循環流化床(CFB)鍋爐大型化的關鍵是外置換熱器的開發研究[1],國外采用錐形閥控制進入外置換熱 器的循環灰流量.錐形閥采用水冷卻,結構復雜,由于 長期工作在高溫環境中,容易被磨損,維護工作量大. 為發展具有自主知識產權的大型循環流化床鍋爐技術, 針對200MWCFB鍋爐及大型化發展的需要,開發了一 種新型外置換熱器,即緊湊式分流回灰換熱器(CHE- Comp actash-flowsplitting an d heatexchanger). 在冷態CFB試驗臺上,對緊湊式分流回灰換熱器 的氣動控制方案的可行性、結構特性、調節特性、分流 特性、流動特性進行了系統的試驗研究,為200MW CFB鍋爐及大型CFB鍋爐的開發研制提供了重要的 技術數據和設計依據.

        1　試驗裝置

        緊湊式分流回灰換熱器冷態試驗臺及相關系統如 圖1,試驗臺爐膛高度為4.4m,布風板面積0.22m× 0.31m,爐膛橫截面積0.37m×0.31m.爐膛出口布 置旋風分離器,分離器直徑0.515m,分離器下端的立 管和CHE相連接.循環流化床的旋風分離器出口直接 同引風系統連接.

        一次風主要作為流化風通過循環流化床底部的布 風板進入爐內,二次風在循環流化床的下部環爐膛四 角噴入床內.一、二次風分別由閥門控制風量.經分離 器分離后的空氣通過引風機由煙囪排入大氣.
 

        緊湊式分流回灰換熱器的具體結構見圖2.緊湊 式分流回灰換熱器分為高溫回料室、分配室、均流室、換熱室和低溫回料室.高溫回料室和低溫回料室的物 料通過回料斜管同循環流化床的底部相連.緊湊式分 流回灰換熱器的空氣引出管直接引入循環流化床的爐 膛中部.為了便于觀察緊湊式分流回灰換熱器內的物 料流動狀況,CHE四周用有機玻璃組成,各個風室由 不同的風管供給,風管上的閥門分別控制5個物料室 的風量.

        物料由給料倉通過給料機和給料管直接接入循環 流化床內,給料管上裝有閥門可控制給料量. 一次風流量用經標定的靠背管測量.CHE各個風室的流化風量由BS-Ⅲ笛形管測量,分別布置在緊湊 式分流回灰換熱器風管的測量管道上.同時在CHE各 風室分別布置有壓力測點,可測量風室壓力.在CHE 上部布置有壓力測點,可測量其上部自由空域的壓力. CHE各風室的壓力同CHE上部的空氣壓力差可得到布風板的空床壓降和料層的壓降.
 

        2　試驗物料

        試驗用物料為篩選后的細河沙.細河沙的粒度分 布曲線見圖3.細河沙真密度為2594kg/m3,表觀密度 為2250kg/m3,堆積密度為1350kg/m3,中位粒徑 d50=204.2μm,其粒徑分布和實際CFB鍋爐的循環灰粒徑分布接近.
 

        3　試驗結果及分析

        3.1　分流特性

        緊湊式分流回灰換熱器氣動控制的原理,是通過 控制均流室風量Qf3或高溫回料室風量Qf1,以達到循環物料分流運行的目的.

        試驗發現和證明,流入換熱床的分流循環灰量GfL 的大小受高溫回料風Q1及均流風Q3的直接影響.

        3.1.1　均流風量對分流特性的影響

        均流風量Q3對分流特性的影響規律如圖4.隨著 Q3的提高,流向換熱床的分流循環量Gfl相應增加,因為此時高溫回料風Q1保持不變,高溫循環量Gg基本 不變,由于
 

        由圖5可知,啟動流速為0.20m/s,故均流室風 速Uf3的可調范圍應為0.20~1.33m/s.但事實上,當Uf3=0.678m/s時,總循環物料流量達到了其最大極 限GRmax,試驗現象表現為立管顫動,此時進入CHE換 熱床的物料流量主要受到水平孔口通流能力的限制, 而Qf3不再是主導控制因素.試驗回歸得到Gc和均流 風量Q3的關系如下式:

        Gfl=0.0001Q3+0.0158Q3-0.2873(4) 分流份額Rc和高溫回料份額Rq在Uf3=0.6m/s 時,基本達到相等的份額0.5.

        3.1.2　高溫回料風量對分流特性的影響

        當維持均流風量Q3不變時,圖6試驗結果表明, 高溫回料風量Q1從18Nm3/h上升到40Nm3/h,此時 高溫回料量近乎線性增加,表明高溫回料風量Q1對高 溫回料量

        隨著Q1的增加,高溫回料量增加,高溫回料份額 增加,則相應的分流份額逐漸減小.

        試驗得到高溫回料量Gg與高溫回料風量Q1的關 系式為

        Gg=-0.0004Q1+0.0343Q1-0.3903(5)

        3.2　調節特性

        試驗表明,當改變均流風量大小,通過換熱室的分流循環物量隨即發生變化.氣動分流運行方式研究表明,在較大的分流比例范圍內CHE均有良好的運行調 節特性.

        試驗過程中未發現因風量的起、?；蛘{整而出現循環物料的自流或失控現象,換熱室運行穩定,說明了布置在CHE內的受熱面具有較好的安全性.但應該注意到,高溫下循環灰的流動性和冷態時物料的流動特性還有較大差別,因此在實際的CFB鍋爐工程設計時 開展熱態試驗是非常有必要的.

        4　結　論

        1)通過對CHE結構特性的研究表明,緊湊式分流回灰換熱器采用氣動控制方法能夠實現循環物料的調節和分流,技術上可行.

        2)高溫回料室風量和均流風量能夠很好地控制高溫回料量、分流循環量,并具有較好的調節特性.

        3)分流循環灰量通過均流風量調節,隨著均流風 量的增加,分流循環量.

        4)高溫回料量通過高溫回料風調節,高溫回料量的變化規律,反映了CHE的高溫回料室滿足U型回料 閥的基本特性.

        5)通過試驗得到了均流風量和分流循環量的關系式、高溫回料量與高溫回料風量的關系式均可用于 指導實爐的放大設計.