循環流化床鍋爐爐膛傳熱系數研究范文

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《動力工程學報》2014年第六期

1試驗受熱面及測量方法

試驗受熱面為水冷壁換熱器，第一組水冷壁換熱器布置在距布風板3．2～4．4m的區域，第二組水冷壁換熱器布置在距布風板15．6～16．6m的區域，分別模擬CFB鍋爐過渡區及稀相區的水冷壁．2組水冷壁換熱器的結構相同，每組由7根直徑為25mm的光管組成，相鄰管節距為45mm，水冷壁換熱器高度為1．2m，受熱面積為0．791m2．在水冷壁熱器的進、出口集箱安裝熱電偶以測量進、出口工質的溫度；在水冷壁換熱器進、出口煙氣側安裝熱電偶以測量換熱器進、出口煙氣的溫度，從而確定傳熱溫差；在水冷壁換熱器進、出口煙氣側安裝壓力測量元件以測量換熱器進、出口的壓差，從而確定測試段的顆粒懸浮密度；采用浮子流量計測量流經水冷壁換熱器的工質流量．水冷壁換熱器測點布置及其結構見圖2．

2試驗結果及分析

在CFB鍋爐爐膛內，影響爐膛受熱面傳熱系數的主要因素有床溫、顆粒懸浮密度、灰顆粒粒徑及流化速度等．在灰顆粒粒徑基本相同的情況下，流化速度對傳熱系數的影響主要通過影響顆粒懸浮密度從而產生間接影響［1］．因此，筆者重點考察了床溫和顆粒懸浮密度對爐膛水冷壁傳熱系數的影響．圖3給出了試驗得到的相對傳熱系數h2／h2b與床溫的關系曲線，其中h2b為基準工況的傳熱系數，爐內顆粒懸浮密度為11．95kg／m3．由圖3可知，隨著爐膛床溫的升高，相對傳熱系數相應增大，主要原因是床溫的升高使得灰顆粒與受熱面管束的輻射換熱增強．圖4給出了試驗得到的相對傳熱系數h2／h2b與顆粒懸浮密度ρsus的關系曲線，其中床溫為941℃．由于CFB鍋爐爐內顆粒的熱容量大大高于氣體的熱容量，顆粒對流傳熱為主要傳熱機制．顆粒對流傳熱系數的大小主要依賴于受熱面上固體顆粒的聚集濃度以及顆粒的更新率．在CFB鍋爐爐膛內，壁面附近的顆粒濃度與整個床截面的平均顆粒懸浮密度成正比．而平均顆粒懸浮密度的增大使得壁面附近的顆粒濃度增大，提供了更多的顆粒與壁面之間發生傳熱的機會．因此，隨著顆粒懸浮密度的增大，相對傳熱系數增大．由于CFB鍋爐爐膛中心區域的大部分顆粒向上運動，而水冷壁附近的顆粒向下運動，爐膛顆粒懸浮密度通常根據測量不同高度爐膛壓差來計算。

3傳熱系數的關聯模型

針對CFB鍋爐爐內傳熱系數，不同學者在試驗臺或工業裝置上進行了傳熱規律的測試研究工作，建立了相應的爐內傳熱系數計算模型（見表1），但這些傳熱系數計算模型的適用溫度最高為940℃．通過對1MWCFB鍋爐試驗臺傳熱系數試驗數據的整理和回歸，得到高溫型CFB鍋爐爐膛傳熱系數的關聯模型為當顆粒懸浮密度為7kg／m3、床溫為824～940℃時，該關聯模型與表1中Dutta等（2002）的關聯模型計算得到的傳熱系數對比見圖6，兩者計算結果偏差小于8．6％．

4結論

（1）隨著床溫的升高及顆粒懸浮密度的增大，爐膛傳熱系數相應增大．（2）通過對試驗數據的回歸整理得到高溫型CFB鍋爐爐膛傳熱系數關聯模型，爐膛傳熱系數可表示為床溫與顆粒懸浮密度的關聯式．該關聯式得到的爐膛傳熱系數計算值與試驗值的偏差小于7％．（3）當顆粒懸浮密度為7kg／m3、床溫為824～940℃時，本文傳熱系數關聯模型與Dutta等（2002）關聯模型計算得到的傳熱系數偏差小于8．6％．

作者：孫獻斌劉海峰王海濤時正海高洪培金森旺單位：中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司