低质量流率垂直管圈超临界煤粉锅炉的水动力特性分析

为研究超临界条件下低质量流率垂直管圈锅炉的水动力特性,建立了超临界锅炉上升管水冷壁内工质的流动和传热模型,对采用低质量流率垂直管圈的600 MW超临界煤粉锅炉的水动力安全性进行计算,分析全负荷条件下不同质量流率的垂直光管和垂直内螺纹管水冷壁管内工质的流动、传热及压降变化,对2种布置方案的优缺点进行比较。此外,还考虑了加装节流圈和中间混合集箱对垂直布置的水冷壁水动力特性的影响。综合计算结果,给出安全的垂直水冷壁布置型式,为锅炉设计提供参考.     

Dynamic simulation model for ultra supercritical 1 000 MW unit boilers

根据谏壁发电厂超超临界1 000 MW机组直流锅炉结构和水冷壁内工质不同压力阶段的换热特点,采用变相变点方法建立了超超临界直流锅炉水冷壁热水段、蒸发段、过热段长度随锅炉负荷变化的动态仿真模型,并在此基础上,利用STAR-90仿真平台建立了谏壁发电厂超超临界1 000 MW机组直流锅炉实时动态仿真模型.对所建仿真模型的动静态特性试验表明,该模型具有良好的动、静态特性,能够准确模拟该机组的起动和停止过程及一些典型故障工况.     

高参数超超临界二次再热机组锅炉垂直管圈水冷壁水动力特性分析

相对于常规电站锅炉,高参数超超临界二次再热机组锅炉具有炉内热负荷分布复杂、水冷壁工质温度水平较高、工质大比热容区吸热能力下降等特点,这对锅炉水动力的设计提出了更高的要求。对此,本文以华能安源发电有限责任公司超超临界660 MW二次再热机组锅炉为例,通过数值模拟和水动力建模计算相结合的方法,对超超临界二次再热机组锅炉垂直管圈水冷壁的水动力特性进行了详细计算和分析,获得了相应的流量分配规律以及汽温和壁温分布特点。结果显示:BMCR工况下,下炉膛和上炉膛水冷壁均存在流量偏差和壁温偏差,整体呈负流量响应特性;每面墙水冷壁内流量呈两端高、中间低分布;汽温和壁温分布则为中间高、两端低。本文研究成果可以为高参数超超临界二次再热机组锅炉垂直管圈水冷壁的水动力设计和优化提供参考。     

超超临界锅炉水冷壁温度测试方法与应用研究

锅炉水冷壁管温度的测试与控制是火电厂运行过程中的一个难题。通过在某台超超临界参数锅炉水冷壁管特定位置处安装能够同时测试水冷壁管向火侧壁温、背火侧壁温及管内工质温度的测试装置，实时监测水冷壁各工况下的管壁及工质温度变化，分析日常运行中各相关因素对水冷壁温度的影响特性。研究表明，启炉升负荷、变负荷工况吹灰以及水煤比失调等因素易导致或加剧水冷壁管壁温大幅突升，停炉过程和磨煤机投运方式的改变对水冷壁管壁温的影响较小。该测温装置及所得结论对火电厂水冷壁安全运行具有一定的指导作用。     

基于矩量法的超临界锅炉水冷壁温度场数值计算

超临界、超超临界锅炉水冷壁尤其是燃烧器区水冷壁温度场计算对锅炉的安全运行具有重要意义。该文建立了燃烧器区螺旋管圈水冷壁及鳍片截面的二维稳态导热方程,推导了基于矩量法的有限元数值计算公式,采用双线性四边形单元对截面进行剖分。用分区段热力计算方法确定水冷壁各区段热负荷。依据机组实测的水冷壁入口和出口工质温度和压力,通过计算热负荷引起的焓增确定各校核截面的工质温度和压力。从而确定管内的对流换热系数。计算了不同启动方式下水冷壁管壁内侧温度及其变化率,为指导锅炉的安全稳定运行和锅炉管壁选材提供了依据。     

660MW超超临界循环流化床锅炉水动力及流动不稳定特性计算分析

水动力特性及流动不稳定性的准确计算和分析,对660MW超超临界CFB锅炉水冷壁的优化设计和安全运行具有重要意义。针对我国自主开发的660 MW超超临界CFB锅炉设计方案,将其水冷壁系统等效为由流量回路、压力节点和连接管组成的流动网络系统,根据质量守恒、能量守恒和动量守恒方程建立了水动力计算数学模型,在此基础上对其4个负荷下的水动力特性进行了计算分析。同时建立了适用于超超临界锅炉流动不稳定性计算分析的一维单通道通用数值计算模型,选取25%锅炉最大连续出力(boiler maximum continue rate,BMCR)负荷下的危险回路进行了流动不稳定性的计算分析。计算结果表明,超超临界CFB锅炉水冷壁系统的总压降低于煤粉炉的压降;水冷壁流量分配呈正响应特性,4个负荷下最大的流量偏差为20.98%;最大的出口工质温度偏差出现在后墙,为8.4℃;各负荷下的壁温均处于管子材料的允许温度范围之内,不会出现高温爆管的现象;水冷壁不会发生流动不稳定性,锅炉的运行是安全可靠的。     

超临界锅炉水冷壁自然循环特性计算

在较低的质量流速条件下,对1000MW超超临界锅炉垂直管屏水冷壁下辐射区进行了水动力计算。结果表明,受热偏高的管子由于自然循环特性流量会增大。随着负荷的增大和水冷壁内工作压力的提高,自然循环的正补偿作用逐渐降低。当锅炉进入超临界直流工况时,流量补偿作用会变小。     

超临界“W”火焰锅炉水冷壁的优化设计

阐述了超临界"W"火焰锅炉水冷壁的优化设计。针对超临界锅炉垂直管屏水冷壁运行中出现的热偏差较大和必须降低流动阻力的要求,以及"W"火焰锅炉由于炉型结构和水冷壁系统复杂,不便于采用螺旋管圈和炉内热负荷分布复杂的问题,根据实际运行数据、试验数据以及计算数据,论证了提高超临界"W"火焰锅炉性能的主要技术措施。包括:改进现有"W"火焰炉型结构,提高"W"火焰炉型对超临界压力下工质热物性的适应性能,避免现有2种炉型运行缺陷的叠加,掌握热负荷分布变化和水冷壁流量分配的一致性关系,控制水冷壁出口的温度和温度偏差,改进正流量补偿特性对水冷壁工质温度偏差的抑制作用的有限性,采用优化内螺纹管垂直管屏水冷壁和低质量流速等。     

30%BMCR工况下超临界锅炉水冷壁水动力安全性评估

以某电厂650 MW超临界锅炉为例,针对锅炉适应深度调峰时运行安全问题,建立水冷壁流量与压力的等效回路法计算模型与螺旋管圈单管热负荷计算模型,对其在超低负荷工况下的水动力进行了计算,得到了螺旋管圈出口外壁温度分布与上下炉膛管子质量流速分布,基于验证后的计算模型计算分析了水冷壁在30%锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下的水动力安全性。结果表明:超临界锅炉水冷壁螺旋管圈在30%BMCR工况下压降与质量流量曲线呈单值性,管子脉动处于稳定区且有较大裕量。     

超临界及超超临界锅炉水冷壁壁温偏差研究

根据国内超临界锅炉的实际运行数据和超超临界锅炉的设计数据,研究了影响其水冷壁壁温偏差的主要因素。重点研究了水冷壁受热偏差、质量流率、工质焓增、变压运行、工质热物理特性等对于螺旋管圈水冷壁和垂直管屏水冷壁壁温偏差的影响关系；分析了控制超超临界锅炉水冷壁壁温偏差的技术措施：采用内螺纹管,降低水冷壁管外烟气侧热负荷和热偏差,适度控制质量流率的裕量,合理控制下辐射区和上辐射区水冷壁的工质焓增,采用节流圈调节流量偏差和利用垂直管屏在低质量流率下的正流量补偿特性等措施,可有效控制超临界和超超临界锅炉水冷壁的壁温偏差。     

1000MW宽负荷超超临界机组锅炉水动力特性计算及分析

针对1000 MW高效宽负荷率超超临界机组锅炉结构特点,将水冷壁划分为由流量回路、压力节点和连接管组成的流动网络系统。根据质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程,建立了超超临界垂直管圈锅炉水冷壁水动力计算模型。利用牛顿弦割法求解非线性模型得到了锅炉在BMCR负荷、75%THA负荷和30%THA负荷下的流量分配、炉膛出口汽温及水冷壁金属壁温分布情况。计算结果表明:各负荷下,壁温和鳍片温度在材料许可范围内,该采用垂直管圈的超超临界机组锅炉水冷壁在水动力方面安全可靠;30%THA负荷时水冷壁不会发生流动不稳定性。     

超临界机组锅炉20%负荷深度调峰水动力实炉试验研究

为挖掘现有燃煤机组锅炉的深度调峰能力,将华能陕西秦岭发电有限公司7号超临界660 MW机组锅炉各类集箱和大量水冷壁管分别等效为压力节点和流量回路,建立基于流动网络系统法的非线性数学模型。根据守恒定律和传热关联式,通过迭代直接求解得到660 MW（BMCR）负荷时该锅炉的水动力特性,并将计算结果与实炉数据进行比较,验证了模型的可靠性。在实炉试验研究的基础上,计算得到132 MW（20%BMCR）深度调峰干态运行负荷时锅炉水冷壁压力沿流动方向的变化、回路流量分配、炉膛出口汽温分布、管壁金属温度沿炉高方向的变化趋势。实炉试验和计算结果表明,采用内螺纹螺旋管圈布置的超临界660 MW机组锅炉水动力突破了30%BMCR最低启动负荷的限制,实现了20%BMCR深度调峰负荷时的水动力运行安全,且流动稳定特性良好。     

超临界压力W形火焰锅炉水冷壁吸热偏差的试验研究

以600 MW超临界压力W形火焰直流锅炉为例,对不同工况下水冷壁的吸热偏差进行了测量和计算。结果表明:启动过程水冷壁管出口工质温度分布很均匀,吸热偏差趋近于1;亚临界压力下,水冷壁管自补偿特性较好,热偏差逐渐减小;超临界压力下热偏差较大;在上部水冷壁管吸热偏差比下部水冷壁大。     

电站锅炉数字化燃烧检测

建设智能化电厂需要进一步提高电站锅炉性能监控水平,从而保障锅炉在全负荷范围内安全、高效运行。通过采用计算机图像处理和辐射逆问题求解方法,耦合炉侧燃烧诊断和锅侧蒸发系统建模,实现了锅炉燃烧过程的数字化检测,并在一台超临界W型火焰锅炉上开展了试验研究。以炉侧燃烧诊断给出的水冷壁表面热流密度分布作为边界条件,按照大比热区的焓值范围划分3个焓值区间分别求解工质侧换热系数,实现了超临界压力下水冷壁温度分布的检测。试验结果表明,炉侧温度检测误差小于50K,锅侧水冷壁检测误差小于1.06%。锅炉燃烧数字化检测技术将为控制炉内燃烧工况的优化分布提供重要参考。     

超超临界锅炉水冷壁的压降特性分析

水动力特性是影响锅炉安全可靠运行的重要因素,水动力循环不稳定会导致水冷壁系统出现热偏差、传热恶化等问题。为保证锅炉良好的水动力特性,探索水冷壁内压降分布,分析了设计锅炉水冷壁的结构特点,研究了水冷壁系统各段的压降损失。采用了均相流体阻力数学模型,并编写了计算系统压损的C++程序。对设计的2 950 t/h锅炉75%~100%最大连续蒸发量工况下的压降进行了计算,得出了不同负荷下水冷壁中不同形式压降的具体数据。通过计算出的压力变化分析,得出随质量流量增大,螺旋管和垂直管内压力损失均增大,螺旋管的压损变化幅度大于垂直管。在75%额定负荷以上时,摩擦压损最大,占总压损的85%以上,重力压损和局部压损很小,占总压损的15%以下。水冷壁系统压降变化的研究,有助于锅炉的可靠性和经济性研究。     

带隔墙的600 MW超临界循环流化床锅炉水冷壁水动力特性

对带隔墙的600 MW超临界循环流化床锅炉水冷壁进行水动力特性及方案选型研究。基于二分法对炉膛水冷壁进行水动力特性计算,得到了采用光管水冷壁加节流圈结构时各负荷下水冷壁出口工质温度及壁温参数。在100%锅炉最大连续工况时,水冷壁工质质量流率低于1000 kg/(m2×s)时可以保证出口温度在422 ℃以下,热偏差位于允许范围内。在75%与50%汽轮机验收工况负荷时水冷壁均未发生传热恶化现象。通过与内螺纹管布置方案计算结果比较,认为采用内螺纹管改善了壁温特性,但对热偏差的改善并没有明显效果。因此对于600 MW超临界循环流化床锅炉,采用光管水冷壁加节流圈结构是可行的。     

浅析600MW机组超临界压力直流锅炉水冷壁的系统特性对运行操作的要求

分析了600MW机组超临界压力直流锅炉水冷壁水动力特性、给水特性及其对运行操作的要求，为确保超临界压力直流锅炉水冷壁的安全运行提供了理论依据。     

超临界压力锅炉螺旋管圈水冷壁传热及壁温研究

该文阐述了６００ＭＷ超临界压力锅炉螺旋管圈水冷壁传热和壁温计算的研究结果。相应编制了螺旋管圈水冷壁的壁温计算程序,利用程序进行了不同负荷下水冷壁出口工质温度、水冷壁受热面不同位置处的金属壁温、内壁放热系数、流体温度及焓值分布等的计算。图２６表２参７     

变压运行超临界压力直流锅炉螺旋管圈水冷壁的技术特点分析

结合螺旋管圈和垂直管圈的特点,阐述了变压运行下超临界压力及超超临界压力直流锅炉水冷壁产生水动力不稳定和传热恶化的原因及其解决问题的方法.介绍了近几年在国产机组中出现的螺旋管圈水冷壁的结构,其基本型式是螺旋管圈与垂直管圈相结合,并分析了该结构型式的技术特点.认为采用螺旋管圈水冷壁可提高水动力稳定性、抗燃烧干扰能力和运行可靠性,能抑制传热恶化,尤其是内螺纹管的变压运行技术性能较优越,因此,螺旋管圈水冷壁必将成为超临界压力及超超临界压力直流锅炉水冷壁的主要结构型式.     

锅炉水冷壁工质侧与烟气侧耦合在线计算

提出一种针对锅炉水冷壁的工质侧与烟气侧耦合在线计算方法。基于水动力计算方法，利用数值模拟结果中的烟气侧热负荷数据计算了工质侧的温度、压力、流量分配等，实现了水冷壁处烟气侧与工质侧的耦合计算。计算方法以算法包的形式嵌入至DCS控制系统内，运行人员能够根据锅炉的实时运行数据进行在线的水动力计算。