)溫而降低.其業(yè)績(jī)包括1993年投運(yùn)的加拿大PointAconi電站165MW、12.78MPa/541℃/541℃機(jī)組和1999年投運(yùn)的波蘭Turow電廠3臺(tái)235MW、13.17MPa/540℃/540℃機(jī)組.后者可稱(chēng)為Pyroflow爐型的代表作,在不采用外置式換熱器的情況下,CFB機(jī)組容量可以達(dá)到200MW以上.為解決圓筒絕熱旋風(fēng)分離器給鍋爐整體布置帶來(lái)的困難,Ahlstrom提出了緊湊式布置的概念,即將圓筒型改為方形,使其形狀與方形的爐膛以及尾部煙道相匹配,從而簡(jiǎn)化鍋爐的布置,節(jié)省鋼耗量.FW公司本身是美國(guó)3大電站鍋爐制造商之一,它提出了汽冷式分離器和一體式返料換熱器(INTREXTM)技術(shù),形成了FW第一代循環(huán)流化床技術(shù).美國(guó)JEA電廠的2臺(tái)300MWCFB鍋爐分別于2002年5月和7月建成投產(chǎn),是目前FW公司投入運(yùn)行的容量最大的第一代CFB鍋爐.該鍋爐的爐膛高35m,寬26m,深6.7m,采用3個(gè)直徑為7.3m的蒸汽冷卻旋風(fēng)筒分離器(見(jiàn)圖1).JEA電廠的設(shè)計(jì)燃料是100%煤和石油焦,或可按任何比例混燒煤和石油焦.煤和石油焦的含硫量分別為2.8%和6.7%,屬于高硫燃料.因此,除了采用爐內(nèi)石灰石脫硫外,在鍋爐尾部還采用了第2級(jí)煙氣洗滌脫硫,即在尾部安裝噴水活化石灰的反應(yīng)塔,使飛灰中含有的大量未反應(yīng)石灰(CaO)和水反應(yīng)生成Ca(OH)2,能夠迅速將煙氣中剩余的低濃度SO2吸收,從而進(jìn)一步降低SO2的排放.2005年的測(cè)試結(jié)果表明,鍋爐本體脫硫效率達(dá)到98.85%,尾部煙氣洗滌塔出口脫硫效率達(dá)到99.15%.圖2為FW公司帶外置式換熱器的300MWCFB鍋爐示意圖.FW公司兼并了Ahlstrom公司后,兩大公司的技術(shù)互相融合,將汽冷分離器加INTREXTM技術(shù)與緊湊式布置等技術(shù)結(jié)合,形成了FW第二代循環(huán)流化床技術(shù)——緊湊型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù).波蘭Turow電廠在已投運(yùn)的3×235MW機(jī)組基礎(chǔ)上,增加了3臺(tái)采用該技術(shù)的262MWCFB鍋爐.FW公司還為波蘭南部的Lagisza電廠提供了1臺(tái)460MW本生直管爐膛超臨界CFB直流鍋爐.Turow電廠將成為世界上容量最大(1485MW)的CFB鍋爐電廠;Lagisza將是世界上第一臺(tái)超臨界(27.5MPa/560℃/580℃)CFB鍋爐,也是單臺(tái)容量最大的CFB鍋爐.按照計(jì)劃,Lagisza電廠機(jī)組將于2009年投產(chǎn),是目前已售出的最大的緊湊型布置的CFB鍋爐,圖3是其三維立體效果圖.FW公司的緊湊式設(shè)計(jì)使鍋爐可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),便于實(shí)現(xiàn)放大.Lagisza電廠的460MW機(jī)組就是對(duì)Turow電廠235MW機(jī)組的放大.FW公司致力于發(fā)展600MW以上的超臨界CFB鍋爐.在美國(guó)能源部的資助下,FW公司進(jìn)行了參數(shù)分別為①400MW,31.1MPa/593℃/593℃;②600MW,31.1MPa/593℃/593℃;③600MW,37.5MPa/700℃/700℃3項(xiàng)超超臨界CFB鍋爐的研發(fā).2004年,西班牙EndesaGeneración電力公司委托FW公司進(jìn)行800MW超超臨界直流鍋爐的概念設(shè)計(jì)(31MPa/605℃/620℃).FW公司研究了800MW,參數(shù)分別為31MPa/605℃和36.5MPa/700℃的2個(gè)超超臨界CFB鍋爐方案,包括鍋爐、Intrex換熱器、蒸汽循環(huán)優(yōu)化、排放性能優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)可行性分析等.1.1.2alstom公司的fbhe風(fēng)壓鍋爐Lurgi型CFB鍋爐的一大特點(diǎn)是采用了外置式換熱器(EHE)設(shè)計(jì).Lurgi公司將其CFB鍋爐技術(shù)轉(zhuǎn)讓給原法國(guó)ALSTOM-Stein公司和美國(guó)ABB-CE公司,而后隨著兩公司的合并,Lurgi公司的CFB技術(shù)在現(xiàn)在的法國(guó)Alstom公司得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用.外置式換熱器是Alstom公司CFB技術(shù)的一大特點(diǎn),它解決了CFB鍋爐大型化過(guò)程中的受熱面布置問(wèn)題;另一大特點(diǎn)是“褲衩型”分體爐膛,它解決了大型CFB鍋爐二次風(fēng)穿透性差的問(wèn)題,使鍋爐的燃燒和排放控制得到改善.Alstom公司的代表業(yè)績(jī)是1995年11月投運(yùn)的法國(guó)Provence電站250MWCFB機(jī)組,它是Emile電廠125MW機(jī)組的放大.該鍋爐的設(shè)計(jì)煤種為當(dāng)?shù)氐母吡蛎汉推渌?也可摻燒油渣,蒸汽參數(shù)為16.9MPa/567℃/566℃.采用4個(gè)高溫旋風(fēng)分離器,2側(cè)墻相對(duì)布置,分離器內(nèi)襯耐火材料,底部支撐,直徑為7.4m.床料循環(huán)回路上布置有4個(gè)外置式流化床換熱器.鍋爐運(yùn)行時(shí),爐膛溫度由2個(gè)布置中溫埋管過(guò)熱器的外置式換熱器來(lái)調(diào)節(jié)和控制,再熱蒸汽溫度由2個(gè)布置高溫埋管再熱器的外置式換熱器來(lái)控制,過(guò)熱蒸汽溫度由噴水減溫器控制.Provence電站的成功投運(yùn)標(biāo)志著大型CFB鍋爐技術(shù)的成熟.目前,我國(guó)引進(jìn)Alstom技術(shù)開(kāi)發(fā)制造了一批300MW循環(huán)流化床鍋爐,如四川白馬電廠的300MWCFB鍋爐(圖4).Alstom公司致力于CFB鍋爐大型化的同時(shí),還進(jìn)行外置式流化床熱交換器(FluidBedHeatExchangers,FBHE)的研究工作,主要解決FBHE占地面積大、布置困難、鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致成本增加等問(wèn)題.另外,Alstom也在發(fā)展FBHE的模塊化設(shè)計(jì),以適應(yīng)大型超臨界CFB鍋爐的發(fā)展.整合了2大公司技術(shù)的Alstom公司正在開(kāi)發(fā)下—代超臨界CFB機(jī)組,目前已完成了600MW超臨界直流CFB鍋爐的概念設(shè)計(jì)(圖5).它采用“褲衩”型單爐膛、垂直管型水冷壁、6個(gè)汽冷旋風(fēng)分離器及6個(gè)外置式換熱器(EHE),對(duì)每組3個(gè)旋風(fēng)分離器配置1個(gè)蒸汽冷卻旋風(fēng)分離器出口導(dǎo)管.過(guò)熱器和再熱器受熱面布置在爐膛中后部通道的EHE中,利用EHE調(diào)節(jié)爐溫以達(dá)到最佳脫硫效率、適應(yīng)各種燃料和不噴水調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度的能力.1.2亞臨界400mw煤粉鍋爐的預(yù)測(cè)和研究我國(guó)是目前世界上CFB鍋爐裝機(jī)容量最大的國(guó)家.自1995年首臺(tái)50MWCFB鍋爐投運(yùn)以來(lái),已從高壓、超高壓發(fā)展到亞臨界300MW循環(huán)流化床鍋爐.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),迄今我國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì)制造了100~200MW級(jí)的CFB鍋爐180余臺(tái),300MW的CFB鍋爐近30臺(tái),600MW超臨界CFB鍋爐也正在研究之中.“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃“超臨界循環(huán)流化床”重點(diǎn)項(xiàng)目于2006年底啟動(dòng),預(yù)計(jì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的600MW超臨界循環(huán)流化床示范工程將在“十一五”后期投運(yùn).1.2.1燃用褐煤的ewcb鍋爐2003年,我國(guó)的三大鍋爐廠(東鍋、哈鍋和上鍋)共同引進(jìn)法國(guó)Alstom公司200~350MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù),推進(jìn)了我國(guó)大型CFB鍋爐的發(fā)展.采用該技術(shù),東鍋設(shè)計(jì)制造了秦皇島三期工程2臺(tái)燃用貧煤的300MWCFB鍋爐,于2006年11月投入運(yùn)行;哈鍋設(shè)計(jì)制造了云南開(kāi)遠(yuǎn)電廠2臺(tái)燃用褐煤的300MWCFB鍋爐,于2006年6月投入運(yùn)行;上鍋設(shè)計(jì)制造云南小龍?zhí)峨姀S三期2臺(tái)燃用褐煤的300MWCFB鍋爐,于2007年1月投產(chǎn).這一批300MW級(jí)的亞臨界CFB鍋爐采用的是同一種技術(shù),設(shè)計(jì)蒸發(fā)量均為1025t/h,蒸汽參數(shù)也大致相同:主蒸汽壓力17.4MPa,主蒸汽溫度540℃,再熱蒸汽壓力3.72MPa,再熱蒸汽溫度540℃.以四川白馬電廠的300MW爐子為例(圖4),鍋爐采用“褲衩型”分體爐膛,爐膛內(nèi)無(wú)懸吊受熱面,4個(gè)內(nèi)砌耐火磚的高溫旋風(fēng)分離器和4個(gè)外部流化床熱交換器布置在燃燒室兩側(cè),旋風(fēng)分離器的直徑為8.77m.其中2個(gè)外部流化床熱交換器布置過(guò)熱器控制床溫,另外2個(gè)布置再熱器控制再熱蒸汽溫度.1.2.2基于獨(dú)立開(kāi)發(fā)的大型cpb技術(shù)(1)流式回灰鍋爐在引進(jìn)300MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的同時(shí),國(guó)內(nèi)各研究單位和鍋爐廠相繼研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CFB鍋爐.各大鍋爐廠均開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的300MWCFB鍋爐技術(shù),具備制造和供貨能力.西安熱工研究院有限公司研究設(shè)計(jì)的300MW循環(huán)床鍋爐為亞臨界參數(shù),整體采用M型布置,單爐膛,截面為8.3m×28.93m,布風(fēng)板上部空截面速度大于5m/s,設(shè)計(jì)燃料為無(wú)煙煤和貧煤,設(shè)計(jì)床溫為900℃,采用3個(gè)內(nèi)徑為8.5m的高溫分離器和3臺(tái)分流式回灰換熱器(CHE)(圖6).在江西分宜發(fā)電廠210MWCFB鍋爐運(yùn)行基礎(chǔ)上,西安熱工研究院和哈鍋合作設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了330MWCFB鍋爐.該鍋爐蒸發(fā)量為1025t/h,蒸汽參數(shù)為18.6MPa/543℃/543℃.采用H型布置,4個(gè)內(nèi)徑為7.5m的高溫旋風(fēng)分離器和4臺(tái)分流式回灰換熱器(CHE)在爐膛兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置,CHE內(nèi)布置有高溫再熱器和低溫過(guò)熱器.該鍋爐預(yù)計(jì)于2008年10月投入運(yùn)行.東方鍋爐在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí),開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的300MWCFB鍋爐,其主要蒸汽參數(shù)為17.45MPa/540℃/540℃.采用單爐膛結(jié)構(gòu)M型布置(見(jiàn)圖7),3只汽冷式旋風(fēng)分離器和1個(gè)尾部豎井,爐膛內(nèi)布置有屏式受熱面,無(wú)外置式換熱器或INTREX結(jié)構(gòu).爐膛上部通過(guò)2片水冷屏分成3個(gè)區(qū)域,以減少3只汽冷高效旋風(fēng)分離器的入口煙氣溫度偏差.尾部采用雙煙道結(jié)構(gòu),利用擋板來(lái)控制蒸汽溫度.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司在引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上也開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的300MWCFB鍋爐(圖8),其主要蒸汽參數(shù)為17.4MPa/540℃/540℃,采用分體爐膛、雙水冷布風(fēng)板、大直徑鐘罩式風(fēng)帽、無(wú)外置式換熱器;爐膛內(nèi)部布置懸吊式過(guò)熱器、屏式再熱器.爐膛兩側(cè)采用H型對(duì)稱(chēng)布置4只汽冷旋風(fēng)分離器,尾部煙道采用哈鍋煤粉鍋爐成熟的典型雙煙道設(shè)計(jì).通過(guò)一、二次風(fēng)的合理匹配控制床溫,通過(guò)調(diào)節(jié)煙氣擋板和噴水減溫方式來(lái)控制過(guò)、再熱蒸汽溫度.上海鍋爐廠有限公司和中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所合作開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200MW和300MW循環(huán)流化床鍋爐.(2)u3000鍋爐結(jié)構(gòu)及布置由于超臨界參數(shù)鍋爐具有發(fā)電效率高的優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)各科研單位相繼開(kāi)展600MW等級(jí)超臨界循環(huán)流化床鍋爐的方案和概念設(shè)計(jì).浙江大學(xué)提出一套設(shè)計(jì)參數(shù)為28MPa/580℃/580℃的600MW超臨界直流CFB鍋爐設(shè)計(jì)方案,并對(duì)部分負(fù)荷工況進(jìn)行了計(jì)算.爐膛下部采用“褲衩管”結(jié)構(gòu)形式,以保證良好的流化狀態(tài)和二次風(fēng)的穿透性.爐膛為矩形截面,凈高62m,上部稀相區(qū)截面為21m×18m,由膜式壁構(gòu)成.鍋爐2側(cè)布置6只汽冷旋風(fēng)分離器,每只旋風(fēng)分離器下方連接1臺(tái)外置式換熱器(EHE),其中2臺(tái)EHE內(nèi)布置再熱器,另外4臺(tái)布置過(guò)熱器.分離下來(lái)的固體顆粒大部分經(jīng)EHE冷卻后送回爐膛,另外一小部分則通過(guò)返料裝置直接返回爐膛.燃料通過(guò)給煤口送入爐膛底部2個(gè)褲衩管支腿.爐膛上部2側(cè)墻開(kāi)有6個(gè)出口煙窗.從分離器出來(lái)的煙氣進(jìn)入尾部煙道.鍋爐布置了三級(jí)過(guò)熱器,兩級(jí)再熱器.高溫過(guò)熱器和低溫再熱器布置在尾部煙道內(nèi).低溫、中溫過(guò)熱器以及高溫再熱器布置在EHE內(nèi).該鍋爐設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖9.清華大學(xué)進(jìn)行了600MW和800MW循環(huán)流化床鍋爐的概念設(shè)計(jì).在600MW循環(huán)流化床鍋爐方案中,水冷壁采用無(wú)中間混合聯(lián)箱的垂直內(nèi)螺紋管,燃燒室寬度為18.22m,深度為18.22m,布風(fēng)板至爐頂?shù)母叨葹?8m.爐底分叉,由2個(gè)獨(dú)立供風(fēng)的流化床布風(fēng)板構(gòu)成.爐膛與4個(gè)旋風(fēng)分離器相連,每個(gè)分離器下方連接1個(gè)外置式換熱器,其中2個(gè)外置式換熱器內(nèi)布置二級(jí)過(guò)熱器以控制床溫,另外2個(gè)布置中間級(jí)再熱器以控制再熱汽溫.過(guò)熱汽溫由兩級(jí)噴水減溫進(jìn)行調(diào)節(jié).800MW循環(huán)流化床鍋爐方案采用單爐膛、“雙褲衩腿”結(jié)構(gòu)(圖10).爐膛布置14個(gè)給煤點(diǎn),爐膛2側(cè)布置6只絕熱旋風(fēng)分離器,每個(gè)分離器下面設(shè)置1個(gè)換熱床,其中2個(gè)布置高溫再熱器,2個(gè)布置二級(jí)過(guò)熱器,另外2個(gè)布置三級(jí)過(guò)熱器.料腿下布置1個(gè)機(jī)械冷卻式分配閥,用來(lái)調(diào)整直接送回爐膛和進(jìn)入換熱床的循環(huán)灰比例.凈化后的煙氣進(jìn)入尾部對(duì)流煙道.尾部豎井的上部采用雙煙道,分別布置低溫再熱器和一級(jí)過(guò)熱器.通過(guò)低溫段再熱器煙氣量和換熱床一起控制再熱蒸汽汽溫.過(guò)熱蒸汽溫度由布置在過(guò)熱器之間的兩級(jí)噴水減溫器調(diào)節(jié).尾部豎井的下部合并成單煙道,布置省煤器和空氣預(yù)熱器.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所與上海鍋爐廠有限公司聯(lián)合提出600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)方案(圖11).該方案設(shè)計(jì)煤種為褐煤,設(shè)計(jì)參數(shù)為25.4MPa/571℃/569℃.采用單爐膛、單布風(fēng)板、全膜式壁結(jié)構(gòu),爐膛寬14.64m,深30.656m,高56.2m,工質(zhì)一次通過(guò)爐膛四周水冷壁.爐膛上部布置32片擴(kuò)展蒸發(fā)受熱面,爐膛水冷壁與擴(kuò)展受熱面采用“串聯(lián)”方式,中質(zhì)量流速(~1400kg/m2·s)部分采用內(nèi)螺紋垂直管技術(shù)、內(nèi)嵌逆流柱型風(fēng)帽,布置6個(gè)蝸殼型高溫絕熱旋風(fēng)分離器和6臺(tái)外置式換熱器.采用返料管給煤和直接給煤方式相結(jié)合,二次風(fēng)采用大直徑、高速度、距布風(fēng)板較高位置布置技術(shù).采用6臺(tái)滾筒式冷渣器冷渣.此外,東鍋、哈鍋和西安熱工所等單位均正在研究開(kāi)發(fā)600MW循環(huán)流化床鍋爐方案.1.2.3大型周期性流軸技術(shù)的比較表1給出了不同方案的大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的比較.2cfb鍋爐放大過(guò)程中的大型化問(wèn)題隨著CFB鍋爐的大型化和超臨界化,爐膛尺寸不斷增大(表2),其密相區(qū)布風(fēng)均勻性,爐膛二次風(fēng)穿透性,氧濃度、顆粒濃度、熱流和燃燒產(chǎn)物的分布特性,直流水冷壁管,大型旋風(fēng)分離器,外置式換熱器,給煤均勻性,受熱面保護(hù)和大渣量冷渣器等均需要進(jìn)行研究確定與優(yōu)化.在CFB鍋爐放大過(guò)程中,一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是在中小型CFB鍋爐中得到的參數(shù)特性能在多大程度上預(yù)測(cè)大型CFB鍋爐的爐內(nèi)過(guò)程.研究大型CFB鍋爐必須考慮大截面爐膛流化特性、大型旋風(fēng)分離器分離效率和受熱面布置等因素.研究大型化問(wèn)題通常有2種方法:一是應(yīng)用放大理論和模化方法得到大型CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)參數(shù),但這種方法不易找到具備理論研究特性的顆粒材料.二是直接通過(guò)不同型號(hào)CFB鍋爐的參數(shù)測(cè)量,研究放大效應(yīng)和大型化對(duì)爐內(nèi)固體顆粒濃度、速度分布等流體動(dòng)力特性的影響.2.1顆粒場(chǎng)特性及傳熱模型大型CFB鍋爐爐膛的爐內(nèi)過(guò)程與小型爐膛有差異,目前研究方法主要有實(shí)驗(yàn)測(cè)量和模型計(jì)算2種,主要研究爐內(nèi)氣固流動(dòng)特性,顆粒濃度、速度分布,爐內(nèi)溫度、壓力分布和爐膛傳熱等問(wèn)題.Johnsson等采用多種測(cè)量技術(shù)對(duì)波蘭Turow電廠3號(hào)機(jī)組235MWCFB鍋爐的爐膛溫度、顆粒速度和濃度進(jìn)行了測(cè)量,研究了爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)分布以及固體顆粒的速度、濃度分布和顆粒反混現(xiàn)象,得出大型CFB鍋爐的溫度分布在近水冷壁區(qū)域存在一個(gè)厚度為0.1~0.2m的熱力學(xué)邊界層.邊界層內(nèi)存在較大的溫度梯度,使?fàn)t膛中心區(qū)溫度迅速下降到水冷壁溫度.大型CFB鍋爐爐內(nèi)的顆粒場(chǎng)特性符合環(huán)核模型,即沿床層截面可以分成核心區(qū)和環(huán)形邊壁區(qū).核心區(qū)以低濃度的顆粒上行為主,而環(huán)形區(qū)以高濃度的顆粒下行為主,2個(gè)區(qū)域之間存在顆粒交換.環(huán)形邊壁區(qū)的厚度在0.1~0.3m之間,且高度越高厚度越小.Johansson等人對(duì)環(huán)形邊壁區(qū)的研究表明:流化床的顆粒反混過(guò)程大部分發(fā)生在環(huán)形邊壁區(qū)內(nèi).Hartge等人對(duì)該鍋爐爐膛中的各種氣體成分(O2,CO2,CO,NO和SO2)的濃度分布進(jìn)行了在線測(cè)量和分析,結(jié)果表明爐內(nèi)各種氣體的濃度分布也存在邊界層的特征,厚度在0.5~1m之間.在大型CFB鍋爐的傳熱方面,程樂(lè)鳴等分析了典型的爐膛傳熱測(cè)量數(shù)據(jù),討論了爐膛、分離器、外置換熱器和尾部受熱面的傳熱規(guī)律,給出大型CFB鍋爐爐膛四周水冷壁傳熱系數(shù)、爐膛中部過(guò)熱器I傳熱系數(shù)和爐膛上部過(guò)熱器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式,爐膛四周水冷壁傳熱系數(shù)hw=K(ρb)α(Tb)β,其中ρb、Tb分別表示床內(nèi)稀相區(qū)固體顆粒的平均濃度和爐膛平均溫度,K、α、β為回歸系數(shù).數(shù)值模擬可以為CFB鍋爐大型化及其爐內(nèi)過(guò)程研究帶來(lái)方便.大型CFB鍋爐的模型包括三部分:流體動(dòng)力特性、化學(xué)反應(yīng)和熱量平衡,三者關(guān)系見(jiàn)圖12.Scalari等建立了用于預(yù)測(cè)在非設(shè)計(jì)工況下,意大利EnelSulcis電廠熱功率為790MW的CFB鍋爐性能的模型,結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)吻合良好.Klett等建立了基于顆粒平衡思想的研究CFB顆粒粒徑隨時(shí)間分布的模型,該模型綜合考慮了破碎、磨損、分離器分離效率等因素的影響.Pallarès和Johnsson將大型CFB鍋爐分成6個(gè)區(qū)域進(jìn)行模擬,再將其結(jié)合得到整體模型.2.2汽冷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸技術(shù)研究大型循環(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)分離器結(jié)構(gòu)笨重、離心力小、流動(dòng)阻力大、分離效率低.目前一般考慮采用多個(gè)分離器組合的方案,最大筒體直徑控制在7~9m.旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)及其布置方式已成為超臨界CFB鍋爐的一個(gè)重要研究對(duì)象.目前分離器主要包括2個(gè)技術(shù)流派:①Alstom公司的環(huán)繞爐膛布置的汽冷圓筒旋風(fēng)分離器;②FW公司的緊湊式布置方形旋風(fēng)分離器.前者的技術(shù)關(guān)鍵是通過(guò)分離器的布置和管道的設(shè)計(jì),確保進(jìn)入每個(gè)分離器的煙氣量和固體顆粒濃度基本一致,以獲得較高的飛灰收集效率.該方案采用對(duì)稱(chēng)布置(圖13),入口管道具有顆粒預(yù)分配功能.我國(guó)引進(jìn)的300MWCFB鍋爐采用這種技術(shù).后者使用方形旋風(fēng)分離器(圖14),可采用加工相對(duì)容易的水冷或汽冷膜式壁組裝而成,以降低制造成本,提高系統(tǒng)起停靈活性,消除分離器與爐膛的熱脹差,減少膨脹節(jié)的使用.該方案為FW公司專(zhuān)利,在其所設(shè)計(jì)的超臨界循環(huán)流化床鍋爐上采用該技術(shù).此外,Huang等提出在2個(gè)爐膛之間布置1個(gè)共用的方形分離器和1個(gè)外置換熱器的方式,這種模塊式的布置便于機(jī)組放大,其可行性有待進(jìn)一步研究.2.3u2004標(biāo)準(zhǔn)面.u2004.隨著循環(huán)流化床鍋爐容量的增大,爐膛的放熱容積較爐內(nèi)的蒸發(fā)受熱面增加得更快,導(dǎo)致放熱大于吸熱的熱量不平衡問(wèn)題.大容量鍋爐需在主循環(huán)回路中布置額外的受熱面來(lái)吸收一部分熱量,以保證最佳的爐膛溫度和過(guò)量空氣系數(shù).為解決爐膛熱量不平衡的問(wèn)題,FW公司在整個(gè)爐膛高度布置了雙面膜式水冷壁作為分隔墻和翼墻受熱面,外加獨(dú)特的整體式返料換熱器(IntegratedRecycleHeatExchanger,INTREXTM,見(jiàn)圖15).通過(guò)控制流化風(fēng)速來(lái)控制傳熱,以達(dá)到控制過(guò)、再熱蒸汽溫度的目的.Lagisza電站460W鍋爐采用了8個(gè)整體式返料換熱器,其中4個(gè)用作末級(jí)過(guò)熱器,另外4個(gè)用作末級(jí)再熱器.其外殼采用膜式水冷壁,較少使用耐火襯里,與爐膛連為一體,不僅免除了設(shè)置高溫膨脹節(jié),而且縮短了高溫物料輸送距離.它對(duì)灰流量采用氣動(dòng)控制,沒(méi)有任何機(jī)械式控制閥.Alstom公司也很注重外置流化床熱交換器(FluidBedHeatExchangers,FBHE)技術(shù)的研究.Alstom公司認(rèn)為:在外置床中流化速度低,粒子尺寸小,埋管受熱面的磨損和腐蝕小,但埋管和床料之間的傳熱系數(shù)較高,因而在外置熱交換器中布置

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