大型循环流化床锅炉物料平衡与热平衡研究

摘要

近年来，循环流化床(CFB)锅炉以其与煤粉锅炉相当的燃烧效率、低廉的脱硫成本、极低的氮氧化物排放水平以及广泛的燃料适应性而得到迅猛发展，并正向超临界参数迈进。超临界参数可以进一步提高现有循环流化床锅炉的发电效率，使低成本燃煤污染物控制与高效发电结合，促进循环流化床燃烧技术在发电领域中发挥更重要的作用。
　　 由于现阶段在国际范围内尚无超临界CFB锅炉的大量成熟经验可循，因此只能依靠自主研发，这就需要对现有大型CFB锅炉的关键参数或运行特性如物料平衡和热平衡等进行深入研究，从而为超临界CFB锅炉的设计优化运行提供借鉴和参考。
　　 本文受国家“十一五”科技支撑计划支持，主要以白马电厂引进300 MW CFB锅炉为研究对象，通过数学建模、冷态试验和实炉试验等方法对大型CFB锅炉的物料平衡和热平衡特性进行研究，主要研究内容及创新点包括：
　　 ①大型CFB锅炉物料平衡整体数学模型：
　　 在前人研究成果基础上，通过对个别子模型经验表达式进行调整，重构了物料平衡数学模型，模型采用Fortran编程计算，通过实炉试验对模型结果进行验证校核，并结合计算结果分析了现有大型CFB锅炉的物料平衡特性和今后超临界CFB锅炉在物料平衡方面可能面临的一些问题，并提出相应建议。
　　 ②分离器入口烟道内颗粒流动特性研究：
　　 引进300 MW CFB锅炉的分离器入口烟道采用独特结构，可能会改变其内部颗粒的流动特性从而影响分离器性能以调整炉内物料平衡。为此，通过冷态试验，应用高速摄像技术，研究了新结构和传统结构的分离器入口烟道内颗粒的气固流动特性及其对分离器性能的影响。
　　 ③物料平衡特性对一、二次风机选型参数影响：
　　 循环流化床锅炉炉内存有大量物料，使一、二次风因拖曳物料所克服的阻力较大，对一、二次风的管网特性有着明显影响。首次从锅炉循环系统的物料平衡和压力平衡角度，对现有大型CFB锅炉一、二次风机的选型进行分析，并提出建议。
　　 ④引进300 MW CFB锅炉热平衡试验研究：
　　 按我国DL/T964-2005标准，采用VB软件编程，计算分析了引进300 MWCFB锅炉的热效率和各项热损失。通过实炉试验，计算了不同技术流派锅炉的散热损失，并给出了简易计算方法。该方法在较为客观地反映实际情况同时，大幅节省了试验工作量，可作为现有标准的补充，用于类似锅炉的性能试验计算中。⑤引进300 MW CFB锅炉外循环回路燃烧特性实炉试验研究：
　　 在该锅炉现场加装测点，并利用自制的取样装置对锅炉外循环回路的烟气成分和颗粒进行取样分析，首次研究了300 MW级CFB锅炉外循环回路中旋风分离器和外置式换热器的燃烧特性。试验结果可为今后更大容量CFB锅炉的设计优化运行提供参考。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

1 绪论

1.1 我国发展循环流化床燃烧技术的意义

1.2 循环流化床燃烧技术的发展过程及发展趋势

1.2.1 国外循环流化床燃烧技术的发展过程

1.2.2 国内循环流化床燃烧技术的发展过程

1.2.3 循环流化床燃烧技术的发展趋势

1.3 循环流化床锅炉的物料平衡与热平衡

1.3.1 物料平衡及其存在的问题

1.3.2 热平衡及其存在的问题

1.4 本文的主要研究工作

2 大型循环流化床锅炉物料平衡整体数学模型

2.1 模型针对范围

2.2 炉膛模型

2.2.1 密相区内的气固流动模型

2.2.2 稀相区内的气固流动模型

2.2.3 飞溅区衰减系数表达式

2.2.4 炉膛出口区的气固流动模型

2.3 分离器入口烟道模型

2.4 旋风分离器模型

2.4.1 沉降分离

2.4.2 离心分离

2.5 返料装置和外置式换热器模型

2.6 颗粒磨损的处理

2.6.1 燃烧破碎

2.6.2 磨损

2.7 整体物料平衡模型计算思路

2.7.1 宽筛分颗粒的基本参数处理

2.7.2 物料平衡计算流程

2.8 本章小结

3 大型循环流化床锅炉物料平衡特性分析

3.1 模型计算对象

3.1.1 白马300 MW CFB锅炉简介

3.1.2 白马300 MW CFB锅炉主要结构特点

3.2 验证工况下的物料平衡特性

3.3 模型参数分析

3.3.1 一次风份额的影响

3.3.2 入炉灰量的影响

3.3.3 风量的影响

3.3.4 入炉粒径分布的影响

3.3.5 更大容量CFB锅炉物料平衡特性讨论

3.4 分离器入口烟道气固流动特性试验研究

3.4.1 试验装置介绍

3.4.2 试验内容

3.4.3 试验结果分析

3.5 本章小结

4 循环流化床锅炉物料平衡特性对主要辅机的影响分析

4.1 循环流化床锅炉一、二次风系统及现存问题

4.2 循环流化床锅炉的压力平衡

4.3 循环流化床锅炉一、二次风的管网特性分析

4.4 循环流化床锅炉一、二次风机选型分析

4.4.1 一次风机选型原则分析

4.4.2 一次风机变工况调节方式的选择

4.4.3 二次风机选型原则分析

4.5 本章小结

5 引进300 MW循环流化床锅炉热平衡试验及结果分析

5.1 电站锅炉性能试验标准及其主要差异

5.1.1 锅炉性能试验标准

5.1.2 各标准间的主要差异

5.2 白马300 MW CFB锅炉热平衡试验过程

5.2.1 试验准备工作

5.2.2 试验条件

5.2.3 试验取样内容

5.3 白马300 MW CFB锅炉热平衡试验结果分析

5.3.1 锅炉热效率计算

5.3.2 锅炉热效率结果分析

5.4 大型CFB锅炉散热损失实炉试验

5.4.1 试验对象

5.4.2 试验过程与计算方法

5.4.3 散热损失计算结果分析

5.4.4 散热损失简易计算方法

5.5 本章小结

6 引进300 MW循环流化床锅炉外循环回路燃烧特性研究

6.1 研究背景

6.2 现场实炉试验

6.2.1 试验对象

6.2.2 试验方法

6.2.3 试验过程

6.3 旋风分离器燃烧特性分析

6.3.1 烟气成分分析

6.3.2 颗粒粒径及含碳量分析

6.3.3 外循环灰量的简易估算方法

6.4 外置式换热器燃烧特性分析

6.4.1 烟气成分分析

6.4.2 颗粒粒径及含碳量分析

6.5 外循环回路燃烧对锅炉总体热平衡的影响分析

6.6 本章小结

7 全文总结

7.1 主要结论

7.1.1 物料平衡研究结果

7.1.2 热平衡研究结果

7.2 后续研究展望

致谢

参考文献

附 录

A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读博士学位期间参加的科研项目情况