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300MW循环流化床锅炉外置式换热器性能仿真
张雨英,杨 晨(重庆大学动力工程学院,重庆 400030)
摘 要:随着循环流化床锅炉的大型化,外置式换热器的研究也越来越广泛和深入.为了研究外置式换热器的工作过程,针对东方锅炉集团(公司)300MW循环流化床锅炉的外置式换热器,建立了换热器的流动模型和传热模型.根据小室模型理论,将外置式换热器按受热面划分为多个小室,建立各自对应的质量和能量守恒方程.根据假设对模型进行简化,选用经典四阶龙格-库塔法和Fortran语言编写代码,最后对上述仿真模型进行稳态和动态测试.稳态和动态试验中,模型均能较快达到稳定,并得到合理结果,表明所建立的仿真模型是可靠和适用的.
关键词:循环流化床;外置式换热器;性能仿真;传热模型;
R K法中图分类号:TP391.9文献标识码:A
随着火电机组容量的增大,循环流化床锅炉炉膛的容积不能按比例继续增加,使得炉内受热面布置困难,于是,布置在炉膛之外的外置式换热器(ExternalHeatExchanger,EHE)迅速地发展起来[1].EHE在国外已经得到了广泛的应用,但国内的相关开发和研究不多,笔者针对东方锅炉(集团)公司300MW循环流化床锅炉外置式换热器进行动态模拟研究,建立数学模型,并进行仿真实验.
1 外置式换热器
外置式流化床换热器简称外置换热器,它布置在高温灰循环回路中,位于分离器下部.高温循环物料经分离器分离后,在分流装置的作用下,一部分经返料装置以高温灰形式返回炉膛;另一部分流经外置式换热器,与布置在外置式换热器内的受热面完成热交换后,以低温灰形式返回炉膛.外置式换热器内布置的受热面通常有蒸发、过热或再热受热面,通过调节进入外置式换热器和返料装置的循环物料流量的比例,实现床温控制和汽温控制的要求[2].
外置式换热器的运行工况为:流化速度0.4～1.0m/s,固体颗粒粒径100～300μm,温度850～250℃,床侧传热系数0.3～0.5kW/(m2·K).与不带外置式换热器的循环流化床锅炉相比,外置式换热器使燃烧和传热分开,大大提高了床温、汽温调节和锅炉负荷调节的灵活性[3].它有利于锅炉受热面的布置,尤其是再热器的布置,易于循环流化锅炉的大型化.
2 模型的建立与求解
2.1 流动模型外置式换热器实际上是由一个或多个仓室构成的非燃烧细粒子鼓泡流化床.东方锅炉(集团)公司300MW循环流化床锅炉有4台高温旋风分离器,在旋风分离器下各布置1台回料器.由旋风分离器分离下来的物料一部分经回料器直接返回炉膛,另一部分则经过布置在炉膛两侧的外置换热器后再返回炉膛.外置式换热器内布置有受热面,靠后墙外置式换热器内设置有中温过热器(ITS1和ITS2),可以通过控制其间的固体粒子流量来控制炉膛温度;靠前墙外置式换热器内设置有低温过热器(LTS)和高温再热器(HTR),可以通过控制其间的固体粒子流量来控制再热蒸汽温度.
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