700℃超超临界锅炉壁温特性研究

采用分区简化一维电站锅炉炉内气动一传热模型,理论计算了700℃超超临界锅炉炉膛水冷壁及管内工质温度的空间分布特性。计算结果表明:沿炉膛高度方向上煤粉燃烧器区域水冷壁热负荷较高,炉膛中间热负荷高,而上下炉膛的热负荷偏低;水冷壁周向温度呈中间高两侧低的抛物线型分布,700℃、35 MPa超超临界状态下,锅炉在BMCR工况下的水冷壁管内工质为单相流体,无明显大比热区域,壁温最大高达到619℃。因此,在5%左右的设计裕度下,建议水冷壁管材应选用许用温度大于650℃的材料。     

Calculation on Water Wall Temperature in the Furnace of a 1000 MW Ultra-supercritical Tower Boiler

以某电厂1 000 MW超超临界塔式锅炉为研究对象,在一维分区的计算基础上,对炉内主燃烧区域进行分区,在满足工程需要的基础上简化了辐射传热模型和管内换热模型,对炉内主燃烧区进行变工况研究得出水冷壁壁温分布,并且与实测数据进行比较验证.结果表明：水冷壁壁温沿炉膛高度方向呈现双峰,沿炉膛宽度方向则呈中间高两边低的趋势;随着负荷降低,水冷壁壁温降低;模型计算数据与实测数据相比,均方根误差最大为5.38%;该模型可以预测水冷壁壁温分布,为锅炉设计和实际运行提拱技术支持.     

1000MW超超临界塔式锅炉炉内水冷壁壁温计算研究

以某电厂1 000 MW超超临界塔式锅炉为研究对象,在一维分区的计算基础上,对炉内主燃烧区域进行分区,在满足工程需要的基础上简化了辐射传热模型和管内换热模型,对炉内主燃烧区进行变工况研究得出水冷壁壁温分布,并且与实测数据进行比较验证.结果表明:水冷壁壁温沿炉膛高度方向呈现双峰,沿炉膛宽度方向则呈中间高两边低的趋势;随着负荷降低,水冷壁壁温降低;模型计算数据与实测数据相比,均方根误差最大为5.38%;该模型可以预测水冷壁壁温分布,为锅炉设计和实际运行提拱技术支持.     

1000MW塔式直流锅炉炉膛水冷壁管壁温度和热负荷分布的试验研究

对2台1 000MW超超临界压力塔式直流锅炉炉膛水冷壁管壁温度和热负荷分布进行了测量和计算,并对不同负荷工况、不同磨煤机投运方式下的热负荷和管壁温度分布规律以及炉膛上部垂直水冷壁的热负荷分布进行了分析.结果表明:1 000MW塔式直流锅炉炉膛热负荷的分布规律与其他四角切圆燃烧锅炉炉膛热负荷的分布规律基本一致.由于在最上层的燃烧器上方布置了燃尽风,对炉内烟气的扰动加强,导致沿管长方向的热负荷在54m标高处波动较大;在燃尽风喷嘴中心线以上,因受到燃尽风进入炉膛的影响,水冷壁热负荷大幅度下降.为了避免炉膛大比热区传热恶化,可以将处于拟临界点附近的水冷壁布置在低热负荷区域.     

大容量锅炉炉膛对流换热与水冷壁壁温计算

以某台1 000MW超超临界塔式锅炉作为研究对象,采用区域法建立了二维小区换热模型,简化了炉内辐射换热与对流换热,对不同锅炉负荷下对流换热量占炉膛高度方向各分区换热量、炉膛总换热量的比例以及沿炉膛宽度方向水冷壁壁温的分布进行了研究,并与实测数据进行了比较.结果表明:水冷壁壁温计算值与试验值的最大偏差率为5.26%,均呈现中间高、两端低的分布趋势;对流换热量最多可使壁温计算值提高16.7K,计算精度提高3.30%;计算所得的水冷壁壁温最高值为523.5℃,未超出材料的允许温度,且有4.8%的安全裕度.     

超临界压力W火焰锅炉运行方式对炉内热负荷影响的试验研究

对某600 MW超临界压力W火焰锅炉炉膛水冷壁壁温进行了测量,获得了炉膛水冷壁热负荷分布,调整锅炉运行方式(如磨煤机投运方式、前后墙的总风门挡板开度、煤粉细度和三次风风门挡板开度等),测量并计算炉内热负荷.结果表明:煤粉细度对炉内热负荷几乎没有影响;前后墙总风门挡板开度会影响炉内火焰行程,应该采用"前墙压后墙"的运行方式;三次风风门挡板开度变化会改变上、下炉膛热负荷的分布;不投运的磨煤机所对应区域的热负荷明显下降.     

600MW超临界循环流化床锅炉运行优化试验研究

在600 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉上完成了一系列试验。试验包括60 m高CFB冷模试验、600 MW超临界CFB锅炉炉内(包括外循环系统)燃烧与传热均匀性试验以及水冷壁传热特性试验,分别研究了60 m高CFB冷模试验提升管内气固浓度分布、给煤均匀性对600 MW超临界CFB锅炉炉膛出口烟气成分均匀性的影响、二次风射程随负荷变化规律;分析了100%负荷下600 MW超临界CFB锅炉水冷壁汽水温度分布特性,并通过水冷壁背火侧壁温分析了水冷壁壁面气固流动特性、热流密度特性。通过这些试验研究发现炉膛上部(距布风板40 m以上)气固浓度随着炉膛高度的增加仅轻微增加;炉膛底部风煤混合对炉膛出口的烟气成分有强烈影响;通过测量水冷壁背火侧壁温可以分析获得炉内水冷壁壁面附近多项热力参数。     

超临界压力W火焰锅炉炉膛水冷壁热负荷分布的试验研究

对某2×600 MW超临界压力变压运行W火焰直流锅炉炉膛水冷壁壁温进行了测量,获得了水冷壁热负荷的分布,并对不同工况下的热负荷进行了分析.结果表明:磨煤机投运方式对炉拱下方冷灰斗区域热负荷的影响较大;启动过程中,下部水冷壁热负荷的分布不均匀,但大部分测点的热负荷维持在400kW/m2以内;在满负荷工况下,热负荷很高且分布不均匀;炉内形成了前墙压后墙的燃烧形式.     

600MW超临界W火焰锅炉燃烧特性及水冷壁分布参数混合模拟

以东方锅炉600MW超临界W火焰锅炉为研究对象,从非预混燃烧、气相湍流、颗粒相轨道模型、辐射传热、煤粉挥发分燃烧等模型入手,运用计算流体力学软件FLUENT进行了计算流体力学(CFD)模拟,同时建立了炉膛水冷壁一维分布参数模型,将其得到的水冷壁温度分布作为CFD模拟的边界条件,通过两种模型的混合模拟,得到了更为准确的基础工况和变负荷工况下炉膛内温度场、流场、组分浓度场的分布特性,并分析了炉内煤粉燃烧规律的变化。     

超临界CO2锅炉气冷壁壁温及炉内烟温分布

为了从超临界CO₂锅炉实验数据中挖掘出更多的参数信息,应用固体导热计算、工质管路分配计算、炉膛辐射传热仿真等研究方法对气冷壁及其内、外部热边界进行求解,基于DO模型、支持向量机提出了一种气冷壁壁温和炉内烟温预测模型,并根据实验数据进行了计算。该算法的数据源为运行监测数据,可以实现炉内烟气温度分布、壁温及热负荷等物理量的在线求解。研究结果表明：气冷壁导热计算获得的管壁特定点温度与工质温度温差拟合公式准确性高,相关性在0.99以上;气冷壁壁温与外部热边界求解计算中获得热负荷波动情况一致;烟温预测模型的有效性在传热数据库测试中得到验证,其最大相对误差不超过8.5%。     

Coupled Heat Transfer Simulation of the Spiral Water Wall in a Double Reheat Ultra-supercritical Boiler

This paper presented a coupled heat transfer model combining the combustion in the furnace and the ultra-supercritical(USC) heat transfer in the water wall tubes. The thermal analysis of the spiral water wall in a 1000 MW double reheat USC boiler was conducted by the coupled heat transfer simulations. The simulation results show that there are two peak heat flux regions on each wall of spiral water wall, where the primary combustion zone and burnt-out zone locate respectively. In the full load condition, the maximal heat flux of the primary combustion zone is close to 500 kW/m~2, which is higher than that in the conventional single reheat USC boilers. The heat flux along the furnace width presents a parabolic shape that the values in the furnace center are much higher than that in the corner regions. The distribution of water wall temperature has a perfect accordance with the heat flux distribution of the parabolic shape curves, which can illustrate the distribution of water wall temperature is mainly determined by heat flux on the water wall. The maximal water wall temperature occurs at the middle width of furnace wall and approaches 530°C, which can be allowed by the metal material of water wall tube 12Cr1MoVG. In the primary combustion zone, the wall temperatures in half load are almost close to the values in 75% load condition, caused by the heat transfer deterioration of the subcritical pressure fluid under the high heat flux condition. The simulation results in this study are beneficial to the better design and operational optimization for the double reheat USC boilers.     

燃煤锅炉三维CFD数值模型水冷壁热边界条件设定方法

目前,燃煤锅炉三维CFD数值模拟中对炉膛水冷壁传热分布的预测大都基于给定的壁面温度边界条件。然而,此方法无法体现锅炉运行状态对壁面传热与壁温分布的影响。提出了一种基于锅炉烟气侧放热与汽水侧吸热间热平衡关系的壁面传热计算方法,并重点讨论了壁面传热系数的物理意义及取值方法。研究发现,壁面传热系数基本由壁面结渣状态决定,因此可根据壁面渣层的传热系数确定。本文方法将影响壁面传热的关键因素合理地体现在计算过程中,同时在模型复杂性与工程适用性之间保持了合理的平衡。采用此方法对一台320 MW锅炉的燃烧与传热分布进行了数值模拟,水冷壁吸热量的预测结果与锅炉运行数据吻合良好。     

负荷变化对900 MW超临界锅炉炉内燃烧影响的数值模拟

利用Fluent软件对1台900 MW四角切圆燃烧锅炉在不同负荷下炉内燃烧过程进行了数值模拟,分析了负荷变化对炉内流动和传热的影响规律.结果表明:在高负荷工况下运行时,炉内燃烧充分且稳定,但是炉内火焰更容易冲刷水冷壁,可能发生局部结渣现象;在低负荷工况下运行时,炉内火焰充满度较差,切圆燃烧的稳定性显著下降,炉膛水冷壁灰污表面温度也相应降低,水冷壁表面结渣的倾向弱化,沿高度方向水冷壁吸热不均匀性增大.由于该锅炉的低NOx燃烧器采用了分离燃尽风,使得高温区扩展,火焰中心高度比采用有关标准推荐的方法计算所得结果高4~5 m.     

超超临界锅炉垂直水冷壁热偏差监测系统的应用

针对大容量双切圆锅炉水冷壁热偏差问题,根据水冷壁管结构特征及下水冷壁管出口汽温等运行数据,研究开发B/S架构垂直管圈水冷壁热偏差监测系统。系统实现了水冷壁管工质流量偏差,工质热偏差,沿炉宽、炉深烟气热负荷偏差的在线监测。监测结果为判定水冷壁管内异常阻力特性、分析炉膛热负荷分布规律、优化锅炉燃烧、避免超温引起的降参数运行,提供了有效可靠的数据支持,并为下一步水冷壁监测技术研究工作打下基础。     

2008t/h四角燃烧煤粉锅炉烟温偏差实炉测试分析

大型四角切圆燃烧锅炉的烟、汽温度偏差对其安全运行具有重要影响。在2008t/h锅炉上,对不同负荷工况下炉膛上部屏区烟温及屏式过热器壁温进行了测试。结果表明,汽温左高右低,大致成W型分布形态,而烟温呈M型分布,与汽温分布状态峰谷反向对应。认为炉膛上部空间残余旋转形成沿屏区宽度烟气流量的不均匀分布,因而烟气对受热面的冲刷强度不同,导致屏间烟气换热量存有差异,这是烟、汽温偏差产生的根本原因。     

Modeling the Occurrence and Methods of Reducing Thermal Deviations of Upper Furnace Heating Surfaces in a 1000 MW Dual Circle Tangential Firing Single Furnace Ultra-Supercritical Boiler

The FLUENT computational fluid dynamics software package was used to model outlet velocity and temperature inhomogeneity in a 1000 MW dual circle tangential firing single furnace ultra-supercritical boiler. These computations allowed a theoretical analysis of thermal deviations at the furnace outlet and suggested means of reducing such deviations. This work involved study of radiative and convective heat transfer of the upper furnace platen superheaters, the radiative–convective heating surfaces above the furnace nose and the convective heating surfaces in the horizontal flue. The results demonstrated that the radiant heat load of the heating surfaces of the platen superheaters is related to the sectional dimensions of the furnace and exhibits a bimodal distribution in the boiler modeled during this work. It was also determined that a large recirculation zone is formed in the central section of the horizontal flue owing to velocity superposition. After establishing the thermal load distribution characteristics and the causes of thermal deviations at the various heating surfaces, further modeling was performed to assess the extent to which thermal deviations could be reduced by decreasing residual rotation at the furnace outlet via horizontally swinging the over fire air (OFA). The effects of OFA swing angles on velocity and temperature inhomogeneity at the furnace outlet were subsequently analyzed, and an OFA swing of ?10° was found to be optimal based on considerations of thermal deviations at the furnace outlet, the airflow field in the furnace, and safe operation of the boiler.     

景德镇发电厂660MW超超临界锅炉受热面壁温偏差控制策略

根据带节流孔圈垂直管屏超超临界直流锅炉的特点,结合景德镇发电厂实际运行状况,全面分析了锅炉水冷壁、过再热器管壁壁温偏差产生的原因。重点分析了磨组运行方式、配风方式等因素对受热面壁温的影响,通过烟气侧温度场调整,降低炉内及炉膛出口烟温偏差,达到各受热面吸热均匀,有效降低了受热面壁温偏差,为机组长期稳定运行创造了有利条件。     

Development of a distributed-parameter model for the evaporation system in a supercritical W-shaped boiler

In this paper, a distributed parameter model of an evaporation system in a supercritical W-shaped once-through boiler is developed based on the 3-D temperature distribution. The mathematical model was formulated to predict the distributions of the heat flux and the metal-surface temperature while considering a non-uniform distribution of the surface heat transfer and the frictional resistance coefficient. The results show that the heat flux distribution on the front water wall has three high heat flux zones in the W-shaped boiler, and the peak of the heat transfer coefficient moves to the peak of the heat flux gradually with the increment of load at supercritical pressure. The maximum deviation of the metal temperature is nearly 94 °C for different loads. This distributed parameter model is fit for the in-situ operating status of the boiler, and it provides a reference for the heat transfer of a supercritical system.     

开式直筒辐射管辐射换热性能的数值计算

针对一种设计用于长形炉膛的新型开式直筒辐射管,利用蒙特卡洛法对其辐射换热进行数值计算,从而对其工作性能作出预判,为开式直筒辐射管在工程领域的应用提供依据.结果表明：在长形筒状炉膛内使用开式直筒辐射管,炉膛壁面沿长度方向上的热流密度分布表现为先上升再下降、在尾部又上升的规律;在各负荷条件下,辐射管沿长度方向上的壁面温度分布规律同样为中间温度高,两侧温度低,其中前段温度平均低于后段温度.