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超临界循环流化床锅炉发展研究及防磨技术探讨

作者:黄工水冷壁导流板防磨 发布于:2021-1-5 18:07:50 点击量:

超临界循环流化床锅炉兼具了超临界蒸汽循环和循环流化床锅炉燃烧技术的特点,是一种高效清洁燃煤发电技术,且循环流化床锅炉的炉内热流特性使其比煤粉炉更适合与超临界蒸汽循环技术相结合,因此,循环流化床锅炉朝着超临界化发展成为必然趋势。

1 国内超临界循环流化床锅炉的发展

结合国内300MW等级循环流化床锅炉的实际运行经验以及参考白马600MW超临界循环流化床锅炉的设计经验,东方锅炉于2010年自主开发了350MW等级的超临界循环流化床锅炉,设计参数为25.4MPa/571℃/569℃¨“。该方案采用M型总体布置,为单炉膛、平衡通风、一次中间再热、尾部双烟道、超临界直流炉。同时,设置有3个高温冷却式旋风分离器,并将高温级受热面布置在主回路系统中。为解决超临界循环流化床锅炉朝更大容量发展所带来的炉膛截面积增加、炉膛内受热面协调和锅炉占地等问题,东方锅炉于2010年创造性地提出并完成了660MW超临界环形炉膛循环流化床锅炉的设计方案,设计参数为25.4MPa/571℃。该方案为直流炉,采用一次中间再热、平衡通风、循环流化床燃烧方式、固态排渣方案设计,尾部烟道采用双烟道设计,并将高温级受热面布置在炉膛内部。6个分离器布置在炉膛两侧。另外,该方案设计未采用外置换热器设计。

2014年,清华大学吕俊复等在已有的研究成果基础上,提出了简约型660MW超临界循环流化床锅炉的设计方案。该方案采用单布风板,取消外置换热器设计,4个分离器并列布置于炉膛和尾部竖井之间,8个回灰点的设置能够保证返料分布的均匀性。同时,该方案创造性地在炉膛前墙采用锯齿形水冷壁设计,在保持炉膛截面积不变的条件下,有效增加了水冷壁面积,大幅降低了炉膛高度。另外,在两个分离器之间设置了一个贯穿整个炉膛高度的锯齿,将炉膛大体分为4个单元,从而保证炉内气固流动的均匀性。同年,东方锅炉在白马600MW超l临界循环流化床锅炉运行一年的良好基础上,结合煤粉锅炉二次再热经验,联合中科院提出了二次再热超超I临界循环流化床锅炉的设计方案。该方案为超超临界直流炉、二次中间再热、环形炉膛、外置换热器、H型布置。6台旋风分离器布置在炉膛两侧。烟道内布置有低温过热器,一次再热低温再热器,二次再热低温再热器。该设计方案较好地解决了二次再热超超临界循环流化床锅炉受热面协调的问题,能够满足机组热效率提高的要求。

另外,中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司孙献斌也于同年提出了350MW等级超超临界循环流化床锅炉设计方案。该方案为垂直管圈直流炉,采用H型结构,4个旋风分离器分别布置于炉膛两侧,分离器下方各连接一台紧凑型气动均流换热器。炉膛采用单炉膛结构,炉膛尺寸为242m2×56m。鍋炉过热器分四级布置,再热器分三级布置。其中,尾部烟道布置有I级过热器和I级再热器,炉膛内布置有Ⅱ级过热器,外置换热器内则布置有Ⅲ、Ⅳ级过热器和Ⅱ、Ⅲ级再热器。

2015年,浙江大学许霖杰等人完成了1000MW超临界循环流化床锅炉炉膛气固流动特性数值模拟研究工作。基于欧拉双流体模型和Gidaspow曳力模型,模拟计算得到1000MW超临界循环流化床环形炉膛炉内气固流场,为1000MW超临界循环流化床环形炉膛锅炉的设计开发提供了理论支持。

2 超超临界CFB技术发展

在600MW和359MW超临界CFB锅炉设计制造的基础上开发高效超超临界CFB锅炉的技术难度及技术风险较小,但由于蒸汽参数的压力及温度相比现有超临界CFB机组提升较多,尤其是过热器出口压力和再热蒸汽温度的升高,由此带来的一些新的技术问题需进一步攻关研发,主要是水动力安全性、低负荷下再热蒸汽温度及低成本实现超低排放技术等。

2.1 水冷壁水动力安全性

600MW超临界CFB锅炉水冷壁采用低质量流速水动力技术。较600MW超临界CFB锅炉而言,660MW高效超超临界CFB锅炉的主蒸汽流量基本相同,蒸汽压力和温度更高。三大锅炉厂分别利用不同的水动力计算程序软件,进行了BMCR工况下水冷壁平均质量流率的计算。超(超)临界水冷壁水动力特性数值计算和试验研究相继开展,研究表明,超(超)临界水冷壁设计和运行是安全可靠的。高效超超临界CFB锅炉水冷壁采用低质量流速水动力技术,水动力特性总体趋势跟白马600MW超临界CFB锅炉的实测数据基本吻合,符合正流量响应的特点,出口工质温度偏差、壁温偏差、动态稳定性在安全范围内,水动力安全可靠。

2.2 低负荷再热蒸汽温度

CFB锅炉低负荷运行时炉膛上部温度较低,循环灰量减少,在低负荷时保证再热蒸汽温度达到623℃难度大,需要研究优化热力系统设计,提高低负荷机组的热效率。对比分析有无外置式换热器的大型CFB锅炉不同负荷下炉膛温度的分布,研究表明低负荷下带外置床的锅炉炉内仍有较大传热温差,汽温特性也较好;锅炉制造厂提出了通过详细的热力计算和细化的受热面布置方案,可保证高效超超临界CFB锅炉在低负荷下再热蒸汽温度仍然达到额定值。东方锅炉厂、哈尔滨锅炉厂均提出采用设置外置式换热器方案,通过外置式换热器回料来调节床温。另外,哈尔滨锅炉厂将末级再热器布置在外置式换热器内,并通过优化外置式换热器受热面的布置来保证再热汽温。

2.3 低成本实现超低排放技术

目前CFB锅炉单纯依靠其自身污染物控制特性难以满足国家超低排放要求,其环保优势在逐渐削弱,但如果将煤粉锅炉超低排放技术在CFB锅炉上进行移植,能实现超低排放,但成本较高,且丢弃了CFB固有的优点。现有研究表明,在NOX超低排放技术方面,通过床温控制、合理的配风等技术,进一步创造炉内还原气氛、优化炉内流场和温度场、提高床层质量、优化高效二次风,实现进一步高效分级燃烧和还原脱氮,挖掘炉内脱氮潜力,炉内将有望直接实现NOX超低排放。关于SO2深度脱除可以通过床温控制、脱硫石灰石粒径控制、脱硫反应时间控制等技术,并开发新型高效旋风分离器、返料系统、布风装置、给煤及石灰石制备及加入系统等辅助设备,达到在较低的Ca/S下实现CFB炉内较高的脱硫效率。因此,在超超临界CFB锅炉上创新研究基于源头生成控制和炉内高效协同脱除的超低排放技术,协同实现NOX和SO2深度脱除污染物技术,充分挖掘CFB锅炉污染物低成本控制优势,力争炉内NOX和SO2全部实现超低排放,炉外设置简易脱硫脱硝装置作为热备用。

综上所述,超临界CFB锅炉技术的融合切实地发挥出了循环流化床技术的特点,增强了锅炉的使用功能,同时结合了超临界技术,实现了对温度的有效控制,不仅降低了生产成本,同时提高了锅炉的使用效率,促进了我国火力发电的发展,促进了生产的现代化。

3 水冷壁导流板防磨的需求背景

河南郑州耐磨防磨产品智能制造供应链生产厂家,作为水冷壁防磨行业厂家,水冷壁防磨技术人才集中根据行业20年的水冷壁导流板防磨行业经验沉淀,采取CFB循环流化床锅炉水冷壁多复合格珊经纬导流融合防磨,利用垂直水冷壁管排表面进行防磨处理,使CFB锅炉垂直水冷壁耐磨寿命轻松超越3年以上,达到少停炉、安全行炉的增效目的。

CFB流化床锅炉的水冷壁磨损在行业内一直是难题,水冷壁受热面防磨工作非常艰巨,使一台CFB流化床锅炉所有受热面在一年之内不因磨损而爆管,这个目标可谓相当艰巨。循环流化床锅炉( CFB锅炉)在运行中产生自上而下的大流量的紧贴垂直水冷壁管排表面及管间凹槽的贴壁灰流冲刷着垂直水冷壁管排表面及管间凹槽。

4 水冷壁导流板防磨新技术

水冷壁导流防磨新技术是将导流板分层安装在炉膛四壁,多层主动阻挡贴壁灰流,使携带物料冲刷水冷壁贴壁流得到有效疏导,从导流板溢出灰流依然沿垂直水冷壁管排表面及管间凹槽流下但不会紧贴表面。贴壁灰流对导流板下的垂直水冷壁管的磨损也大大减小。

达到改变物料流流向降低物料流流速,可逐级降低贴壁灰流速和浓度, 隔离物料流与水冷壁的高速碰撞,极大降低物料颗粒和贴壁灰流对水冷壁切削磨损的目的,从而从根本上解决水冷壁管磨损问题。此方法也可方便的用于早期的循环流化床锅炉的改造,不受耐磨材料处是否让管和平滑的限制,还可以用于炉膛中部局部凸起位置的防磨。


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