330MWe循环流化床锅炉掺烧污泥性能影响

利用循环流化床(CFB)锅炉掺烧一定比例污泥是减量化、无害化和资源化处理污泥的有效方式。为了解污泥掺烧对大型电站CFB锅炉物料平衡和运行性能的影响,以某330 MWe亚临界CFB锅炉为研究对象,借助一维CFB数学模型对其掺烧污泥后的物料平衡特性进行预测和分析,然后结合实炉运行数据讨论掺烧对锅炉性能的影响。模型计算结果表明,在原煤矸石和煤泥混合燃料中(煤泥质量分数为15%),掺入10%污泥替换一部分煤矸石后,飞灰和底渣粒度变化很小,而循环灰粒度略微增大;循环流率由9.2 kg/(m^(2)·s)提高至11.8 kg/(m^(2)·s),提高了近30%;稀相区平均压降即颗粒悬浮浓度增大约35%;飞灰占总灰渣份额增加约1.5个百分点;同时床料颗粒在炉膛内的停留时间有所延长。在不同锅炉负荷(50%~100%)下的实测结果均显示,掺烧10%污泥后,床温下降10℃左右;排烟温度升高3℃以内;低温过热器及低温再热器出口蒸气温度有所提高,大部分工况下温升在10℃以内;而炉内屏式过热器出口蒸气温度则略有降低,降幅为2~15℃。模型和实炉运行结果表明,掺烧少量污泥有利于改善CFB锅炉物料循环性能,尾部烟道对流换热增强,而炉内屏式过热器传热系数有所降低。但总体上看,在较宽负荷范围内,当污泥掺烧比例较低时,锅炉蒸气参数等变化较小,对整体运行性能影响不大。

国内外生物质能源发电技术应用进展

生物质能源是可再生清洁能源,对节能减排具重要意义。生物质发电不仅能实现“碳中和”,在我国实现“碳达峰”后还可替代部分煤电,成为电网调峰的重要力量。分析了生物质燃烧特性,分别介绍了国内外纯燃生物质发电、生物质与煤混烧发电和生物质气化耦合燃煤锅炉的应用现状。指出生物质纯燃发电项目容量小,发电效率不高且易出现积灰和氯腐蚀的问题,机组可用率偏低。生物质与煤混烧技术可以利用现有大容量发电机组,需要的额外投资小,具有较高的灵活性,可有效提高生物质利用效率,避免纯燃带来的一系列问题,是现阶段更经济可行的发电方案。目前,生物质与煤混烧发电项目的建设和运营需要上网电价的政策支持。

CFB锅炉大型化气固流动非均匀性研究进展

循环流化床(CFB)锅炉大型化发展的必然结果是炉膛截面尺寸和并联回路的增加,流化床锅炉炉内燃烧和传热过程很大程度上取决于炉内气固流动特性,因此横向气固流动均匀性对锅炉的安全运行具有重要影响。笔者从静态和动态2个方面分析了大型CFB锅炉气固流动横向非均匀性问题。静态非均匀性问题包括布风均匀性和并联回路引起的气固流量沿截面的偏差以及各回路流量分配偏差,在稳定运行条件下不随时间变化。分离器的阻力特性是分离器的重要特性参数,在相同气相流量下,固体颗粒浓度对分离器压降的影响是非单调的,分离器压降随固体颗粒浓度的增加先减小后缓慢增加,理论上并联回路控制方程的解存在多值性,因此多回路并联条件下各分离器循环流率存在偏差。CFB锅炉炉内悬吊屏影响颗粒局部浓度分布,进而影响各分离器固体颗粒循环流率的分配。分离器出口烟道的形式对分离器气固两相的流量分配存在不容忽视的影响。在布风均匀性方面,两侧进风和后墙进风方式均会引起风室不同程度的布风不均。大型CFB锅炉在低负荷运行过程中,存在炉膛两侧床压大幅长周期波动的现象,该现象即为动态气固流动横向非均匀性问题,其产生的主要原因是大截面的布风系统,一次风降低导致的布风失稳以及多回路并联的不均匀性。横向波动数学模型主要是基于气固两相流系统横向波动固有频率的假设,当扰动接近系统固有频率时,会产生较大幅度的横向波动。目前动态非均匀性问题还缺少实验室尺度的深入系统研究,相关机理仍较模糊,是气固流动非均匀性问题的主要研究方向,同时布风不均和密相区气固流动的耦合作用还有待进一步研究。

循环流化床生物质直燃发电技术研究进展

循环流化床农林生物质直燃发电是农林生物质能源化利用的主要途径,在我国碳达峰和碳中和的战略目标下,产业发展将迎来更大的机遇,同时也面临更多的问题和挑战。为了促进循环流化床锅炉生物质发电产业的稳定、健康发展,调研了生物质直燃发电产业发展现状,梳理了循环流化床锅炉在生物质发电产业应用的技术优势,系统分析了生物质循环流化床锅炉的发展历程和关键技术突破。生物质直燃发电产业近年来在我国乃至世界范围内都得到了高速发展,“十三五”以来,我国生物质发电装机年均增长率约20.3%。循环流化床燃烧技术由于其特有的燃料适应性、较高的燃烧效率和较低的污染物排放,适用于生物质直燃发电,目前新建的生物质发电厂普遍采用高压和超高压参数循环流化床锅炉,部分先进机组带有一次再热循环。流态重构技术在生物质循环流化床锅炉上的应用,能大幅降低机组厂用电率,进一步提高锅炉效率;通过优化燃烧温度及风量配比,NO_(x)原始排放得到有效控制;针对生物质燃料碱金属含量高,易于结渣沾污的问题,通过优化对流受热面,控制燃烧温度,可以有效减缓受热面沾污堵塞等问题,锅炉可用率大幅提高。目前限制生物质发电产业发展的主要因素包括运行成本较高、企业管控水平落后以及国家补贴的不确定性,随着生物质发电政府补贴的退坡,产业发展将受到一定影响。针对生物质纯燃发电经济性较差的问题,我国应发展小容量超高参数机组,包括超高压一次再热甚至亚临界机组,可以有效提高发电效率。随着碳交易体系的建立,燃煤耦合生物质直燃发电将得到进一步发展。

流化床横向波动特性实验研究

大型循环流化床锅炉在低负荷运行时存在床压横向波动的现象。为了分析气固流化床横向波动的产生机理及影响因素,搭建可加载横向扰动的冷态鼓泡流化床实验装置,通过调速电机和连杆机构带动流化床本体产生横向周期运动,使气固两相流系统在受迫状态下产生横向波动,探究在不同扰动频率和流化风速下床压波动特性。实验结果表明:流化风速为0.72 m/s,无横向扰动时,床层压力和风室压力存在频率相同且相位一致的压力波动;随着扰动频率的提高,床层压力波动幅度明显增加,但是当扰动频率超过1.13 Hz后,压力波动出现下降趋势,说明此时扰动频率在气固流态化系统波动的固有频率处,床压波动幅度达到最大值;实验结果与固有频率机理模型计算结果吻合较好;风速降低到最小流化风速以下,由于布风均匀性差,床层两侧压力波动特性出现明显差异。本文研究结果对循环流化床锅炉布风系统设计和一次风量控制具有一定的参考价值。

循环流化床大气污染物排放模型研究

随着国家对燃煤电厂大气污染物的排放要求日益严格,循环流化床锅炉因为煤种适应性好,大气污染物排放量低而越来越受到重视。为研究循环流化床大气污染物的排放规律,并对实际运行提供科学依据,从循环流化床锅炉燃烧机理入手,将入炉煤分为挥发分和待燃烧的即燃碳。SO2与NOx的生成也随之分为2部分:一部分随挥发分燃烧立即生成,另一部分随即燃碳燃烧生成。炉内SO2脱除量主要重视钙硫比,而炉内NOx自还原量则主要与炉内即燃碳量和一氧化碳浓度相关。以此为基础推导出了脱硫塔入口SO2浓度与NOx浓度模型。模型在某330 MW亚临界循环流化床的运行数据上得到验证,模型计算值与实际值拟合度较好,且较实际值提前2~4 min,消除了由于大气污染物测点位置原因带来的测量延迟,具有很好的预测效果。探究了炉内即燃碳量与脱硫塔入口SO2浓度和SNCR入口NOx浓度之间的关系,计算结果表明,在脱硫剂变化不大的情况下,即燃碳量变化趋势与脱硫塔入口SO2浓度变化趋势相同,与SNCR入口NOx浓度变化趋势相反。最后在原有运行数据上改变了风量和煤量后利用模型进行计算,结果表明煤量不变而风量提升会降低脱硫塔入口SO2浓度,但会提高SNCR入口NOx浓度,而煤量提升对大气污染物排放浓度的影响与风量提升相反,该计算结果对实际运行有一定指导作用。

异径管强度校核计算方法研究

异径管是电站锅炉汽水管道的重要组成部件。对比分析了中国、美国和欧洲3种标准中钢板焊制异径管的设计计算和强度校核方法,通过有限元计算对异径管局部应力分布进行了分析。结果显示,对于异径管的壁厚计算,不同标准的计算方法十分相近,计算结果相差很小,但是对于异径管与直管连接处的强度校核,不同标准的计算结果相差较大,ASME BPVC.Ⅷ-2017《Rules for Construction of Pressure Vessels》计算得到的异径管小端与直管连接处的补强厚度最大,GB 150—2011《压力容器》的计算结果略小于ASME BPVC.Ⅷ-2017《Rules for Construction of Pressure Vessels》的计算结果,而EN 13480-3-2012《Metallic industrial piping-Part 3:Design and Calculation》标准的计算结果明显偏小。有限元分析显示,无论在弯矩或内压条件下,小端接管处均有明显的应力集中,最大应力为小端最大应力的2.0倍左右。

循环流化床锅炉气固两相流换热研究进展

循环流化床锅炉炉内床料粒度分布较宽,气固流动属于多流态复合流动,传热过程更加复杂。分析了气固两相流在不同流态下对流换热的共性机理,总结了气固两相流动换热的影响因素、机理模型及数值模拟工作,归纳了固相对流换热、气相对流换热和辐射换热3种气固两相流传热机理的计算方法。气流速度、颗粒粒径、床层压力和温度等是影响传热的重要因素,颗粒运动特性和颗粒浓度分布对循环流化床锅炉炉内换热至关重要。在今后研究中,应针对宽筛分颗粒进一步完善现有计算模型。优化循环流化床锅炉气固两相流动换热效率,提高能源利用率,对实现碳达峰、碳中和战略目标具有重大意义。

金属有机框架基材料电解水制氢研究进展

化石燃料的应用带来了温室效应等环境问题。氢能源被认为是代替化石燃料的清洁能源之一。电解水制氢对环境不产生二次污染,因此,探索用于析氢反应的高效电催化剂是人类积极面对的课题。金属有机框架(Metal Organic Framework,MOF)基材料在电解水过程中具有良好的催化性能,有望代替贵金属电极。着重综述了MOF基材料的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)性能,总结分析了当前设计此类MOF基电极材料的新思想。

超临界循环流化床锅炉技术发展现状与展望

在开展超临界循环流化床锅炉发电的工程示范过程中,建立了整套的超临界循环流化床锅炉设计理论和关键技术体系,发明了系列的关键部件创新结构,研制了600 MW超临界循环流化床锅炉,研发了成套辅机、仿真、控制和安装调试技术,完成了世界首台600 MW超临界循环流化床示范工程的系统集成,创建了安全运行技术体系。进而研发推广了350 MW超临界循环流化床锅炉。最后介绍了660 MW超超临界循环流化床锅炉的研究进展并展望了未来发展。