新型CFB工業(yè)鍋爐氣固流動與熱平衡、物料平衡特性研究.pdf

1、隨著國內燃煤供應的日漸緊張及節(jié)能環(huán)保要求的不斷加強，循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術以其良好的燃料適應性、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，被越來越多的應用于大型電站鍋爐領域，并朝著大容量、高參數(shù)方向迅速發(fā)展。與此同時，在國內的工業(yè)鍋爐領域內，CFB燃燒技術也同樣取得了長足的進步，多種各具特色的CFB工業(yè)鍋爐被開發(fā)出來，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相變特性等因素的影響，

2、對于小型CFB工業(yè)鍋爐而言，其較低的爐膛高度減少了燃煤在爐內的一次停留及燃盡時間，而用于控制爐內熱平衡的埋管蒸發(fā)面則長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，因此普遍存在燃燒效率相對較低、埋管磨損嚴重的問題，降低了鍋爐的運行經濟性和可靠性。本文以解決上述問題為出發(fā)點，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：ZL200810232860.2)，采用一個兼具殘?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)鍋爐長期存在的技術難題，從而進一步提升鍋爐運行的經濟性和可靠性。
　　本文在重慶市科委科技攻關項目及合作企業(yè)資金支持下，建立了冷模、熱態(tài)及半工業(yè)燃燒試驗裝置，通過系統(tǒng)的試驗及數(shù)學模型計算對返料傳熱型CFB工業(yè)鍋爐主循環(huán)回路及其關鍵部件(如布風裝置、返料換熱器等)的氣固流動特性及熱平衡、物料平衡特性進行了系統(tǒng)研究，并成功實現(xiàn)了工業(yè)化應用。本文的主要內容如下：
　?、俜盗蠐Q熱型CFB工業(yè)鍋爐布局方案

4、的提出
　　通過分析我國能源背景及CFB燃燒技術發(fā)展現(xiàn)狀，針對國內小型CFB工業(yè)鍋爐長期存在的燃燒效率偏低、受熱面布置不合理等技術難題，首次提出了一種返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐的布置方案，并對其可行性及預期的運行效果進行了定性的論證分析。
　?、陉P鍵部件的氣固流動特性及優(yōu)化
　　1)返料換熱器的氣固流動特性研究
　　通過分析返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐的特點，提出了一種結構簡單，操作特性靈活簡便，而又能夠滿足其性能要求

5、的返料換熱器布置方案。進而通過冷模試驗，對其氣固流動特性，包括：對物料循環(huán)流率的調節(jié)、系統(tǒng)壓降分布、立管料位高度變化規(guī)律、側向風和上回風對系統(tǒng)運行特性的影響等進行了深入研究。
　　2)布風裝置的優(yōu)化研究
　　分別通過試驗及模擬的方法對鐘罩型風帽的出口射流穿透深度及風帽阻力特性進行了系統(tǒng)研究。一方面基于試驗數(shù)據(jù)擬合了CFB兩種典型物料(爐內密相區(qū)物料、循環(huán)物料)床層內水平射流穿透深度的經驗公式；而另一方面則對等流通截面積，不同

6、結構特點的鐘罩型風帽的阻力系數(shù)進行了數(shù)值計算。研究結果有助于優(yōu)化返料換熱型CFB工業(yè)鍋爐鐘罩型風帽的結構及排列布置方式。
　　③主循環(huán)回路的燃燒傳熱特性研究
　　設計并搭建了一臺半工業(yè)的CFB燃燒試驗臺，并對其燃燒傳熱特性，包括：點火啟動特性，主循環(huán)回路內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)煙氣側及返料換熱器灰側傳熱系數(shù)的變化特性等進行了系統(tǒng)的試驗研究，以了解主循環(huán)回路各區(qū)域內熱平衡及物料平衡的

7、建立過程。
　?、芊盗蠐Q熱器內的熱平衡及物料平衡特性研究
　　沿返料換熱器換熱倉內物料橫向流動方向建立了描述床內氣固流動、焦炭燃燒、物料磨蝕及埋管換熱過程的小室模型，通過求解各小室內的物料平衡及熱平衡方程，得到了描述換熱倉內床層溫度分布、物性參數(shù)變化及燃燒、傳熱功率分布的特性曲線。通過對比模型計算結果及試驗結果實現(xiàn)了對模型的驗證，并通過改變模型中物料循環(huán)流率 cirM及水冷換熱面積 hsA的取值，分析了二者對各小室乃至整個換