循環(huán)流化床鍋爐回料系統(tǒng)中的L閥和流動(dòng)密封閥

1、吉林電力2000年第5期(總第150期)JilinElectricPower2000年10月循環(huán)流化床鍋爐回料系統(tǒng)中的L閥和流動(dòng)密封閥132012東北電力學(xué)院沈祥智呂太王擎130021吉林省電力科學(xué)研究院王鳳祥114031鞍鋼房地產(chǎn)管理開發(fā)部隋風(fēng)林【摘要】在介紹循環(huán)流化床鍋爐回料系統(tǒng)中常用的L閥和流動(dòng)密封閥的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上,對影響其運(yùn)行調(diào)節(jié)特性的因素及運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了論述,提出了在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,最后對這2種閥的應(yīng)用提出幾點(diǎn)建議,供同行參考。【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床回料系統(tǒng)L閥流動(dòng)密封閥作為循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵部件物料回送裝置,應(yīng)保證大量燃料和石灰石顆粒在由燃燒室、分離裝置和回送

2、裝置所組成的固體顆粒循環(huán)回路中循環(huán)流動(dòng)穩(wěn)定、無氣體反竄和流量可控,從而保證循環(huán)流化床鍋爐能在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行,為滿足這一要求,物料回送裝置一般由立管和閥兩部分組成。立管能形成足夠的壓差來克服分離器和爐膛之間的負(fù)壓差、防止煙氣反竄,閥能調(diào)節(jié)固體顆粒循環(huán)量。在各種物料回送裝置中,立管的結(jié)構(gòu)差別不是很大,閥的結(jié)構(gòu)差別大,循環(huán)流化床鍋爐幾乎全部采用非機(jī)械閥,固體顆粒在非機(jī)械閥內(nèi)流動(dòng)的動(dòng)力來自一定壓力的空氣。因?yàn)槌錃饬康母淖儠?huì)影響氣固相對滑移速度的大小,進(jìn)而改變作用在固體顆粒上的曳力,所以調(diào)節(jié)充氣量在一定程度上可以調(diào)節(jié)通過閥的固體顆粒循環(huán)量。目前物料回送裝置常用的而且應(yīng)用最廣的非機(jī)械閥是流動(dòng)密封閥(L

3、oopSeal),其次是L閥或者其變化形式J閥和換向密封閥。L閥的結(jié)構(gòu)簡單(見圖1),由2根直徑相同的圓管直角相交而成。112調(diào)節(jié)特性L閥屬于可控型閥,可以通過改變充氣量(即松動(dòng)風(fēng)量)來調(diào)節(jié)和控制固體顆粒循環(huán)量,調(diào)節(jié)性能好而且調(diào)節(jié)范圍較寬;但是L閥啟動(dòng)時(shí)的充氣量比正常運(yùn)行時(shí)的充氣量大得多,啟動(dòng)后需立即減少充氣量。當(dāng)充氣壓力和充氣量一定時(shí),循環(huán)回路的壓力變化對固體顆粒循環(huán)量影響很小。圖1L閥及其2種變化形式1L閥111結(jié)構(gòu)113影響調(diào)節(jié)特性的因素a1充氣位置正常的充氣位置是從L閥水平管的中心線算開口鋼管的內(nèi)徑一般要比放灰支管的內(nèi)徑大50100mm,為防止灰渣漿在兩管接口處噴出管外,開口鋼管需保留

4、一小段封閉管。開口鋼管直接伸至灰壩腳下部,保證壩角不受沖蝕。隨著堆灰渣高度的上升,下部管道允許埋設(shè)在灰渣內(nèi),不需要做什么處理。開口鋼管的開口角度可定在90120°之間,鋼管可直接敷設(shè)在壩的坡面上,也可不設(shè)支墩。此種排放灰渣漿的方法較為簡單,易行,運(yùn)行省事,管理方便,克服了上述方法存在的缺欠。目前東北電力設(shè)計(jì)院各工程的設(shè)計(jì)基本上采用此種方法,此方法倍受運(yùn)行單位的歡迎。(收稿日期20000603)作者簡介王偉民,現(xiàn)在東北電力設(shè)計(jì)院水工處工作,工程師。21© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights

5、 reserved.吉林電力2000年第5期(總第150期)JilinElectricPower2000年10月起,高度大約在L閥管徑的115倍至5倍之間。在這個(gè)范圍內(nèi)充氣時(shí),L閥的氣固輸送特性曲線與充氣位置無關(guān),并且固體顆粒循環(huán)量隨著充氣量的增加而增加。充氣位置超過正常充氣點(diǎn)的范圍時(shí),距L閥水平管的中心線越高,為保證相同的固體顆粒循環(huán)量所需要的充氣量會(huì)越大。在正常的充氣位置之外的更高處和更低處(含水平管中心線處),固體顆粒循環(huán)量有一個(gè)最大值。當(dāng)充氣量超過最大固體顆粒循環(huán)量對應(yīng)的充氣量而增加時(shí),固體顆粒循環(huán)量反而下降。b1充氣口的數(shù)量采用3個(gè)口充氣時(shí),充氣量和固體顆粒循環(huán)量比要采用1個(gè)口充氣多

6、,但在充氣量一定的情況下,采用3個(gè)口充氣的固體顆粒循環(huán)量要比采用1個(gè)口充氣少。c1充氣量充氣量必須增大到某一確定值時(shí)才有固體顆粒流動(dòng),此時(shí)的風(fēng)量為最小啟動(dòng)風(fēng)量。該風(fēng)量與固體顆粒特性、立管直徑和L閥的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。在正常的充氣位置內(nèi),充氣量超過最小啟動(dòng)風(fēng)量后,固體顆粒循環(huán)量隨著充氣量的增加而增加。d1管徑和水平段長度固體顆粒循環(huán)量不變時(shí),管徑越大,所需的充氣量就越多。水平段長度基本不影響固體顆粒的循環(huán)量,但影響L閥的啟動(dòng)和調(diào)節(jié)特性。水平段過短,物料容易自流,不能實(shí)現(xiàn)通過改變充氣量來調(diào)控固體顆粒循環(huán)量;水平段過長,會(huì)增加阻力,物料容易在此滯留,引起固體顆粒循環(huán)量的不穩(wěn)定。圖2流動(dòng)密封閥立管中料柱高

7、度能自動(dòng)升高去適應(yīng)較大的固體顆粒循環(huán)量,建立新的平衡狀態(tài)。流動(dòng)密封閥一般采用底部鼓風(fēng),作為不可控閥運(yùn)行,無需隨時(shí)調(diào)整充氣量;但是只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,適當(dāng)布置側(cè)吹風(fēng),流動(dòng)密封閥即可作為可控閥運(yùn)行,通過改變側(cè)吹風(fēng)量來調(diào)節(jié)固體顆粒循環(huán)量。213影響調(diào)節(jié)特性的因素21311充氣方式充氣方式(如圖2所示)包括閥底部充氣(流化風(fēng)q1和松動(dòng)風(fēng)q2)、分隔板下水平充氣(側(cè)吹風(fēng)q3)、物料出口室不同高度充氣(q4、q5、q6),各種充氣方式對運(yùn)行調(diào)節(jié)特性有不同的影響:改變q1的a1只采用閥底部充氣時(shí),固定q2、運(yùn)行調(diào)節(jié)特性比固定q1、改變q2的要好;b1采用q1和q3組合充氣時(shí)的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性2流動(dòng)密封閥211結(jié)構(gòu)

8、比采用q1和q2組合充氣時(shí)的要好;c1采用q1、q2和q3組合充氣時(shí),固定q1和q2、改變q3的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性比固定q2和q3、改變q1以及固定q1和q3、改變q2的要好;d1采用q1和物料出口室中部鼓風(fēng)q5組合充流動(dòng)密封閥的結(jié)構(gòu)型式有多種,常見的結(jié)構(gòu)型式如圖2所示,用隔板分為物料進(jìn)口室和物料出口室,圖2中各字母意義,將在后文中陸續(xù)交代。212調(diào)節(jié)特性流動(dòng)密封閥屬于自動(dòng)調(diào)整型閥,其特點(diǎn)是固體顆粒循環(huán)量受循環(huán)回路壓力變化的影響很大,具有良好的運(yùn)行特性。若由于某種原因使固體顆粒循環(huán)量下降,則進(jìn)入立管中的固體顆粒流量減少,而該閥仍以原來的固體顆粒流量輸送物料,必定使立管中物料量減少、料柱高度下降,降低

9、了固體顆粒循環(huán)的動(dòng)力,使回送的固體顆粒流量減少到與所需的固體顆粒循環(huán)量一致的新的平衡狀態(tài)。在相反的情況下,22氣時(shí),可以獲得良好的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性;e1采用q1和物料出口室上部鼓風(fēng)q6組合充氣時(shí)的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性不佳。我們推薦采用q1、q2和q3組合充氣且固定q1和q2、改變q3的充氣方式,其原因?yàn)?a1當(dāng)閥水平孔口(如圖2,高度為H1)面積A1與立管截面積A0之比為110時(shí),固體顆粒循環(huán)量隨q3的增大而增大,變化趨勢大致呈線性關(guān)系;b1q3可以冷卻循環(huán)灰,輔助循環(huán)灰顆?？焖偻ㄟ^水平孔口,減少閥內(nèi)結(jié)渣的可能性;c1低負(fù)荷時(shí),由于立管的循環(huán)灰存料量減少,若采用q2調(diào)節(jié),則易造成立管流化、架橋、返料困&#

10、169; 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.吉林電力2000年第5期(總第150期)JilinElectricPower2000年10月難,此時(shí)最好是減少或關(guān)閉q2,通過q3來調(diào)節(jié)。21312充氣量道越小,流動(dòng)的可控性和穩(wěn)定性就越好,其中影響最大的就是水平孔口的面積。另外溢流口的面積對流動(dòng)密封閥的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性也有一定的影響,但不是主要的。若水平孔口的面積較大,則固體顆粒循環(huán)量在流動(dòng)密封閥啟動(dòng)后隨著充氣量的增加迅速達(dá)到最大值而成為不可控閥。但水平孔口的面積在一定的范圍內(nèi),流動(dòng)密封閥可以通過

11、改變外部充氣量的大小來調(diào)節(jié)固體顆粒循環(huán)量。另外,溢流口距主床布風(fēng)板的距離過小,流動(dòng)密封閥的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性會(huì)受循環(huán)床主床壓力波動(dòng)的影響;距離過大,會(huì)增加固體顆粒流動(dòng)的阻力,從而消耗更大的動(dòng)能。與L閥一樣,流動(dòng)密封閥也存在一個(gè)最小啟動(dòng)風(fēng)量,雖然q1、q2和q3都可以單獨(dú)啟動(dòng)流動(dòng)密封閥,但是由于q1、q2和q3的充氣位置不同,因此各自的啟動(dòng)風(fēng)量也不同。單獨(dú)用q1啟動(dòng)流動(dòng)密封閥比單獨(dú)用q2和q3啟動(dòng)流動(dòng)密封閥容易,而且單獨(dú)用q1啟動(dòng)的風(fēng)量一般為210215倍的最小流化風(fēng)量。在流動(dòng)密封閥運(yùn)行過程中,當(dāng)q1足以流化物料出口室內(nèi)的固體顆粒時(shí),物料出口室內(nèi)不會(huì)有滯止的固體顆粒,而且這種情況與q2的大小無關(guān)。在物

12、料進(jìn)口室的固體顆粒滯止區(qū)會(huì)隨q2的增加而逐漸消失,但當(dāng)q2過大時(shí)會(huì)引起立管內(nèi)物料流化或架橋。單獨(dú)采用q3比單獨(dú)采用q2來調(diào)節(jié)流動(dòng)密封閥,更容易在水平孔口和物料出口室內(nèi)形成氣體通道,即使q3很大,也會(huì)在物料進(jìn)口室的充氣點(diǎn)下面和物料出口室沉積一部分固體顆粒,形成堵塞。采用q1和q3組合充氣時(shí),無論q3多大,物料進(jìn)口室的充氣點(diǎn)下面都會(huì)存在固體顆粒滯止區(qū)域。采用q1、q2和q3組合充氣時(shí),物料進(jìn)口室充氣點(diǎn)下面的固體顆粒3運(yùn)行存在的問題311L閥存在的問題L閥存在的問題是因固體顆粒在直角拐點(diǎn)和水平段的沉積、滯留而引起的運(yùn)行不穩(wěn)定性。當(dāng)L閥水平段較長時(shí),不但阻力大,而且必須將充氣量增到很大時(shí)才可能啟動(dòng);一

13、旦啟動(dòng),物料循環(huán)量就增加很多,往往又需馬上把充氣量關(guān)小,才能滿足要求,這對燃燒不利,同時(shí)會(huì)引起循環(huán)物料量的不穩(wěn)定。對于較細(xì)的顆粒,L閥也是難以啟動(dòng)的,而且流量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。為避免主床壓力波動(dòng)的影響,L閥一般采用專用L閥風(fēng)機(jī)供給充氣量。另外,對于75t󰃗h以上的循環(huán)流化床鍋爐,因?yàn)楣腆w顆粒循環(huán)量增多,需要很高的充氣壓力和充氣量,需要在垂直管段布置很多充氣口,又給調(diào)節(jié)充氣帶來很多不便。312流動(dòng)密封閥存在的問題滯止區(qū)域會(huì)隨q2的增加而逐漸消失。采用q1、q2和q3組合充氣時(shí),存在如下經(jīng)驗(yàn)公式:=01027vd21850-A0A001876vd01446vd0180101108式中G為

14、固體顆粒循環(huán)量,kg󰃗s;為氣體密度,kg󰃗m;v為氣體動(dòng)力粘度,Pas;d為回料立管直徑,m;q1為流動(dòng)密封閥物料輸送室底部充氣量即流化風(fēng)量,m3󰃗h;q2為流動(dòng)密封閥物料供給室底部充氣量即松動(dòng)風(fēng)量,m3󰃗h;q3為流動(dòng)密封閥側(cè)吹風(fēng)量,33m󰃗h;qmf為最小流化風(fēng)量,m󰃗h;A在運(yùn)行過程中閥底部有顆粒沉積而引起在閥內(nèi)的堆積燃燒、結(jié)渣,常常出現(xiàn)在鍋爐點(diǎn)火升壓過程、未燃燼的灰粒未建立正?；已h(huán)時(shí),流動(dòng)密封閥內(nèi)循環(huán)灰的可燃物含量增加(燃用無煙煤時(shí)尤易出現(xiàn)此類情況)而產(chǎn)生在閥內(nèi)的后燃。當(dāng)其溫度達(dá)到灰熔融

15、特征溫度t1時(shí),將造成流動(dòng)密封閥閥內(nèi)結(jié)渣而堵塞。一旦出現(xiàn)堵塞,應(yīng)及時(shí)壓火、消除堵灰。特別注意不要將流動(dòng)密封閥內(nèi)的灰全部排盡,以免造成循環(huán)灰層差壓與爐膛差壓、料層差壓不匹配,使燃燒不穩(wěn)定。若出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞,則應(yīng)考慮停爐處理。為回料立管截面積,m2;A1為流動(dòng)密封閥水平孔口面積,m2;A2為流動(dòng)密封閥溢流口(如圖2,溢流口下沿距閥底高度為H,溢流口截面高度為H2)面積,m2。根據(jù)實(shí)際循環(huán)灰最大顆粒的最小流化速度和流動(dòng)密封閥物料輸送室的截面積計(jì)算出qmf,考慮到運(yùn)行時(shí)通過改變充氣量來調(diào)節(jié)固體顆粒循環(huán)量,取流動(dòng)密封閥的運(yùn)行總風(fēng)量即q1+q2+q3=(45)qmf,運(yùn)行中保持q1+q2=(23)qmf不變

16、,通過改變q3來調(diào)節(jié)G。21313結(jié)構(gòu)尺寸不同的結(jié)構(gòu)尺寸對流動(dòng)密封閥的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性有不同的影響。在保證固體顆粒循環(huán)量的前提下,通4設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)411L閥的設(shè)計(jì)水平段長度、充L閥的設(shè)計(jì)主要是確定其直徑、23© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.吉林電力2000年第5期(總第150期)JilinElectricPower2000年10月氣位置和充氣口數(shù)量。L閥直徑一般取為立管的直徑。水平段長度不應(yīng)小于其直徑的115210倍或大于其直徑的8101010倍。如果在具體設(shè)計(jì)時(shí),旋風(fēng)分離器

17、和燃燒室相距太遠(yuǎn),L閥的水平段不得不設(shè)計(jì)得長一些,則可以在L閥水平段的底部送入流化空氣或采用傾斜角度大于55°的傾斜立管來幫助固體顆粒流動(dòng)。充氣位置應(yīng)位于L閥水平管段中心線以上其直徑的210410倍處,最好位于其直徑的210倍處。充氣口數(shù)量可以根據(jù)L閥的直徑、充氣量與固體顆粒循環(huán)量決定。對于直徑013m以下的L閥可采用1個(gè)充氣口,而對于更大直徑的L閥則應(yīng)沿圓周至少布置4個(gè)充氣口,以滿足運(yùn)行調(diào)節(jié)的要求。412流動(dòng)密封閥的設(shè)計(jì)如果鍋爐的運(yùn)行參數(shù)不同,那么分離器結(jié)構(gòu)及工作特性也不同。高溫旋風(fēng)分離器與中溫旋風(fēng)分離器相比,由于壁面耐火層容易脫落使得其下面的回料閥內(nèi)顆粒粒徑差別很大,因此,不能采

18、用相同的流化速度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)固體顆粒循環(huán)量確定的流動(dòng)密封閥的結(jié)構(gòu)尺寸不應(yīng)留有過大的余量,以免增加金屬耗量、所需的充氣量和運(yùn)行能耗,另外,越緊湊的結(jié)構(gòu),其流動(dòng)的可控性和穩(wěn)定性越好。結(jié)構(gòu)尺寸(包括閥長度、寬度、水平孔口和溢流口的尺寸)的確定應(yīng)與立管相匹配,以保證在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到良好的效果。一般閥長度取立管直徑的215310倍,寬度取立管直徑的110115倍,水平孔口的寬度取流動(dòng)密封閥的設(shè)計(jì)寬度,水平孔口的面積取立管截面積的018112倍,溢流口下沿距閥底的高度H取立管直徑的115215倍,建議回料斜管的直徑取立管直徑的110112倍,回料斜管的傾角取為比物料堆積角度小5°10

19、76;。其中,水平孔口上沿距閥底的高度H1和溢流口下沿距閥底的高度H是2個(gè)最為關(guān)鍵的尺寸,避免偏大或偏小。由于各地的煤質(zhì)不同,其顆粒度的大小也不同,如果燃用小顆粒煤比例大、低位發(fā)熱值較低的無煙煤,運(yùn)行時(shí)循環(huán)灰量比較大,此時(shí)應(yīng)增加H1、減小H,但必須保證H1<H,否則,將導(dǎo)致呈正壓的爐膛內(nèi)流化風(fēng)向呈負(fù)壓的旋風(fēng)分離器內(nèi)反竄,破壞旋風(fēng)分離器的工作條件,也使流動(dòng)密封閥的工作終止。風(fēng)量的確定應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的循環(huán)灰中最大顆粒的最小流化速度和流動(dòng)密封閥內(nèi)物料進(jìn)口室的截面積計(jì)算出最小流化風(fēng)量并將其轉(zhuǎn)換成常溫下的臨界風(fēng)量,風(fēng)機(jī)風(fēng)量取該臨界風(fēng)量的45倍。風(fēng)壓的確定一方面要保證流動(dòng)密封閥物料出口室外的壓力大于循環(huán)物料入爐處的壓力、防止煙氣反竄,另一方面要避免立管內(nèi)循環(huán)物料流化而無法通過充氣量來調(diào)節(jié)和控制固體顆粒循環(huán)量。風(fēng)機(jī)壓頭在缺乏足夠數(shù)據(jù)時(shí)可取為主床風(fēng)機(jī)壓頭的115210倍。5幾點(diǎn)建議a1由于流動(dòng)密封閥運(yùn)行穩(wěn)