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摘要：循环流化床锅炉内的传热现象已经有相当广泛的研究，影响锅炉传热的因素非常多，而且参数之间有相互关联、相互影响，这样就形成了一个时变性、耦合性强的复杂系统，而且绝大部分循环流化床传热研究都是在实验设备内进行的， 对于大型工业循环流化床锅炉在国内发展迅速，锅炉内的传热问题急需解决。本文，作者根据自己的工作岗位中的实践经验，对流化床锅炉在利用传热学规律加强受热面的传热效果，及减少锅炉热损失等方面的具体应用做简单的介绍和分析。
关键词：导热，辐射，对流换热，循环流化床锅炉
【分类号】：TK226
引 言
优质煤储量越来越少，而劣质煤资源比较丰富的的国情；我国许多工厂都有自备热电厂，要求负荷调节范围广等决定了作为先进清洁燃烧技术，具有燃料适应广、变负荷能力强、污染物排放水平低等主要特点的循环流化床电站锅炉在我国得到快速发展，得到广泛采用。而循环流化床锅炉大型化发展，炉内传热规律的研究是非常必需和重要的，因为它关系到节能减排和我国的可持续发展。影响循环流化床锅炉传热的因素很多，包括：气体性质（密度、黏度、比热、导热系数）、颗粒性质（直径，球形度，粒径分布，密度，比热，导热系数）、流态化参数（表观速度、流化风速、循环率、空隙率、颗粒浓度、运动状态、脉动）、锅炉运行参数（温度、负荷）、锅炉几何尺寸（深、宽、高，炉膛底锥尺寸，受热面形状、受热面位置）等因素。实际运行的循环流化床锅炉的炉膛内部许多参数（如颗粒粒度、流化烟速、运行温度）复杂多变，而且参数之间有相互关联、相互影响，这样就形成了一个时变性、耦合性强的复杂传热过程。
1 循环流化床锅炉炉内传热
循环流化床锅炉的密相区存有大量高温物料、同时存有一定未燃尽的燃料；一次风从布风板均匀进入密相区，给该区域的高温物料、燃料颗粒及氧气的强烈混合及换热带来有利条件，同时又把部分颗粒带出密相区，形成炉膛内部循环、外部循环。二次风从密相区上部进入炉膛，为燃料与氧气的混合及燃料的燃尽提供条件。因此，循环流化床锅炉炉膛内部存在着强烈混合、流动、燃烧和传热过程。循环流化床锅炉的特点是在一次流化风的流化作用下，大量的床料、煤颗粒等物料被烟气携带至炉膛上部，在经过分离器的分离作用，大部分物料经回料阀在高压流化风的作用下重新返回炉膛，从而使得在炉膛中上部颗粒浓度达2kg/Nm3以上，颗粒的对流换热十分强烈，大量的热量在这里被颗粒传递给水冷壁，产生了大量的高温高压的蒸汽。同时在二次风的扰动和补氧作用下，增加了煤颗粒的燃尽程度，同时使得较大的物料颗粒重新掉入炉膛下部，待完全燃尽后随渣排除炉膛。其余相对较细的物料颗粒随烟气进入炉膛外的分离器被分离出来再次送回炉膛，而一些粒径更细小的分离器不能捕及的飞灰随着烟气进入锅炉尾部烟道。
此外，锅炉燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环系统。燃烧室内布置屏式Ⅱ级过热器和屏式热段再热器，以提高整个过热器系统和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温和再热器温具有良好的调节特性。尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节，减温喷水来自于给水泵出口，高加前。冷段再热器和热段再热器中间布置有一级喷水减温器，减温水来自于给水泵中间抽头。Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器，烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构。
2 床料在传热过程中的作用
与其他类型锅炉相比，循环流化床锅炉内有大量的床料颗粒，主要由煤中的灰粒子、脱硫用的石灰石颗粒以及煤颗粒等。它们的温度通常在800℃～900℃左右，从而使得投入炉内的劣质燃料比如煤矸石、泥煤、生活垃圾等一些通常不易着火的燃料能在短时间内通过辐射换热、导热以及对流换热等达到着火温度。床料在一次流化风的作用下，被携带至炉膛上部，床料通过与炉内受热面的撞击、摩擦以及随着烟气的强烈扰动，从而增加了炉内上部受热面的辐射换热、以及颗粒对流换热。在循环流化床锅炉床锅炉炉膛中可分为炉膛下部的浓相区和炉膛中上部的稀相区，炉膛下部的浓相区颗粒浓度相对较大，颗粒传热十分强烈，为新进入炉膛的燃料提供了很好的着火条件，这就是循环流化床锅炉能够燃烧高灰分、高水分、低热值燃料的原因，是传热学在工程中的重要应用。当烟气将煤中的细颗粒携带到炉膛中上部时，形成了颗粒的贴壁流，部分颗粒沿着水冷壁下流回炉膛，贴壁下流的过程中颗粒与水冷壁发生了十分强烈的颗粒对流和辐射传热，煤燃烧放出来的热量较大一部分在这里被颗粒转化为蒸汽的机械能，在锅炉中蒸发吸热量就是指的这一部分，是传热学研究的重点，是循环流化床锅炉炉内传热的难点之一。在锅炉原设计中有风水联合冷渣器，这冷渣器的风出来后回到了炉膛下部，其重要的一个作用就是将排到冷渣器里的细颗粒再次送回炉内，增加炉内颗粒浓度，增大传热系数，降低床温提高锅炉出力，是传热学的具体应用。
3 二次风在增加锅炉换热的作用
二次风不仅能为那些随着一次流化风进入炉膛上部的未燃尽燃料颗粒提供氧气，促使燃料燃烧更加完全，减小固体未完全燃烧损失；二次风还能增加上升的烟气流的扰动，从而增加对流换热系数和物料颗粒与炉内换热面的撞击频率，从而增强对流换热效果以及炉内受热面与物料颗粒间的导热换热效果。其次，二次风的扰动还能使得一些被流化风携带的大物料颗粒返回炉膛底部，从而保证新入炉的燃料能很快达到着火点。
4 外循环回路在增加锅炉换热的作用
与其他类型锅炉相比，循环流化床锅炉在炉膛外部布置有分离器以及回料阀，从而形成床料颗粒的循环回路。首先，外循环回路增加了燃料燃尽时间，大量被携带出炉膛的物料颗粒经回料阀在高压流化风的作用下从新返回炉膛，进一步保证燃料的完全燃尽，不仅减少固体未完全燃烧损失，更为重要的是将细颗粒捕及下来并送回炉膛增加了炉膛的颗粒浓度，从而增加了传热系数，可以减少受热面积具有重要的经济意义。当颗粒回到炉膛浓相区后，就吸收燃料在浓相区放出的热量并随烟气将热量带到稀相区传递给稀相区的水冷壁，这是热量转移的一个过程，是传热学研究的一个新的重要课题。
如果在分离器和循环回路布置受热面的话，如水冷旋风分离器，在这里颗粒浓度和速度沿径向是变化的，在分离器中高浓度的旋转颗粒对水冷壁的换热又将是传热学研究的一个重要方向，需要研究颗粒浓度在径向和高度方向的分布规律，温度分布规律等，为颗粒在分离器的传热系数的计算提供依据，才能更好的设计出高效的、结构合理的分离器，才能确定循环灰在流出分离器时的温度。
5 结 论
基于目前国内优质燃料资源的逐渐减少，其他劣质燃料像泥煤、煤矸石、生活垃圾等的相对丰富等特点，以及循环流化床锅炉低温燃烧和炉内脱硫等先进燃烧技术等特点，循环流化床锅炉在未来的发展大型化將是必然的趋势。而对流化床锅炉传热规律的研究不仅仅是其大型化的的重要方面，而且关系节能减排和构建社会主义和谐社会的重要意义。
参考文献
[1].张小辉，刘伯谦与李志伟， 循环流化床锅炉内颗粒流传热学的研究. 电站系统工程， 2008（6）： 第9-11页.
[2].陆建军，马师鹏， 循环流化床锅炉的燃烧及传热特性. 一重技术， 2001（2）： 第180-182页.
关键词：导热，辐射，对流换热，循环流化床锅炉
【分类号】：TK226
引 言
优质煤储量越来越少，而劣质煤资源比较丰富的的国情；我国许多工厂都有自备热电厂，要求负荷调节范围广等决定了作为先进清洁燃烧技术，具有燃料适应广、变负荷能力强、污染物排放水平低等主要特点的循环流化床电站锅炉在我国得到快速发展，得到广泛采用。而循环流化床锅炉大型化发展，炉内传热规律的研究是非常必需和重要的，因为它关系到节能减排和我国的可持续发展。影响循环流化床锅炉传热的因素很多，包括：气体性质（密度、黏度、比热、导热系数）、颗粒性质（直径，球形度，粒径分布，密度，比热，导热系数）、流态化参数（表观速度、流化风速、循环率、空隙率、颗粒浓度、运动状态、脉动）、锅炉运行参数（温度、负荷）、锅炉几何尺寸（深、宽、高，炉膛底锥尺寸，受热面形状、受热面位置）等因素。实际运行的循环流化床锅炉的炉膛内部许多参数（如颗粒粒度、流化烟速、运行温度）复杂多变，而且参数之间有相互关联、相互影响，这样就形成了一个时变性、耦合性强的复杂传热过程。
1 循环流化床锅炉炉内传热
循环流化床锅炉的密相区存有大量高温物料、同时存有一定未燃尽的燃料；一次风从布风板均匀进入密相区，给该区域的高温物料、燃料颗粒及氧气的强烈混合及换热带来有利条件，同时又把部分颗粒带出密相区，形成炉膛内部循环、外部循环。二次风从密相区上部进入炉膛，为燃料与氧气的混合及燃料的燃尽提供条件。因此，循环流化床锅炉炉膛内部存在着强烈混合、流动、燃烧和传热过程。循环流化床锅炉的特点是在一次流化风的流化作用下，大量的床料、煤颗粒等物料被烟气携带至炉膛上部，在经过分离器的分离作用，大部分物料经回料阀在高压流化风的作用下重新返回炉膛，从而使得在炉膛中上部颗粒浓度达2kg/Nm3以上，颗粒的对流换热十分强烈，大量的热量在这里被颗粒传递给水冷壁，产生了大量的高温高压的蒸汽。同时在二次风的扰动和补氧作用下，增加了煤颗粒的燃尽程度，同时使得较大的物料颗粒重新掉入炉膛下部，待完全燃尽后随渣排除炉膛。其余相对较细的物料颗粒随烟气进入炉膛外的分离器被分离出来再次送回炉膛，而一些粒径更细小的分离器不能捕及的飞灰随着烟气进入锅炉尾部烟道。
此外，锅炉燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环系统。燃烧室内布置屏式Ⅱ级过热器和屏式热段再热器，以提高整个过热器系统和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温和再热器温具有良好的调节特性。尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节，减温喷水来自于给水泵出口，高加前。冷段再热器和热段再热器中间布置有一级喷水减温器，减温水来自于给水泵中间抽头。Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器，烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构。
2 床料在传热过程中的作用
与其他类型锅炉相比，循环流化床锅炉内有大量的床料颗粒，主要由煤中的灰粒子、脱硫用的石灰石颗粒以及煤颗粒等。它们的温度通常在800℃～900℃左右，从而使得投入炉内的劣质燃料比如煤矸石、泥煤、生活垃圾等一些通常不易着火的燃料能在短时间内通过辐射换热、导热以及对流换热等达到着火温度。床料在一次流化风的作用下，被携带至炉膛上部，床料通过与炉内受热面的撞击、摩擦以及随着烟气的强烈扰动，从而增加了炉内上部受热面的辐射换热、以及颗粒对流换热。在循环流化床锅炉床锅炉炉膛中可分为炉膛下部的浓相区和炉膛中上部的稀相区，炉膛下部的浓相区颗粒浓度相对较大，颗粒传热十分强烈，为新进入炉膛的燃料提供了很好的着火条件，这就是循环流化床锅炉能够燃烧高灰分、高水分、低热值燃料的原因，是传热学在工程中的重要应用。当烟气将煤中的细颗粒携带到炉膛中上部时，形成了颗粒的贴壁流，部分颗粒沿着水冷壁下流回炉膛，贴壁下流的过程中颗粒与水冷壁发生了十分强烈的颗粒对流和辐射传热，煤燃烧放出来的热量较大一部分在这里被颗粒转化为蒸汽的机械能，在锅炉中蒸发吸热量就是指的这一部分，是传热学研究的重点，是循环流化床锅炉炉内传热的难点之一。在锅炉原设计中有风水联合冷渣器，这冷渣器的风出来后回到了炉膛下部，其重要的一个作用就是将排到冷渣器里的细颗粒再次送回炉内，增加炉内颗粒浓度，增大传热系数，降低床温提高锅炉出力，是传热学的具体应用。
3 二次风在增加锅炉换热的作用
二次风不仅能为那些随着一次流化风进入炉膛上部的未燃尽燃料颗粒提供氧气，促使燃料燃烧更加完全，减小固体未完全燃烧损失；二次风还能增加上升的烟气流的扰动，从而增加对流换热系数和物料颗粒与炉内换热面的撞击频率，从而增强对流换热效果以及炉内受热面与物料颗粒间的导热换热效果。其次，二次风的扰动还能使得一些被流化风携带的大物料颗粒返回炉膛底部，从而保证新入炉的燃料能很快达到着火点。
4 外循环回路在增加锅炉换热的作用
与其他类型锅炉相比，循环流化床锅炉在炉膛外部布置有分离器以及回料阀，从而形成床料颗粒的循环回路。首先，外循环回路增加了燃料燃尽时间，大量被携带出炉膛的物料颗粒经回料阀在高压流化风的作用下从新返回炉膛，进一步保证燃料的完全燃尽，不仅减少固体未完全燃烧损失，更为重要的是将细颗粒捕及下来并送回炉膛增加了炉膛的颗粒浓度，从而增加了传热系数，可以减少受热面积具有重要的经济意义。当颗粒回到炉膛浓相区后，就吸收燃料在浓相区放出的热量并随烟气将热量带到稀相区传递给稀相区的水冷壁，这是热量转移的一个过程，是传热学研究的一个新的重要课题。
如果在分离器和循环回路布置受热面的话，如水冷旋风分离器，在这里颗粒浓度和速度沿径向是变化的，在分离器中高浓度的旋转颗粒对水冷壁的换热又将是传热学研究的一个重要方向，需要研究颗粒浓度在径向和高度方向的分布规律，温度分布规律等，为颗粒在分离器的传热系数的计算提供依据，才能更好的设计出高效的、结构合理的分离器，才能确定循环灰在流出分离器时的温度。
5 结 论
基于目前国内优质燃料资源的逐渐减少，其他劣质燃料像泥煤、煤矸石、生活垃圾等的相对丰富等特点，以及循环流化床锅炉低温燃烧和炉内脱硫等先进燃烧技术等特点，循环流化床锅炉在未来的发展大型化將是必然的趋势。而对流化床锅炉传热规律的研究不仅仅是其大型化的的重要方面，而且关系节能减排和构建社会主义和谐社会的重要意义。
参考文献
[1].张小辉，刘伯谦与李志伟， 循环流化床锅炉内颗粒流传热学的研究. 电站系统工程， 2008（6）： 第9-11页.
[2].陆建军，马师鹏， 循环流化床锅炉的燃烧及传热特性. 一重技术， 2001（2）： 第180-182页.