第36卷第2期2005年3月锅炉技术BOILERTECHNOLOGYVol.36,No.2Mar.,2005收稿日期:20040422作者简介:刘鸿(1970,男,东南大学动力系博士生,主要从事电站锅炉仿真、循环流化床锅炉仿真、洁净煤燃烧等方向的研究。:CN311508(200502002405循环流化床锅炉静态特性分析刘鸿,周克毅(东南大学动力系,江苏南京210096关键词:循环流化床;静态特性摘要:根据循环流化床锅炉的工作特点,结合已有研究,分析了循环流化床锅炉的静态特性,为循环流化床控制系统的设计、调试以及稳定运行提供必要的理论基础。:TK229.6+6文献标识码:A1前言循环流化床锅炉(CirculatingFluidizedBedBoiler简称CFBB具有燃料适应性广、燃烧效率高、负荷调节性能好、SOx和NOx排放量低等优点,正日益显示出旺盛的生命力。循环流化床锅炉的燃烧过程十分复杂,燃烧受到多种因素的影响。循环流化床锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密耦合的复杂系统,使得其自动控制比一般锅炉更加复杂和困难。对循环流化床锅炉运行特性的分析与研究,弄清楚这些变量间的相互关系,深入了解燃烧系统的特性,对循环流化床锅炉自动控制系统的设计、调试以及可靠运行都至关重要。目前大型循环流化床锅炉在国内的应用不是很多,对循环流化床锅炉特性的研究也比较缺乏。考虑到大型循环流化床锅炉一般不在密相区设置受热面,所以本文重点分析密相区无受热面循环流化床锅炉的静态特性。2燃料量变动对锅炉运行的影响2.1炉内辐射传热特性当送入炉膛的燃料量变动时,炉膛内的温度和炉膛出口燃烧产物的温度亦将改变。当燃料量变化不大时,炉膛出口烟温Tc的变化可由以下两式作定性分析:Tc=1000Bσh(Tb-Tw+F(T4b-T4wT2b12(1Bj=AφVCh(Tb-Tw+F(T4b-T4wTb-1000Bσh(Tb-Tw+F(T4b-T4wT2b(2式中:A———传热面积;B———燃料量;Tb———稀相区进口折算烟温;Tw———水冷壁壁温;Bj———计算燃料消耗量;VC———炉膛燃烧产物的平均热容,有VC=(Ql-I″l/(Tb-Tc;φ———保热系数;σ———Stefan2Boltzman常数[(5.67×10-8W/(m2・K4]。为简化起见,令:σ1εeff+1εw-1=F,C=σφ,1ad+m=B考虑到流化床中95%以上为灼热惰性灰渣,可燃物含量在5%以下。即使是燃用高灰分的燃料,每秒新加入的煤粒也还远远小于灼热床料的1%。因而当给煤量出现较小变化而其它输入量不变时,可认为固体颗粒循环量不变。事实上在固体颗粒循环量不变时循环流化床中表观流化速度的提高会增大气体对流传热,但同时会使颗粒对流传热减少,而后者的减小一般略微大于前者,因而当外部条件变化不大时可以近似认为对流传热是不变的。所以以上方程组中在给煤量出现较小变化时,除了Tb、Tc、B、Bj外,其它参数是物性参数,故而可认为近似等于常数。分别就式(1和(2对Tb求导,有第2期刘鸿,等:循环流化床锅炉静态特性分析T′c=1000Bσ12h(2Tw-Tb+2F(T4b+T4w2[h(Tb-Tw+F(T4b-T4w]121T2b(3B′j=AVCh+4FT3bTb-1000Bσh(Tb-Tw+F(T4b-T4wT2b+h(Tb-Tw+F(T4b-T4w1-T′c(4在上式中Tb总是大于Tw,同时h(2Tw-Tb又总<2F(T4b+T4w,所以T′c总是>0的。另外Tb总是>1000Bσh(Tb-Tw+F(T4b-T4wT2b=Tc,而Tc′总是<1,即B′j总是>0。这样可以得到dTc/dBj>0。也就是当燃料量增加时,炉膛出口温度Tc会增加。单位燃料量在炉内的放热量为[1]Qd=Ql-I″l(5式中:I″l———炉膛出口烟气焓。当燃料量增加时,出口烟温增加,因而出口烟焓I″l也增大,因随单位燃料进入炉内的热量基本不变,由上式可知单位燃料量在炉内的放热Qd减少了。对循环流化床锅炉来说,由于稀相区出口烟气的含灰量比煤粉炉高得多,相应的燃烧产物的比热也要大得多,因此再增加燃料量时,燃烧产物的进口折算温度的增加不大。因而吸热量的增加不可能大于燃料量增加所带入的热量。这表明循环流化床锅炉炉内传热特性是辐射特性。相对煤粉炉而言,由于循环流化床锅炉炉内传热中对流传热占了很大份额,受对流特性的影响,所以其炉内辐射传热特性没有煤粉炉那么强,再加上燃烧产物的进口折算温度的增加不大,因此单位燃烧料量在炉内的放热减少份额与煤粉炉相比很小。2.2煤种变化对锅炉运行的影响煤种的变化主要是指发热量和灰分、挥发分的变化,循环流化床燃烧技术就整体而言具有广泛的煤种适应性,但对给定的锅炉来...