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1000 MW二次再热机组塔式锅炉水动力特性及壁温分布规律

超超临界二次再热锅炉运行参数高,其水冷壁服役环境更为苛刻,这对其水动力提出了更高的要求。本文以华能莱芜发电有限公司超超临界1 000 MW二次再热机组塔式锅炉为例,建立了水动力计算模型,通过现场数据采集和水动力计算相结合的方法,分析了BMCR、75%BMCR、50%BMCR、35%BMCR工况下的水动力特性及壁温分布规律。结果表明:下炉膛螺旋管圈水冷壁可以有效降低热负荷分布偏差带来的影响,明显减小流量分配偏差,抑制出口壁温偏差;上炉膛垂直管圈水冷壁虽然有一定的流量偏差,但由于超超临界二次再热机组塔式锅炉上炉膛内部有大量对流受热面,水冷壁的热负荷分布系数明显低于下炉膛,其壁温偏差仍然保持在合理的范围。     

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超超临界锅炉机组冷态启动时水冷壁超温的探讨

超超临界锅炉冷态启动时水冷壁容易产生超温,影响水冷壁管材的使用寿命。介绍了1 000 MW超超临界锅炉机组冷态启动时水冷壁的超温情况,通过对比玉环电厂4台锅炉多次冷态启动时的超温记录,分析超温原因。煤水比失调和水冷壁产生壁温偏差是水冷壁超温的2个主要原因。重点分析了造成煤水比失调的影响因素和引起水冷壁壁温偏差的原因。全炉热负荷值过大或水冷壁质量流速不足,造成了煤水比失调;局部热负荷值过大、流量偏差和吸热偏差造成了水冷壁的壁温偏差。针对水冷壁的超温特点,提出了超超临界锅炉冷态启动时水冷壁的壁温控制策略。     

超超临界1000 MW机组锅炉水冷壁壁温偏差计算分析及对策

针对平顶山电厂超超临界机组直流锅炉水冷壁壁温偏差过大的问题,本文根据锅炉结构特点和对冲燃烧特性,建立了1 000 MW机组对冲燃烧锅炉水动力计算模型,并通过对比计算结果和试验实测数据,反推锅炉热负荷分布,分析了造成锅炉水冷壁壁温偏差过大的原因,提出了相关应对措施。研究结果表明:该机组锅炉水冷壁壁温偏差过大主要是由炉膛内热负荷不均和流量分配不均引起,同时锅炉结构也对壁温偏差的敏感度有一定的影响;在高电负荷时,计算结果与实测数据能够较好地吻合,但中低电负荷时,水冷壁吸热偏差较大,通过反推,修正了热负荷分布,发现计算值与实测结果接近。建议在运行过程中注意调整同层旋流燃烧器的风粉均匀分配,在变负荷或扰动工况时控制好煤水比,在锅炉设计方面可以调整进入上炉膛前墙和后墙的流动截面比,使流量均匀分配。     

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。     

超超临界压力锅炉垂直水冷壁壁温偏差试验研究

针对超超临界垂直水冷壁壁温分布情况,在660 MW超超临界压力直流锅炉上进行了改变不同因素对水冷壁壁温偏差影响的试验研究。结果表明:提高高钠煤掺烧比例,采用上层燃烧器运行,均可降低燃烧区域热负荷,利于水冷壁壁温均匀性;在不同负荷下改变燃烧器摆角对水冷壁壁温偏差的影响不一致,燃烧器摆角主要是通过改变炉内热负荷分布来影响壁温偏差。通过优化调整可以有效控制超超临界锅炉垂直水冷壁的壁温偏差。     

超临界循环流化床锅炉屏式过热器吸热量偏差特性研究

超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)燃烧技术作为一种具有综合性优点的技术,被广泛应用,但其炉膛中屏式过热器爆管泄漏问题频繁发生,故有必要对其水动力特性及吸热量偏差特性进行研究分析。根据针对超临界CFB锅炉炉膛内屏式过热器所建立的复杂流动网络系统的数学模型,及屏式过热器出口汽温分布实炉测量数据,对热负荷进行反推,计算分析了河曲电厂350MW超临界CFB锅炉以及白马电厂600MW超临界CFB锅炉中屏式过热器流量分配、出口汽温分布及壁温特性,并计算得到了屏式过热器中吸热量热偏差系数分布。计算结果表明,屏式过热器吸热量及热偏差系数在近壁侧、近火侧较小,在受热面中部则二者较大,这是由于各处烟气颗粒浓度的不同而影响传热造成,对吸热量及传热系数的分析研究对超临界CFB锅炉的设计及优化改造提供了理论依据。     

再循环烟气对660MW二次再热锅炉蒸汽参数的影响

为解决二次再热机组调温方式和受热面吸热特性耦合难度大的技术难题,以某660MW机组二次再热π型锅炉为研究对象,采用电站工程系统仿真软件EBSILON和计算流体动力学软件FLUENT耦合的数值计算及现场试验方法,研究了不同负荷下,再循环烟气量对屏底烟温、主蒸汽温度、再热蒸汽温度的影响。结果表明:再循环烟气对屏底烟气温度影响不大,对主蒸汽温度影响不明显,但对再热蒸汽温度影响显著;随着锅炉负荷的提高,再循环烟气对蒸汽温度影响程度增加;再热蒸汽温度随着再循环烟气量的增加呈现明显上升;受热面汽温偏差不随烟气再循环量的变化而变化。确定了3种工况660、550、330MW的最佳烟气再循环率:15%、18%、30%,为二次再热锅炉的高效、清洁、稳定运行提供理论指导。     

二次再热塔式锅炉烟气再循环对炉膛高度方向换热影响

探讨了二次再热机组烟气再循环对二次再热塔式锅炉炉膛沿高度换热的影响,通过编程实现了某超超临界1 000 MW二次再热塔式锅炉在不同的烟气再循环方案下的炉膛分区段热力计算。结果表明:烟气再循环会使炉膛各区段出口烟温降低,随着负荷的升高和再循环率的增加,烟温下降幅度增加;当烟气引入炉膛底部时,燃烧器区域烟温下降幅度最大,随炉膛高度升高,各区段出口烟温下降幅度减小,炉膛出口烟温略微下降,炉膛辐射换热量减少明显,可改变烟气对流和辐射换热比例,调节再热汽温;烟气引入炉膛上部时,烟气引入点区段烟温下降幅度最大,炉膛出口烟温下降明显,炉膛辐射换热量减少不明显,有利于减轻炉膛出口处结渣,但不能调节再热汽温。     

超超临界1000 MW二次再热机组锅炉水动力及流动不稳定性计算分析

大唐雷州电厂超超临界1 000 MW二次再热机组锅炉为Π型布置。由于Π型锅炉汽水流程复杂,可能会存在流量分配不均的风险,导致水冷壁超温造成事故。在宽负荷运行和快速变负荷调峰过程中,由于给煤量的扰动,水冷壁易出现流动不稳定现象。本文采用流动网络系统方法计算了锅炉在BMCR负荷时的质量流速分配、工质汽温以及金属温度分布,并对30%THA负荷进行了流动不稳定性校核,并在此基础上,分析了水冷壁的优化设计及安全运行特性。计算结果表明,水冷壁能避免管间应力过大和拉裂,在施加热负荷扰动后流量均能恢复稳定,锅炉水冷壁运行是安全可靠的。     

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。     

超超临界锅炉水冷壁壁温异常原因分析

根据垂直管屏超超临界锅炉的结构特点,结合我国首台超超临界锅炉调试、试运经验,全面分析了超超临界锅炉水冷壁壁温异常的影响因素,重点分析了锅炉燃料量的过多投入、水冷壁管内冷却流量不足、燃烧器投用次序、燃烧器摆角、炉膛配风配粉及管屏制造安装缺陷等因素对水冷壁壁温的影响。针对垂直管圈超超临界锅炉水冷壁可能出现的3类壁温异常现象,提出了对应的运行调整、检查检修的处理对策。     

超(超)临界垂直管圈锅炉水冷壁流量分配及壁温计算

水冷壁流量分配和壁温计算方法是开发自主产权超(超)临界锅炉的关键技术之一。针对垂直管圈结构和炉内热负荷分布特点，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、动量守恒和能量守恒方程，建立了超(超)临界锅炉水冷壁流量和壁温计算的数学模型。与传统的图解法相比，该方法具有精度高、能够处理复杂结构等优点。在此基础上，通过对185个回路方程和10个压力节点方程组成的非线性方程组进行直接求解的方法，得到了100%、50%和35%锅炉最大连续蒸发量负荷下玉环电厂1 000 MW超超临界锅炉水冷壁流量分配和壁温分布，并与国外公司的计算结果进行了比较。结果表明二者符合较为一致，流量分配的最大误差为9.7%，壁温误差为3~7 ℃。     

超临界直流锅炉再热蒸汽汽温调温方式探讨

探讨了超临界直流锅炉采用摆动燃烧器、尾部烟气调温挡板、喷水减温器和烟气再循环等几种再热蒸汽汽温调节方式及调节原理,分析了不同的汽温调节方式对于锅炉设计的影响及不同调温方式的优缺点。     

某超临界W锅炉启动阶段水冷壁壁温特性研究

对某超临界600 MWe W火焰锅炉启动过程中水冷壁壁温分布特性进行了分析,研究结果表明造成水冷壁壁温偏差的首要因素是热偏差,水冷壁壁温达到最大的负荷点并非一定是机组的最高负荷点,在锅炉点火阶段水冷壁管壁温度分布十分均匀,壁温偏差基本在±5℃内。从并网至负荷150 MW,水冷壁整体平均壁温随着负荷的上升呈缓慢增长趋势,负荷越高水冷壁壁温越高;此负荷段前墙后墙水冷壁壁温分布较均匀,前后墙水冷壁平均壁温相差不大,平均温度差值在±5℃内。而在转直流升负荷阶段水冷壁壁温变化较大,约在280 MW负荷时最高壁温/最低壁温偏差达到最大值,整体呈现"中间高两边低"的规律。在60%BMCR负荷以上时,下炉膛水冷壁壁温最大偏差在50℃以内,而上炉膛水冷壁壁温最大偏差在100℃以内,锅炉运行中存在上辐射区水冷壁出口段的壁温偏差比下辐射区大的现象。为了防止水冷壁超温以及壁温偏差增大,注意水煤比和燃料量的增加速率,控制水冷壁管内工质焓增和管外热负荷的偏差是减小水冷壁壁温差的有效措施。     

二次再热塔式炉再热蒸汽调温方案设计研究

针对国电宿迁电厂二次再热塔式锅炉特点,研究660 MW超超临界二次再热塔式锅炉的再热器调温方式。通过分析二次再热锅炉再热器温度调节的难点,优化二次再热锅炉的结构及受热面设计,同时结合宿迁工程具有宽泛抽汽供热的需求,分析供热对再热器调温的影响。参考并对比国电泰州电厂二次再热锅炉的设计,提出适合工程实际的再热器调温方式。宿迁电厂在75%THA负荷以上运行时,通过燃烧器摆动及调节烟气挡板,再热蒸汽可达到额定汽温。在50%THA～75%THA负荷运行时,辅助以烟气再循环的调温方式以保证再热汽温达到额定值。烟气再循环采用抽取锅炉省煤器后的烟气。再热器调温方案的设计为同类型的二次再热机组提供参考和借鉴。     

300MW超临界二氧化碳锅炉气动力特性及壁温分布

超临界二氧化碳布雷顿循环有着全流量回热、回热量大的特点,使得其进入热源的工质温度远高于同参数的蒸汽朗肯循环。与以水为工质的传统超临界锅炉相比,超临界二氧化碳锅炉具备入口工质温度高,再热气吸热比例较高,锅侧流体远离大比热区等特点。因此,深入研究超临界二氧化碳锅炉气动力特性(对应水工质锅炉的水动力特性)对煤基超临界二氧化碳发电技术的发展意义重大。以300MW,600℃等级的超临界二氧化碳锅炉为例,通过数值模拟和气动力建模计算相结合的方法,对垂直管圈气冷壁和再热气冷壁的气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气温和壁温分布特点。     

465t/h流化床锅炉屏式过热器爆管原因分析

通过对465t／h循环流化床锅炉过热器系统的流量分配、热偏差和吸热量的详细计算分析，发现蒸汽侧同屏管间流量偏差和烟气侧吸热偏差是导致该型锅炉屏式过热器超温的主要原因，屏式过热器整体吸热量偏大和减温水使用不当进一步加剧了超温现象。根据超温原因，在运行和结构改造方面提出了防止屏式过热器超温的技术措施。     

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。