基于TF-NGO算法的CFB锅炉床温系统建模研究

床温是循环流化床(CFB)锅炉重要的运行参数之一。针对床温耦合性强、干扰因素多、控制复杂的问题,亟需建立床温的数学模型,以实现床温控制,从而保证CFB锅炉安全、平稳地运行。为此,首先引入了混沌映射、切线飞行(TF)和柯西变异策略改进北方苍鹰优化(NGO)算法,并用实际工况的系统模型测试TF-NGO算法。测试结果表明,TF-NGO算法拥有更快的收敛速度和更高的寻优精度。其次,采集并预处理山西某电厂350 MW超临界CFB锅炉的现场运行数据。最后,采用TF-NGO算法对所建模型的参数进行辨识,并用实际工况数据进行模型验证。辨识和验证结果表明,由TF-NGO算法辨识的床温模型与实际输出拟合度高,能有效反映床温的动态特性,证明所建模型的有效性。该研究为后续对350 MW超临界CFB锅炉床温的优化控制研究奠定了基础。

CFB锅炉宽筛分颗粒临界流化风速研究

基于计算颗粒流体力学(CPFD),通过表征常规CFB锅炉床料(Set 1)、增加炉内细颗粒含量(Set 2)和减小初始床支撑料粒度(Set 3) 3种筛分分布的SiO_(2)颗粒,研究颗粒筛分变化对临界流化风速的影响。研究结果表明:在相同床层高度下,Set 1、Set 2和Set 3床料的临界流化风速分别为0.51、0.30和0.20 m/s。表明增加炉内细颗粒含量和减小初始床支撑料粒度均可明显降低临界流化风速。将宽筛分颗粒临界流化风速的数值模拟结果与相关关联式预测结果进行对比,表明ERGUN关联式的预测结果偏差较小,WEN-YU关联式的预测结果明显偏低。

超临界CFB锅炉水冷壁管分区段热应力分析

为确保循环流化床锅炉水冷壁的正常运行,以避免发生蠕变变形、高温腐蚀等生产事故。以600 MW超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉为研究对象,建立了水冷壁温度应力场数值模型。并利用分区段炉膛热力计算理论和新IAPWS-IF97公式,对运行状态中水冷壁分区段进行壁温和热应力分析。结果表明:各区段管壁温度与应力场分布变化一致,但由于工质焓值和高温烟气的交叉作用,区段5存在最高壁温与最大热应力。进一步对区段5进行传热恶化分析可得,管壁最高温度部位发生转移,且壁温与热应力最大值皆超过设计值,可能导致水冷管爆管或断裂。随后针对安全隐患,通过数值模拟方法从降低局部热负荷和控制质量流速的角度来防止锅炉传热恶化,为锅炉安全监测提供了有效建议与防治手段。

300 MW CFB锅炉旋风分离器改造数值模拟研究

旋风分离器分离性能会显著影响循环流化床锅炉的运行。为解决某300 MW循环流化床锅炉旋风分离器分离器性能差的问题,基于欧拉-拉格朗日框架,使用UGNX12.0软件对该300 MW循环流化床锅炉的炉膛、旋风分离器、返料阀按照实际尺寸1∶1建立全回路几何模型,根据实际参数设置边界条件,并通过Barracuda软件进行数值模拟,分析旋风分离器烟道入口各参数(入口烟道高度、入口烟道宽度、入口下倾角大小及中心筒插入深度)对旋风分离器效率及压降的影响;综合考虑分离器的分离效率、压降以及磨损量,提出了2个改造方案。仿真结果表明:炉膛内压力模拟值与实际值的偏差均在5%以内,模拟结果较为精确;2个方案在各负荷下均能提升旋风分离器分离性能,方案1满负荷下效率相较于较改造前提升了0.260%,压降降低了13.1 Pa,方案2满负荷下效率相较于改造前提升了0.240%,压降降低了53.7 Pa;随着负荷降低,旋风分离器效率提升逐渐不明显,在300、260和160 MW负荷下,方案1分别提升0.263%、0.178%和0.023%,方案2分别提升0.243%、0.174%和0.020%。

CFB锅炉掺烧气化细渣技术研究进展

煤气化渣产量大、存量多,常规的填埋和堆积处理不但占用大量土地资源,而且还存在严重的污染风险和安全隐患。本文介绍了气化细渣的组成、结构和燃烧特性,综述了残碳富集、脱水干化等气化细渣预处理方法的研究进展,从气化细渣的含水率、灰分、掺烧比例及污染物排放情况等方面分析了气化细渣掺烧对循环流化床(CFB)锅炉燃烧的影响,指出CFB锅炉掺烧气化细渣具备显著的环保和经济效益,是气化细渣实现减量化、无害化和资源化利用的主要途径之一。

CFB锅炉协同处置固体废物研究

介绍了某石化企业现有CFB(循环流化床)锅炉掺烧协同处置厂内固体废物的可行性试验情况。结果表明:CFB锅炉燃料中掺烧质量占比为4%的工业固体废物后,其废气中氮氧化物、二氧化硫、烟尘、氯化氢、二噁英、重金属等污染物排放稳定且达标,3项常规污染因子排放浓度远低于超低排放标准限值;飞灰及炉渣浸出毒性的各个指标均未超出危险废物鉴别标准,大部分指标未检出或远低于标准限值,飞灰及炉渣一般固体废物属性未改变;厂界环境空气质量监测结果显示,掺烧后未对周边环境空气质量产生不利影响。经过计算热值,掺烧2×10^(4) t固体废物可代替锅炉燃料(石油焦)约4978 t,具有明显的环境效益和经济效益。

350MW超临界CFB锅炉除渣系统控制策略优化研究

针对山西某电厂2×350 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉水冷式滚筒冷渣器在生产运行中存在堵渣、流渣、排渣超温及自动化控制程度低等问题,提出了针对除渣系统问题的运行调整要点、超前堵渣预警智能算法、冷渣器基于前馈温度变化率的智能调节方法等控制策略,应用后,由于冷渣器堵渣造成机组非计划停运次数、排渣超温(大于150℃)触发冷渣器保护跳闸次数和人工清渣频次显著减少,极大缓解了电厂生产过程中冷渣器排渣困难的技术问题,为锅炉安全平稳运行奠定基础。

CFB锅炉输煤系统增设筛分破碎设施方案研究

苏晋朔州电厂循环流化床锅炉所需合格的燃煤(0~8 mm)原设计由附近选煤厂筛分破碎后直接提供,自公司2×660 MW机组投产后,因配套选煤厂供电厂煤量不足且其燃煤粒径超标,同时电厂从周边露天矿协调调入汽运煤,汽运煤颗粒度更是超标严重,造成锅炉频繁结焦、下渣口堵塞等问题,严重时造成停机事故。为严格控制入炉煤粒径,提高设备运行稳定性和经济性,针对燃煤粒径超标问题,电厂提出在厂内增加筛分破碎设施,由于电厂设计阶段未做预留,没有合适的场地可供筛分破碎系统建设。专家组经过对生产厂区进行踏勘,提出2种较为可行的方案,经分析论证,最终选择在1号转运站处向地下深挖并采用大倾角皮带等方式建造紧凑型筛分破碎楼的创新方案,有效解决了建造空间不足的问题,改善了入炉煤的颗粒度,为同类型电厂新增破碎设施改造工作提供参考和依据。

循环流化床锅炉(CFB)系统流程模拟

以某石化项目450 t/h超高压循环流化床锅炉系统为对象,采用Thermoflex软件建模并对其进行变工况分析,通过与锅炉厂提供的实际数据进行对比,验证了该流程模拟的准确性。利用该模型进行了不同煤种工况对系统的影响因素分析,研究结果可为该锅炉系统设计和设备选型提供理论依据,对该项目动力站实际生产运行提供指导。

CFB锅炉管式空预器改造为回转式空预器的可行性分析及应用

通过对比管式空气预热器(简称空预器)与回转式空预器的性能,提出了将中小型循环流化床(CFB)锅炉管式空预器改造为回转式空预器的提质增效方案。针对某300 MW CFB锅炉,评估了空预器改造的可行性和技术方案,并且分析了改造前后的性能参数和经济效益。结果表明:将管式空预器改造为回转式空预器可以有效降低锅炉的排烟温度,并且可以长期保证漏风率和烟风阻力的稳定,满足节能降耗的需求,同时提高了机组运行的经济性和可靠性。

基于COLGWO算法的CFB锅炉燃烧系统模型辨识

建立循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉燃烧系统的准确模型对提升锅炉燃烧系统控制性能尤为重要。针对现有建模方法存在的待调节参数过多、精度不足等问题,提出一种基于莱维飞行策略的混沌对立学习灰狼优化(chaotic opposite-learning grey wolf optimization,COLGWO)算法进行建模。首先,利用混沌序列和对立学习策略改善初始种群,并引入莱维飞行策略、可调节学习衰减率和扰动因子,增加寻优速度的同时避免陷入局部最优。然后,利用350 MW CFB锅炉燃烧系统的数据进行建模,利用COLGWO算法辨识得到模型的最优参数值。最后,使用现场实际运行数据对所建模型的有效性进行验证。实验结果表明,相较于对比算法,所提算法能建立较为准确的燃烧系统模型,具有更优良的收敛性能,为系统模型的快速辨识提供了新途径。

基于ISO-PSO的350 MW超临界CFB锅炉主汽温建模研究

针对火电厂目前主蒸汽温度数学模型不准确、不能有效地反应实际生产过程、辨识结果偏差较大等问题,使用学习因子动态调整及随机惯性权重策略改进的二阶振荡粒子群优化(ISO-PSO)算法进行建模。首先,采用学习因子动态调整、随机惯性权重策略对二阶振荡粒子群算法进行改善。测试结果表明,改进算法拥有更好的收敛速度及寻优精度。其次,处理山西某电厂350 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉在300 MW工况下采集到的主蒸汽温度数据。最后,对比ISO-PSO算法和粒子群优化(PSO)算法。辨识结果及验证结果表明,ISO-PSO算法辨识的主蒸汽温度模型与实际输出的拟合度更高,能够更加准确、快速地反映主蒸汽温度的变化。所建立的主蒸汽温度模型可以及时跟踪实际曲线。该研究为后续350 MW超临界CFB锅炉主蒸汽温度优化控制研究奠定了良好的基础。

基于改进差分进化算法的CFB锅炉主蒸汽压力建模

建立准确的主蒸汽压力数学模型对提升循环流化床(CFB)锅炉主蒸汽压力控制系统性能有着实际意义。受现场条件制约,近年来基于数据驱动的闭环建模已趋于实用化。针对模型参数辨识过程寻优速度和精度指标,提出一种引入两个权重系数的改进差分进化(IDE)算法。与传统差分进化算法相比,改进后的算法在模型参数辨识过程中的寻优速度和精度均有提升,辨识所得模型更加准确。该结果证明了改进后算法的稳定性。通过采集山西某电厂350 MW超临界CFB锅炉现场的实际运行数据并进行预处理,将燃料量和汽机阀门开度同时作为输入、主蒸汽压力作为输出,并利用IDE算法寻优得到主蒸汽压力的最佳模型参数。对比结果表明,模型有着更高的拟合度。该研究对350 MW超临界CFB锅炉主蒸汽压力优化控制有一定的指导意义。

基于CPFD方法的660MW超临界CFB锅炉循环回路均匀性研究

采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对某660 MW超临界循环流化床锅炉的炉膛、分离器和下部料腿进行了模拟,分析了锅炉负荷、分离器出口压力、一二次风配风和非均匀二次风对各回路固体流率的影响。结果表明:在稳定性分析中,压力模拟值与锅炉运行数据的平均偏差为9.6%,循环回路固体流率平均值与设计物料流量的平均相对偏差为9.49%;中间循环回路固体流率较高,回料口与中间分离器的非对应布置对左、右半炉的总固体流率影响不大;较高的分离器出口压力对不同回路固体流率的分布影响较大,当出口压力较低时,其影响减少;均匀性最好的配风比为50∶50,在此条件下,分离器固体流率的相对极差为5.97%;当炉膛中部的二次风量减少至24%时,相对极差减小到8.45%。

超临界CFB锅炉深度调峰跨临界过程中水冷壁动态特性的试验研究

为了保证超临界循环流化床(CFB)锅炉具有良好的宽负荷运行特性及深度调峰的能力,对跨临界压力变化时工质与水冷壁间的动态特性进行试验研究。采用Φ25.0 mm×3.5 mm的垂直上升光管,在压力20.0~23.0 MPa,质量流速400~800 kg/(m^(2)·s)试验工况范围内开展了近临界稳态传热试验和跨临界压力阶跃动态特性试验。结果表明:近临界压力下,增大质量流速、减小内壁热负荷、降低压力都能使传热恶化发生时的干度减小,对应的流体焓值增大,使传热恶化推迟发生;跨临界压力阶跃变化时,受热管内流体可能发生传热恶化导致壁温飞升,但随着质量流速的增大温度又回落到正常值;壁温飞升点与内壁面的传热随时间依次经历传热恶化阶段,过冷沸腾传热强化阶段和单液相换热阶段;各参数对跨临界压力阶跃变化时传热恶化的影响与对近临界稳态试验的传热恶化的影响相同,质量流速减小和内壁热负荷增大会使传热恶化发生的位置提前,同时壁温飞升的数值更大。

超临界CFB锅炉灵活运行方式下的流动传热及动态特性试验研究

为了给超临界350 MW循环流化床(CFB)锅炉灵活运行提供指导,对亚临界压力下垂直上升光管内低质量流速汽水工质的流动传热及动态特性进行了试验研究。流动传热试验的压力为12.0~15.0 MPa,质量流速为350~440 kg/(m^(2)·s),内壁热负荷为135~220 kW/m^(2)。在26 MPa稳态试验基础上,通过压力阶跃减小和热负荷阶跃增加研究了垂直上升光管的动态特性。流动传热试验的结果表明:改变压力会影响饱和沸腾区的传热性能和饱和沸腾区的焓值区间;质量流速对传热性能影响仅体现在过冷区,质量流速增大过冷区的传热性能增强;增加热负荷会使饱和沸腾区的传热性能下降。根据流动传热试验数据,拟合得到了亚临界条件下垂直上升光管内汽水工质的传热和摩擦阻力关联式。动态特性试验的结果表明:压力阶跃变化量越大,试验段内的质量流速增量越大,出口比焓和出口壁温变化程度越大;热负荷阶跃仅会影响出口比焓,热负荷阶跃变化量越大,出口比焓和出口壁温变化程度越大。本研究可以为超临界CFB锅炉低负荷、灵活运行过程提供指导。

大型CFB锅炉低负荷再热汽温稳定特性

作为灵活发电的关键环节之一,长期稳定低负荷运行技术在可再生能源并网规模不断扩大的过程中发挥着重要作用。循环流化床(CFB)锅炉负荷调节过程中,为降低污染物排放或调平床温,常采用不均匀给煤的运行方式,这对CFB锅炉的设计和运行提出了更高要求。同时,低负荷时CFB锅炉炉膛出口烟气温度较低,如何保证再热蒸汽参数达到额定值是实现CFB锅炉灵活性运行亟待解决的问题之一。针对2台350 MW超临界CFB锅炉断煤低负荷运行工况参数进行深入计算分析,研究了低负荷时稳定再热汽温措施。研究发现,锅炉在部分给煤点中断的断煤工况下运行时,床温、炉膛出口烟温、炉膛出口氧量、高温再热器管屏出口蒸汽温度的变化趋势与各给煤口的给煤量基本呈正相关。但由于超临界CFB锅炉水冷壁具有正流动响应特性,给煤偏差及床温偏差对水冷壁的出口汽温偏差影响不大。基于上述研究,提出了一种针对长期调峰与低负荷运行超临界CFB锅炉稳定炉内高温再热器出口汽温的锅炉改造与运行优化技术方案。在低负荷下可保证高温再热器出口汽温基本稳定。

计及脱硫方式的CFB锅炉碳排放规律研究

在不断完善的碳交易体系下,明确发电企业的碳排放源以及其对运行成本的影响变得至关重要。为了研究电厂脱硫对碳排放的影响,以某600 MW CFB锅炉机组在额定负荷下的运行为例,项目对比分析了4种不同热值的煤种含硫质量分数分别为0.5%、1.5%、2.5%、3.5%时,在3种不同脱硫方式下的脱硫碳排放以及其对总碳排放量的影响。项目还对该锅炉机组的碳排放经济性进行了分析。研究结果表明:炉内喷钙脱硫是脱硫碳排放中最主要的来源,其次是石灰石-石膏湿法脱硫。当煤质热值较低、含硫量较大时,脱硫碳排放量增大且在总碳排放量中所占比重也增大,最高可达13.39%。此外,该机组的单位发电量总碳排放成本在53元/(MW⋅h)~73元/(MW⋅h)之间波动,其与单位含碳量的热值呈负相关,与折算硫分呈正相关。

生物质直燃CFB锅炉的8种炉型及布置方式

本文归纳了目前市场上8种生物质直燃CFB锅炉的炉型及布置方式,提出了作者对不同炉型的理解,希望对业内相关人员在锅炉选型、设计方面提供思路及灵感。

R&D and Demonstration of Large Domestic CFB Boilers

In order to develop large CFB boilers with independent intellectual property, Xi'an Thermal Power Research Institute (TPRI) established a laboratory with complete functions for the technical development of CFB boilers. This laboratory consists of a 1-MW and a 4-MW CFB combustion test facilities and a laboratory for limestone desulphurization performance evaluation. It carried out tests on CFB combustion and desulphurization for Chinese typical coals and limestone and research on heat-transfer characteristics and key parts, and developed the first home-made 100-MW CFB boiler. Based on the experience of R&D, the laboratory further researched key techniques for enlarging capacity systematically, and cooperating with Harbin Boiler Co. (HBC), developed the first domestic 210-MW CFB boiler with independent intellectual property and put it into engineering demonstration, laying a solid foundation for the development of CFB boilers of even larger capacity.