大型循环流化床燃烧均匀性研究

大型循环流化床锅炉燃烧大型循环流化床锅炉燃烧均匀性研究均匀性研究重庆大学锅炉燃烧环保研究室卢啸风燃烧均匀性研究的背景意义随着锅炉节能减排指标要求的不断提高，对锅炉燃烧均匀性的要求也相应提高为控制Nox排放，要求更均匀的炉膛温度；为控制Nox排放，要求更均匀的炉膛温度；为控制SOx排放，要求适宜的温度范围；为降低飞灰含炭量，要求均匀的风煤（风热）混合；为减少水冷壁、翼墙管屏热偏差，要求均匀的炉内截面气固浓度；大型循环流化床锅炉实际上存在诸多不均匀因素大型循环流化床锅炉实际上存在诸多不均匀因素给煤、送风（二次风）系统、返料、排渣不均匀；受热面布置不均匀；炉膛截面尺寸增大引起的气固流动不均匀；市场变化引起的煤质波动（掺烧矸石、煤泥等）大型CFB锅炉燃烧不均匀性表现以600MW超临界CFB锅炉早期运行情况为例：况为例：6个分离器进出口的氧量及CO含量存在较明显的不均匀性结论：随CFB锅炉容量结论：随CFB锅炉容量增大以及节能减排要求提高，炉内燃烧均匀性问题值得重视。采用链式给煤机多点给煤的均匀性问题以白马600MWCFB锅炉给煤系统为例煤系统为例在某些国产引进型300MWCFB锅炉(带外置床）给煤也有类似问题也有类似问题前墙给煤的350MWCFB锅炉给煤情况分析：给煤量无法均匀，也不应该均匀外循环回路循环灰量的不均匀性仍以白马600MWCFB锅炉为例，同侧锅炉为例，同侧三个分离器的循环灰量是不等的。实际上，6个分离器的循环灰量各不相同。最量各不相同。最大相差20%左右。受热面布置及吸热份额的不均匀性白马600MWCFB锅炉三个外置床的吸热份额是这样的50%不带外置床的大型CFB锅炉（高达50%的偏差，正常）；大型CFB锅炉，屏式受热面往往布置在炉前，前后墙受热面也存在较大的偏差二次风系统的不均匀性问题早期CFB锅炉炉膛截面小，二次风系统通常是环形风道，送风相对较均匀。随着锅炉容量增加，为降低成本以及系统布置简单，多采用单根二次风母管。仍以白马600MWCFB锅炉为例。其裤叉腿内外侧的二次风布置形式是这样的：与引进300MWCFB锅炉二次风的对比均匀性的差异600MWCFB锅炉二次风均匀吗？10.0020.0030.0040.00风速m/s左侧炉膛二次风风速12345678外上23.0032.4337.0036.4131.9226.4635.2235.92内上16.0517.7610.0215.0314.12内下17.1726.1623.4320.5826.0624.3121.3228.450.0010.00风速20.0030.0040.0050.00风速m/s右侧炉膛二次风风速结论：不均匀，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25.9016.9016.9015.5617.4017.0018.6317.500.0010.0020.00风速解决燃烧均匀性问题的困难所在煤种、入炉煤粒径等因素变化，导致沿炉膛高度放热量的变化；当炉膛上部同时有水冷壁、过热器及再热器时，变化趋势更为复杂；对超临界锅炉而言再热器时，变化趋势更为复杂；对超临界锅炉而言，还要同时考虑过再热汽温和水冷壁出口温度；负荷变化时，汽水工质在炉内的吸热量和尾部烟道的吸热量比例发生变化；辅助系统设计、安装等因素导致的燃烧不均匀，如底渣系统、给煤系统；底渣系统、给煤系统；小型试验台试验与大型CFB锅炉运行结果的巨大差异；因此，大型燃烧均匀性研究工作，实炉试验必不可少大型CFB锅炉燃烧均匀性的研究研究工作集中在以下几个方面：给煤均匀性性研究；布风及二次风均匀性研究；布风及二次风均匀性研究；外循环回路热负荷均匀性研究炉内风煤均匀性研究；炉内内循环量的研究；白马600MWCFB锅炉给煤均匀性研究实炉测量表明，给煤量分配要综合考虑循环灰量、外置床吸热量偏差等因素，在假定一、二次风均匀送入炉内，且炉内换热均匀，得到白马600MWCFB锅炉的前、中、后炉内换热均匀，得到白马600MWCFB锅炉的前、中、后三个区域的给煤量：随着汽水参数由亚临界转为超临界，外置床的吸热份额发生较大变化，最终造成不同负荷下煤量分布规律呈现出不煤量分布规律呈现出不同的变化趋势因此，每个给煤口的给煤量要能精确调节H型炉膛的给煤系统的建议方案双给煤线，设置给煤回送输送线；单给煤线，设置回送输送线；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国外某超临界CFB锅炉炉前螺旋给煤机600MWCFB锅炉流化风均匀吗？600MWCFB锅炉的流化风均匀性测量2015年更2015年更换全部风帽后的实炉冷态测试表明，炉内流化风速分布风速分布不均匀，前墙区域偏高，后墙区域偏低。等压风室内水平风速的模拟结果风室长度大于12-15米后，靠前墙区域的水平风速较低，意味着静压高，穿过布风板的风速高.600MWCFB锅炉二次风调平结果设计应该更加精细，应进行全风道的风量平衡模拟计算，仔细调整每个弯头角度、分支管的长度2345出口速度偏差率%内上二次风外二次风内下二次风10152025出口速度偏差率%内上二次风内下二次风外二次风01234567801出口速度偏差率出口编号01234567805出口速度偏差率出口编号优化前，最大相差率达22%；优化后，最大相差率仅4.6%风煤均匀后的炉膛出口烟气成分内侧二次风调平后的测量结果（外二次风也调平）内侧二内侧二次风调平后，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/kg19460182901170kJ/kg19460182901170收到基灰份%31.8835.2-3.32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%49.6948.121.57内外侧二次风比例的研究根据以往的经验，对于前墙给煤，前墙给煤前墙返料，则前后墙的二次风比约0.7：0.3对应于H型炉膛，内二次风与外二次风的比例究竟对应于H型炉膛，内二次风与外二次风的比例究竟应该是多少？外二次风仍多于内二次风（比例不够大？），热态时由于床压影响，上二次风比例会更大；下表为冷态试验测得的二次风比例炉内水冷壁及翼墙管屏的热偏差研究水冷壁及翼墙管屏的热偏差，反应了炉内热流密度的差异和工质流量的差异；这些异和工质流量的差异；这些差异有设计的原因，也有运行的原因；通过测量水冷壁的沿程壁温变化，可以知道炉内热流密度沿炉膛高度的分布；结合度沿炉膛高度的分布；结合工质侧的流量计算，即可判断翼墙管屏的热偏差情况，预测水冷壁与管屏的热变形及磨损。炉内气固扩散的均匀性研究背景：二次风穿透与扩散问题扩散问题底渣排放的启示要解决的问题提出更优的二次风改进办法考虑给煤、排渣、返料、内循环等因素的综合影响最终要得出不同负荷下各因素综合作用下的最佳二次风参数大型CFB锅炉循环回路均匀性研究外置床换热均匀性及对炉内燃烧均匀性的影响考虑最大20%的分离器返料不均匀性及不同外置床内受热面在不同负荷下的吸热份额差异；不同炉型条件下高温循环灰的换热差异带外置床炉型：高温循环灰先保证外置床换热，再对炉内水冷壁换热；无外置床炉型：高温循环灰同时对水冷壁和过、再热屏换热，或先对水冷壁换热，再对过、再热屏换热；屏换热，或先对水冷壁换热，再对过、再热屏换热；低负荷下过、再热汽温的保证问题内循环研究的主要作用之一；两种外置床的管束布置结构白马300MWCFB锅炉白马600MWCFB锅炉致谢！！上述实炉试验工作，得到白马循环流化床示范电站的大力支持，特此感谢！！！60米高冷模试验台，试验台穿过10层平台和12层检修通道前墙和右侧水冷壁共开设壁温测点74个。结束语目前看来，CFB锅炉炉内燃烧均匀性，可能是下一个急待解决的关键问题；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，仍有很多基础工作要做；