600MW超临界CFB锅炉实炉试验研究

2016/6/171600MW超临界CFB锅炉实炉试验研究重庆大学锅炉燃烧环保研究室卢啸风教授（13808369615）内容简介600MW超临界CFB锅炉基本概况600MWCFB锅炉燃烧均匀性研究600MWCFB锅炉水冷壁运行安全性研究600MWCFB锅炉炉外循环回路平衡特性研究600MW超临界CFB锅炉的基本情况及其影响基本情况各项主要参数，已完全达到设计值，甚至优于设计值；影响作用600MWCFB锅炉运行，使我们对大型循环流化床燃烧技术、运行技术的认识水平，达到从未有过的新高度，理论认识与实践经验都产生了质的变化（由跟跑到并跑或领跑）。国家十三五期间，要上马660MW超超ＣＦＢ锅炉，还需要不断总结经验，努力攻关。超临界CFB锅炉还可优化的领域三年多的运行实践表明，在以下几个重要方面，大型循环流化床锅炉技术还有进一步优化的空间和未来需要进一步突破的技术领域超大型炉膛内燃烧均匀性超大型炉膛水冷壁的运行安全性超大型炉膛内循环和外循环回路气固流动行为的准确控制600MWCFB锅炉炉内燃烧均匀性截止2014年，通过多次实炉测量，发现六个分离器入口烟气成分相差较大，且随负荷变化，呈现不同的变化趋势；与白马电厂技术人员共与白马电厂技术人员共同调试发现，六个分离器出口烟气成分均匀性与炉温均匀性，不可兼得。600MWCFB锅炉飞灰含炭量与同厂燃用同煤种的300MWCFB锅炉差别不大结论：600MWCFB锅炉炉内燃烧确实存在均匀性问题600MWCFB锅炉分离器入口烟气成分分离器入口烟气成分相差较大，且随负荷变化，呈现不同的变化趋势对内侧下二次风进行调节，无法整体改善均匀节，无法整体改善均匀性2016/6/172600MWCFB锅炉燃烧均匀性研究根据现场测试情况，按以下方面进行研究给煤均匀性配风均匀性配风均匀性炉内气固流动、扩散均匀性给煤均匀性研究（1）白马600MW超临界CFB锅炉采用侧墙给煤方式，炉膛两侧各布置6个给煤口。给煤设备包括4台一级称重皮带给煤机、4台二级链式输送机，12个电动插板阀分析表明：给煤量无法均匀，也不能均匀给煤均匀性研究（2）根据现场测试，同侧三个分离器的循环灰量是不等的，同侧三个外置床吸热量也是不等的，因此各给煤口的给煤量也不应相等。各给煤口的煤量究竟多少才合适？给煤均匀性研究（3）在综合考虑循环灰量、外置床吸热量偏差的条件下，并假定一、二次风均匀送入炉内，且炉内屏过换热均匀，得到前、中、后三个区域的给煤量应为：随着汽水参数由超临界转为亚临界，外置床的吸热份额外置床的吸热份额发生较大变化，最终造成高低负荷下煤量分布规律呈现出不同的变化趋势每个给煤口的给煤量要能精确调节H型炉膛的给煤系统方案双给煤线，设置给煤回送输送线；单给煤线，设置回送输送线置回送输送线；每个给煤口设置一台螺旋给煤机多余的煤由回送输送线送回600MWCFB锅炉流化风均匀吗？600MWCFB锅炉的流化风均匀性测量15年更换全部风帽后的实炉冷态测试冷态测试表明，炉内流化风速分布不均匀，前墙区域偏高，后墙区域偏低。2016/6/173等压风室的模拟结果不同尺寸等压风室的水平风速分布云图（长度大于15米后，炉前有较低的水平流速区域）风帽阻力的模拟结果模拟计算表明，风帽阻力合适建议根据实际情况沿际情况，沿炉膛布风板左侧、中间、右侧分区布置不同类型的风帽600MWCFB锅炉二次风均匀吗？12345678外上23.0032.4337.0036.4131.9226.4635.2235.92内上16.0517.7610.0215.0314.12内下17.1726.1623.4320.5826.0624.3121.3228.450.0010.0020.0030.0040.00风速m/s左侧炉膛二次风风速结论：不均匀，后墙大前墙小，喷口风速最大相差30%左右12345678外上二次风38.4433.4829.1033.3039.1034.3034.6025.80内上二次风14.3015.8012.5016.1016.80内下二次风25.9016.9016.9015.5617.4017.0018.6317.500.0010.0020.0030.0040.0050.00风速m/s右侧炉膛二次风风速风煤均匀后的炉膛出口烟气成分二次风调平后的测量结果前墙喷口右下1右下2右下3右下4右下5右下6右下7右下8后墙开度100%100%100%100%100%100%100%75%喷口右上1右上2右上3右上4右上5开度100%100%100%100%100%喷口左下1左下2左下3左下4左下5左下6左下7左下8开度开度100%78%100%100%100%100%84%87%喷口左上1左上2左上3左上4左上5开度100%100%100%100%100%二次风调平后，炉膛出口氧量分布基本均匀调整前后60%负荷下的运行参数对比项目单位2014年4月试验2015年12月试验发电负荷MW361.6357水煤比5.24.5给煤量t/h168.8201.9总风量kNm3/h1046.31094二次风量kNm3/h396499炉膛总压降kPa16.115.1炉膛上部压降kPa0.10.5飞灰可燃物%6.62.8底灰可燃物%1.22.6左、右炉膛床温温差℃-1680二次风调平前后的煤质成分测量单位2014年4月2015年12月前后差值燃煤低位热值kJ/kg19460182901170燃油低位热值kJ/kg42705427050收到基灰份%31.8835.2-3.32收到基硫份收到基硫份%2.652.360.29燃煤全水分%7.47.40无灰基挥发份%22.7321.651.08固定碳%49.6948.121.572016/6/174两次测量期间的入炉煤粒度33.7733.2138.79544.443035404550份额（%）入炉煤粒径对比1.4621.899.680.2513.373.140510152025＜0.20.2—11—44—8＞8质量份粒径（mm）优化前优化后600MWCFB锅炉二次风总体布置参数名称数目距布风板高度（m）布置位置外二次风喷口85.5侧墙内上二次风喷口555裤衩腿内上二次风喷口55.5裤衩腿内下二次风喷口82.5前后墙各1个，裤衩腿6个现场测量：上、中、下二次风喷口内径尺寸不同二次风不均匀的主要原因是风道设计锅炉内侧二次风布置示意图二次风不均匀的原因主要是风道设计外侧二次风道示意图（间距不均匀）模型计算与验证内下、内上、外上二次风实测与模拟对比051015202530354045WO1WO2WO3WO4WO5WO6WO7WO8速度值m/s喷口名称测量数据原始几何模拟结果051015202530xo1xo2xo3xo4xo5xo6xo7xo8速度值m/s喷口名称测量数据原始几何模拟结果024681012141618so1so2so3so4so5速度值m/s喷口名称测量数据原始几何模拟结果二次风均匀性优化通过改造风速偏差大的风管弯头角度，使二次风喷口速度均匀。通过多个风量、多个风温参数变化的验证，改造后可使二次风喷口速度偏差在5%以内。2016/6/175炉内气固浓度扩散均匀性研究问题提出：二次风穿透能力越大越好吗？为增大二次风动量而采取的努力，是否有副作用？二次风射程与扩散的矛盾研究方法实测不同负荷下二次风喷口处的床压，再根据实际运行时的二次风量计算二次风的射程与横向扩散特性提出更优的二次风改进办法最终要得出不同负荷下的最佳二次风射程与扩散特性锅炉水冷壁运行安全性研究水冷壁运行安全性水动力安全；•运行中是否有正的流量反应特性•水冷壁在全负荷范围内是否存在壁温差较•水冷壁在全负荷范围内，是否存在壁温差较大的区域？膨胀，变形，磨损安全•低质量流率条件下，水冷壁刚度下降，是否存在由于热应力而产生膨胀受阻、变形？以及由于变形产生的额外磨捐？低质量流率（本生技术）的实炉验证确实在不同负荷下都有正的流量响应测温热电偶每个测点各安装两只热电偶，分别安装于水冷壁管的背火侧顶部和水冷壁管间鳍片中间。对热电偶进行保温，加强热电偶的固定，减小测量误差。水冷壁的断面温度分布网络无关性验证：312个以上网格即可。100%负荷时前墙水冷壁壁温分布表现出明显的“正流量反应特性”角部受热弱；中隔墙附近受热较弱；测量值与DCS显示趋势吻合2016/6/176水冷壁热应力4.6×2m区域管屏温度分布——向火侧变形量向火侧的最大变形量最大变形量不超过1.2mm外循环回路平衡特性试验研究600MWCFB锅炉外循环量实炉测量方法：测量分离器进出口的烟气成分、颗粒粒径分布循环灰含粒径分布循环灰含炭量、根据冷模试验及模拟计算推算分离器入口气固浓度分布，计算外循环回路的循环物料量；两种外置床的管束布置结构300MWCFB600MWCFB两种布置方式的外置床管壁温度分布600MWCFB再热器300MWCFB再热器结束语白马600MWCFB锅炉成功投运，极大地提高了我国循环流化床锅炉技术水平；随锅炉容量增加，超临界CFB锅炉还有很多需要研究的课题，尤其在炉内燃烧均匀性、水冷壁运行安全性循环回路平衡特性等方面仍有很多行安全性、循环回路平衡特性等方面，仍有很多基础工作要做；前述研究成果的取得，得到清华大学、中国工程热物理研究所、白马电厂等单位的专家、领导的大力支持和帮助。谢谢！2016/6/177谢谢！联系方式：重庆大学动力工程学院锅炉燃烧环保研究室电话：[phone]13808369615(卢啸风）E-mail:[e-mail]