循环流化床锅炉热惯性分析

　　引　言

　　循环流化床(CFB)锅炉是将燃料中的化学能转化为蒸汽内能的装置,其能量传递的过程如图1所示。锅炉的动态特性实际上是主蒸汽参数(工质内能)对操作参数扰动的响应特性,因此能量传递各环节的蓄热能力大小代表了其热惯性的大小。在循环流化床大型化过程中,随着锅炉容量的变化各环节的热惯性在整个能量传递链中所占的比例也相应发生变化。明确各环节在能量传递过程中影响的大小,有助于把握住能量传递过程中的主要因素,对于循环流化床锅炉动态特性的研究,特别是对动态过程的建模具有指导意义。

　　1　计算方法

　　按照热惯性的定义,分别对典型的75,130,220,440,670和1 025 t/h等6个容量等级的同类型CFB锅炉热惯性进行定量估算。锅炉均为高温绝热旋风筒简约型布置,按照锅炉的100%负荷工况计算。

　　1.1　床料热惯性

　　CFB锅炉与常规的煤粉炉的一个很大区别在于其床料循环系统中存在大量的循环物料量,这些循环物料对保证CFB锅炉中的流态、传热性能和燃烧份额分配具有重要意义[4]。由于床料本身的质量不容忽视,因此其热容应该在能量传递过程中予以考虑。由于所计算的CFB锅炉均为单炉膛结构,不带外置换热床,因此计算中主要考虑了炉膛、分离器、分离器后立管及返料阀中的存料量,床料热惯性即存料量与床料比热容的乘积。

　　炉膛内的存料量主要表征参数为炉内床压降,计算中忽略加速压降和摩擦压降,则炉膛内存料量与炉膛内床压降的关系为:

　　1.2　烟气热惯性

　　虽然CFB锅炉炉膛和尾部烟道中存在一定质量的烟气,但烟气在整个锅炉系统中的停留时间较短(一般在10 s量级),因此建模时通常不考虑烟气的热惯性。为便于与其它环节的热惯性比较,本文也考虑了烟气产生的热惯性。烟气热惯性的估算方法较为简单。一方面,按照锅炉结构参数计算出锅炉各部件容积,再减去床料占据的体积便是烟气的体积;另一方面,根据烟气温度可以估算出烟气密度和比热容,三者的乘积即为烟气的热惯性。

　　1.3　耐火材料热惯性

　　为防止磨损,CFB锅炉在炉膛下部高物料浓度区域、炉膛出口区和转向室的膜式壁内表面覆盖有一定厚度的耐火材料,分离器、料箱腿或料斗腿、回料装置和分离器出口烟道为绝热结构。耐火材料具有相当大的质量(量级比锅炉内床料量更大),其热惯性不容忽视。在实际运行中,由于各厂家和用户的习惯差异,耐火材料涂层的厚度也有所不同,本文中膜式壁敷设的耐火层厚度统一按照距受热面中心线0.2 m估算,分离器、后立管、返料装置及分离器出口烟道按0.35 m估算。