超临界循环流化床锅炉的研发

对超临界循环流化床（CFB）锅炉技术特点进行了分析,提出了超临界CFB锅炉设计时应重点研究的关键技术,如炉内二维传热特性、热流密度分布规律、垂直管屏水动力特性、分离器气固分配均匀性等。简要介绍了西安热工研究院有限公司超临界600MW CFB锅炉的设计方案。     

大容量CFB锅炉热循环回路特征参数研究

热循环回路是循环流化床(CFB)锅炉的关键系统,其循环流动特性和热力特性直接影响CFB锅炉的安全经济运行.对CFB锅炉热循环回路的流化特征参数的密相区流化速度、稀相区流化速度、固体流率、分离器入口固气比及灰浓度,以及热力特性参数的炉膛截面热负荷、床温、炉膛及分离器燃烧份额、颗粒介留时间等重要参数进行了系统的分析研究,提出了相应的计算方法和选取原则.     

超临界CFB锅炉受热面吸热分配特性对比研究

针对两台不同锅炉结构的现役超临界循环流化床(CFB)锅炉,采用实炉测试的方法,对比研究了有无带外置床对超临界CFB锅炉受热面布置与吸热分配特性、炉内温度分布的影响。结果表明,不同锅炉结构的超临界CFB锅炉运行良好;在汽水不同阶段的吸热比例基本相同,尾部烟道吸热份额也相同,约为36%;当超临界CFB锅炉带外置床,外置床吸热份额为17.6%;外置床在超超临界CFB锅炉维持低负荷主再热汽温方面有明显作用,受热面布置更加灵活。     

超临界CFB锅炉给水中断BT后水冷壁安全性分析

CFB锅炉在运行过程中主循环回路存有大量的高温物料,为了解CFB锅炉因给水泵突然跳闸等事故造成锅炉给水中断触发BT(Boiler Trip)的情况下水冷壁管的温度变化情况,东方锅炉借助清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室3MW CFB燃烧试验台,搭建了模拟实炉BT状态下水冷壁换热的试验装置,开展了高温灰渣堆积状态下向水冷壁管传热的试验研究。通过实测研究数据对BT后水冷壁的安全性进行计算评估,得到了水冷壁蒸干和达到壁温限值2种条件下的时间,为超临界CFB锅炉是否设置紧急补水系统及锅炉给水中断事故应急预案提供依据。     

高温型CFB锅炉关键技术与设计方案研究

为提高燃用难燃煤种的循环流化床（CFB）锅炉的燃烧效率,提出了高温型CFB锅炉的技术概念,建立了高温型CFB试验研究平台,在该CFB试验台上研究了难燃煤种的高温燃烧及污染物排放特性。试验结果表明,炉内燃烧温度提高可较明显地降低难燃煤种的飞灰可燃物质量分数,提高燃烧效率;但随着运行床温的升高,脱硫效率下降,NOx排放值有所增加。在试验研究的基础上,对高温型超超临界660 MW CFB锅炉技术方案进行了设计研究,并对锅炉方案中的6个旋风分离器的灰颗粒流量分配特性进行了数值模拟,确定了旋风分离器的优化布置方式,为后续的高温型超超临界660 MW CFB锅炉结构设计及工程应用奠定了技术基础。     

CFB锅炉回料阀低频喘振的计算颗粒流体力学模拟

本文采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对300 MW机组循环流化床(CFB)锅炉进行数值模拟,主要目的是分析CFB锅炉回料阀低频喘振的根源,并通过优化回料阀的操作参数减小其低频振动的可能性。首先针对CFB锅炉在运行时回料阀发生低频喘振的现象,对CFB锅炉整体进行了全床尺度的数值模拟,对锅炉内部的气固流动进行了分析,研究锅炉内部系统压力平衡、物料平衡和固相体积分数分布,模拟结果显示回料阀喘振的根本原因是,回料阀内部的流化风速过高,导致其中发生固相输运不畅甚至反吹现象,引起回料阀进口压力波动,产生喘振。其次针对回料阀组件进行模拟,线性调整回料阀的操作风速(返料风和松动风),分析不同工况下回料阀的内部气固流体动力学规律和固体循环流量,提供回料阀在变工况下的基础数据和操作特性,确定合适的回料阀操作风速区间。最后,按照优化的回料阀操作参数对整体CFB锅炉进行了模拟,模拟结果表明CFB锅炉运行平稳,回料阀的压力波动明显减小,低频振动得到很好的控制。     

运行参数对660 MW高效超超临界CFB锅炉四循环回路气固流动特性的影响研究

本文随着循环流化床锅炉容量的增大,分离器个数相应增加,采用多分离器并联布置的结构会出现气固分布不均的偏流现象,由此给锅炉带来巨大的危害。为研究不同的运行参数对偏流现象的影响,采用欧拉双流体模型,对四分离器M型布置的高效超超临界循环流化床（CFB）锅炉循环回路的气固流动特性问题进行了数值模拟研究,详细探讨了布风均匀性、颗粒平均粒度及一二次风配比对多分离器间均匀性的影响规律。结果显示:相对床存量及一二次风配比等,布风均匀性对四循环回路间的气固流率分布影响最大,因此保证布风的均匀性是解决气固偏流的主要措施;同时,四分离器气固分布的不均匀性随着粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势。     

循环流化床锅炉技术领域几个前沿课题的研究

对循环流化床（CFB）锅炉技术领域几个前沿课题的研究工作进行了分析与总结.200 MW及以上容量的CFB锅炉大型化技术的关键是外置换热器的研究和开发,为此西安热工研究院有限公司开发了分流式回灰换热器专利技术,并以此为基础提出了“复合炉型”的设计思想和炉型方案：200 MW CFB锅炉布置可采用H型和M型两种方式;国产300 MW CFB锅炉是200 MW CFB锅炉炉型的进一步放大.超临界CFB锅炉可同时实现高效发电和清洁燃烧,是CFB锅炉技术发展的必然趋势.对600 MW超临界CFB锅炉的关键技术进行了分析.     

循环流化床锅炉燃烧福建无烟煤炉内脱硫的工业试验研究

为检验针对于燃烧福建无烟煤的循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉炉内脱硫效果、获得同时满足高效脱硫和高效燃尽要求的最佳运行参数,在一台75 t/h的工业热态循环流化床锅炉上进行了炉内添加石灰石脱硫试验,研究钙硫比、床温、二次风率、脱硫剂粒径等对燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫效果的影响,以及脱硫对锅炉氮氧化物排放、飞灰含碳量等的影响。试验表明:添加石灰石后,烟气中SO2的排放浓度迅速下降,而后随时间的推移在一定水平上小幅度的波动变化,振荡下降。脱硫效率随着[Ca]/[S]比的增大而提高。但当钙硫比小于2.4和大于4.1时,脱硫效率随钙硫比的变化不明显;脱硫效率随[Ca]/[S]比呈"S"型曲线规律变化,炉内脱硫存在有一个最佳[Ca]/[S]比。石灰石的平均颗粒粒径越细,炉内燃烧脱硫效率越高;随着炉床温度的上升,脱硫效率呈线性下降。脱硫效率随着二次风率的提高先缓慢增大,而后急剧下降,呈开口向下的抛物线分布特征,存在有一个最佳的二次风率。炉内添加石灰石脱硫对锅炉氮氧化物排放的影响很微弱;随着钙硫比的增加,NOx的排放浓度有轻微的下降。飞灰烧失量随着[Ca]/[S]比的增加而下降,但当[Ca]/[S]比大于3.5后,飞灰烧失量不再随[Ca]/[S]比的变化而变化。     

超临界大型循环流化床锅炉物料平衡运行规律分析

对山西国际能源集团河坡发电有限责任公司350 MW循环流化床(CFB)锅炉物料平衡相关的实际运行参数及满负荷状态下炉内温度和压力的变化规律进行了分析研究,得到大型CFB锅炉正常运行条件下不同负荷的相关运行参数的变化关系和炉膛平均物料质量浓度值。结果表明:随着发电功率从170 MW增加到300 MW,分离器压差从0.30 kPa增加到1.05 kPa,机组负荷再增加,分离器压差基本不变;随着发电功率增加,沿物料循环回路的炉膛下部温度、炉膛出口温度、回料阀温度呈线性增加;对大型CFB锅炉当炉膛平均物料质量浓度约3 kg/m~3可达到物料平衡要求,也符合CFB锅炉的正常运行要求。     

循环流化床锅炉炉膛内烟气浓度场模型计算

针对循环流化床(CFB)锅炉炉膛内可燃气体中CO体积分数较高的问题,建立了一维CFB锅炉炉膛中气体浓度场的计算模型,基于已有的燃料热解、挥发分的分布以及可燃挥发分和碳的燃烧,计算出不同燃料在CFB锅炉炉膛内一维的烟气浓度场分布,并对炉膛内CO体积分数分布与锅炉设计和运行优化的关系进行了分析与验证,结果表明,在CFB锅炉炉膛内,任何燃料均有较高的CO浓度区域存在;该模型计算结果可为CFB锅炉的设计和实验研究提供理论基础。     

基于返料灰温偏差的600MW(e)循环流化床锅炉内气固不均匀分布

亚临界循环流化床锅炉和超临界循环流化床锅炉均采用多个并联分离器分离烟气中的灰颗粒,而这种布置往往造成气固两相在并联分离器内的分布不均匀。文中分析了600MW(e)循环流化床锅炉内不同返料阀内返料灰温,比较不同位置的灰温随锅炉负荷的变化。采用灰温分布表征气固两相在并联分离器内的不均匀分布。研究发现,600MW(e)循环流化床锅炉内气固流动不均匀主要集中在同侧墙的3个分离器内。通过同侧墙3个分离器的返料灰的温度明显不同,而通过不同墙同位置分离器的返料灰的温差较小。进一步分析发现,后墙集气箱的布置方式使得各个并联分离器的压力出口不同,导致各个并联分离器的压降不同,进而导致各个分离器内气固流量不同。     

返料换热型CFB主循环回路内燃烧特性的试验研究

中、小型CFB锅炉受炉膛高度的限制存在炉内燃烧不充分的问题,因此在外循环回路内普遍存在残炭燃烧。采用返料换热型CFB布置方式,即将传统返料阀用一个具有更大尺寸的兼具返料与埋管换热的返料换热器来代替,可使得循环灰在主循环回路内拥有更加充分的停留和燃尽时间,有利于提高燃烧效率。在一台额定热负荷为0.3 MW的返料换热型CFB燃烧试验台上对不同工况下主循环回路内的燃烧份额分配,以及循环灰燃尽性能进行了试验研究,并对影响因素及其影响效果进行了分析探讨。     

一次风管道内超声波传播特性研究

本文基于超声波在两相介质中传播的Coupled-phase模型,考虑颗粒粒径分布、颗粒复散射以及颗粒间的相互作用等因素对模型进行修正,建立了电站锅炉一次风管道内气固两相介质中的声衰减系数和声速预测的计算公式,得到一次风管道气力输送系统中超声波衰减系数和声速预测与超声波频率、颗粒体积分数、两相密度以及颗粒粒径分布等因素的关系。结果表明:对于一般的电站锅炉,一次风管道超声波频率的增大、颗粒粒径的增大或颗粒体积分数的增大均会导致超声波衰减增大,而空气密度的增大会导致超声波衰减的减小;当这些参数发生变化时,影响超声波衰减的各因素的主导地位也会发生变化;当颗粒体积分数小于0.05%时,随着颗粒体积分数的增加,声速大致呈线性减小趋势。     

循环流化床全回路气固流动动态模型及分析

在循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉实际运行过程中存在启动、停炉、升降负荷、突发事故等大量变工况过程,会引起系统的动态变化。为了保证系统在整个运行过程中效率和排放达到要求,可通过建立CFB系统的数学模型,分析整个回路的动态运行过程,来有效分析和预测其运行特性,从而指导锅炉的设计和实际运行。该文通过各部件物料平衡及系统压力平衡建立CFB全回路流动动态模型,详细考虑在动态过程中分离器和回料装置内存料量变化带来的影响以及宽筛分物料下的磨耗退档过程,并针对CFB启动和风机故障两个变工况过程进行了研究。计算结果表明,模型计算所得的各部件内物料存量、颗粒粒度分布和循环流率等参数的动态变化过程符合实际情况,模型可较好的反映CFB系统的动态过程。     

600MW无烟煤超临界锅炉选型分析

为了更好地解决燃用无烟煤锅炉在选型时遇到的煤的着火、稳定燃烧和燃尽等技术问题,结合实际工程应用,对600 MW超临界W型火焰锅炉和超临界循环流化床（circulating fluidized bed,CFB）锅炉的炉型及运行性能进行了分析与比较。研究结果表明,W型火焰锅炉燃用无烟煤时燃烧性能好,但炉膛出口NO x浓度较高,同时受热面高温腐蚀问题也不容忽视;CFB锅炉燃用无烟煤时燃烧稳定、炉膛出口NO x浓度小,但燃尽性能有待提高。建议600 MW无烟煤超临界锅炉应优先选择超临界CFB锅炉,并通过合理技术途径提高其燃尽性能。     

600MW超临界锅炉高温腐蚀改造方案的数值模拟研究

为了消除惠来电厂一期600 MW超临界对冲锅炉存在的侧墙高温腐蚀问题,对不同改造方案下的锅炉炉内燃烧特征进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明,通过增加侧墙贴壁风,燃烧器侧墙区域O2的体积分数有所增加,CO的体积分数可从当前的10 000×10-6下降至600×10-6,对消除侧墙中心区域的高温腐蚀有效。     

大型CFB锅炉床压横向波动的机制研究

大型循环流化床(CFB)锅炉在低负荷运行时,较多存在沿宽度方向两侧床压交替大幅度波动的床压横向波动现象,严重影响锅炉的正常、安全运行。为了深入分析床压横向波动问题,在2台300MW亚临界单炉膛、三分离器循环流化床锅炉上进行测试。在50%负荷的工况下,炉膛发生了床压横向波动,波动周期分别为83和116s,波动幅度分别达到5和11kPa。运行数据分析表明:产生床压横向波动的原因并非外循环回路不均匀导致。提出了大尺度气固两相流动系统固有波动频率的概念,认为炉膛横向压力波动是由风–床系统的压力波动的共振引起的,并建立压力波动简化模型,模型计算能够较好的符合实验结果。建议通过流态重构和调整一次风管网结构来避免床压横向波动的发生。     

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。     

超临界600 MW机组英巴W火焰炉偏斜气固两相流和不对称燃烧研究

针对国内引进的首台参数最高、单机容量最大的超临界600 MW机组英巴W火焰锅炉,借助1:40冷模试验台的变分级风率试验揭示其炉内气固两相流动特性,通过满负荷设计工况的工业测量获得炉内燃烧和NO_x排放特性。结果表明:不同分级风率下炉内均呈现"前长后短"型偏斜气固两相流场,后墙侧下行气固两相流较快倾向炉膛中心且较早上行,上行气流整体偏向前墙侧且后拱下部形成强回流区;下行气固两相流存在气固相滑移现象且前后墙侧差异大;后墙侧燃烧状况明显优于前墙侧,前墙侧严重低温和大量未燃尽颗粒物,导致锅炉整体燃尽效果差,飞灰可燃物高达8.5%;燃烧器区域一次风粉与二次风过早混合、炉内分级燃烧程度低和后墙侧局部高温环境的综合作用,导致NO_x排放质量浓度高达1 467 mg/m~3(φ(O_2)=6%)。建议改进炉膛结构、配风和燃烧系统,避免采用一、二次风密集相间的喷口布置方式,在构建对称燃烧流场、维持足够燃尽的同时,尽量加大炉内分级燃烧。