[發明專利]一種消除外置式換熱器工質熱偏差的方法

有效

• 申請號: 201610102256.2
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105650629B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 徐鵬;胡修奎;霍鎖善;魯佳易;鞏李明;薛大勇;張定海;蘇虎;聶立;周棋
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司
• 主分類號: F23C10/28
• 分類號: F23C10/28
• 代理公司: 成都泰合道知識產權代理有限公司51231
• 代理人: 孫恩源

技術領域

本發明屬于流化床發電技術領域，具體涉及大型循環流化床鍋爐的外置式換熱器技術領域。

背景技術

循環流化床燃燒技術是一種新型潔凈煤燃燒技術，其主要特點是燃料在爐膛中呈流化態燃燒。循環流化床燃燒技術以其節能和環保兩方面的優勢，在世界范圍內得到廣泛的應用。截止2015年底，全球共有9臺超臨界循環流化床鍋爐投運，循環流化床燃燒技術已經全面進入超臨界時代。然而，為了追求更高的發電效率、及國家節能減排的計劃，對現役和新建燃煤機組的煤耗的要求更為嚴苛，因此，循環流化床鍋爐也正向著更高參數、更大容量的超超臨界、帶二次再熱甚至700℃參數方向發展。

隨著循環流化床鍋爐的大型化，爐膛內可供布置受熱面的壁面表面積的增大速度趕不上鍋爐容量的增加速度，使得在主循環回路內布置足夠的受熱面難度非常大。為此，魯奇(Lurgi)公司提出外置式換熱器的概念，利用外置式換熱器的高傳導系數，減少受熱面耗材，并通過機械閥控制流化床鍋爐外循環回路中冷、熱灰的比例，從而調節工質溫度和爐膛床溫。如公告號為CN102353043B的中國發明專利公開了一種循環流化床鍋爐可調式外置式換熱器，通過執行機構上下調節調節閥閘板的高度，實現控制熱灰流量的目的。

除了機械調節外，還有通過氣力調節的外置式換熱器，最典型的是美國FW公司的一體化返料換熱器(INTREX)。FW公司的外置式換熱器有三種布置方式：包括“底流式”、“溢流式”和獨立布置方式。“底流式”INTREX的主要特點是不僅可以冷卻高溫分離器分離下來的高溫循環灰，還可以冷卻部分爐內高溫床料；“溢流式”INTREX在結構上由無受熱面的進料通道和有受熱面的冷卻室以及一個共用的返料通道組成，以使冷熱灰比例可控并使返料溫度均勻；目前FW的溢流式外置式換熱器和底流式外置式換熱器還經常配合使用。獨立布置方式是指INTREX獨立布置在爐外，這種布置方式只需控制冷卻室的流化風量就可達到調節灰量的目的，但有研究發現其調節能力較為有限，主要出現在FW公司較早期的循環流化床鍋爐上。

公開號為CN101896768A的中國專利整體式水冷壁外置熱交換器將蒸發受熱面布置在外置式換熱器內，提供了一種亞臨界及以下參數的循環流化床鍋爐蒸發受熱面布置方式；公開號為CN203656914U的中國專利外置式換熱器提到將受熱面蛇形管的布置方向和介質流動方向平行，從而解決受熱面振動和磨損的問題；公開號為CN1558141A的中國專利一種循環流化床鍋爐的風控式物料外循環裝置提出一種氣力調節的外置式換熱器，從而解決機械調節閥的磨損及其高維修成本問題；公開號為CN101694296A中國專利循環流化床富氧燃燒外置式換熱器換熱器提出一種用于富氧燃燒的流化床鍋爐外置式換熱器，將爐膛內焦炭和脫硫劑引入換熱器內進行燃燒加強換熱效果；公開號為CN203571726U的中國專利外置式換熱器提出了采用膜式壁結構腔體的外置式換熱器，可有效減少內襯厚度，并利于增加外置式換熱器的吸熱份額。然而，上述技術均未考慮外置式換熱器本身的運行特性，這也是現有研究和關注角度普遍欠缺的一個方向。實際上，從大型循環流化床鍋爐的實際運行情況來看，外置式換熱器的受熱面出口工質溫度存在一定的偏差。在亞臨界及以下參數時，受熱面材料裕度足夠，該問題并沒有凸顯出來，而為提高發電總效率而進一步提高蒸汽參數至超超臨界時，該熱偏差問題若解決不好，便會導致材料選擇困難，最終使得鍋爐方案無法實施。

為了解決外置式換熱器熱偏差問題，需明確外置式換熱器內氣固流動特性。研究表明，外置式換熱器內的氣固兩相流動屬于鼓泡流化床范疇，但與傳統的鼓泡流化床鍋爐爐內的流動又有不同。這主要是因為二者的粒徑分布存在較顯著的差異。通常，外置式換熱器內的平均粒徑要比常規鼓泡流化床鍋爐爐內粒徑低一個量級，因此使得外置式換熱器內顆粒的成團、返混以及氣體對顆粒的拖曳與夾帶等流動特性均難于參考常規鼓泡流化床鍋爐的相應知識。特別是大型循環流化床鍋爐的爐膛高度超過50m后，可以被氣體夾帶至此高度水平的顆粒粒徑將進一步降低，已接近Geldart粒徑分布法中B類粒子的粒徑下限，因此很難直接應用現有鼓泡床經驗。此外，外置式換熱器內受熱面的方向與灰顆粒的主流流動方向平行，這又與傳統鼓泡床埋管受熱面與灰顆粒主流方向垂直不同，即無法借鑒鼓泡床埋管受熱面的經驗，因此只能進行專門的計算研究。