白马电厂1025t/h CFB锅炉热平衡和物料平衡的试验研究

摘要

循环流化床燃烧技术以其燃料适应性广、污染物控制好、良好的负荷调节性能等优点成为洁净煤技术中最佳的选择。但是随着循环流化床锅炉大型化的发展,外置式换热器的使用,过热器和再热器均采用尾部烟道与外置式换热器交叉布置的方案,在方便蒸汽温度控制调节的同时,也将蒸汽温度控制与炉膛温度控制耦合在一起,使锅炉的物料平衡和热平衡关系更加复杂。物料平衡和热平衡是循环流化床锅炉设计和运行的一个重要指标,它对锅炉的流动特性、传热特性、燃烧特性、变工况特性等影响很大。但是受循环灰现场测量的限制,目前这方面的研究还很少。本文受国家“十一五”科技支撑计划的支持,在白马300MWCFB锅炉上进行了现场的试验研究,对大型CFB锅炉的物料平衡和热平衡关系进行了详尽的研究,建立起了锅炉各部分的热平衡和物料平衡关系,并研究了其与负荷的关系,通过现场试验和数值计算的方法,以期在学习研究国外先进技术的基础上为国内大型CFB锅炉(特别是超临界CFB锅炉)的发展做技术储备。研究的主要内容有:①现场进行300MWCFB锅炉的热平衡试验,研究锅炉的热力性能。②根据现场测得的试验数据,研究锅炉各部分(炉膛、外置式换热器和尾部烟道)在不同负荷下的热负荷比例和炉膛受热面的传热系数变化。③采用基于热平衡和物料平衡的循环灰静态算法求解锅炉的循环灰量,并使用Fluent软件对旋风分离器入口段进行数值模拟,研究物料浓度、粒径、风速和温度对入口段压降的影响,为压降法测循环灰量提供前期准备。④建立循环流化床锅炉各部分的物料平衡和热平衡,研究物料平衡与负荷的关系。通过研究得到主要结论有:①试验研究发现白马300MWCFB锅炉在正常运行工况下的热效率一般在91.8％(根据DL/T964-2005标准),在未进行修正的情况下接近锅炉保证效率。②锅炉炉膛水冷壁的传热系数随负荷的提高而提高,且近似直线,体现良好的负荷调节特性。③炉膛的热负荷比例随负荷的提高而减小,外置式换热器的热负荷比例则随负荷的提高而增加,而尾部烟道吸热比例则变化趋势不明显。④锅炉具有低污染物排放的特点,其脱硫效率远高于其他CFB锅炉,在Ca/S摩尔比为1.74,锅炉的脱硫效率高达94.72%,NOX的排放浓度仅为79 mg/Nm3。⑤入口段的压降随物料浓度、粒径、风速和温度的增加而增大,但温度对压降的影响不明显。⑥白马300MWCFB锅炉在B-ECR工况下的循环倍率一般在33左右。⑦随负荷的提高,炉膛内物料量的比例降低,立管的堆积高度增大,但外置式换热器内的循环灰量增加速度更快,导致热循环灰的比例降低。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.1.1 发展电站CFB 锅炉的必要性

1.1.2 循环流化床锅炉燃烧技术的优点

1.2 国内外大型循环流化床发展概况

1.2.1 国外CFB 锅炉大型化的发展

1.2.2 国内CFB 锅炉大型化的发展

1.3 循环流化床锅炉大型化过程的关键问题

1.3.1 物料平衡

1.3.2 热平衡

1.4 CFB 物料平衡和热平衡的影响因素分析

1.4.1 分离器效率

1.4.2 燃料的成灰特性

1.4.3 排渣粒度分布

1.5 本文的研究意义和主要工作

2 白马300MW CFB 锅炉热平衡试验研究概况

2.1 白马300MW CFB 示范电站概况

2.1.1 白马300MW CFB 锅炉简介

2.1.2 白马300MW CFB 锅炉特点分析

2.2 白马300MW CFB 锅炉热平衡试验

2.2.1 锅炉性能考核试验标准

2.2.2 白马300MW CFB 锅炉热平衡试验方法

2.2.3 本课题锅炉热效率计算标准及方法

3 热平衡试验结果分析

3.1 白马300MW CFB 锅炉热效率计算

3.1.1 白马300MW CFB 锅炉热平衡试验参数

3.1.2 锅炉热效率计算方法及过程

3.1.3 锅炉热效率计算结果及分析

3.2 炉膛受热面平均传热系数的研究

3.2.1 CFB 锅炉传热特点

3.2.2 传热系数研究条件

3.2.3 炉膛传热系数的试验研究

3.3 锅炉热负荷的分配

3.4 污染排放

3.5 小结

4 CFB 锅炉物料平衡的研究

4.1 物料平衡的研究现状

4.1.1 称重法

4.1.2 涡轮法

4.1.3 微波法

4.1.4 光电法

4.1.5 激光法

4.1.6 超声波法

4.1.7 基于密相区热平衡计算法

4.1.8 分离效率及颗粒分档饱和夹带模型计算法

4.2 基于热平衡和灰平衡的循环流化床锅炉循环灰静态计算

4.2.1 计算原理

4.2.2 假设及计算流程

4.2.3 计算过程

4.2.4 结果验证与分析

4.3 基于气固两相伯努利方程的旋风分离器入口段数值模拟

4.3.1 建立计算的几何模型

4.3.2 简化假设

4.3.3 建立模拟计算的数学模型

4.3.4 湍流模型的选用

4.3.5 两相流动模型的选用

4.3.6 数值模拟步骤

4.3.7 模拟结果及分析

5 循环流化床锅炉各部分热平衡和物料平衡数据汇总

5.1 炉膛的热平衡和物料平衡

5.2 外置式换热器的热平衡和物料平衡

5.3 尾部烟道的热平衡和物料平衡

6 结论

6.1 本文结论

6.1.1 热平衡试验研究结论

6.1.2 物料平衡的研究结果

6.2 展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录