循环流化床锅炉炉膛传热系数研究范文

《动力工程学报》2014年第六期

1试验受热面及测量方法

试验受热面为水冷壁换热器，第一组水冷壁换热器布置在距布风板3．2～4．4m的区域，第二组水冷壁换热器布置在距布风板15．6～16．6m的区域，分别模拟CFB锅炉过渡区及稀相区的水冷壁．2组水冷壁换热器的结构相同，每组由7根直径为25mm的光管组成，相邻管节距为45mm，水冷壁换热器高度为1．2m，受热面积为0．791m2．在水冷壁热器的进、出口集箱安装热电偶以测量进、出口工质的温度；在水冷壁换热器进、出口烟气侧安装热电偶以测量换热器进、出口烟气的温度，从而确定传热温差；在水冷壁换热器进、出口烟气侧安装压力测量元件以测量换热器进、出口的压差，从而确定测试段的颗粒悬浮密度；采用浮子流量计测量流经水冷壁换热器的工质流量．水冷壁换热器测点布置及其结构见图2．

2试验结果及分析

在CFB锅炉炉膛内，影响炉膛受热面传热系数的主要因素有床温、颗粒悬浮密度、灰颗粒粒径及流化速度等．在灰颗粒粒径基本相同的情况下，流化速度对传热系数的影响主要通过影响颗粒悬浮密度从而产生间接影响［1］．因此，笔者重点考察了床温和颗粒悬浮密度对炉膛水冷壁传热系数的影响．图3给出了试验得到的相对传热系数h2／h2b与床温的关系曲线，其中h2b为基准工况的传热系数，炉内颗粒悬浮密度为11．95kg／m3．由图3可知，随着炉膛床温的升高，相对传热系数相应增大，主要原因是床温的升高使得灰颗粒与受热面管束的辐射换热增强．图4给出了试验得到的相对传热系数h2／h2b与颗粒悬浮密度ρsus的关系曲线，其中床温为941℃．由于CFB锅炉炉内颗粒的热容量大大高于气体的热容量，颗粒对流传热为主要传热机制．颗粒对流传热系数的大小主要依赖于受热面上固体颗粒的聚集浓度以及颗粒的更新率．在CFB锅炉炉膛内，壁面附近的颗粒浓度与整个床截面的平均颗粒悬浮密度成正比．而平均颗粒悬浮密度的增大使得壁面附近的颗粒浓度增大，提供了更多的颗粒与壁面之间发生传热的机会．因此，随着颗粒悬浮密度的增大，相对传热系数增大．由于CFB锅炉炉膛中心区域的大部分颗粒向上运动，而水冷壁附近的颗粒向下运动，炉膛颗粒悬浮密度通常根据测量不同高度炉膛压差来计算。

3传热系数的关联模型

针对CFB锅炉炉内传热系数，不同学者在试验台或工业装置上进行了传热规律的测试研究工作，建立了相应的炉内传热系数计算模型（见表1），但这些传热系数计算模型的适用温度最高为940℃．通过对1MWCFB锅炉试验台传热系数试验数据的整理和回归，得到高温型CFB锅炉炉膛传热系数的关联模型为当颗粒悬浮密度为7kg／m3、床温为824～940℃时，该关联模型与表1中Dutta等（2002）的关联模型计算得到的传热系数对比见图6，两者计算结果偏差小于8．6％．

4结论

（1）随着床温的升高及颗粒悬浮密度的增大，炉膛传热系数相应增大．（2）通过对试验数据的回归整理得到高温型CFB锅炉炉膛传热系数关联模型，炉膛传热系数可表示为床温与颗粒悬浮密度的关联式．该关联式得到的炉膛传热系数计算值与试验值的偏差小于7％．（3）当颗粒悬浮密度为7kg／m3、床温为824～940℃时，本文传热系数关联模型与Dutta等（2002）关联模型计算得到的传热系数偏差小于8．6％．

作者：孙献斌刘海峰王海涛时正海高洪培金森旺单位：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司