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大型CFB锅炉气固流动若干关键性技术研究

陈继辉  
【摘要】: 近年来,循环流化床(CFB)锅炉以其与煤粉锅炉相当的燃烧效率、低廉的脱硫成本、较低的氮氧化物排放水平以及广泛的燃料适应性而得到迅猛发展。大容量CFB锅炉可以提高已有循环流化床发电技术的发电效率,使低成本燃煤污染控制与高效发电结合,促进循环流化床燃烧技术在发电行业中的应用。 然而,在CFB锅炉大型化的过程中,还存在或面临着很多问题,如炉膛体积增大与二次风穿透的问题、旋风分离器容量放大与分离器效率降低的问题、渣量增加后冷渣器的处理能力及可靠性问题等。而且,其中的一些问题在现已投运的CFB锅炉中仍未得到很好的解决。 为此,本文以国内某410t/hCFB锅炉为原型,按1:10的几何比例,用有机玻璃建立了一套循环流化床锅炉可视化冷模试验系统。在该试验系统上,首先对二次风的喷射特性和新型旋风分离器的性能进行了试验研究和数值模拟。此外,在对选择性流化床冷渣器的流动和排渣性能研究的基础上,设计开发了一种混流式流化床冷渣器。最后,本文还对引进型300MWeCFB锅炉的热平衡和物料平衡进行了初步研究。论文的主要研究内容及创新点是: (1)首次对CFB锅炉的二次风喷射问题进行系统的冷模研究 在对二次风所在截面物料浓度进行测量的基础上,采用热电偶网络感知热空气射程的的方法,探寻了该截面处物料浓度随一次风速变化的趋势以及引入二次风对物料浓度分布的影响。同时,详细研究了一次风速、二次风速、物料浓度和二次风喷口直径对二次风射程的影响,并根据试验数据回归了冷态工况下二次风射程的无量纲关系式。 (2)考察了中心筒底部缩口斜切对旋风分离器性能的影响 对中心筒底部缩口斜切型旋风分离器的压降和效率进行了详细的试验研究和数值模拟,得到了改进型旋风分离器在不同切口朝向时压降和效率的变化规律,相关结果与传统直管型中心筒的旋风分离器进行了对比,并对该类型旋风分离器的性能进行了综合评价。 (3)系统研究了选择性流化床冷渣器的物料流动及排渣特性,设计开发出混流式流化床冷渣器 通过对选择性流化床冷渣器的物料流动及排渣特性进行系统的冷模试验研究,首次发现了该类型冷渣器和炉膛所组成的系统的压力分布特性对冷渣器各仓的床层压降及床料流动的影响规律。同时,在对现有各种流化床冷渣器的特点进行分析和总结的基础上,设计开发了一种对宽筛分床料具有良好分选作用的新型混流式流化床冷渣器(已获实用新型专利授权),通过冷模试验证明了该流化床冷渣器能够充分发挥现有各种流化床冷渣器的优点,避免大渣堵塞和冷渣器主排渣口排不出渣的不正常现象的出现,降低冷渣器在实际运行中发生结焦的可能性。 (4)首次对引进型300MWeCFB锅炉的热平衡和物料平衡进行研究 首次以引进型(也是世界第一台)300MW纯烧无烟煤循环流化床示范电站的现场运行数据为基础,采用Visual Basic进行编程,对该CFB锅炉在不同负荷下(290MW、300MW和320MW)的热平衡和物料平衡进行了初步研究,并通过计算得到了锅炉总的热平衡关系以及各部分的循环灰量。相关结果为下一步的现场试验研究奠定了基础。


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