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7 水冷壁大面积磨损与防磨梁防磨
循环流化床炉膛中,在密、稀相区的交界处、炉膛四角角部、悬吊受热面下部、分离器入口等区域是易磨损区。特别是锅炉燃烧灰分较高的燃料时,CFB锅炉炉膛水冷壁会发生大面积磨损。水冷壁磨损爆管是CFB锅炉非正常停炉的重要原因之一。
在循环流化床炉膛中,水冷壁面存在的颗粒下降流是造成磨损的主要原因。一般锅炉厂或电厂会选择在水冷壁表面间隔设置防磨梁,以此破坏贴壁颗粒持续下降流,降低其下降速度,减轻水冷壁的磨损。对此,国内不少研究单位也提出了不同结构类型的防磨梁,如西安热工院、浙江大学和华北电力大学等。
为了解防磨梁的防磨机理和优化,浙江大学对设置有不同结构防磨梁的循环流化床炉膛气固流场进行了试验研究和数值模拟,分析防磨梁结构对炉内气固流场和壁面磨损的影响。
图21为模拟计算得到的防磨梁周边颗粒流动矢量特性和采用高速摄影得到的颗粒流动情况。由图可见,炉内贴壁颗粒下降流遇到防磨梁后部分转向炉中心区域;在防磨梁下方边壁区域出现低浓度贴壁颗粒上升流,这股上升流对防磨梁下沿附近水冷壁面有磨损作用,需要关注。
8 结语
四川白马600MW超临界CFB锅炉于2013年4月成功投入运营。在锅炉研发过程当中,针对600MW超临界循环流化床锅炉设计和运行中至关重要和必须解决的问题,包括大炉膛双布风板支腿密相区颗粒混合问题、床料平衡与控制问题,高炉膛气固浓度分布,二次风穿透问题,悬吊受热面表面颗粒流动问题,六分离器循环回路物料平衡问题,炉膛水冷壁、中隔墙和悬吊受热面的热流分布规律,超临界水动力,回料系统受阻对炉膛运行的影响等问题,研究者开展了大量实验室试验和数值模拟研究,提出解决方案,为进一步研发更广泛燃料、不同规模的超临界循环流化床锅炉积累了经验和解决途径。
白马600MW超临界CFB锅炉的成功运行,表明我国已掌握超临界循环流化床锅炉技术,具备自我开发创新能力。今后,在清洁高效循环流化床燃烧发电技术发展过程中,更高可靠性、更高经济性、更清洁燃烧产物排放与控制(SO2、NOx、CO2、小颗粒等)、燃料多样化、自主知识产权、技术储备及对产业发展的影响、发展炉型和配套辅机等问题是在发展过程中需要关注和投入研究的。
在循环流化床燃烧技术进一步发展过程中,下述方面是值得关注的,包括:1)单机容量更大型化、更高参数的超临界、超超临界循环流化床锅炉;2)多种燃料循环流化床燃烧技术,如煤泥煤矸石、油页岩、石油焦、中高水分褐煤、低挥发份无烟煤等;3)生物质/城市生活垃圾/工业废弃物等特种燃料循环流化床燃烧技术;4)不同燃料混烧循环流化床燃烧技术;5)循环流化床发电多联产技术;6)循环流化床锅炉生产能力与分布;7)循环流化床燃烧技术在煤清洁燃烧利用技术中的地位;8)循环流化床燃烧技术储备研究,CCS技术;9)富氧燃料法捕集CO2技术等。发展锅炉容量包括300/350MW等级超临界循环流化床锅炉、600MW等级超临界/超超临界循环流化床锅炉和1000MW超临界/超超临界循环流化床锅炉。
此外,大型高参数循环流化床锅炉的配套辅机如稳定安全的大渣量冷渣机,系统设计过程中风机流量和压头裕量问题、余热利用系统等问题也是大型高参数循环流化床锅炉应用中需要考虑的。
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