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4.2 循环烟气中的氧浓度与炉内辐射传热
常规锅炉空气燃烧时,空气中的氧浓度约21%(O2/N2=21/79),锅炉富氧燃烧工况若采用同比例的CO2替代N2,使得送入炉膛的循环烟气中的氧浓度为21%(O2/CO2=21/79)时,煤粉理论燃烧温度与常规空气燃烧工况相差较大,对炉内辐射传热会造成影响。通过计算,认为送入炉膛的循环烟气中氧浓度在26%~29%时,煤粉理论燃烧温度与空气燃烧工况比较接近,可以使得炉内辐射传热与常规空气燃烧工况相当,使得锅炉设计不至于有较大的变化。
4.3 对流受热面传热系数
采用同一炉型,以高温过热器为例,计算传热系数,循环烟气中氧浓度越高,富氧工况传热系数越低,主要是由于氧浓度增加后,循环烟气量减少,受热面烟气速度降低,其传热系数降低,在氧浓度为27~24%时,富氧工况传热系数与空气工况接近。
若富氧工况与空气工况受热面烟气速度在同一水平,富氧工况传热系数与空气工况传热系数(常规炉型)比较,富氧工况比空气工况传热系数高,因此,富氧锅炉设计时,若受热面布置主要参数,如烟气流速、工质流速与常规空气工况相当时,在温压相当的情况下,富氧工况受热面传热系数高于空气工况,可提高受热面的吸热能力,节省受热面积,降低锅炉造价。
4.4 过剩氧量系数
为保证煤粉的充分燃烧,需要提供足够的空气(氧气)量,锅炉富氧燃烧采用过氧系数来表征炉内燃烧供氧量是否充足,类似于锅炉空气燃烧时的过剩空气系数,对于烟煤,虽然理论上过氧系数可低至1.05,以获得尽量高的烟气CO2浓度;但在工程上,考虑到燃烧器配风的不均匀性,可选取过氧系数1.15进行设计;在实际运行时,则以炉膛出口氧分压2~3%为控制参量,此时实际过氧系数略低于1.15。
4.5 锅炉密封
富氧燃烧煤粉锅炉,为了保证烟气中的CO2浓度,需严格控制漏风(漏入空气),因此,需要重点考虑锅炉的密封措施。
锅炉的密封按微正压设计,高温烟气区的炉壁,都做成气密式焊接膜式壁。低温烟道亦为焊接护板结构,在膜式管壁上的所有开孔都采取密封措施,各热工测点开孔穿墙以及各种开孔都有起密封和固定用的孔座装置。
为达到良好的密封效果,在水冷壁穿顶棚处,包墙管与侧墙连接等处均用钢板进行一次密封后再用密封装置进行二次密封,所有膜式壁上开孔均设置有墙箱,为便于现场测量,管子端部用法兰连接。
5 结束语
本文介绍了富氧燃烧的技术特点依托国家科技支撑项目开发的35MW富氧燃烧煤粉锅炉的设计方案,对富氧燃烧锅炉设计中需要注意的问题进行了阐述。锅炉设计能满足富氧燃烧的需求,通过对富氧燃烧传热特性的研究和锅炉方案的设计,掌握富氧燃烧煤粉锅炉关键技术,提升我国在富氧燃烧技术和相关装备制造领域的自主创新能力。
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