摘要:循环流化床锅炉借助其自身强大的环保性能和对于各种燃料的广泛适应性,使其在我国市场得到了迅速的发展,并受到人们的广泛欢迎,我国严峻的人均资源占有率决定节能降耗是我国长期的基本国策,也决定这我国对于这种新型锅炉的市场需求是十分巨大的,目前对于350MW 超临界循环流化床锅炉炉内传热计算方法还没有形成一个被广泛认可的说法,本文首先总结了350MW 超临界循环流化床锅炉炉的性能特点,同时对于学术界几个主要的热传研究方法做了较为详细的介绍,最终对目前流行的这几个热传计算方式进行了总结。
关键字:流化床锅炉 热传计算方法
1.350MW超临界机组循环流化床锅炉性能分析
1.1流化床锅炉工作原理
流化床锅炉的工作原理是将燃料及空气放到一种流态化的燃烧室,使两者之间产生充分的混合,从而保证了锅炉内每一份燃料都有充足的氧气作为助燃,继而在这种环境下使之进行充分的燃烧,使燃料可以在此过程中进行较为充分的燃烧。燃烧过程中,伴随着部分燃料的不断消耗,会产生夹杂着大量燃料颗粒的烟气,这些烟气会在流化床锅炉出口经过气固分离器排出锅炉,而这些夹杂着大量热量颗粒的烟气在经过气固分离器时,其中较小的焚烧颗粒会伴随着烟气排出锅炉,而其中颗粒较大的燃料会通过分离器在此进入到流化床锅炉内部进行二次燃烧,通过这种对燃料的二次选择回收,保证所有进入锅炉的燃料都能够实现较为完整的燃烧。
1.2有害气体排放量少
氮氧化物及其他一些有害气体排放量低,是流化床锅炉能够被人们广泛接受的几大特性之一,低温燃烧和分段燃烧是锅炉内产生大量的氮氧化物的主要原因,而在流化床锅炉内部,由于大部分的燃料都实现的较为完全的燃烧,并且流化床锅炉内部温度场分布较为均为,因此流化床锅炉产生的氮氧化物是很少的。不单是氮氧化物,由于燃料的充分燃烧流化床锅炉内所释放出来的二氧化硫、硫酸盐等有害物质的废料排放也是很少的。
1.3锅炉燃料的适应性广
这是流化床锅炉的推广成功所依托的主要特点之一,流化床锅炉特殊的流体动力学设计,使得燃料在锅炉内部可以与空气进行较为完善的结合,因此燃料可以迅速的加热的燃烧温度,同时锅炉的床层温度并没有明显改变,只要锅炉内燃料的热值大于燃料自身和所需空气的温度,在锅炉内就可以不用助燃剂的情况下燃烧任何燃料,包括一些热值较高的良性燃料,甚至一些较为劣质的燃料都能够在流化床锅炉内实现完全的燃烧。相对而言,我国传统的煤粉炉对于燃料的要求就较为苛刻,如果燃料没有到达一定的级别,很容易造成燃料的不充分燃烧,这种燃烧方式既没有使燃料得到充分的利用,同时并且这种燃烧也会对空气造成很大的影响。
1.4锅炉热量吸收效率高
燃料在锅炉内部完全燃烧并释放出大量的热,而这些热量又被锅炉内受热面的工质吸收,这些被吸收的热量才是有效的热量,才是能够被人所利用的热量。但是在实际燃烧过程中,燃料在锅炉内部实现完全的燃烧是不可能的,其中没有完全燃烧的燃料所含有的热量称之为锅炉的未完全燃烧损失。此外,绝大部分燃料燃烧释放出来的热量,也不可能被受热面的工质完全吸收,有一部分会随着烟气排出到锅炉外面,这部分未被吸收的热量称为锅炉的热损失。通过对流化床锅炉的分析和相关实验数据,我们可以看出无论是未完全燃烧损失还是锅炉的热损失,流化床锅炉的把控都是非常好的,这使得其对于燃料的利用达到了一个很高的水平。
2.350MW超臨界循环流化床锅炉炉内传热计算方法
2.1流化床锅炉热传机理
由于流化床锅炉其内在的对于燃料较高能效的利用率,从而其相对于传统的煤粉炉在热传机理上时有很大不同的,传统的煤粉炉由于其燃烧所产生的烟气中所携带的飞灰是较为少的,因此,其热量传导的方式为辐射的方式,借助辐射将燃烧产生的热量传递给锅炉内的受热面,为了保证这种热传递的有效,需要锅炉内壁的温度足够高才可以。而流化床锅炉则不然,及时锅炉床壁的温度在850-900度的较低温范围,同样可以实现热量的传递。由于流化床锅炉内部有较大量的燃料的循环使用,这就使其在热传递过程中需要考虑到对流换热和热辐射对于锅炉热量传递的双重影响。
2.2关于循环流化床锅炉炉内传热的几种主要的计算方法
对于超临界循环流化床锅炉内传热的计算目前国内有很多学者都对此发布了自己的研究成果,下面就是几种主要的计算方法。
2.2.1骆仲泱、程乐鸣提出的计算方法
骆、程两位老师认为超临界流化床锅炉内部热量传递的方式较为复杂,炉内各种物料特性很不稳定,加上床高、床径的不同而显示出较大的差别。两位老师认为对于流化床锅炉的热传计算方法应该采用分段计算,认为每一段内部的物理特性较为一致,之后再按照能量平衡方式来计算每一段的热传能量。因为,在相对稳定的条件下,能量平衡方式决定了锅炉内热传的方式,通过这种分段式的计算方法,可以确定沿炉膛高度的每一个局部的负荷,每个分区根据其流体动力学、热传递规律、建立适当的能力平衡方程式进行计算。
2.2.2吕俊复、张健胜等提出的计算方法
吕俊复及张键胜等老师在相应实验数据上,并结合对流化床锅炉实际运行分析,指出了现有计算方式存在的不足和缺陷,并在此基础上提出了自己的计算方法。两位老师首次提出了流化床锅炉热传定态设计的概念,即依据循环流化床锅炉对锅炉部件的特殊要求,并参考锅炉实际的设计特点,介绍了锅炉关键部件的构成及其设计方法,对锅炉对流竖井受热面的热传的计算方式进行了分析和改进。
2.2.3姜秀民、刘辉等提出的热传设计方法
姜、刘等老师的热传计算方法是在密相区采用行鼓流化床计算方法进行了修正,采用“环/核”模型,同时对之前流化床锅炉热传计算方式进行了改进,开发了基于C++buider软件的锅炉热传计算的应用程序,使得原有的计算方式更为直接和便于计算。
3.总结
流化床锅炉的研发和在我国进行的市场推广,对于我国节能减耗都是有很强的社会意义的,目前流化床锅炉在我国市场上取得的巨大成功,也间接的证明了该锅炉在我国的受欢迎程度。由于我国人均资源十分短缺,节能减排一直是我国长期以来的基本国策,国家对于像流化床锅炉这种具有较高燃烧性能,并能够实现对环境影响非常小的锅炉是十分支持的,未来该新型锅炉在我国键能减排方面肯定会做出更多的贡献。对于流化床锅炉热传计算,其实由于流化床锅炉内部动力学特性设计的非常特殊,在理论上是无法对锅炉内部热传进行准确的计算的,智能借助对于就的计算方法的不断修正,使得热传计算结果无线的接近其正确的结果,而且由于锅炉设计的复杂性和对于商业价值的考虑,对流程床锅炉的计算也是不现实,不过这种探索对于新型锅炉技术的不断优化时有非常大的帮助的。
参考文献:
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