300MW CFB锅炉动态特性研究及仿真建模

摘要

循环流化床技术作为一种高效、低污染的洁净煤发电技术，近二十年来发展十分迅速。目前，国内已投运的循环流化床机组主要为300MW等级，而随着经济的快速发展，电力需求不断提升，电网调峰在速率与深度等方面要求提高，对燃煤电站参与调峰提出新挑战，因此针对循环流化床机组调峰能力的研究具有重要意义。
　　循环流化床锅炉是一个非线性、多变量耦合的复杂对象，研究其动态特性对于优化机组调峰过程中的锅炉控制具有重要意义。本文通过现场动态试验，获取了机组全面的运行数据，深入分析了给煤量、风量等因素对床温、床压的影响规律，还进行了快速变负荷试验、超额定负荷试验及最低稳燃负荷试验，研究机组快速、深度调峰能力。
　　床温动态响应试验结果表明:给煤量、一次风量对床温影响最大，且响应时间较短。给煤量与一次风量的变化直接影响密相区燃料燃烧释放热量的多少，对床温起决定性作用。二次风量与返料阀开度对于床温影响明显，但同给煤量与一次风量相比，影响稍弱。二次风量对于床温的影响不同于一次风量，二次风量的变化会改变从密相区进入稀相区的固体颗粒量，进而改变了密相区与稀相区的相对燃烧份额，引起密相区床温的变化。回料量的变化对于床温的影响存在滞后性，因为冷灰从回料器回到炉膛中间需经过外置床，且外置床也具有一定存储能力，因此通过调节外置床冷灰量来改变床温具有滞后性，滞后时间约为200s。
　　床压动态响应试验结果表明:一次风量对于床压影响很大，一次风量是床料流化的动力来源，一次风量在运行时应保持稳定，以保证炉内床料流化、换热稳定，否则极端情况会发生“翻床”停炉事故。给煤量、返料器开度、冷渣器转速对于床压也有直接影响，但影响没一次风大，这三个因素都是通过改变炉内床料存储量而引起床压变化，不过给煤量与冷渣器转速调节响应时间短，返料器开度调节床压响应时间长。二次风量对于床压的影响较小。
　　机组调峰特性试验表明:降负荷试验中，平均降负荷速率可达4.67MW/min，其中234MW～201MW负荷区间降负荷速率最大，可达到10MW/min。机组负荷最高可至330MW，最低可达120MW。高负荷时机组运行较为稳定，但低负荷时机组运行方式同高负荷时有明显差异，低负荷时，密相区温度高、稀相区温度低等特点表明机组处于鼓泡床运行方式。
　　以300MW循环流化床锅炉为研究对象，利用APROS仿真软件，结合设计资料及运行数据，建立基于经验值的整体动态模型，模型主要包括燃烧室模型、汽水系统模型及循环物料系统内模型，燃烧室模型包括流动模型、燃烧模型和传热模型。流动模型中将炉膛分为密相区与稀相区两部分，分别计算了密相区空隙率、最小流态化速率。燃烧模型利用APROS中成熟的燃烧控制模块，模拟了炉内燃料燃烧过程。传热模型中分别计算气体对流换热系数、颗粒对流换热系数与颗粒辐射换热系数。汽水系统模型采用模块搭建，构建了蒸发区模型、单相换热器模型与减温喷水机构模型。物料循环系统模型中利用经验值修正了总外循环灰量，从模型静态结果来看，误差在允许范围内，总体动态模型准确性较好。
　　利用所建立的循环流化床整体动态模型，研究不同扰动因素下机组的动态特性，进行了给煤量扰动、一次风量扰动及变负荷等动态仿真试验。试验结果表明整体动态模型运行稳定，能够满足仿真模拟的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 循环流化床锅炉燃烧技术及其发展

1．2．1 循环流化床锅炉燃烧技术优点

1．2．2 循环流化床锅炉的发展现状

1．3 本文所选课题研究现状

1．3．1 循环流化床锅炉机组调峰研究现状

1．3．2 循环流化床锅炉整体动态模型与仿真研究现状

1．4 本文的研究内容及章节安排

第二章 300 MW循环流化床锅炉简介

2．1 引言

2．2 锅炉整体布置简介

2．3 锅炉主要系统及设备介绍

2．3．1 物料循环系统

2．3．2 风烟系统

2．3．3 汽水系统

2．4 锅炉炉膛主要测点布置介绍

2．5 本章小结

第三章 300MW循环流化床机组动态特性及调峰特性试验研究

3．1 引言

3．2 床温、床压动态响应试验研究

3．2．1 床温、床压的动态特性

3．2．2 动态响应试验及结果分析

3．3 机组调峰特性试验研究

3．3．1 快速变负荷试验研究

3．3．2 超额定负荷试验研究

3．3．3 最低稳燃负荷试验研究

3．4 机组污染物排放特性研究

3．4．1 SO2排放特性

3．4．2 NOx排放特性

3．5 本章小结

第四章 300MW循环流化床锅炉动态仿真模型

4．1 引言

4．2 APROS仿真平台及数学建模概述

4．2．1 APROS仿真平台简介

4．2．2 APROS仿真计算基础

4．2．3 APROS仿真求解步骤

4．2．4 APROS仿真建模方法

4．3 基于APROS仿真平台的CFB锅炉仿真模型

4．3．1 循环流化床燃烧室建模

4．3．2 汽水系统建模

4．3．3 物料循环系统建模

4．4 本章小结

第五章 300MW CFB锅炉动态模型验证及仿真试验

5．1 整体模型参数设置

5．2 静态模型结果验证

5．2．1 100％ECR工况下仿真结果验证

5．2．2 50％ECR工况下仿真结果验证

5．3 动态仿真试验

5．3．1 给煤量扰动

5．3．2 一次风量扰动

5．3．3 机组变负荷工况

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介，攻读硕士期间取得的学术成果