防磨梁與防磨格柵對循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱的影響

摘要：循環(huán)流化床（circulating fluidized bed，CFB）鍋爐普遍存在爐膛水冷壁磨損嚴重的問題。為提高運行可靠性，目前一般通過加裝防磨梁或防磨格柵實現(xiàn)主動防磨，但該方式會引起流場變化，并對鍋爐運行參數(shù)以及爐內(nèi)傳熱造成影響。因此，建立循環(huán)流化床鍋爐全爐膛水冷壁傳熱計算模型，提出加裝防磨梁、防磨格柵后的邊壁區(qū)顆粒濃度及傳熱面積修正系數(shù)計算方法，利用該模型對某440 t/h CFB 鍋爐爐內(nèi)傳熱特性進行計算。結(jié)果顯示：水冷壁加裝防磨梁后，傳熱系數(shù)和傳熱能力有所下降，下降幅度和防磨梁數(shù)量有關，采用6 道和12 道防磨梁時，傳熱系數(shù)分別下降0.32% 和2.89%，傳熱量分別下降3.28% 和8.68%；比較而言，防磨格柵對爐內(nèi)傳熱系數(shù)和傳熱能力影響較小，加裝與防磨梁相同數(shù)量的防磨格柵時，表現(xiàn)出了一定的傳熱強化效果，傳熱量略有上升，當防磨格柵加裝數(shù)量增加至30 道時，傳熱系數(shù)下降5.76%，傳熱量上升1.59%。防磨格柵在降低水冷壁磨損的同時，對鍋爐運行造成的影響較小，優(yōu)于防磨梁。該模型可對CFB 鍋爐防磨技術的選用以及設計方案優(yōu)化提供理論參考。

關鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；防磨梁；防磨格柵；傳熱系數(shù)；傳熱量

中圖分類號：TK 22 文獻標志碼：A

循環(huán)流化床（circulating fluidized bed，CFB）鍋爐具有燃料適應性強、負荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒效率高、污染物排放低等優(yōu)點，在潔凈煤燃燒發(fā)電領域得到廣泛應用，目前在役的各型循環(huán)流化床鍋爐的總裝機容量超過82.3 GW[1]。CFB 鍋爐普遍存在爐內(nèi)受熱面磨損問題，對其運行安全性和可靠性造成了不利影響。CFB 鍋爐磨損問題與爐內(nèi)存在大量高速運動的顆粒及顆粒團緊密相關[2-4]，水冷壁近壁區(qū)域顆粒下降流的最大速度可達7～8 m·s?1，受熱面極易受到顆粒的沖擊、切削、渦流，產(chǎn)生磨損。電力行業(yè)標準《循環(huán)流化床鍋爐防磨技術導則》（DL/T 1906—2018）[5] 指出，磨損量與顆粒濃度一次方、氣流速度三次方成正比。為減輕磨損帶來的危害，防磨梁、防磨格柵技術被開發(fā)應用于CFB 鍋爐[6-7]，其技術原理是通過降低邊壁流速度及濃度，實現(xiàn)主動防磨。使用過程中，安裝數(shù)量是需要重點考慮的問題，否則極易影響鍋爐運行。山東某CFB 鍋爐在爐內(nèi)加裝8 道防磨梁后，爐膛排煙溫度提升超過30 ℃，鍋爐帶負荷能力降低[8]。河北某CFB 鍋爐采用防磨梁技術后，額定負荷下床溫上升14 ℃，鍋爐熱效率有所下降[9]。

肖平等[10] 認為防磨梁降低了邊壁區(qū)顆粒懸浮物濃度，根據(jù)顆粒團更新傳熱理論模型的計算結(jié)果，爐膛水冷壁吸熱降低5% 左右。王世森[11] 將邊壁區(qū)空隙率的變化考慮在內(nèi)，建立帶有防磨梁的爐膛稀相區(qū)傳熱數(shù)學模型，結(jié)果表明，加裝防磨梁后，爐膛傳熱系數(shù)提升2.379%。采用金屬格柵替換防磨梁也是近年來主流技術路線。內(nèi)蒙古某廠在爐內(nèi)加裝防磨梁后，鍋爐負荷降低，發(fā)現(xiàn)原因是邊壁層對水冷壁輻射面積減少，改裝為金屬格柵后，負荷回到正常水平[12]。河北某300 MWCFB 鍋爐，拆除爐膛上部防磨梁并改裝為金屬格柵后，防磨效果良好且鍋爐帶負荷能力有所提升[13]。陜西某300 MW CFB 鍋爐將后墻防磨梁拆除后，床溫降低且爐膛上部磨損得到減輕[14-15]。