循环流化床锅炉冷态临界流化风量与运行风量.docx

文章编号 : cn23 - 1249 (2000) 04 - 0030 - 04循环流化床锅炉冷态临界流化风量与运行风量杨建华 ,屈卫东 , 李建刚(郑州电力高等专科学校 ,河南 郑州 450004)摘 要 : 利用厄贡准则式和浙江大学提出的计算式计算了宽筛分颗粒的临界流化风速以及冷热态临界流化风速的比值 ,分析了冷态临界流化风量与热态运行时风量的关系 ,认为二者基本相当时才能保证热态运行时 床料良好流化 。关键词 :循环流化床锅炉 ;冷态临界流化风量 ;运行风量 ;关系 ;厄贡准则式分类号 : tg115128文献标识码 :aanalysis of the relationship of cfbb minimum fluidizationair flo w in cold and hot positionsyang j ian2hua , qu wei - dong , l i j ian2gangabstract : the minimum fluidization velocity ( um f ) of wide2grade coal and the ratio of um f in cold andhot positions were calculated using the eraun and zhejiang universitys equations respectively. the real2tionship of the um f in cold and hot positions was analyzed and from the analysis the conclusion that cold and hot um f should be nearly the same to keep cfb running properly can be drawn.key words : cycling fluidized bed boiler ( cfbb) ;minimun fluidization air flow in cold position ; run2ning fluidization air flow ;relationship ; ergun equation1 临界流化风量及其在冷态调试中的确定111 临界流化风量的概念我们通常将床层从固定状态转变到流化状态(或称沸腾状态) 时按布风板面积计算的空气流量 称为临界流化风量 qmf 此风量按布风板面积计算 成空气流速称临界流化风速 umf 或最小流化速度 。对由单一粒径颗粒组成的床层 ,其临界流化 风速较易确定 。一般可根据其床层压降 流速特 性曲线图确定 ,如图 1 所示 。风速从零逐渐增大 , 开始风速很低时 ,床层保持固定床状态 ,床层压降 随风速单调增加 。当风速达一定值时 ,床层压降 达到最大值 ,继续提高风速固定床突然转变为鼓 泡术 ,床料开始流化 ,压降稍降低 。在一段较宽的 风速变化范围内 ,进一步增加风速 ,床层压降几乎引言循环流化床锅炉在我国投入运行的时间不太 长 ,调试和运行方面的经验还不完善 ,没有象煤粉 炉那样的一整套成熟的经验来指导调试和运行 。 这要求广大科技工作者和运行人员不断从运行中 积累经验 ,并积极从理论中找依据 ,把理论与实践 有机结合 ,以理论指导运行 ,以运行检验理论 ,尽 快提高我国的循环流化床锅炉应用水平 。循环流化床锅炉因其独有的特性而有一套与 煤粉炉不同的冷态调试项目 ,其中一项很重要的 内容就是测定冷态临界流化风量 。它对热态运行 有重要参考意义 。本文试从理论上加以分析 ,阐 述其与热态运行风量的内在关系 ,以指导调试和 运行工作 。0收稿日期 2000 - 07 - 11第 4 期杨建华 ,等 :循环流化床锅炉冷态临界流化风量与运行风量31 不变 ,此时床层压降基本等于布风板上静止床层的压力 (稍低) 。这种情况下固定床到流化床的转折点对应的流化风速即临界流化风速 。图 1 单一粒径颗粒床层压降 流化风速关系曲线图 2 宽筛分颗粒床层压降 流化风速关系曲线但对宽筛份床层 ,其压降 流速特性曲线没有明显的转折点 ,而是存在一个由固定床到流化 床的过渡区 。气速逐渐增大时 ,细颗粒先于粗颗 粒流化 ,并在粗颗粒形成的空隙中起润滑作用使大颗粒松动 。气速大到一定程度后 ,大颗粒也依次被流化 ,使床层压降逐渐增加 。直到大颗粒被 完全流化 ,床层压降才不再随气速的增大而增加 。 如图 2 所示 ,此时一般认为固定床与流化床两条 压降线的延长线交点对应的气速为临界流化风速 。显然此风速下 ,部分大颗粒仍未完全流化 。112冷态调试中临界流化风速的确定循环流化床锅炉燃料为宽筛份燃料 ,冷态调 试时其压降 流速特性曲线也如图 2 所示 。一般冷态调试时采用如下办法 :根据运行时料层高度在布风板上铺放一定厚 度床料 ,启动引风机和一次风机 ,一次风机挡板开度从 0 %到 100 %分为若干档 ,同时调节引风机挡板 ,保持炉膛微负压 ,测定对应每一风量时的风 室静压 ,结合布风板阻力 风量曲线 ,绘出床层压降与一次风量的关系曲线图 ,一般形状如图 2 ,然 后把固定床与流化床两条压降线的延长线交点对应的一次风机流量定为冷态临界流化风量 。呢 ?为了解决这一问题 ,最好的办法是做试验实际测定温度对流化风速的影响 ,但不是每个科研 单位都有条件做这项试验 ,而且对临界流化风速 至今尚未从理论上找到可靠的计算方法 。于是国 内外许多研究者根据各自不同的研究对象 ,提出 了数十个临界流化风速的经验式可以作近似计算 。下面介绍厄贡半经验关联式和浙江大学提出 的计算式 。这里不介绍其详细推导过程 ,只给出 计算临界流化风速的导出简化式 。据称厄贡准则 式法有 34 %的误差 ,浙大称其计算式对宽筛分石 煤有 10 %的误差 。厄贡关联式引入两个准则数 :dp3(p - ) g(阿基米德数) ;ar =2 dp umf (雷诺数)remf =厄贡准则式为 :2c1 + c ar - cremf =21对大粒子 ( remf 1 000 ,循环流化床锅炉床料即在此范围内) , 简化后的临界流化风速计算式 为 :2 温度对临界流化风速的影响211 临界流化风速随温度变化的关系由于循环流化床锅炉热态临界流化风量的测 量在现场很难进行 ,所以通常调试中只测定冷态临界流化风量 。但运行时一次风进入燃烧室被迅速加热后体积膨胀 , 比容 、粘度等物性也发生变 化 ,那么这种变化对其流化能力有何影响 ? 冷态 下测定的临界流化风量对运行风量有何参考意义 dp (p - ) gmf 3umf =1175其中dp 物料筛分平均粒径 , dp =xidi ;p 固体颗粒真实密度 ;流化介质密度 ;mf 临界流化状态下床层空隙率 ; 流化介质动力粘度 ;umf 临界流化速度 。锅 炉制 造总第 178 期32 式中 c1 、c2 为常数 ,许多研究者综合各自试验数据得出各自的 c1 和 c2 值 ,摘要如下 (表 1) ;700) 104其中 dp = xidi , 为颗粒球形度 ,v g 流化介质的运动粘度系数 。 从以上这些计算式中可以看出 ,临界流化风速除与床料粒径和密度有关外 ,还与流化气体的 物性参数有关 。因此运行时床层温度将直接影响 到临界流化风速 。下面看一下由以上计算式计算出的临界流化风速随温度变化关系 。计算中我们取筛分平均粒 径xidi = 2 mm , 3 mm , 4 mm , = 0165 ( 原煤颗表 1厄贡准则式中常数 c1 、c2 值编号 作者发表年份c1c212345678wen & yubourgeois richardson saxena babu thonglimp gracezheng1966196819791977197819841982198533172514625172512825125191927121817501040 801038 401036 501057 101065 101032 001040 801031 3粒 ,破碎到 10 mm 以下) ,p = 2 200 kg 。这里给出平均粒径为 3 mm 时的计算结果 , 注意此时浙大浙江大学提出如下计算式 :计算式中的 d = xidi = 0165 3 = 1195 mm 。p0 dp 1584 p - 01528,适用 ar = (2umf = 01294()0v g 1056图 3 两类计算式计算的温度 临界流化风速关系曲线图 3 中系列 18 为厄贡计算式计算的结果 ,系列 9 为浙大计算式计算的结果 。从图中可以看 出 ,在大粒子范围内 (25 mm) ,两类计算式结果 相近 ,故认为可信 。同时可看出 ,随温度升高 ,临界流化风速呈上升趋势 。这是因为颗粒所受升举 力与气体的密度和粘度有关 。粘度越大或密度越大 ,升举力越大 ,所需临界流化风速就越小 。当温 度升高时 ,气体粘度变大 ,密度变小 ,但粘度变化对流化风速影响较小 。最终因气体密度下降 ,需 提高风速才能保持相同的升举力 。212 冷热态临界流化风量的关系运行中测量的一次风机风量仍是常温下的风 量 ,此风量进入燃烧室后温度迅速升高 ,物性发生变化 ,此时临界流化风量也发生了变化 ,但运行人 员关心的是此时风机送风量应为多少 ,即要求找出冷热态临界流化风量的关系 。认为高温下mf 不变 , 不变 ,p 不变 。设运行温度为 t ,冷风为简单计设为 0 ,则温度 t 时临 界流化风速折算到 0 为 umf , dp (p - ) gmf 3 273 =umf1175273 + t此时 , 取 t 时的空气密度 。对同一煤种 、相同粒径分布 、在同一炉内流化的条件下 ,其冷热态流化风速之比 q 为 :t umf 273 qt =umf273 + t同样用浙大计算式导出的 qt 为 :01056001538273qt =273 + tt0 和t 分别为 0 和 t 时的空气动力粘度系数 。从以上两式比较看出 ,厄贡计算式比较简单 ,qt 只与温度有关 ; 而浙大计算式中 , qt 与温度与 dp (p - ) gmf 3先看厄贡准则式 ,因 umf =,1175第 4 期杨建华 ,等 :循环流化床锅炉冷态临界流化风量与运行风量33 动力粘度相关 , 但动力粘度的影响较小 。两类计算式计算比较结果如图 4 。图中系列 1 为渐大结果 ,系列 2 为厄贡准则式结果 。图 4 qt 随温度变化趋势曲线从图 4 中看出 ,900 临界流化风速折算到 0时是 0 时临界流化风速的 50 %左右 。从理dmax 大于平均粒径的那部分大颗粒的平均直径 。论上可以这样理解 : 速度对升举力的贡献是二次方关系 , 而密度对升举力的贡献是一次方关系 。 如空气密度在 900 时约为 0 时的 14 ,要保持 相同的升举力 ,900 时的风速应为 0 时风速 的 2 倍左右 。此风量折算到冷态 ,却仅有冷态临 界流化风量的 12 。所以 , 从理论上说 , 床温在900 风机提供冷态流化风量的一半即可达到冷 热态相同的流化效果 。按一般宽筛分物料计算 , ufs 115 umf 。为保证运行时物料良好流化 ,运行时流化风速必须大 于 ufs 。结论通过以上分析 ,可以得出以下结论 :冷态临界流化风量的测定对热态运行有重要 的参考意义 ,调试时应认真测定这一风量 ;宽筛分物料的临界流化风速受温度影响 ,随温度的升高而增大 ,冷热态临界流化风量之比 qt随温度升高而降低 ,运行温度 ( 900 ) 时约为 50% ,揭示热态运行时需冷态临界流化风量的一半 即可达到临界流化状态 ;实际运行时流化风速应不低于 um 或 ( ufs ) ,um (1152) umf ,即实际运行时良好流化所需的 风量与冷态临界流化风量相当 ;知道了冷热态流化风量的关系 ,可以更好地 指导冷态调试和热态运行工作 。4运行中如何确定流化风量从图 2 可以看出 ,冷态调试时测定的临界流 化风量并不是使全部大颗粒流化的最低风量 ,在 此风量下运行时 ,只能使布风板上部分风帽小孔 之上的料层开始流化 ,还有部分风帽小孔上的料 层仍处于静止状态 。经验表明流化和静止的位置 变化不定 。因此有研究者提出最低允许流化风速 um 的概念 ,指保证布风板上全部风帽小孔之上的料层均处于沸腾状态的最低床层截面平均速度 。 为使流化床锅炉安全运行 ,运行时床截面平均风 速不能低于 um ,因为布风板上若有部分静止物料 很易引起结焦 。根据冷态试验结果 , um (1152) umf 。一般热态运行时鼓泡流化床流化风速为 热态临界流化风速的二倍为宜 ,即与冷态临界流 化风速相当 。还有的研究者提出最小悬浮速度的概念 ufs , 即过渡区和流化区的交点所对应的速度 , ufs 可由 试验曲线确定 ,或用