循环流化床锅炉设计浅谈
栏目:锅炉设计 发布时间:2018-08-22

内容摘要:文中通过对循环流化床锅炉的几个设计要素的扼要说明,  旨在探讨根据不同条件和要求,使产品设计满足用户选型的要求。作者还针对福建无烟煤的特性,提出建议,使锅炉运行达到安全、节能、环保和经济的目的。

 

流化床锅炉的分类:

    流化床锅炉按循环倍率可分为较高倍率循环流化床锅炉和较低倍率循环流化床锅炉两种,其循环倍率控制在340之间。20以下的为较低循环倍率,相应流化速度为4ms左右,炉膛内上/下部粒子浓度为21000kgm3左右,分离器工作温度为600℃左右,炉膛吸热量为4045%,二次风量比例可取4055%。

    2、循环流化床锅炉设计应注意的因素:

    不同的燃料(烟煤、无烟煤)要有不同的结构才能适应,而筛分特性直接影响到锅炉的设计参数的选取。福建无烟煤,挥发物低,石墨化程度高,可磨性差,是设计中的难题。

    (1)煤种的影响:

    福建的无烟煤难着火、难燃烬是客观的事实。因此,它直接影响到炉内受热面的布置和循环倍率的选取。它要求布置较发达的对流受热面。对采用高倍率循环床锅炉,其烟气分离器和飞灰回送装置的负荷远比烟煤锅炉要高,相反,用烟煤锅炉的结构来燃用福建的无烟煤,将会碰到不少问题。

    (2)筛分特性的影响:

    循环流化床锅炉炉内颗粒流动工况取决于气流速度、气体和物料颗粒的特性。对一定粒径的颗粒,它进入循环状态所需的速度是一定的,相反,当床内设计速度确定之后,对宽筛分物料的床层来讲,能进入循环的颗粒粒径也就是一定的。显然,床内气流速度越高,参加循环的粒径就越大,粒子循环量越大。对福建无烟煤,其筛分特性一般是两头大中间小,其中d≤200um约占30%以上。因此,它给烟气分离器设计带来困难。要求降低分离器的临界分离直径,其结果必然是增加分离器的阻力损失和增加耐磨材料的费用。

    (3)床内流速和炉膛高度的确定:

    如前所述,针对福建无烟煤极其重要的是要组织好直径200um以下的燃料颗粒的燃烧。对较高倍率的循环流化床的流化速度取≥6ms,通过计算,分离器临界分离直径的颗粒在炉内燃烬的时间大约需要5秒,相应要求锅炉燃烧室的高度为30m。显而易见,对宽筛分的福建无烟煤,流化速度确定之后,燃烧室高度是一定的。设计时,不宜生搬硬套,对不同容量的锅炉,需要有不同的设计原则,统盘考虑,使整体设计趋向合理。例如对小容量锅炉(D≤23TH),宜采用较低的循环倍率,使流化速度降低,从而降低锅炉的高度。而对23TH45TH锅炉,按现代设计思想,应是从安全、节能、环保、经济等综合考虑,使对用户的综合经济性最高。锅炉高度确定之后,锅炉的其他部件设计就有了基础。

    3  分离器的设计:

    烟气分离器是循环流化床锅炉的重要组成部件,分离器的型式很多,按结构分有离心式旋风筒、惯性式和重力式三种。分离器设计的结构参数应保证它的临界分离直径与炉瞠设计相适应,即逃离分离器的飞灰颗粒应该是充分燃烬的。按分离器的进口烟温可分有高温分离器和中温分离器,t≤700℃为中温分离器。为降低分离器的造价,满足减少起动时间的要求,分离器又可设计成水冷和汽冷两种。炉膛内烟气流速和物料的筛分特性确定之后,分离器入口处的飞灰浓度也是确定的,对低循环倍率不高于5㎏/m3,对高倍率可达15—40㎏/m3。烟气的入口速度控制在15—20ms,速度提高,有利提高分离效果,但阻力大,磨损程度也增加。分离器的结构尺寸确定之后,其烟气的阻力损失和分离效率是可以通过计算得知的。分离器的临界分离粒径可以通过公式进行计算。高温分离器设计时,应采取有效的措施,防止颗粒在其内二次燃烧而引起结焦。对中温分离器同样需要注意集灰斗内的沉灰发生低温结焦,从而影响分离器运行的可靠性。飞灰回送装置的出料量可根据料腿直径和高度,物料的堆积角和密度,以及物料的颗粒直径等进行计算。回送装置的结构型式多种多样,但应力求以低的风量和风压为佳。因为这样可降低过量空气系数和减轻管道的磨损,同时也可减轻装置结焦的可能性,这对燃用福建无烟煤是特别有意义的。

    4  炉内二次风的布置:

    二次风的布置正确与否直接影响到SO2NOX的生成量,同时也影响回送炉内细颗粒中的可燃颗粒的燃烬。一般二次风布置在炉膛收缩段的出口处,大约为炉高的14处。通常一、二次风比为406050506040。二次风的风速选取必须保证有一定的穿透深度,其值可根据炉膛截面尺寸、床内流化速度和二次风速度,以及物料和空气的密度进行计算。二次风可按四角切圆布置或由炉膛两侧对冲布置,此外,二次风的布置还应与炉内的CO浓度相配合,以降低q3损失。

    5  循环流化床炉膛的热力计算:

    在循环流床炉膛中,充满着高温的颗粒,在正常运行情况下,可燃的碳粒子只占一部分。当循环倍率越大,炽热的颗粒浓度越高,碳粒于所占的比例越小。因此,这种炽热灰粒子的辐射是炉内的主要传热方式,从而反映出循环流化床炉内的火焰黑度要比鼓泡床和煤粉炉高得多。循环流化床炉内传热系数与炉内的颗粒浓度、颗粒直径和流速等因素有关。随着颗粒直径的增加,传热系数有所降低。颗粒浓度越高,传热系数也越大。但目前尚无准确的计算公式可利用。只能作近似的计算。如对d1=250umT=850℃时.K=86+1755Pb(wm2·k)(其中:Pb一床层颗粒浓度,㎏/m3)

    总之,循环流化床锅炉能否达到设计参数,关键是组织好燃烧。否则分离器效率偏低、回料装置不健全,运行不正常,炉内的颗粒浓度和温度未能达到设计要求,都将影响锅炉技术参数的实现。此外目前国内进行循环流化床锅炉设计时,尚缺乏一种成熟的热力计算标准,只能按下述三种方式进行校核计算:  (1)根据已有的实验数据或经验公式,确定炉内传热系数,并布置受热面积:(2)按前苏联标准进行炉内热力计算后作部分修正:  (3)按国内的沸腾炉计算方法进行炉内热力计算后作部分修正。

    6  循环倍串的选取:

    如上所述,对循环流化床锅炉,特别是高倍率循环流化床锅炉,其循环倍率的大小直接影响到炉内的传热量、过热蒸汽温度、负荷调节范围及受热面的磨损等问题。并以循环倍率的大小来划分高、低循环流化床锅炉。因此,循环倍率只是反映一种技术参数,而不是先进性的反映。设计时,首先应根据不同煤种、颗粒筛分范围,不同容量,不同的燃烧效率选择一个合理的循环倍率。循环倍率的定义为K= (X+Y)(A+B)(其中AKgS——进入锅炉的煤的碳量:BkgS——进入锅炉煤中的灰量;XkgS——循环灰的碳量:YkgS——循环灰的灰量)。循环灰的燃烧效率越高、循环倍率越高,锅炉的燃烧效率越高。因此,不能片面地提高循环倍率,而应多注重组织炉内碳颗粒燃烧的措施。如回送系数的风量过大,将降低炽热颗粒的温度,对其燃烧和传热都是不利的。此外,循环倍率还须根据耗能、分离器和受热面的磨损等而优化选择。循环倍率还可用循环率(㎏/m2s)来表示。这里不作详细介绍。

总之,锅炉设计和选型时,要根据不同的条件进行不同的操作,使锅炉设计参数相对合理,运行安全性高,并满足节能、环保和经济的要求。

 

 

文章作者:陈应明 朱德辉(江西动力设备工程公司  330001)