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    循環流化床鍋爐設計淺談

    欄目:鍋爐設計 發布時間:2018-08-22

    內容摘要:文中通過對循環流化床鍋爐的幾個設計要素的扼要說明,  旨在探討根據不同條件和要求,使產品設計滿足用戶選型的要求。作者還針對福建無煙煤的特性,提出建議,使鍋爐運行達到安全、節能、環保和經濟的目的。

     

    流化床鍋爐的分類:

        流化床鍋爐按循環倍率可分為較高倍率循環流化床鍋爐和較低倍率循環流化床鍋爐兩種,其循環倍率控制在340之間。20以下的為較低循環倍率,相應流化速度為4ms左右,爐膛內上/下部粒子濃度為21000kgm3左右,分離器工作溫度為600℃左右,爐膛吸熱量為4045%,二次風量比例可取4055%。

        2、循環流化床鍋爐設計應注意的因素:

        不同的燃料(煙煤、無煙煤)要有不同的結構才能適應,而篩分特性直接影響到鍋爐的設計參數的選取。福建無煙煤,揮發物低,石墨化程度高,可磨性差,是設計中的難題。

        (1)煤種的影響:

        福建的無煙煤難著火、難燃燼是客觀的事實。因此,它直接影響到爐內受熱面的布置和循環倍率的選取。它要求布置較發達的對流受熱面。對采用高倍率循環床鍋爐,其煙氣分離器和飛灰回送裝置的負荷遠比煙煤鍋爐要高,相反,用煙煤鍋爐的結構來燃用福建的無煙煤,將會碰到不少問題。

        (2)篩分特性的影響:

        循環流化床鍋爐爐內顆粒流動工況取決于氣流速度、氣體和物料顆粒的特性。對一定粒徑的顆粒,它進入循環狀態所需的速度是一定的,相反,當床內設計速度確定之后,對寬篩分物料的床層來講,能進入循環的顆粒粒徑也就是一定的。顯然,床內氣流速度越高,參加循環的粒徑就越大,粒子循環量越大。對福建無煙煤,其篩分特性一般是兩頭大中間小,其中d≤200um約占30%以上。因此,它給煙氣分離器設計帶來困難。要求降低分離器的臨界分離直徑,其結果必然是增加分離器的阻力損失和增加耐磨材料的費用。

        (3)床內流速和爐膛高度的確定:

        如前所述,針對福建無煙煤極其重要的是要組織好直徑200um以下的燃料顆粒的燃燒。對較高倍率的循環流化床的流化速度取≥6ms,通過計算,分離器臨界分離直徑的顆粒在爐內燃燼的時間大約需要5秒,相應要求鍋爐燃燒室的高度為30m。顯而易見,對寬篩分的福建無煙煤,流化速度確定之后,燃燒室高度是一定的。設計時,不宜生搬硬套,對不同容量的鍋爐,需要有不同的設計原則,統盤考慮,使整體設計趨向合理。例如對小容量鍋爐(D≤23TH),宜采用較低的循環倍率,使流化速度降低,從而降低鍋爐的高度。而對23TH45TH鍋爐,按現代設計思想,應是從安全、節能、環保、經濟等綜合考慮,使對用戶的綜合經濟性最高。鍋爐高度確定之后,鍋爐的其他部件設計就有了基礎。

        3  分離器的設計:

        煙氣分離器是循環流化床鍋爐的重要組成部件,分離器的型式很多,按結構分有離心式旋風筒、慣性式和重力式三種。分離器設計的結構參數應保證它的臨界分離直徑與爐瞠設計相適應,即逃離分離器的飛灰顆粒應該是充分燃燼的。按分離器的進口煙溫可分有高溫分離器和中溫分離器,t≤700℃為中溫分離器。為降低分離器的造價,滿足減少起動時間的要求,分離器又可設計成水冷和汽冷兩種。爐膛內煙氣流速和物料的篩分特性確定之后,分離器入口處的飛灰濃度也是確定的,對低循環倍率不高于5㎏/m3,對高倍率可達15—40㎏/m3。煙氣的入口速度控制在15—20ms,速度提高,有利提高分離效果,但阻力大,磨損程度也增加。分離器的結構尺寸確定之后,其煙氣的阻力損失和分離效率是可以通過計算得知的。分離器的臨界分離粒徑可以通過公式進行計算。高溫分離器設計時,應采取有效的措施,防止顆粒在其內二次燃燒而引起結焦。對中溫分離器同樣需要注意集灰斗內的沉灰發生低溫結焦,從而影響分離器運行的可靠性。飛灰回送裝置的出料量可根據料腿直徑和高度,物料的堆積角和密度,以及物料的顆粒直徑等進行計算?;厮脱b置的結構型式多種多樣,但應力求以低的風量和風壓為佳。因為這樣可降低過量空氣系數和減輕管道的磨損,同時也可減輕裝置結焦的可能性,這對燃用福建無煙煤是特別有意義的。

        4  爐內二次風的布置:

        二次風的布置正確與否直接影響到SO2NOX的生成量,同時也影響回送爐內細顆粒中的可燃顆粒的燃燼。一般二次風布置在爐膛收縮段的出口處,大約為爐高的14處。通常一、二次風比為4060、50506040。二次風的風速選取必須保證有一定的穿透深度,其值可根據爐膛截面尺寸、床內流化速度和二次風速度,以及物料和空氣的密度進行計算。二次風可按四角切圓布置或由爐膛兩側對沖布置,此外,二次風的布置還應與爐內的CO濃度相配合,以降低q3損失。

        5  循環流化床爐膛的熱力計算:

        在循環流床爐膛中,充滿著高溫的顆粒,在正常運行情況下,可燃的碳粒子只占一部分。當循環倍率越大,熾熱的顆粒濃度越高,碳粒于所占的比例越小。因此,這種熾熱灰粒子的輻射是爐內的主要傳熱方式,從而反映出循環流化床爐內的火焰黑度要比鼓泡床和煤粉爐高得多。循環流化床爐內傳熱系數與爐內的顆粒濃度、顆粒直徑和流速等因素有關。隨著顆粒直徑的增加,傳熱系數有所降低。顆粒濃度越高,傳熱系數也越大。但目前尚無準確的計算公式可利用。只能作近似的計算。如對d1=250um。T=850℃時.K=86+1755Pb(wm2·k)。(其中:Pb一床層顆粒濃度,㎏/m3)。

        總之,循環流化床鍋爐能否達到設計參數,關鍵是組織好燃燒。否則分離器效率偏低、回料裝置不健全,運行不正常,爐內的顆粒濃度和溫度未能達到設計要求,都將影響鍋爐技術參數的實現。此外目前國內進行循環流化床鍋爐設計時,尚缺乏一種成熟的熱力計算標準,只能按下述三種方式進行校核計算:  (1)根據已有的實驗數據或經驗公式,確定爐內傳熱系數,并布置受熱面積:(2)按前蘇聯標準進行爐內熱力計算后作部分修正:  (3)按國內的沸騰爐計算方法進行爐內熱力計算后作部分修正。

        6  循環倍串的選?。?/p>

        如上所述,對循環流化床鍋爐,特別是高倍率循環流化床鍋爐,其循環倍率的大小直接影響到爐內的傳熱量、過熱蒸汽溫度、負荷調節范圍及受熱面的磨損等問題。并以循環倍率的大小來劃分高、低循環流化床鍋爐。因此,循環倍率只是反映一種技術參數,而不是先進性的反映。設計時,首先應根據不同煤種、顆粒篩分范圍,不同容量,不同的燃燒效率選擇一個合理的循環倍率。循環倍率的定義為K= (X+Y)(A+B)(其中AKgS——進入鍋爐的煤的碳量:BkgS——進入鍋爐煤中的灰量;XkgS——循環灰的碳量:YkgS——循環灰的灰量)。循環灰的燃燒效率越高、循環倍率越高,鍋爐的燃燒效率越高。因此,不能片面地提高循環倍率,而應多注重組織爐內碳顆粒燃燒的措施。如回送系數的風量過大,將降低熾熱顆粒的溫度,對其燃燒和傳熱都是不利的。此外,循環倍率還須根據耗能、分離器和受熱面的磨損等而優化選擇。循環倍率還可用循環率(㎏/m2s)來表示。這里不作詳細介紹。

    總之,鍋爐設計和選型時,要根據不同的條件進行不同的操作,使鍋爐設計參數相對合理,運行安全性高,并滿足節能、環保和經濟的要求。 

     

    文章作者:陳應明 朱德輝(江西動力設備工程公司  330001)

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