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。

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。

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。

CFB中基于赤泥催化的N_(2)O/NO_(x)/SO_(2)协同降低技术路线

随着污染物排放标准越发严格,为进一步发挥循环流化床污染物控制成本低的优势,需要明晰各个运行参数和因素对N_(2)O/NO_(x)/SO_(2)排放的影响规律,挖掘N_(2)O/NO_(x)/SO_(2)协同超低排放的可能性。基于“十四五”规划的要求和N_(2)O/NO_(x)/SO_(2)的研究现状,初步形成了一条或实现N_(2)O/NO_(x)/SO_(2)协同降低的技术路线:在保证燃烧效率的前提下,选择合适的床料(如赤泥)在炉内通过催化或反应脱除N_(2)O,通过平衡赤泥中的铝铁比例,实现N_(2)O和NO_(x)的双低排放,同时由于赤泥良好的吸附能力和较强的碱性,可进一步实现SO_(2)的脱除。如必要,通过流态重构或超细石灰石等将剩余的NO_(x)和SO_(2)降至合理水平,或通过SNCR和脱硫塔分别处理剩余的NO_(x)和SO_(2),使其达到排放标准,从而实现N_(2)O/NO_(x)/SO_(2)的协同超低排放。

解开CFB锅炉惯性产生之谜:一种全回路动态模型方法

“双碳”目标背景下,循环流化床机组亟需加快变负荷速率,而目前尚缺乏对变负荷过程中惯性生成机理的准确阐释。基于质量平衡、能量平衡、化学反应平衡,并考虑气固流动特性的差异,构建了炉侧全回路动态模型,以描述变负荷过程中流动、传热、燃烧的物理机制。模型应用于一台135 MW循环流化床锅炉机组进行验证,结果表明该模型能较为准确地预测稳态、变负荷工况的运行参数,相对误差不超过3%。探讨了锅炉的固有动态响应特性,揭示了变负荷过程中三大惯性的耦合机制,确立了流动惯性的主导地位,为提出加快变负荷速率的策略奠定基础。

660 MW超临界CFB锅炉受热面常见问题分析

本文针对660 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉投运2年以来水冷壁和外置床发生的设计问题及运行过程中易出现的故障进行了全面原因分析,并提出了主要解决措施。通过对受热面出现的一系列问题原因进行分析,为后续更大容量循环流化床机组的设计提供借鉴,通过采取针对性措施,大大提高了锅炉运行的稳定性和可靠性。

火电厂CFB锅炉的燃烧技术优化对策

火电厂CFB锅炉是近些年被快速推广应用的全新燃烧技术之一,能够实现多次的低温燃烧,同时可以循环应用脱硫剂实施脱硫,从而大大提升脱硫效率(可以达到90%),整体燃烧效率与传统煤粉炉大体相当。近些年我国对绿色环保日益重视,针对氮氧化物的排放制定了更高的标准。虽然CFB锅炉可以一定程度上实现低氮燃烧,但是为了有效满足当今超低污染物排放的要求,需要对其进一步进行技术改造优化。以某发电厂2×300 MW的CFB锅炉为例,阐述其技术优化的内容,同时比对分析锅炉的燃烧效率,结果表明,技术优化后,锅炉的燃烧效率明显提升,同时大大了降低氮氧化物的排放量,对于进一步推动火电厂实现绿色环保发展具有参考意义。

孤网下超临界CFB机组给水控制策略的设计与应用

针对超临界循环流化床机组的热惯性大,以及在孤网运行时频率波动大、汽轮机调节阀复杂多变的运行状况,对某350 MW火电机组给水系统特性和控制难点进行了分析。采用了“以需定水”“以热定水”的原则,设计了机组孤网运行方式下的给水控制策略。通过判定机组的负荷水平和高压旁路状态,择取能量平衡信号或主汽流量来计算给水基本需求指令。根据主汽压力控制偏差和锅炉热量控制偏差计算给水动态补偿指令,并经变参数焓值调节回路修正得到给水流量指令。现场投运和试验结果表明,该策略不仅满足机组在孤网方式下的正常运行,也能满足发生调频快卸负荷、辅机故障减负荷(RB)和快速甩负荷(FCB)等非正常工况时的控制需求,保证了机组的安全、稳定运行。该策略为后续超临界循环流化床机组在孤网运行方式下的给水控制提供了参考。

660 MW超临界CFB锅炉外置床内受热面爆管的处理

针对660 MW超临界CFB锅炉投运两年以来首次发生的外置床内受热面管子泄漏事故,基于缩短检修工期和保证检修质量的角度,分别从运行和检修两方面对外置床内受热面爆管后的处理措施进行了简要介绍。外置床内工况具有与生俱来的复杂性,使得处理此类爆管事故有别于其他位置的受热面,重点要考虑发生泄漏后外置床内积灰排放、超标管段的划线位置及管内积灰清理方案,上述3项工作是保证检修工期的关键3步。对上述3步进行了详细的阐述,希望为后续同型机组同类问题提供参考。

CFB锅炉低负荷稳燃性能分析及N_(2)O排放特性试验研究

我国电力行业循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉技术趋于成熟,标准化程度较高;410 t/h以下容量在非电力行业占比较大,新技术应用相对滞后,节能减排仍有较大潜力。结合某化工企业130 t/h CFB锅炉节能需求,主要依据电力行业CFB锅炉标准,研究了锅炉低负荷稳燃试验方案。通过布风板阻力、临界流化和点火等基础性试验,确定了低负荷稳燃关键参数限值;进一步开展的低负荷试验,将锅炉最低稳燃负荷由55 t/h降至45 t/h,由此杜绝了锅炉运行中因对空排汽造成的能量浪费,显著提高了运行经济性。试验结果一方面说明了CFB锅炉试验方案及关键参数的研究与确认对于试验目标实现的重要性;另一方面也说明,对于应用场景类似,新技术跨行业快速传播能够促进我国节能和碳减排等领域目标的实现。同时,实炉测试了N_(2)O的排放特性,结果表明,锅炉负荷由120 t/h降至45 t/h,N_(2)O排放质量浓度由29.5 mg/m^(3)升至361.4 mg/m^(3),低负荷工况N_(2)O排放质量浓度的大幅度提高将成为CFB锅炉污染物控制面临的新挑战。结合试验研究结果,提出了CFB锅炉燃用贫煤N_(2)O和NO_(x)协同控制初步技术路线。运行技术方面,采用空气分级控制密相区燃烧气氛、低氧燃烧、适当提高床温等方法,有利于两种污染物排放总量控制;设备技术方面,采用外置床换热器等调温装置控制锅炉不同负荷燃烧温度,布风装置结构优化降低锅炉低负荷运行氧量(体积分数),有望达到较高的协同控制效果。

220t/h CFB锅炉提质增效改造技术应用

随着“双碳”目标的提出,国内大批中小型燃煤热电联产循环流化床(CFB)锅炉机组的提质增效势在必行。通过分析一220 t/h高温高压CFB锅炉运行中存在的问题,提出了相应的提质增效技术方案。通过入炉燃料粒度优化、旋风分离器改造、炉内受热面改造、深度分级燃烧改造等技改措施的实施,使锅炉运行实现了提质增效。

循环流化床锅炉快速变负荷调节技术研究进展

在“碳达峰”与“碳中和”背景下,煤电是我国目前可再生能源大规模消纳的最经济调节电源。循环流化床燃烧技术因具有低负荷稳燃能力强、污染物控制成本低、负荷调节范围宽等独特优势在煤电深度灵活调峰中担当重要角色,但其独特的燃烧方式导致变负荷速率慢,无法满足未来可再生能源大规模并网的调节需求。该文结合循环流化床锅炉的燃烧原理及应用场景,深入分析制约循环流化床锅炉变负荷速率的关键影响因素,包括循环灰的流动惯性、燃料的反应惯性、床料与耐火耐磨材料的传热惯性、污染物排放等。此外,对可行的循环流化床快速变负荷调节技术进行探讨与分析,可为我国燃煤循环流化床锅炉深度与快速灵活调节技术的工业应用提供一定参考。

330 MW循环流化床锅炉深度调峰技术

为推进“双碳”政策的实施,消纳波动性较强的新能源并网发电,当前对火电机组的深度调峰要求越来越高。循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉机组在深度调峰低负荷运行工况有着先天优势,但实现20%以下的超低负荷运行依然面临众多的困难,如炉内流化的稳定性、氮氧化物的排放及炉内局部超温带来的安全性等问题。以某330 MW CFB锅炉的深度调峰技术应用为例,介绍了输煤筛分破碎系统、风帽节流圈、下二次风管等机组部件的改造,并配合烟气再循环等技术应用,成功实现了18%的超低负荷深度调峰运行,同时也很好地控制了NOx的排放。最后总结了CFB机组超低负荷深度调峰技术的关键点和难点,对深度调峰运行带来的潜在问题进行了分析,并提出了相应的解决措施。研究结果具有重要的工程借鉴作用。

差速流化床及差速循环流化床锅炉

介绍差速流化床的历史背景、工作原理以及低速床内埋管防磨效果和与差速循环流化床相匹配的带加速段卧式旋风分离器结构及其应用。综述了江联重工集团股份有限公司35~220 t/h差速流化床的研发成果,以及哈尔滨工业大学在10~130 t/h差速循环流化床研发方面取得的业绩。比较了常规循环流化床与差速循环流化床的优缺点,在燃烧低热值燃料时差速循环流化床比常规循环流化床具有显著的优越性。

不带外置床的700 MW超超临界循环流化床锅炉失电后水冷壁安全计算分析

通过对某660 MW电厂失电事故过程中烟气温度、蒸汽温度及工质流量的变化规律进行分析,得到了炉膛密相区、过渡区及稀相区热负荷随时间的变化规律。在此基础上,以某700MW超超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉为对象,建立了失电事故发生后水冷壁内的流动传热计算模型,开发了以Fortran语言为基础的水冷壁内瞬态特性计算程序。分别对密相区、过渡区及稀相区进行分析,通过计算得到了失电后的水冷壁壁温及出口工质温度等热力参数的变化规律。计算结果表明:失电后水冷壁密相区出口的最高壁温为558.6℃,稀相区出口的最高壁温为579.6℃,不需要配备紧急补水泵来保证失电后水冷壁的安全。研究结果可为电厂处理超超临界CFB锅炉失电事故提供指导。

大型CFB锅炉床压横向波动的机制研究

大型循环流化床(CFB)锅炉在低负荷运行时,较多存在沿宽度方向两侧床压交替大幅度波动的床压横向波动现象,严重影响锅炉的正常、安全运行。为了深入分析床压横向波动问题,在2台300MW亚临界单炉膛、三分离器循环流化床锅炉上进行测试。在50%负荷的工况下,炉膛发生了床压横向波动,波动周期分别为83和116s,波动幅度分别达到5和11kPa。运行数据分析表明:产生床压横向波动的原因并非外循环回路不均匀导致。提出了大尺度气固两相流动系统固有波动频率的概念,认为炉膛横向压力波动是由风–床系统的压力波动的共振引起的,并建立压力波动简化模型,模型计算能够较好的符合实验结果。建议通过流态重构和调整一次风管网结构来避免床压横向波动的发生。

600MW超临界CFB锅炉炉内稀相区燃烧均匀性的实炉试验研究

在一台600MW超临界循环流化床锅炉上进行了炉内稀相区燃烧均匀性的实炉试验研究,测量了不同负荷下一、二次风优化后距布风板25和38m沿炉膛四周的烟气成分分布及炉膛出口的氧量分布。研究表明：给煤分布决定了烟气的主要分布趋势,二次风标高处的炉内烟气成分分布对炉膛出口烟气成分分布有重要影响。当距布风板25m处的炉膛前后墙烟气氧量标准差达到2.8%时,烟气向上流动到距布风板38m处后仍存在1.8%烟气氧量的标准差。在60%至75%的中低负荷时,距布风板25~38m区域内炉膛单位高度（1m）的耗氧量约为0.13%。通过补充试验与回归分析,得到了炉膛稀相区氧量扩散速率的计算关联式。

大型CFB锅炉并联布置分离器烟气流动特性的数值模拟

针对大型CFB锅炉并联布置分离器的气固流动均匀性问题,采用1:1的实炉结构尺寸建立计算模型,完成了5种分离器出口烟道布置条件下的并联分离器烟气流动均匀性数值模拟计算。计算结果表明,分离器出口烟道的布置形式,对并联三分离器的烟气流动均匀性有重大影响。进一步的分析表明,采用单独的分离器出口烟道布置方式,可以显著改善各分离器的烟气流动均匀性。