循環(huán)流化床鍋爐大型化問(wèn)題研究

.爐膛的包覆面積S與其容積V之比為：式中A，B爐膛寬度和深度；H爐膛高度。由于受鍋爐整體布置的影響，鍋爐爐膛深度B<A,S/V>4/A.可見(jiàn)爐膛包覆面積隨爐膛寬度加大，即隨鍋爐容量的加大而減小。顯然，隨循環(huán)流化床鍋爐容量的加大，可容布置的膜式水冷壁受熱面積將減少，造成爐膛內(nèi)布置受熱面“先天不足”。熱量分配變化帶來(lái)的問(wèn)題鍋爐容量和參數(shù)變化引起的熱量分配變化也影響鍋爐受熱面的布置，下面解釋一下鍋爐各部分受熱面熱量分配隨鍋爐容量變化的情況，據(jù)此對(duì)CFB鍋爐大型化受熱面布置問(wèn)題有更深入理解。圖2-475t/hCFB圖2-475t/hCFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配蒸汽參數(shù)發(fā)生變化，各受熱面相對(duì)的吸熱份額會(huì)發(fā)生很大變化。而在假定鍋爐爐膛出口煙溫、熱風(fēng)溫度等不變的情況下，鍋爐爐膛內(nèi)、爐膛出口至省煤器前、省煤器區(qū)域的煙氣放熱比例不會(huì)發(fā)生大的變化。圖2-5125MWCFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配由2-4中結(jié)果可以看出，對(duì)于75t/h容量以下的CFB鍋爐，飽和蒸發(fā)吸熱與爐內(nèi)有效放熱基本匹配，爐膛內(nèi)可以不布置過(guò)熱器受熱面，僅調(diào)整省煤器欠焓就可以實(shí)現(xiàn)吸熱與放熱熱量的匹配。圖2-5125MWCFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配圖2-6300MWCFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配對(duì)于更大容量鍋爐，隨著容量的增加，需要在爐內(nèi)布置的過(guò)熱器與再熱器受熱面比例會(huì)越來(lái)越高。例如圖2-5所示125MWCFB鍋爐，需要超過(guò)一半的過(guò)熱與再熱受熱面布置在爐內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)吸熱與放熱的熱量匹配。圖2-6300MWCFB鍋爐受熱面吸熱與煙氣放熱的匹配而對(duì)于300MWCFB鍋爐，需要近2/3的過(guò)熱與再熱受熱面布置在爐內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)吸熱與放熱的熱量匹配，如圖2-6所示。煤粉爐布置過(guò)熱器和再熱器的的方案是懸吊各種形式的屏式換熱器，而對(duì)于CFB鍋爐由于爐內(nèi)固體顆粒濃度較高，可能對(duì)爐內(nèi)懸吊受熱面造成大的磨損。因此，需要有更好辦法解決大型CFB鍋爐爐內(nèi)受熱面布置困難。2.3.2解決方案為克服CFB大型化中爐膛內(nèi)受熱面布置的困難，不同爐型采取了不同的措施。Lurgi型大型容量CFB鍋爐采用了EHE外置式換熱器；FW型CFB鍋爐采用了INTREX外置式換熱器；FW公司還在爐膛上部布置Ω型和翼片式管屏過(guò)熱器、再熱器或部分蒸發(fā)受熱面。下面簡(jiǎn)單地介紹下這幾種解決方案。外置式換熱器一、外置式換熱器的特點(diǎn)外置式換熱器是布置在CFB鍋爐灰循環(huán)回路上的一種熱交換器。大容量鍋爐在爐內(nèi)受熱面布置空間不足或?yàn)楸苊饽p時(shí)，需要在循環(huán)回路上布置外置床，外置床的功能是將循環(huán)灰載有的部分熱量傳遞給其內(nèi)的受熱面，起到更靈活的調(diào)節(jié)床溫和過(guò)熱汽溫的作用。外置換熱器有以下優(yōu)點(diǎn):(1)外置換熱器可以布置蒸發(fā)受熱面,吸收爐膛中的熱量,有利于鍋爐受熱面的布置與匹配,對(duì)大型化很有意義。外置換熱器中也可以布置過(guò)熱器及再熱器,這樣就可以通過(guò)控制流過(guò)外置換熱器的熱灰量控制再熱器與過(guò)熱器的溫度。(2)外置換熱器的流化速度很低(0.3～1.5m/s),埋管受熱面的磨損比布置在爐膛頂部的受熱面磨損小得多。且外置換熱器的換熱系數(shù)很高,為爐頂受熱面的4倍,因此能節(jié)約管材。(3)不帶外置換熱器的流化床只能通過(guò)改變過(guò)量空氣系數(shù)控制爐膛溫度,這就會(huì)引起燃燒效率的降低。在低負(fù)荷時(shí),爐膛溫度降低會(huì)使燃燒和脫硫惡化。具有外置換熱器的流化床可以通過(guò)控制流過(guò)外置換熱器的灰量來(lái)控制爐膛溫度,而過(guò)量空氣系數(shù)維持不變。爐膛溫度對(duì)CO、SO2、NOx的排放影響很大,通過(guò)控制爐膛溫度,可以使這些氣體的排放量達(dá)到最小。(4)當(dāng)燃料和石灰石的粒徑及品質(zhì)變化時(shí),可以通過(guò)外置換熱器的吸熱量來(lái)調(diào)整鍋爐的輻射吸熱量與對(duì)流吸熱量的比例,保證鍋爐的總吸熱量和床溫不變,提高了鍋爐的燃料適應(yīng)性。二、外置式換熱器的形式帶有外置式換熱器的CFB鍋爐是大容量CFB鍋爐的發(fā)展方向，當(dāng)容量到600MW時(shí)，外置式換熱器更是必不可少的關(guān)鍵部件。目前，國(guó)外大型CFB鍋爐主要采用Lurgi型外置床結(jié)構(gòu)或美國(guó)FW公司的INTREX技術(shù)，在外置床內(nèi)布置有蒸發(fā)受熱面、過(guò)熱器或再熱器。中國(guó)已經(jīng)投入運(yùn)行的300MWCFB鍋爐，也帶有外置式換熱器，自主開(kāi)發(fā)研制的帶外置式換熱器的爐型目前有2臺(tái)，均采用了西安熱工研究院開(kāi)發(fā)的新型外置床1．Lurgi型外置式換熱器（EHE）圖2-7Lurgi型外置式換熱器德國(guó)魯奇（Lurgi）公司研究開(kāi)發(fā)的Lurgi型CFB鍋爐的外置式換熱器見(jiàn)圖2-7，工作原理是高溫旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的循環(huán)灰一部分通過(guò)回料控制器直接進(jìn)入燃燒室，一部分通過(guò)回料閥下部布置的錐形閥，進(jìn)入外置換熱器，經(jīng)過(guò)錐形閥與回料閥的開(kāi)口流通面積可控制進(jìn)入外置床的循環(huán)物料的流量。圖2-7Lurgi型外置式換熱器2．FW型外置換熱器（INTREX）圖2-8INTREX布置方式圖福斯特·慧勒（FW）公司開(kāi)發(fā)出一種所謂整體式再循環(huán)外置流化床換熱器（INTREX），其特點(diǎn)是外置換熱器和爐膛下部緊鄰布置，外殼由膜式水冷壁構(gòu)成。由圖2-8可知，換熱床有三條旁路流化通道。兩個(gè)流化床換熱器中分別布置過(guò)熱器和再熱器的埋管受熱面。旁路通道各有位置較高的溢流口。兩個(gè)換熱床有位置略低的溢流口，旁路通道與換熱床之間的隔墻上都有連通窗口。旁路通道、換熱床下均設(shè)有不風(fēng)板、風(fēng)帽，下面的風(fēng)室則是分開(kāi)的，可分別根據(jù)物料堆積、壓實(shí)或流化的要求調(diào)節(jié)流化風(fēng)量。INTREX采用較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的目的是：1.啟動(dòng)時(shí)分離出的物料不受到冷卻，直接送回主床，升溫快，啟動(dòng)速度快；2.啟動(dòng)時(shí)保護(hù)換熱床中的過(guò)熱器、再熱器等受熱面；3.啟動(dòng)后可靈活地調(diào)節(jié)進(jìn)入換熱床中的固體物料量及從旁路通道直接進(jìn)入主床的物料量，已調(diào)節(jié)主床溫度。圖2-8INTREX布置方式圖3．TPRI緊湊式分流回灰換熱器圖2-9緊湊式分流回灰換熱器為發(fā)展自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型CFB鍋爐技術(shù)，孫獻(xiàn)斌等（2006）開(kāi)發(fā)了緊湊式分流回灰換熱器（CHE，Compactash-flowsplittingHeatExchanger）專利技術(shù)。該外置換熱器采用氣動(dòng)控制原理調(diào)節(jié)循環(huán)灰的分流比例，且為整體化結(jié)構(gòu)。緊湊式分流回灰換熱器的結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，其工作原理是在立管下的灰分配室將循環(huán)灰分流成兩部分，分流比例可調(diào)節(jié)，一部分流向高溫回灰管直接返回爐膛，另一部分則流向布置有受熱面的換熱床，然后流入低溫回料室，低溫灰顆粒通過(guò)低溫回灰管返回爐膛。圖2-9緊湊式分流回灰換熱器Ω管屏式受熱面及翼形式受熱面圖2-10Ω圖2-10Ω管屏式受熱面的布置簡(jiǎn)圖Ω管屏式受熱面是Pyroflow公司的專利技術(shù)，主要目的是為了解決鍋爐大型化后不設(shè)置外置式換熱器帶來(lái)的傳熱面積不足的問(wèn)題及消除管屏的磨損。Ω管屏由外壁為平面的管子以縱向連續(xù)焊接而成（圖2-10），管屏的平表面消除了磨損，同時(shí)管屏又構(gòu)成了布置在爐膛中的結(jié)構(gòu)牢固的汽冷梁，既可用作過(guò)熱器受熱面，也可用作再熱器受熱面。圖2-11翼形屏式受熱面布置簡(jiǎn)圖由于Ω管的管屏式專利技術(shù)，并且制造成本比較高，爐膛上部的受熱面也可以設(shè)計(jì)成翼形屏式受熱面。翼形屏式受熱面利用膜式壁制造而成，管屏縱向布置。為了保證磨損余量，屏式受熱面的管束可以自由膨脹。各管屏之間采用U型彎管連接，以防止屏式受熱面的固有頻率與爐膛的激振頻率接近時(shí)出現(xiàn)共振。目前，翼形屏式受熱面的使用也比較普遍。圖2-11翼形屏式受熱面布置簡(jiǎn)圖2.4緊湊型分離器循環(huán)灰分離器是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵部件之一，其形式?jīng)Q定著鍋爐整體布置的形式和緊湊型。循環(huán)流化床大型化必然帶來(lái)分離器直徑大、數(shù)量多，造成鍋爐整體布置困難。下面先通過(guò)比較幾種典型分離器的特點(diǎn)選出方形分離器是解決這一困難的有益嘗試，再對(duì)方形分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹。2.4.1幾種典型分離器的特點(diǎn)比較循環(huán)流化床的初期研究所選擇用的氣固分離器是高溫旋風(fēng)分離器。傳統(tǒng)的旋風(fēng)分離器具有較長(zhǎng)發(fā)展歷史，技術(shù)成熟、使用可靠，有一整套最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，且分離效率較高。目前很多循環(huán)流化床鍋爐仍在采用這種形式的分離器。許多學(xué)者對(duì)小型旋風(fēng)取樣器和大型工業(yè)旋風(fēng)分離器都進(jìn)行了大量的研究，通過(guò)優(yōu)化旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)與性能，也提出了各種描述分離機(jī)理、計(jì)算分離效率和流動(dòng)阻力等方面的相關(guān)理論。但隨著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器的缺點(diǎn)顯得越來(lái)越突出。如由于其工作溫度高，需要敷設(shè)大量耐火防磨材料和保溫材料，并對(duì)保溫材料有較高的耐高溫要求;因保溫材料的熱慣性較大，而導(dǎo)致分離器的熱J慣性較大，負(fù)荷變化速度慢，進(jìn)而使得鍋爐啟停時(shí)間加長(zhǎng)，運(yùn)行成本增加;因敷設(shè)了大量的耐火防磨和保溫材料，使得分離器體積龐大，不利于循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展等。為了改進(jìn)傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器所存在的這些問(wèn)題，F(xiàn)W此基礎(chǔ)作了重要改進(jìn),采用圖2-12水（汽）旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖了汽水冷卻旋風(fēng)分離器,分離器筒體四周布置了水冷壁,不需在爐膛和旋風(fēng)分離器之間設(shè)置高溫管道,相應(yīng)的隔熱防磨襯里變?。s50mm）,從而使得鍋爐負(fù)荷升降可加快,但缺點(diǎn)是容易造成飛灰可燃物升高，制造工藝復(fù)雜，初投資比較高。圖2-12水（汽）旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖圖2-13美國(guó)B&W公司循環(huán)流化床分離系統(tǒng)A圖2-13美國(guó)B&W公司循環(huán)流化床分離系統(tǒng)A爐頂撞擊返回；B爐內(nèi)U型槽分離器；C水平煙道U型槽分離器；D多管旋風(fēng)分離器原Pyroflow公司考慮到在旋風(fēng)分離器的圓形筒體中布置水冷壁時(shí)相應(yīng)的制造和安裝工藝較為復(fù)雜,因此提出了方形分離器的概念,并將其用到了他們開(kāi)發(fā)的緊湊型循環(huán)流化床鍋爐中,使得鍋爐整體更加一體化和緊湊化。方形分離器是為了適應(yīng)循環(huán)流化床大型化的要求而開(kāi)發(fā)的一種新型氣固分離裝置。慣性分離器雖然也是適應(yīng)大型循環(huán)流化床要求的一種選擇，但其分離效率比旋風(fēng)分離器要差。而方形分離器一方面有旋風(fēng)分離器的高效特點(diǎn)，另一方面又便于同時(shí)實(shí)現(xiàn)分離器內(nèi)的壁面換熱，既可提高鍋爐的整體熱效率，又可大大減少耐火材料的費(fèi)用，以及便于啟停爐和變工況等運(yùn)行調(diào)節(jié)的操作，因而方形分離器是一種較好的新型分離設(shè)備，是大型CFB鍋爐分離器的發(fā)展趨向。2.4.2方形旋風(fēng)分離器（緊湊型分離器）方形分離器是一種新型的旋風(fēng)分離器，它既可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床的П型結(jié)構(gòu)分布，又便于在分離器內(nèi)壁布置受熱面，實(shí)現(xiàn)高溫冷卻型分離，有利于循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展。圖2-14方形分離器布置示意圖方形旋風(fēng)分離器最大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其外形為非圓形，如正方形、長(zhǎng)方形或多邊形，一般采用的形狀均為方形，故而通常簡(jiǎn)稱為方形分離器。由于分離器的幾個(gè)面都是平面結(jié)構(gòu)，因此可以采用加工相對(duì)容易的水冷或汽冷膜式壁組裝而成，從而大大降低制造成本；另一方面由于采用膜式壁結(jié)構(gòu)，因此其內(nèi)部無(wú)需敷設(shè)很厚的耐火層而僅需敷設(shè)40～150mm耐火層即可，從而提高了鍋爐啟停的靈活性，也相對(duì)減少了體積。此外，分離器還可以與爐膛共用一片膜式壁，使得鍋爐結(jié)構(gòu)更為緊湊。更重要的是，分離器可與爐膛組成一個(gè)整體，從而基本消除了與爐膛之間的熱差脹，使整個(gè)鍋爐本體系統(tǒng)更加可靠。圖2-14方形分離器布置示意圖由于方形分離器呈矩形結(jié)構(gòu)，因此可方便地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或過(guò)個(gè)分離器組件并列布置，而且可以布置得相當(dāng)緊湊，一種典型布置方式如圖2-14所示。對(duì)于并列布置形式，其回料即可由每一組件單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，也可匯集至一個(gè)總灰斗中回料。由于方形分離器的優(yōu)越性，方形分離器在循環(huán)流化床中具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景，福斯特·惠勒公司和奧斯龍公司合并后即將方形分離器循環(huán)流化床鍋爐作為大型化方向進(jìn)行重點(diǎn)發(fā)展。另外，由于緊湊型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)形狀上的特點(diǎn)，它還特別適合用于將老的煤粉爐改裝成更高效低污染物排放的循環(huán)流化床鍋爐，例如波蘭圖羅電站的200MW煤粉爐改造為260MW緊湊型循環(huán)流化床鍋爐。圖2-15帶方形分離器的循環(huán)流化床鍋爐布置及流程清華大學(xué)在福斯特·惠勒公司方形分離器的基礎(chǔ)上，發(fā)展了改進(jìn)型的帶加速段的方形分離器，即“水冷異型分離器”，1995年獲得專利，并成功應(yīng)用于75t/h完善化循環(huán)流化床鍋爐上。這種方形分離器入口處增加了一曲面導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板與其入口處的一直壁面形成了漸縮形加速段，并在分離器內(nèi)部用膜式水冷壁或耐火材料將其方形拐角處填充成圓弧形。這些改進(jìn)措施可以減小流動(dòng)阻力，使氣流容易形成離心旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步提高分離效率，有效地克服了絕熱旋風(fēng)分離器的后燃結(jié)焦問(wèn)題；另外，與圓形水（汽）冷卻式旋風(fēng)分離器相比，降低了制造成本。圖2-15帶方形分離器的循環(huán)流化床鍋爐布置及流程2.5布風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)大容量循環(huán)流化床鍋爐相比小容量循環(huán)流化床鍋爐而言,具有更大的床層截面面積,因此,如何保證床內(nèi)物料的均勻流化和防止局部超溫結(jié)焦是布風(fēng)裝置設(shè)計(jì)中值得注意的問(wèn)題。另外,二次風(fēng)在爐內(nèi)的穿透能力也需考慮。首先可采用分割爐膛橫截面（尤其是布風(fēng)板）的方法來(lái)解決由于大爐膛截面所帶來(lái)的困擾,比如Lurgi公司及其他一些公司采用的褲衩型分體爐膛設(shè)計(jì),其將爐膛下部分成兩個(gè)密相區(qū)(相應(yīng)布風(fēng)板也被分成兩部分),與其上部一個(gè)稀相區(qū)形成褲衩形布置。這樣做的目的之一是為了克服大容量循環(huán)流化床鍋爐中由于爐膛截面增大導(dǎo)致二次風(fēng)穿透深度有限這一難題。另外,也相應(yīng)地縮小了布風(fēng)板面積,可用普通風(fēng)帽使床層物料均勻流化而不會(huì)使密相區(qū)床層出現(xiàn)局部超溫結(jié)焦現(xiàn)象。這一設(shè)計(jì)已在投運(yùn)的法國(guó)250MW循環(huán)流化床鍋爐上采用,ABB-CE公司的150MW循環(huán)流化床鍋爐上也采用了褲衩形爐膛的設(shè)計(jì)方法。此外,有些用來(lái)解決爐內(nèi)受熱面布置不足的方法也在一定程度上緩解了由于大截面而帶來(lái)的布風(fēng)不均勻問(wèn)題,如全分隔墻技術(shù)等等。圖2-17ABB-CE的T型風(fēng)帽圖2-16FosterWheeler公司的定向風(fēng)帽另外,可對(duì)布風(fēng)板本身進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì),比如優(yōu)化風(fēng)帽的設(shè)計(jì)。目前普遍應(yīng)用的小直徑風(fēng)帽具有氣流分布均勻性好,但其處理沉積在風(fēng)帽帽沿底下的積渣能力有所不足,這對(duì)于大截面布風(fēng)板的排渣是一大隱患。鑒于此,很多公司對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)帽作了相應(yīng)的改進(jìn)。FosterWheeler公司采用了圖2-16所示的定向風(fēng)帽,可以使大顆粒床料在可能團(tuán)聚、停止流化、過(guò)熱或熔化成更大顆粒團(tuán)之前被迫沿著噴嘴出口氣流所導(dǎo)引的方向流至床的排渣口。另外,定向風(fēng)帽噴嘴的出口較大,直徑為12mm～15mm。這些具有大而單一出口的噴嘴不象有很多小孔出口的噴嘴那樣容易被堵塞,從而避免由此引起的風(fēng)帽燒壞問(wèn)題,但如安裝或運(yùn)行不好則會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的磨損,如寧波某電廠的定向風(fēng)帽背頂產(chǎn)生磨損,分析認(rèn)為這是由于爐內(nèi)床料控制較低而造成的。由于噴嘴直接將含粒料氣流高速吹向面對(duì)的另外一只噴嘴背面而造成其磨損,因此需對(duì)其涉及的有關(guān)問(wèn)題加以注意。ABB-CE公司采用其專利技術(shù)圖2-17ABB-CE的T型風(fēng)帽圖2-16FosterWheeler公司的定向風(fēng)帽值得注意的是,在大容量循環(huán)流化床鍋爐中,為防止布風(fēng)板過(guò)熱,基本上均采用水冷布風(fēng)板,風(fēng)帽則固定在水冷壁管之間的鰭片上。有的公司甚至還將整個(gè)風(fēng)室設(shè)計(jì)成水冷結(jié)構(gòu),使得其可減少用于水冷風(fēng)箱和布風(fēng)板的高溫膨脹節(jié)和厚耐火層,同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)床下點(diǎn)火和快速啟動(dòng)。第3章大型CFB鍋爐運(yùn)行的主要問(wèn)題翻床和磨損是大型循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中的典型問(wèn)題，是引起大型循環(huán)流化床鍋爐停爐的主要原因。本章對(duì)翻床和磨損現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出處理這些問(wèn)題的方法。3.1循環(huán)流化床翻床現(xiàn)象由第二章所分析，褲衩褪爐膛結(jié)構(gòu)是大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展趨向，其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了空氣與床料的良好混合；采用同樣的二次風(fēng)壓，由于雙支腿的截面長(zhǎng)和寬均大大減小，二次風(fēng)能夠很好穿透爐內(nèi)物料，加強(qiáng)了爐內(nèi)床料的擾動(dòng)。缺點(diǎn)在于運(yùn)行中可能出現(xiàn)床料翻床現(xiàn)象，一旦發(fā)生床料翻床現(xiàn)象，則有可能造成鍋爐停爐，影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而單爐膛就沒(méi)有翻床現(xiàn)象。下面對(duì)褲衩褪爐膛結(jié)構(gòu)的翻床現(xiàn)象進(jìn)行分析。3.1.1雙支腿結(jié)構(gòu)CFB鍋爐的翻床現(xiàn)象所謂床料翻床，是指雙支腿爐膛結(jié)構(gòu)的CFB鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，由于兩支腿之間出現(xiàn)較大的床壓差，使?fàn)t內(nèi)大部分床料在短時(shí)間內(nèi)集聚在某一個(gè)支腿內(nèi)，另一個(gè)支腿幾乎沒(méi)有床料，出現(xiàn)吹空現(xiàn)象，造成床壓急劇升高而塌床。在已經(jīng)投運(yùn)的法國(guó)普羅旺斯電廠和美國(guó)紅山電廠的250MWCFB鍋爐上，調(diào)試過(guò)程中均出現(xiàn)過(guò)床料翻床現(xiàn)象。白馬循環(huán)流化床示范電站300MWCFB鍋爐自2005年12月30日鍋爐投煤以來(lái)，在鍋爐調(diào)試期間也出現(xiàn)過(guò)翻床現(xiàn)象，曾經(jīng)造成停爐。床料翻床現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下幾方面:(1)爐膛兩支腿的床壓波動(dòng)頻繁且波動(dòng)幅度加大。在(1~2)kPa范圍內(nèi)波動(dòng)尚可維持機(jī)組運(yùn)行，壓力偏差超過(guò)2kPa則相應(yīng)的流化一次風(fēng)壓力大幅波動(dòng)，床壓高側(cè)爐膛一次風(fēng)量大幅減小，床溫急劇升高；床壓低側(cè)爐膛一次風(fēng)量大幅增加，床溫急劇下降；(2)兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)電流偏差大，電流值波動(dòng)大；(3)二次風(fēng)壓力不正常波動(dòng)；(4)汽溫、汽壓大幅波動(dòng),水位難于控制；(5)一次風(fēng)道、下二次風(fēng)道產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。3.1.2翻床的原因及處理方法床壓過(guò)低、過(guò)高大唐紅河發(fā)電公司300MW循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)燃用褐煤，由于褐煤的熱碎性比較強(qiáng)，粗顆粒進(jìn)入爐內(nèi)受熱后爆裂成很細(xì)的顆粒，大部分小于設(shè)計(jì)粒徑，引起旋風(fēng)分離器效率降低，造成大量物料損失，床壓隨著運(yùn)行時(shí)間的推移而逐漸降低；高負(fù)荷工況時(shí)，一次風(fēng)量大，如果床壓低、床層薄、兩床的平衡十分脆弱，若工況大幅度變化則易導(dǎo)致兩床失穩(wěn);床壓過(guò)高時(shí),必然導(dǎo)致一次風(fēng)壓、一次風(fēng)量隨之提高，但是風(fēng)機(jī)的出力以及一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的開(kāi)度卻有限，一旦一次風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工況區(qū)工作，風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)性能將大大減弱，極易造成兩床失穩(wěn)甚至翻床。對(duì)此，可采取以下處理方法：(1)運(yùn)行中當(dāng)床壓低于16kPa時(shí)，可以減小一、二次風(fēng)量，降低一次風(fēng)壓，但操作中要注意一次風(fēng)量不能低于臨界流化風(fēng)量。同時(shí)，通過(guò)加床料系統(tǒng)補(bǔ)充床料，以提高床壓。(2)為了解決高負(fù)荷情況下床壓過(guò)低問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，取消了輸煤系統(tǒng)的二級(jí)籠式細(xì)碎機(jī)，只用一級(jí)環(huán)錘式破碎機(jī)，使進(jìn)入爐內(nèi)的燃煤粒徑由6mm提高到30mm左右，致使床壓由持續(xù)緩慢下降，變成緩慢上升。(3)運(yùn)行中當(dāng)床壓高于22kPa時(shí)，可以通過(guò)排渣系統(tǒng)排出部分爐渣。由于燃煤灰分僅為14%左右，正常情況下，床壓不會(huì)太高，只有在50%負(fù)荷以下，且排渣系統(tǒng)不暢通時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致床壓偏高。一、二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板故障一、二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板采用的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)，氣源由4臺(tái)儀用空壓機(jī)提供。由于儀用空壓機(jī)系統(tǒng)故障，導(dǎo)致所有氣動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)失去氣源而無(wú)法調(diào)節(jié)。加之，一、二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板失靈，無(wú)法調(diào)節(jié)，這樣左右兩側(cè)一、二次風(fēng)量就可能出現(xiàn)不可調(diào)節(jié)的偏差，從而引發(fā)兩床失穩(wěn)甚至翻床。對(duì)此，可采取以下處理方法:(1)若儀用空壓機(jī)系統(tǒng)故障，一、二次風(fēng)擋板因“三斷閉鎖”而無(wú)法調(diào)節(jié)時(shí)，兩床失穩(wěn)將不可避免。為防止翻床，應(yīng)及時(shí)手動(dòng)切斷燃料，停一、二次風(fēng)機(jī)，延時(shí)停流化風(fēng)機(jī)(為了防止堵塞回料閥和外置床，流化風(fēng)機(jī)在一次風(fēng)機(jī)停后應(yīng)延時(shí)30s左右停)。由于循環(huán)流化床鍋爐蓄熱能力很大，在這種情況下，其壓力和溫度一般可以維持10h以上，機(jī)組不解列。(2)若系一、二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板卡澀。如是輕度卡澀，想辦法盡快恢復(fù)；如調(diào)節(jié)擋板確已卡死，無(wú)法調(diào)節(jié)又不能馬上處理好，并且已經(jīng)發(fā)生了翻床，應(yīng)果斷采取停爐不停機(jī)的處理方式。物料循環(huán)不暢300MW循環(huán)流化床鍋爐物料循環(huán)量非常大，額定工況下通過(guò)4個(gè)回料閥和外置床的外循環(huán)物料量約2500t/h。因此，回料閥、外置床物料循環(huán)不暢，就將引起爐膛兩側(cè)床壓的大幅度波動(dòng)，若處理不當(dāng),將引起兩床失穩(wěn)甚至翻床?；亓祥y流化不良、外置床流化不良和外置床錐閥卡澀等，均會(huì)造成物料循環(huán)不暢。此時(shí)，應(yīng)立刻采取手動(dòng)活動(dòng)錐閥，加大流化風(fēng)量或者投用輸送壓縮空氣吹掃等輔助手段疏通。兩床床溫偏差大物料的流化性能與其溫度有很大的關(guān)系，溫度越高，其流化性能就越好，反之就越差。因此，運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)盡量調(diào)整爐膛兩側(cè)的床溫一致，以獲得相同的流化性能，從而可以在相同的配風(fēng)條件下使兩床平穩(wěn)。運(yùn)行中，通過(guò)控制布置有中溫過(guò)熱器受熱面的兩個(gè)外置床的進(jìn)料量來(lái)控制床溫。床溫投自動(dòng)時(shí)，被調(diào)量是床溫，其被調(diào)量定值是爐膛密相區(qū)上部3個(gè)床溫測(cè)點(diǎn)的平均值，若一個(gè)床溫測(cè)點(diǎn)故障顯示不準(zhǔn)，將造成被調(diào)量與其設(shè)定值之間出現(xiàn)較大偏差，或者被調(diào)量大幅度跳動(dòng)，導(dǎo)致物料流化特性不斷地發(fā)生改變。若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致兩床失穩(wěn)甚至翻床。出現(xiàn)床穩(wěn)偏差時(shí)，應(yīng)首先解除故障側(cè)床溫的自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持當(dāng)前床溫，手動(dòng)微調(diào)，同時(shí)處理床溫測(cè)點(diǎn)。兩側(cè)給煤量不平衡因鍋爐采用4條給煤線，兩級(jí)6點(diǎn)給煤方式，前后墻的回料管線各2點(diǎn)，左、右兩側(cè)墻中部的給煤管線各1點(diǎn)。鍋爐運(yùn)行中若出現(xiàn)單側(cè)一條或兩條給煤線突然故障，將導(dǎo)致?tīng)t膛兩側(cè)的給煤量不平衡，爐膛兩側(cè)床壓就會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象。此時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整一次風(fēng)量偏差，適當(dāng)減小斷煤側(cè)的一次風(fēng)量，及時(shí)減少未斷煤側(cè)的給煤量，適當(dāng)增加該側(cè)的一次風(fēng)量。通過(guò)采取上述運(yùn)行調(diào)整措施和處理方法，基本解決了循環(huán)流化床鍋爐減負(fù)荷或低負(fù)荷時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的翻床的問(wèn)題。3.2循環(huán)流化床鍋爐磨損影響大容量循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展的主要因素，由于磨損造成的停爐事故接近停爐總數(shù)的50%，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)成為影響循環(huán)流化床鍋爐推廣應(yīng)用的主要障礙。下面對(duì)循環(huán)流化床鍋爐磨損現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出如何減輕磨損的處理措施。3.2.1循環(huán)流化床鍋爐磨損機(jī)理在循環(huán)流化床鍋爐床料循環(huán)回路中，由于煙氣流速高、煙氣中的灰量大，爐墻和受熱面受到大量固體顆粒的沖刷，爐內(nèi)金屬受熱面和非金屬爐膛的磨損比傳統(tǒng)鍋爐要嚴(yán)重得多。尤其是較高循環(huán)倍率的循環(huán)流化床鍋爐，爐內(nèi)煙氣所攜帶的灰量，往往是普通煤粉爐的十幾倍，甚至幾十倍。當(dāng)高含塵濃度的煙氣攜帶床料粒子高速流過(guò)時(shí)，就會(huì)在爐墻或金屬受熱面表面產(chǎn)生磨損。按照磨損機(jī)理不同，可把磨損分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損和微動(dòng)磨損等。在循環(huán)流化床鍋爐中，受熱面、金屬部件和耐火材料的磨損主要表現(xiàn)為沖蝕磨損。沖蝕磨損是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。沖蝕磨損存在兩種基本類型：一種為沖刷磨損，另一種為撞擊磨損，這兩種磨損造成沖蝕表面流失過(guò)程的微觀形貌是不完全相同的。對(duì)于沖刷磨損，顆粒與固體表面的沖擊角較小，甚至接近平行；顆粒垂直于固體表面的分速度使它楔入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動(dòng)，兩個(gè)分速度合成的效果起一種刨削作用，固體表面的磨損速率隨時(shí)間延長(zhǎng)變化不大。對(duì)于撞擊磨損，顆粒相對(duì)于固體表面的沖擊角較大，或接近于垂直，以一定的運(yùn)動(dòng)速度撞擊固體表面使其產(chǎn)生塑性變形或顯微裂紋，長(zhǎng)期、大量顆粒的反復(fù)撞擊使得固體表面疲勞破壞，隨時(shí)間遷移，磨損速率有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，甚至變形層脫落，最終導(dǎo)致磨損量突升。3.2.2循環(huán)流化床鍋爐本體的易磨損部位循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損循環(huán)流化床鍋爐受熱面的磨損循環(huán)流化床鍋爐的受熱面主要包括爐膛水冷壁、爐內(nèi)受熱面、尾部對(duì)流煙道受熱面、外置式換熱器等。受熱面的磨損主要是由沖刷、沖擊和微振磨損造成的。（1）爐膛水冷壁的磨損水冷壁管磨損是受熱面磨損中嚴(yán)重部位之一。①水冷壁與耐火材料交接處的磨損:由于循環(huán)流化床鍋爐為了增加蒸發(fā)受熱面，爐膛稀相區(qū)的水冷壁不再敷設(shè)耐火材料，僅在爐膛下部濃相區(qū)的水冷壁管上敷設(shè)耐火材料。這樣在耐火材料與水冷壁的交界和過(guò)渡區(qū)域，氣-固兩相的正常流動(dòng)發(fā)生變化，導(dǎo)致此區(qū)域的水冷壁磨損。圖3-1爐膛開(kāi)孔處彎管的磨損區(qū)域②不規(guī)則管壁的磨損圖3-1爐膛開(kāi)孔處彎管的磨損區(qū)域爐膛部分設(shè)有人孔門(mén)、觀火孔等圓孔處是易磨損的部位之一，如圖3-1所示。水冷壁的焊接處也是易磨損的部位之一。測(cè)爐溫時(shí),爐內(nèi)插入足夠深的熱電偶會(huì)對(duì)局部顆粒和流動(dòng)特性造成較大影響，而造成熱電偶護(hù)套和鄰近水冷壁管的磨損。（2）爐內(nèi)其它受熱面的磨損在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)，除布置爐膛水冷壁外，在許多設(shè)計(jì)中還布置有屏式翼形管、屏式過(guò)熱器、水平過(guò)熱器管屏等。其磨損機(jī)理與水冷壁相似。爐頂受熱面也是受磨損的部位之一。（3）尾部對(duì)流煙道受熱面的磨損尾部對(duì)流煙道受熱面包括過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，由于這些受熱面處于旋風(fēng)分離器之后，就其磨損特征而言，與煤粉鍋爐沒(méi)有太大區(qū)別。造成對(duì)流煙道受熱面磨損的主要原因是分離器的運(yùn)行效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值，有較多的飛灰顆粒進(jìn)入尾部對(duì)流受熱面，煙氣飛灰濃度太高而使其磨損加劇。（4）外置式換熱器的磨損循環(huán)流化床鍋爐的外置式換熱器運(yùn)行在鼓泡床工況，由于運(yùn)行風(fēng)速略高于臨界流化速度，同時(shí)床內(nèi)很少有燃燒發(fā)生，因此磨損問(wèn)題與鼓泡流化床鍋爐及爐內(nèi)受熱面相比要輕得多。外置式流化床換熱器的主要問(wèn)題是由于微振造成傳熱管壁的磨損。循環(huán)流化床鍋爐耐火材料的磨損圖3-2循環(huán)流化床鍋爐耐火材料的使用區(qū)域耐火材料的作用主要是防止高溫?zé)煔夂臀锪蠈?duì)金屬構(gòu)件的高溫氧化腐蝕和磨損，兼有隔熱作用，由于其組成骨料較粗，其表面不可能相當(dāng)光滑，所以仍具有一定的磨損速度。使用耐火材料的主要區(qū)域有:燃燒室、旋風(fēng)分離器、外置式換熱器、煙道及物料回送管路等，如圖3-2所示，粗黑實(shí)線表示關(guān)鍵耐火材料襯里區(qū)域。圖3-2循環(huán)流化床鍋爐耐火材料的使用區(qū)域（1）燃燒室的磨損爐膛部分一般采用厚爐襯，該爐襯是由75~150mm的致密抗磨損澆注料或可塑料覆蓋并以相似厚度的保溫材料構(gòu)成，通常毀壞都是由過(guò)度的裂縫和擠壓剝落而引起的。（2）旋風(fēng)分離器的磨損一般爐膛頂部及分離器入口段，旋風(fēng)筒弧面與煙道平面相交部位是可能磨損的主要部位。由于煙氣發(fā)生旋轉(zhuǎn)，物料方向改變，速度高且粒度粗、密度大，因此很容易發(fā)生磨損。同時(shí)，該部位耐火材料較厚，一般情況下又不均勻，溫度梯度也不均勻，加之經(jīng)受900℃左右甚至還高的高溫，因此過(guò)度的熱沖擊會(huì)引起襯里材料的裂縫，造成耐磨材料的破壞。（3）立管及返料器熱沖擊及顆粒循環(huán)變化常會(huì)導(dǎo)致立管和返料器的磨損。另外，因?yàn)槭┕べ|(zhì)量問(wèn)題也往往導(dǎo)致立管和返料器磨損。（4）膨脹節(jié)的磨損在循環(huán)流化床鍋爐中，當(dāng)膨脹節(jié)超過(guò)設(shè)計(jì)間隙或其間隙內(nèi)進(jìn)入高溫物料時(shí)，會(huì)造成膨脹節(jié)處耐火材料摩擦或受力擠壓而損壞，如果大量的高溫物料進(jìn)入膨脹節(jié)內(nèi)，將加劇磨損，甚至直接燒壞金屬物件，造成鍋爐無(wú)法運(yùn)行。3.2.3防磨的主要技術(shù)措施選擇合適的防磨材料材料防磨主要指選擇適合于流化床鍋爐使用的防磨材料，例如金屬和非金屬材料、耐火內(nèi)襯材料及對(duì)金屬表面進(jìn)行噴涂處理的材料等，其中耐火內(nèi)襯材料是最主要的防磨材料。（1）選擇適合循環(huán)流化床鍋爐使用的金屬材料設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)使用材料既要成本低，又要滿足鍋爐運(yùn)行要求。與常規(guī)鍋爐一樣，循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)人員在選擇一種特定用途的材料時(shí)，不能過(guò)分保守而選用昂貴的材料；其次，對(duì)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果、易出故障的部位則應(yīng)當(dāng)使用余量足夠的材料。在循環(huán)流化床鍋爐中，碳鋼和合金鋼最重要的用途是制作鍋爐的承壓管，這些管子結(jié)構(gòu)布置通常復(fù)雜，包括:膜式水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、省煤器對(duì)流管束，用于支撐管束的吊掛管，較特殊的管子，包括流化床換熱器管束、燃燒室上部的懸掛屏、燃燒室的管屏、水冷風(fēng)室、水冷或汽冷的旋風(fēng)分離器等。（2）選擇合適的耐火材料對(duì)常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐選用耐火材料作為內(nèi)襯時(shí)應(yīng)滿足如下要求：①內(nèi)循環(huán)渦流型湍流床內(nèi)襯，要求高耐磨、高溫和抗沖刷；②高中溫外循環(huán)分離器入口段內(nèi)襯，要求高耐磨、高耐溫性；③中高溫外循環(huán)分離器簡(jiǎn)體，要求耐熱、保溫、熱惰性小；④點(diǎn)火燃燒室煙道,要求抗熱沖擊；⑤懸浮室要求抗熱沖擊、耐磨、熱惰性小。由于循環(huán)流化床鍋爐物料循環(huán)倍率、燃料特性和燃燒方式對(duì)內(nèi)襯磨損有直接影響，對(duì)以上參數(shù)有特殊要求的鍋爐應(yīng)采取相應(yīng)的具體措施。影響耐火材料耐磨性的最直接的因素是抗壓強(qiáng)度。耐火材料的選擇首先要考慮其物化性質(zhì)，還要兼顧經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合耐火內(nèi)襯部位的特點(diǎn)、承載內(nèi)襯的部件結(jié)構(gòu)、耐溫抗磨要求進(jìn)行綜合比較，做到技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)可靠和經(jīng)濟(jì)合理。因此，耐火材料一般都采用幾種不同材料進(jìn)行分部位敷設(shè)。采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 針對(duì)燃燒特性、鍋爐運(yùn)行狀況及各部位磨損機(jī)理等的不同，對(duì)鍋爐的不同部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（1）受熱面防磨結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)埋管受熱面防磨鰭片鰭片有兩方面的防磨作用：①阻礙氣泡與埋管表面的直接接觸，減輕了氣泡尾渦粒子對(duì)表面的沖擊；②隔斷了顆粒沿表面的滑動(dòng)，導(dǎo)致埋管表面的顆粒流化強(qiáng)度減弱，部分地消除了表面的周期性氣隙現(xiàn)象及由此產(chǎn)生的錘擊效應(yīng)。擋板利用擋板可改變水冷壁近壁面向下流動(dòng)的固體物料流，達(dá)到防磨的目的。另外還有防磨罩、防磨套管、迎流面采用的厚壁管,管束前加假管，過(guò)熱器、省煤器特殊結(jié)構(gòu)管等。（2）襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在循環(huán)流化床鍋爐中主要采用3種不同形式的襯里設(shè)計(jì)：水冷壁襯里，薄的或厚的非水冷壁襯里。水冷壁襯里主要敷設(shè)在爐膛和高溫旋風(fēng)分離器區(qū)域，用短銷釘將25~50mm厚的致密耐火材料支撐在煙氣側(cè)的鍋爐管件上。外側(cè)即非向火側(cè)用常規(guī)保溫材料來(lái)保持水/蒸汽的高溫。薄襯里較厚襯里更能經(jīng)得起快速熱沖擊。為增加其剛性的抗擊能力，常在水冷壁襯里內(nèi)添加金屬纖維。對(duì)材料工作表面進(jìn)行特殊處理金屬表面處理技術(shù)包括熱噴涂、熱處理、電鍍、熱浸鍍等。其中熱噴涂技術(shù)是一項(xiàng)有效的防磨措施，它能防止磨損和腐蝕的原因：①涂層的硬度較基體的硬度更大；②涂層在高溫下會(huì)生成致密、堅(jiān)硬和化學(xué)穩(wěn)定性更好的氧化層，且氧化層與其基體的結(jié)合更牢。后一種原因更為重要。熱噴涂技術(shù)是一種材料表面保護(hù)和強(qiáng)化的新技術(shù)，它是以氣體、液體燃料以及電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等粉末或絲材、棒材加熱到熔化或半熔融狀態(tài)，借助于火焰推力或壓縮空氣噴射而粘附到預(yù)先經(jīng)過(guò)表面處理的工作表面形成涂層，賦予工作以耐磨、耐蝕、抗高溫、耐氧化、隔熱、絕緣等特性，以達(dá)到提高工件性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的一種技術(shù)。按熱源的種類可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂。運(yùn)行中的技術(shù)措施循環(huán)流化床鍋爐燃料顆粒組份是影響其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，對(duì)床層分布、燃燒效率、爐內(nèi)溫度、返料量、煙氣粒子濃度等都有影響，進(jìn)而對(duì)鍋爐系統(tǒng)各受熱面及內(nèi)襯材料的磨損產(chǎn)生影響。因此，在運(yùn)行中應(yīng)首先控制床料及煤粒的篩分比，調(diào)整風(fēng)量，降低煙氣的流速，降低煙氣粒子濃度和粒子直徑以減少磨損。安裝施工中的技術(shù)措施（1）燃燒帶爐膛布風(fēng)板周圍為四側(cè)水冷壁,在布風(fēng)板上部約3.5m高度范圍內(nèi)水冷壁的內(nèi)外側(cè)全部焊接銷釘，整體澆注“耐高溫耐磨澆注料”，外側(cè)安裝金屬護(hù)板。向火面的澆注料層厚度通常為20~30mm，該區(qū)域就是“燃燒帶”。該部位的磨損全部由耐高溫耐磨澆注料來(lái)承擔(dān)，澆注料的材質(zhì)和施工質(zhì)量是減小磨損的重點(diǎn)。在施工中需注意以下幾點(diǎn)：①水灰比必須控制好，要嚴(yán)格按材料使用說(shuō)明書(shū)施工；②攪拌要均勻，使用強(qiáng)制性攪拌機(jī)，攪拌至糊狀，攪拌好的澆注料不可存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；③使用小直徑振搗棒或片式振搗棒，將澆注料振搗實(shí)；④烘爐溫升曲線嚴(yán)格按材料供應(yīng)廠家提供的資料進(jìn)行。（2）水平煙道高速煙氣攜帶大量的未燃盡的煤粒和飛灰，旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)入水平煙道，在入口處對(duì)水冷壁形成沖擊，因此在入口處水冷壁向火面必須敷設(shè)寬的澆注料。水平煙道通流面積小，煙氣從爐膛進(jìn)入水平煙道后流速增大，在旋風(fēng)分離器進(jìn)口風(fēng)速達(dá)到20m/s左右，對(duì)四壁的磨損很大，也有可能引起振動(dòng)。此處耐磨澆注料的選材和施工要求與燃燒帶相同，必須選用800~1000℃溫度區(qū)耐磨度最大的材料。選材失誤會(huì)嚴(yán)重影響安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。水平煙道側(cè)墻不可砌筑成單墻，增加牽連磚往往也不能解決根本問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間沖刷、振動(dòng)會(huì)使墻體倒塌。側(cè)墻與護(hù)板之間要用耐熱鋼筋連接，可在高度方向每500mm連接一道。無(wú)護(hù)板的墻體要將相鄰兩墻連成整體，同樣在高度方向每500mm連接一道。（3）尾部煙道對(duì)流受熱面旋風(fēng)分離器后部安裝有過(guò)熱器、省煤器等，管排與護(hù)板之間砌爐墻或澆筑耐火混凝土，管排與爐墻之間的間隙要嚴(yán)格控制。間隙過(guò)小影響受熱面的正常膨脹，間隙過(guò)大會(huì)形成“煙氣走廊”。若一旦形成“煙氣走廊”將帶來(lái)嚴(yán)重后果。在管排施工期間，應(yīng)嚴(yán)格控制管排與立柱之間的間距、管排與護(hù)板之間的距離；在爐墻砌筑期間，控制托磚架、拉鉤與管排之間的距離，最后控制爐墻與管排之間的距離。第4章超臨界CFB鍋爐關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題采用超臨界參數(shù)是提高鍋爐機(jī)組效率和經(jīng)濟(jì)性的有效手段。CFB鍋爐作為一種技術(shù)比較成熟、投資成本最低、適合中國(guó)資源特點(diǎn)并能滿足國(guó)家污染物排放要求的潔凈煤技術(shù)，研制自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的600MW超臨界CFB鍋爐，是中國(guó)CFB鍋爐技術(shù)發(fā)展的必然選擇和下一步的工作重點(diǎn)。本章將在對(duì)超臨界基本技術(shù)介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合CFB鍋爐技術(shù)特點(diǎn)，分析發(fā)展超臨界CFB鍋爐重點(diǎn)研究解決的技術(shù)問(wèn)題。4.1超臨界鍋爐4.1.1概述隨著壓力的提高，水的飽和溫度隨之相應(yīng)提高，汽化潛熱減小，水和汽的密度差也減小。當(dāng)壓力提高到22.12MPa時(shí)，汽化潛熱為零，汽和水的密度差也等于零，該壓力稱之為臨界壓力。水在臨界壓力下加熱到374.15℃時(shí)，即全部汽化成蒸汽，該溫度稱之為臨界溫度（即相變點(diǎn)）。超臨界壓力與臨界壓力時(shí)情況相同，當(dāng)水被加熱到相應(yīng)壓力下的相變點(diǎn)溫度時(shí)，即全部汽化。因此，超臨界壓力下水變成蒸汽，不再存在汽化兩相區(qū)。對(duì)大多數(shù)壓力低于18MPa的鍋爐，利用下降管中水與上升管中汽水混合物的密度差，可以實(shí)現(xiàn)水蒸發(fā)系統(tǒng)的自然循環(huán)，因此水系統(tǒng)采用自然循環(huán)汽包爐較為適宜。對(duì)20MPa以上壓力包括超臨界參數(shù)鍋爐，由于水、汽之間的密度差較小，水的自然循環(huán)已經(jīng)不可靠，應(yīng)采用強(qiáng)制循環(huán)直流鍋爐設(shè)計(jì)。顯然，對(duì)于超臨界壓力鍋爐，只能采用直流鍋爐的汽水循環(huán)方式，不能采用汽包鍋爐的自然循環(huán)方式。在超臨界壓力鍋爐的正常運(yùn)行期間，有水變成過(guò)熱蒸汽經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即加熱和過(guò)熱，不存在飽和蒸發(fā)階段，工質(zhì)狀態(tài)由水逐漸變成過(guò)熱蒸汽。根據(jù)熱力學(xué)理論，提高蒸汽的溫度、壓力參數(shù)可以提高整個(gè)機(jī)組的發(fā)電效率，降低燃料消耗，并進(jìn)而相對(duì)降低CO2、SO2和NOx的排放。與可用率為85%的典型600MW煤粉爐（PC）發(fā)電機(jī)組相比，據(jù)分析，超臨界機(jī)組的煤耗、CO2和SO2的排放量都比亞臨界發(fā)電機(jī)組降低了17%左右，而NOx的排放降低了62%左右（亞臨界鍋爐沒(méi)有采取NOx減排措施，超臨界鍋爐采用了低NOx燃燒器）。表4-1中國(guó)亞臨界、超臨界和超超臨界600MW機(jī)組經(jīng)濟(jì)性參數(shù)比較類型主蒸汽壓力（MPa）主蒸汽溫度（℃）再熱蒸汽溫度（℃）熱耗（kJ/kWh）發(fā)電效率（%）效率提高（%）超超臨界機(jī)組256006007421.944.953.34超臨界機(jī)組24.2566566752243.662.05亞臨界機(jī)組16.7538538778741.61基準(zhǔn)表4-1所示為中國(guó)采用不同參數(shù)600MW機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性參數(shù)比較。因此，采用高參數(shù)、高效率、低污染、具有較大調(diào)峰能力的大容量機(jī)組，對(duì)于提高能源的利用率，節(jié)能降耗，減少污染物排放，均具有重要意義。4.1.2超臨界參數(shù)的基本特性正如前面提到的，在壓力達(dá)到臨界壓力22.12MPa點(diǎn)后，當(dāng)溫度達(dá)到相變點(diǎn)374.15℃時(shí)，汽化潛熱為零，汽和水的密度差也等于零，超臨界壓力下水變成蒸汽，不再存在汽水兩相區(qū)。超臨界參數(shù)下，水蒸氣具有如下不同亞臨界情況的基本特征。超臨界壓力水蒸氣的比體積、比熱和焓（1）比體積大比體積特性1kg水或蒸汽所具有的容積叫做比體積，其單位為m3/kg.在臨界壓力以下時(shí)，1kg水被加熱之后變成飽和蒸汽，容積要增加很多倍，其容積增大倍數(shù)與壓力有關(guān)。當(dāng)壓力達(dá)到臨界壓力時(shí)，水和蒸汽的比體積相等，臨界比體積為0.00317m3/kg（3.17cm3/g）。在臨界核超臨界壓力時(shí)，雖然沒(méi)有像臨界壓力以下的蒸發(fā)現(xiàn)象，但在相變點(diǎn)附近，工質(zhì)的比體積還是增大相當(dāng)快，也即密度將顯著減小。（2）比熱大比熱特性比熱的意義是在特定的熱工過(guò)程中，使1kg工質(zhì)的溫度升高1℃所需要的熱量。同一種工質(zhì)在不同的熱工過(guò)程中，如等容、等壓過(guò)程中加熱，每千克工質(zhì)溫度升高1℃所需要的熱量叫做定容比熱（cv）或定壓比熱（cp）。超臨界壓力水的比熱隨溫度的提高而增加，而蒸汽的比熱是隨溫度的提高而減小。相變區(qū)工質(zhì)的比熱最大，因此就以最大比熱點(diǎn)定義為相變點(diǎn)。在相變點(diǎn)附近存在一最大比熱區(qū)，隨著壓力的提高，在最大比熱區(qū)的變化有所減緩。一般以比熱大于8.37kJ/(kg·K)的區(qū)域稱為最大比熱區(qū)。大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)比容的急劇變化，必然導(dǎo)致工質(zhì)的膨脹量增大，從而引起水動(dòng)力不穩(wěn)定。在超臨界鍋爐設(shè)計(jì)中、都盡量將“工質(zhì)相變點(diǎn)”布置在爐膛熱負(fù)荷較低的區(qū)域。（3）焓從溫度0℃作為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，使工質(zhì)達(dá)到規(guī)定的熱力狀態(tài)參數(shù)時(shí)，總共吸收的熱量叫做熱焓（簡(jiǎn)稱焓）。對(duì)于超臨界壓力，焓是壓力和溫度的函數(shù)。臨界壓力和超臨界壓力在相變點(diǎn)附近，當(dāng)溫度稍有變化時(shí)，焓值變化很大，但是超過(guò)一定壓力以后，焓值變化減緩。超臨界壓力下的類膜態(tài)沸騰超臨界壓力水蒸氣在相變點(diǎn)附近除了工質(zhì)的比容、比熱、焓有明顯變化之外，工質(zhì)的動(dòng)力黏度μ、導(dǎo)熱系數(shù)λ均有顯著的降低。隨著溫度不斷升高，動(dòng)力黏度μ和導(dǎo)熱系數(shù)λ先是下降，而后略有上升。在一般情況下，鍋爐沸騰管中的管壁對(duì)工質(zhì)放熱系數(shù)α2高達(dá)104W/(m2·K);只要管內(nèi)流動(dòng)正常，管壁溫度將遠(yuǎn)低于鋼材的極限允許溫度。但當(dāng)鍋爐工作壓力達(dá)到亞臨界及超臨界，鍋爐爐膛水冷壁熱負(fù)荷較高時(shí)，即使在未發(fā)生水動(dòng)力多值性、汽水流量脈動(dòng)以及過(guò)大的熱偏差等情況下，也會(huì)發(fā)生水冷壁沸騰管管壁超溫?zé)龘p的問(wèn)題。這是由于水冷壁沸騰管內(nèi)側(cè)的放熱過(guò)程在一定條件下發(fā)生了傳熱惡化現(xiàn)象。超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)壁面附近的流體黏度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、密度等物性參數(shù)發(fā)生顯著變化容易引起類膜態(tài)沸騰問(wèn)題。例如，當(dāng)工質(zhì)溫度溫度在300～400℃范圍內(nèi)時(shí)，邊界層中的流體導(dǎo)熱系數(shù)降低，使導(dǎo)熱性較差的流體與管壁接觸，且壁面處的流體速度遠(yuǎn)小于管中心的流體速度，在熱負(fù)荷較大時(shí)就可能導(dǎo)致傳熱惡化。這種現(xiàn)象類似于亞臨界參數(shù)下的膜態(tài)沸騰，稱為類膜態(tài)沸騰。4.2超臨界CFB鍋爐的可行性在超臨界煤粉爐中，由于爐膛中燃燒比較集中，熱負(fù)荷分布不均，工質(zhì)的熱偏差較大，再加上工質(zhì)溫度較高，因此水冷壁部件的冷卻能力是關(guān)鍵之一。而循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的溫度和熱流比煤粉爐低得多，降低了對(duì)水冷壁冷卻能力的要求；循環(huán)流化床爐膛內(nèi)的熱流密度在爐膛底部最大，且隨著爐膛高度的增加而逐漸減小，如圖4-1所示。所以熱流最大值出現(xiàn)在爐膛底部附近，剛好處于工質(zhì)溫度最低的爐膛下部區(qū)域，有利于水冷壁金屬溫度的控制，而對(duì)于煤粉爐，爐膛內(nèi)熱流曲線峰值對(duì)應(yīng)的工質(zhì)溫度較高。循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒使得爐膛內(nèi)的溫度水平低于一般煤灰的灰熔點(diǎn)，加上爐膛內(nèi)較高的固體顆粒濃度，所以水冷壁上基本沒(méi)有積灰結(jié)渣，保證了水冷壁的吸熱能力。與煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的溫度非常均勻，尤其是寬度和深度方向上的熱負(fù)荷分布比煤粉爐均勻得多，因而水冷壁沿寬度和深度方向的吸熱也更加均勻?？梢?jiàn)，循環(huán)流化床鍋爐所具有的特性使其更適合與超臨界技術(shù)相結(jié)合。隨著循環(huán)流化爐床鍋爐技術(shù)的日益成熟，超臨界蒸汽循環(huán)和循環(huán)流化床燃燒技術(shù)相結(jié)合具有突出的優(yōu)點(diǎn)。圖4-1CFB鍋爐與PC鍋爐的熱流密度對(duì)比超臨界循環(huán)流化床鍋爐兼?zhèn)淞搜h(huán)流化床燃燒技術(shù)和超臨界壓力蒸汽循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。超臨界循環(huán)流化床鍋爐作為下一代循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，由于可以得到較高的供電效率，脫硫成本比煙氣脫硫低50%以上，而投資最多與PC+FGD持平，很可能是一種適于在中國(guó)大量推廣的高效潔凈煤發(fā)電技術(shù)，其商業(yè)前途十分光明。圖4-1CFB鍋爐與PC鍋爐的熱流密度對(duì)比4.3超臨界CFB鍋爐的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題4.3.1超臨界CFB鍋爐的水冷壁結(jié)構(gòu)常規(guī)超臨界煤粉鍋爐燃燒室受熱面設(shè)計(jì)大體分為多通道上升型、螺旋盤(pán)管和一次垂直上升型（亦稱作本生型）三類，如圖4-2所示。圖4-2直流鍋爐爐膛受熱面布置圖4-2直流鍋爐爐膛受熱面布置圖4-2直流鍋爐爐膛受熱面布置方式1．多通道上升型圖4-2直流鍋爐爐膛受熱面布置方式為了維持在爐膛高熱負(fù)荷區(qū)域受熱面管壁的正常溫度工況，不出現(xiàn)管內(nèi)側(cè)的傳熱惡化，必須保證管內(nèi)工質(zhì)足夠的質(zhì)量流速。特別是對(duì)于容量較大的鍋爐，由于鍋爐爐膛周界長(zhǎng)度和蒸汽產(chǎn)量的比值相對(duì)較大，要是工質(zhì)有足夠的質(zhì)量流速，就必須減小管子直徑、增大管子，這就是導(dǎo)致管屏剛性低于設(shè)計(jì)要求。另一種在不降低管子直徑和增大管子節(jié)距的前提下增大工質(zhì)質(zhì)量流速的方法，就是采用將管屏分為幾個(gè)單元，在每個(gè)單元，蒸汽沿爐內(nèi)管屏上升，從爐外集中下降，再連接到另一單元，使各個(gè)單元的管屏形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而提高工質(zhì)質(zhì)量流速。此即為多通道上升型。多通道的特點(diǎn)是：①采用高質(zhì)量流率有效的冷卻；②多通道減少吸熱不平衡。通道進(jìn)出口聯(lián)箱工質(zhì)全混，管間熱偏差?。虎蹱t膛懸吊具有垂直上升結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但不同通道之間串聯(lián)連接，工質(zhì)存在溫差，從而產(chǎn)生不同管屏間的熱膨脹問(wèn)題；④必須定壓運(yùn)行，因此需要增加一個(gè)減壓裝置；⑤管系復(fù)雜，流程總長(zhǎng)長(zhǎng)度，給水泵壓頭高，功耗大。2.螺旋盤(pán)管型另一種提高工質(zhì)質(zhì)量流速同時(shí)還能防止不同管子之間因吸熱不均勻?qū)е碌臒崞畹姆椒ㄊ遣捎寐菪P(pán)管的方法。即受熱面由許多平行并聯(lián)管子由下往上盤(pán)旋而成。由于管圈的傾角和管子的節(jié)距可以根據(jù)需要選取，因此管子的直徑和質(zhì)量流速的選擇比較自由，各種容量的鍋爐都可以采用這種結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際鍋爐中，通常將爐膛下部輻射區(qū)設(shè)計(jì)成螺旋盤(pán)管形式，以保證爐膛中下部區(qū)域傳熱惡化區(qū)域具有較高的質(zhì)量流速和較小的熱偏差，而在爐膛上部采用較為簡(jiǎn)單的垂直上升結(jié)構(gòu)形式。螺旋盤(pán)管的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：①高質(zhì)量流速率有效冷卻管子；②螺旋盤(pán)管減少管間吸熱不均勻性，由于每一根管子均經(jīng)歷吸熱較弱和較強(qiáng)區(qū)域，對(duì)于煤粉鍋爐，其吸熱不均勻性的相對(duì)值小于20%,一般為10%左右；③單上升流路減少了連接管，沒(méi)有爐外下降管，受壓部分的金屬耗量少；④制造和安裝比較麻煩，同時(shí)管圈的支吊比較困難，很難采用全懸吊結(jié)構(gòu)，需要復(fù)雜的懸吊系統(tǒng)，由于管圈內(nèi)每根盤(pán)管的結(jié)構(gòu)尺寸不同，制造安裝都比較麻煩。并且，由于管圈尺寸大，無(wú)法組合出廠，現(xiàn)場(chǎng)組裝工作量大，質(zhì)量也較難保證；⑤可以滑壓運(yùn)行。3.一次垂直上升型（亦稱作本生型）顯然，單純從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單來(lái)講，采用一次垂直上升型，無(wú)疑是最為方便的，它具有支吊方便的優(yōu)點(diǎn)，而且適宜于再制造廠內(nèi)制成組件，便于現(xiàn)場(chǎng)組合安裝。當(dāng)然，采用這一結(jié)構(gòu)形式的關(guān)鍵，是必須保證在低質(zhì)量流速下水冷壁管的水動(dòng)力學(xué)安全，為此，在吸熱較強(qiáng)的下部輻射受熱區(qū)域，往往采用內(nèi)螺旋管來(lái)強(qiáng)化傳熱，以降低傳熱惡化燒壞管子的危險(xiǎn)，同時(shí)往往對(duì)管子入口加裝節(jié)流管圈調(diào)節(jié)管子間的流量偏差，根據(jù)管子的吸熱不均勻性情況調(diào)節(jié)管子的進(jìn)水量。本生直管設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：①低質(zhì)量流速可降低阻力，甚至可以具有一定的自然循環(huán)特性，進(jìn)一步改善管間熱偏差；②可采用內(nèi)螺旋管強(qiáng)化內(nèi)傳熱；③系統(tǒng)簡(jiǎn)單，減少連接管；④簡(jiǎn)單自我支撐懸吊結(jié)構(gòu)；⑤可以變壓運(yùn)行；⑥阻力小，減少給水泵功耗。采用以上何種結(jié)構(gòu)形式，除了與各技術(shù)流派的關(guān)系之外，關(guān)鍵取決于實(shí)際鍋爐受熱面熱負(fù)荷的分布、管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流速的要求和工藝結(jié)構(gòu)的可行性等具體因素。煤粉爐爐膛受熱面熱負(fù)荷分布非均勻性程度很大，因此水側(cè)需要采用相對(duì)較高的質(zhì)量流率和均流措施。防止高熱負(fù)荷區(qū)發(fā)生第一類傳熱危機(jī)及第二類傳熱危機(jī)，同時(shí)盡可能減小水冷壁管組內(nèi)的熱水力偏差。對(duì)上述三種主要的超臨界煤粉鍋爐燃燒室受熱面結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用于CFB鍋爐時(shí)，其須進(jìn)行考慮。對(duì)于多通道上升型結(jié)構(gòu)，除了系統(tǒng)復(fù)雜性與阻力因素之外，不同上升通道管屏之間存在的膨脹，必然導(dǎo)致?tīng)t膛密封問(wèn)題。由于CFB鍋爐內(nèi)有大量床料存在，且爐膛相當(dāng)部分由耐火澆注料整體澆注而成，管屏間的膨脹導(dǎo)致的密封問(wèn)題對(duì)CFB鍋爐而言是較難很好解決的問(wèn)題。CFB鍋爐爐內(nèi)物料流動(dòng)的特點(diǎn)，也決定了在CFB鍋爐中采用螺旋盤(pán)管型結(jié)構(gòu)是不可行的。在CFB鍋爐爐膛內(nèi)，其水冷壁壁面承受著大量自上而下的貼壁流顆粒的沖刷。大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，CFB鍋爐爐內(nèi)水冷壁一旦出現(xiàn)非直上直下的突出或繞流等情況，必然導(dǎo)致十分嚴(yán)重的磨損。螺旋盤(pán)管型結(jié)構(gòu)中，水冷壁管傾斜一定角度布置，這種情況應(yīng)用于CFB鍋爐爐膛，嚴(yán)重的水冷壁管磨損將難以壁面。因此，CFB鍋爐水冷壁不能采用螺旋盤(pán)管型結(jié)構(gòu)。一次垂直上升型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)，能否應(yīng)用的關(guān)鍵是保證在低質(zhì)量流速下水冷壁管的水動(dòng)力學(xué)安全性。而對(duì)于這一點(diǎn)，CFB鍋爐相較煤粉鍋爐，其爐內(nèi)各區(qū)域的熱負(fù)荷分布要均勻的多，使管子出現(xiàn)在高熱負(fù)荷區(qū)發(fā)生第一類傳熱危機(jī)及第二類傳熱危機(jī)的可能性大大降低。因此，CFB鍋爐爐膛受熱面采用一次垂直上升型結(jié)構(gòu)具有比煤粉鍋爐更大的優(yōu)勢(shì)。4.3.2超臨界CFB水動(dòng)力特性研究超臨界CFB鍋爐水動(dòng)力特性研究是超臨界CFB鍋爐研究中最為重要的研究課題。超臨界CFB鍋爐研究中的其他許多課題，事實(shí)上在中小容量CFB鍋爐大型化過(guò)程中已有許多研究和實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累。而采用直流技術(shù)的超臨界CFB鍋爐，其水動(dòng)力學(xué)特性只有煤粉鍋爐的研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。因此，需要研究的問(wèn)題也很多，同時(shí)有很多未知的領(lǐng)域。前面已經(jīng)談到，CFB鍋爐適宜采用一次垂直上升本生技術(shù)，這里對(duì)一次上升垂直平行蒸發(fā)管組的阻力特性進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。如圖4-3所示，管內(nèi)流動(dòng)阻力（總壓降）由流體靜壓頭（重位壓降）和沿程摩擦阻力（摩擦壓降）兩部分構(gòu)成，在同一管排中，不同管子前后所處的壓力是相同的。當(dāng)管子因處于不同的受熱情況下，吸熱會(huì)發(fā)生偏差?？傮w來(lái)講，吸熱強(qiáng)的管子，其密度減小，流速增加，因此流體靜壓頭會(huì)減少，沿程摩擦阻力會(huì)增加，兩者之間會(huì)引起一定的彌補(bǔ)作用，具體彌補(bǔ)情況與管子的質(zhì)量流率有關(guān)系。圖4-3管內(nèi)流動(dòng)阻力圖4-3管內(nèi)流動(dòng)阻力大體上在質(zhì)量流率為1000kg/（m2·s）左右，靜壓頭減少與沿程摩擦阻力升高正好可以相互彌補(bǔ)，則不同熱負(fù)荷下管子的總阻力仍然維持平衡，管子的質(zhì)量流率可以保持相等水平。此即圖4-4所示中間的兩條棒圖情況。圖4-4管內(nèi)阻力與管內(nèi)流率及熱負(fù)荷的關(guān)系質(zhì)量流率低于1000kg/（m2·s）時(shí)，重位壓降所占比例大于摩擦壓降，相同質(zhì)量流量下，熱負(fù)荷大的管子靜壓頭減少大于沿程摩擦阻力升高，使總管壓降減少，此即圖4-4中左邊兩條棒圖情況。這樣，在前后壓差相同的情況下，熱負(fù)荷大的管子質(zhì)量流率會(huì)增加，從而整個(gè)管排具有自補(bǔ)償?shù)淖匀谎h(huán)特性，對(duì)消除熱水力偏差有利。同時(shí)，質(zhì)量流率低時(shí)，總壓降也會(huì)降低，從而節(jié)約給水泵功耗。當(dāng)然，質(zhì)量流率低時(shí)，q/ρw增大，管排整體離發(fā)生傳熱惡化的區(qū)域會(huì)更近一些，亦即管子更危險(xiǎn)一些。圖4-4管內(nèi)阻力與管內(nèi)流率及熱負(fù)荷的關(guān)系高于1000kg/（m2·s）時(shí)，熱負(fù)荷的增加使總管壓降增加。同理，質(zhì)量流率高于1000kg/（m2·s）時(shí)，重位壓降所占比例小于摩擦壓降，相同質(zhì)量流量下，熱負(fù)荷大的管子靜壓頭減少小于沿程摩擦阻力升高，使總管壓降增加，此即圖4-4中右邊兩條棒圖情況。這樣，在前后壓差相同的情況下，熱負(fù)荷大的管子質(zhì)量流率會(huì)減少，整個(gè)管排具有直流特性，對(duì)消除熱水力偏差不利，需要采取措施防止。同時(shí)，質(zhì)量流率高時(shí)，總壓降也會(huì)升高，從而增大給水泵功耗。當(dāng)然，當(dāng)質(zhì)量流率高時(shí)，q/ρw減少，管排整體離發(fā)生傳熱惡化的區(qū)域會(huì)更遠(yuǎn)一些，亦即管子更安全一些。因此，CFB鍋爐水動(dòng)力學(xué)計(jì)算，關(guān)鍵是要尋求合適的質(zhì)量流率設(shè)計(jì)，使管排整體離發(fā)生傳熱惡化的區(qū)域盡可能遠(yuǎn)，同時(shí)，應(yīng)盡可能減小管排中熱水力偏差，使管排中處于最惡劣工況下的管子仍然處于安全區(qū)域內(nèi)。本生垂直管設(shè)計(jì)的一個(gè)選擇是采用內(nèi)螺旋管以較低的阻力增加的代價(jià)，強(qiáng)化管內(nèi)汽液兩相的傳熱，從而使相同工質(zhì)干度下的管壁溫度降低，或者說(shuō)提高了發(fā)生傳熱危機(jī)的臨界傳熱負(fù)荷，也可以說(shuō)是提高了界限含汽率。從本生設(shè)計(jì)的角度意味著可以在管材允許的使用溫度范圍，降低質(zhì)量流率。德國(guó)西門(mén)子公司對(duì)內(nèi)螺紋的幾何尺寸進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，所得到的優(yōu)化幾何尺寸內(nèi)螺紋管性能較普通內(nèi)螺紋管更加優(yōu)秀，可以使用在鍋爐的高熱負(fù)荷，低質(zhì)量流率一次通過(guò)垂直管本生設(shè)計(jì)上。該優(yōu)化的內(nèi)螺紋管屬于西門(mén)子專利技術(shù)，采用本生一次通過(guò)垂直管設(shè)計(jì)，比起多通道設(shè)計(jì)和螺旋盤(pán)管設(shè)計(jì)有優(yōu)勢(shì)。水動(dòng)力學(xué)計(jì)算的目的，是確定各受熱面管不同管子在不同負(fù)荷情況下的工質(zhì)質(zhì)量流率、相應(yīng)的流動(dòng)阻力，以及管子中工質(zhì)的傳熱、溫度、管子的壁溫情況等。重點(diǎn)是要核算處于最惡劣工況條件下的管子的安全情況。即確定工質(zhì)質(zhì)量流率最小、熱流密度最大的管子及其危險(xiǎn)部位，并核算管子不同負(fù)荷下水動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，包括流動(dòng)不穩(wěn)定性、管間脈動(dòng)等。CFB鍋爐爐內(nèi)流動(dòng)、燃燒和傳熱的特點(diǎn)，已經(jīng)決定了燃燒室熱負(fù)荷分布相對(duì)于煤粉爐更能合理適合超臨界條件水加熱過(guò)程，同時(shí)其熱負(fù)荷峰值遠(yuǎn)低于煤粉爐，控制傳熱危機(jī)相對(duì)容易。但詳細(xì)具體的水動(dòng)力學(xué)計(jì)算十分重要且必不可少。這其中需要具體解決的主要問(wèn)題可能包括以下幾個(gè)方面：（1）掌握CFB鍋爐爐內(nèi)熱負(fù)荷分布情況，為工質(zhì)側(cè)的水動(dòng)力學(xué)計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（2）工質(zhì)側(cè)傳熱特性及相應(yīng)的計(jì)算公式的確定，尤其是傳熱惡化條件下的計(jì)算公式，包括采用內(nèi)螺紋管情況下的計(jì)算公式等。目前，掌握比較多的是煤粉鍋爐工況條件下有關(guān)的特性與計(jì)算公式。而對(duì)于CFB鍋爐，