循环流化床工业锅炉返料换热装置冷模试验研究

摘要

循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术作为新一代洁净煤燃烧技术，目前在国内和国外均发展迅速。其主要特点是：燃料适应性广泛、氮氧化物排放量低、炉内直接脱硫效率高、负荷调节性能良好等多方面优势。基于我国目前及相当长时间内以煤为主要的能源结构，以及能源越来越紧张、煤质逐渐变差的新形势，工业锅炉发展的一个重要方向就是能燃用各种劣质燃料、高效环保的循环流化床燃煤锅炉技术。然而，由于小型CFB锅炉高度有限，炉内受热面无足够布置空间，致使小型循环流化床工业锅炉受热面布置不合理、埋管磨损严重、制造成本高、结构控制复杂等问题长期存在，尤其随燃料质量逐年下降（发热量低，灰分大，硫分高，矸石煤泥生活垃圾等劣质燃料增加），这些问题更加突出。国外中小型锅炉一般采用燃油或燃气方式，对中小型CFB燃煤工业锅炉研究很少。针对国内大量工业应用的中小型燃煤CFB锅炉（蒸发量小于35t/h），作者所在的研究团队提出了一种工业循环流化床装置，即通过设置一个返料换热装置，将原布置在炉内的埋管受热面或部分水冷壁受热面，移到返料换热装置中，以减少炉内埋管受热面磨损，同时可维持炉内的快速床或湍流床流化状态，以提高炉内的燃烧传热强度，最终达到降低锅炉造价的目的。
　　本文针对本发明方案在工程实践中遇到的问题，开发设计了新型返料换热装置，并在冷模系统中，通过大量冷态试验进行深入研究。试验主要研究小型CFB锅炉返料换热装置的结构参数设置、运行条件变化与炉内气固流动特性、压力平衡及物料循环平衡特性等方面的规律。主要试验研究结果表明：
　　①新设计的CFB工业锅炉返料换热装置方案是可行的，气固流动稳定，整体流态化效果良好；
　　②返料换热室进出口结构设计，对返料换热装置内气固流动影响很大，试验详细分析了底流孔面积比，返料口高度比变化对循环床料流动压降的影响，并得到两者之间对床料流动阻力影响的经验关系式；
　　③均流室风速加大有利于促进立管内床料移动，而返料换热室运行风速大小对返料换热装置内床料整体流动状况影响较大，同时也影响立管压降。合理调节两者风速可达到最佳运行效果；
　　④立管中加入径向侧送风有助于推动立管内床料移动，可有效减少立管料位高度，进一步缓减中小型CFB锅炉由于高度有限而使立管有效压头不够的矛盾，而且侧送风可替代部分均流室风量的使用，节能效果明显；
　　⑤返料换热室顶部引入回风管，有助于改善的因运行风速增加而导致的室内压力扰动，减小立管所需有效料位高度。回风进入炉膛后形成的扰动，具有二次风的作用，有利于炉膛内气固流化物的充分混合，起到助燃和提高脱硫效率等作用；
　　⑥变负荷时，返料换热装置连接的循环回路压力响应迅速，其响应负荷降低速率较U型阀更快更平稳。

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1 引 言

1.1 我国能源形势

1.2 循环流化床锅炉发展简述及超临界技术研究

1.3 工业燃煤CFB锅炉技术优势

2 国内外工业CFB锅炉发展概况

2.1 国外中小型CFB工业锅炉的发展状况

2.2 国内中小型CFB工业锅炉的发展状况

2.3 课题来源及意义

2.4 一体化返料换热装置的研究应用

2.5 作者所做的研究工作

3 试验系统概况

3.1 试验装置本体系统

3.2 送风系统

3.3 测量系统

3.4 实验床料

3.5 实验方法及工况安排

3.6 实验步骤

4 实验结果与分析

4.1 冷态流化特性试验结果及分析

4.2 结构参数对返料换热装置气固流动特性的影响

4.3 运行参数对返料换热装置气固流动特性的影响

4.4 立管径向侧送风助推作用的研究

4.5 回风管设置对系统内床料流动的影响

4.6 循环流率变化的研究

5 结论与展望

5.1 试验结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附 录