60 t/h煤粉预热燃烧锅炉宽负荷运行特性研究

为满足国家“双碳”目标下煤炭清洁高效利用领域的迫切需求,在工业锅炉、电站锅炉等领域开发了煤粉预热燃烧技术。煤粉先进入流态化预热燃烧器中高温改性,再进入锅炉炉膛分级配风燃烧,从而实现了煤高效、低氮燃烧,并在1台60 t/h煤粉锅炉上进行了技术验证。锅炉侧墙对冲布置了2只预热燃烧器,单只预热燃烧器设计热功率为26 MW,以烟煤为原料,在10%~100%负荷范围开展了6个不同负荷的锅炉运行特性和NOx排放特性试验研究,结果表明:该锅炉在各负荷下运行状态稳定、良好,无助燃条件下实现了10%超低负荷稳定运行;预热燃烧器各参数合理、循环状态稳定,满足锅炉宽负荷的运行要求;负荷下锅炉燃烧效率均在97%以上,10%、20%负荷下锅炉热效率大于85%,30%及以上负荷锅炉热效率均在90%以上;通过调整配风,锅炉各负荷下NO_(x)原始排放均低于50mg/m^(3)(φ(O2)=9%)。60 t/h煤粉预热燃烧锅炉的成功示范,为煤粉高效清洁灵活燃烧技术的发展和应用提供了重要支撑。

330 MW机组煤粉锅炉耦合油污泥低负荷燃烧数值模拟与试验研究

针对含油污泥的无害化处置问题,提出预处理后送入煤粉锅炉与煤粉耦合燃烧的技术路线,在330 MW机组四角切圆锅炉上做了改造,并进行了含油污泥的热重分析及含油污泥入炉后的数值模拟,开展了油污泥入炉低负荷稳燃试验。结果表明:含油污泥具有易着火且热值接近动力煤的特点,可提高锅炉低负荷稳燃能力;含油污泥入炉后火焰中心略微下移,排放的烟气NO_(x)量有所降低;锅炉最低稳燃负荷率可低至20.00%,对应燃烧器层炉膛温度上升30~50℃,煤粉燃烧器火检信号更稳定,飞灰含碳量从4.79%降至3.80%,证明了油污泥对低负荷工况下煤粉燃烧的促进作用;120 MW负荷下含油污泥入炉后,锅炉效率提高约0.23百分点,可降低供电煤耗率约0.7 g/(k W·h),含油污泥热值可替代标准煤约3.7 t/h,节能效果显著。

深度调峰灵活性锅炉改造措施分析探讨

目前火力发电厂频繁地进行调峰操作已成常态,随着风电、光伏等新能源在能源结构中所占比重不断提高,为保证电网能够在高峰期和低谷期之间平稳运转,调峰备用电源的重要性变得越来越明显。本文阐述了调峰过程中保证锅炉安全运行的改造措施,锅炉燃烧侧稳定措施、宽负荷脱硝保证措施,保证受热面安全性的措施及其他运行措施等在进行深度调峰改造时,应综合考虑电厂机组特点、改造历史、运行状况以及耗材来源等条件,以选择具体可行的技术改造方案。

1000 MW超超临界燃煤锅炉深度调峰研究

【目的】燃煤锅炉深度调峰对以新能源为主的未来电力系统的稳定性至关重要,而目前1 000 MW等级超超临界燃煤锅炉深度调峰性能与工程应用较为缺乏。为提高1000MW等级燃煤锅炉深度调峰能力,选择某电厂1 000 MW燃煤机组开展宽负荷高效研究。【方法】在机组深度调峰负荷为340 MW下,进行了低负荷稳燃实验、脱硝侧入口烟气测试,对锅炉主要运行参数、炉膛温度分布、锅炉侧燃烧调整试验进行了分析,并在此基础上开展了燃烧优化调整实验。【结果】1 000 MW等级机组具备34%额定功率的深度调峰能力;选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝入口烟温基本在320~350℃,满足高于300℃的烟温要求;锅炉优化调整后,修正后的锅炉热效率为94.09%(提高0.94%),供电煤耗降低3.27 g/(kW·h);SCR脱硝入口NOx质量浓度基本在180~260 mg/m^(3)(降低约30 mg/m^(3)),满足低于300 mg/m^(3)的要求。【结论】研究成果有助于提高1 000 MW等级燃煤火电机组低负荷运行的安全性、经济性、环保性。

超低负荷下运行氧量对切圆锅炉燃烧稳定性和NO_(x)排放特性的影响

采用数值模拟方法,研究了超低负荷、不同运行氧量工况下某300 MW切圆燃烧锅炉炉膛温度、氧量、CO和NO_(x)的分布规律,分析其对燃烧稳定性和NO_(x)排放特性的影响。结果表明:与中、高负荷相比,90 MW和60 MW超低负荷工况下,高运行氧量时假想切圆难以形成,稳燃能力降低,深度空气分级燃烧系统的脱硝效果变差;当辅助风全关后,炉膛整体温度升高,着火距离缩短,假想切圆更易形成,燃尽距离增加,燃烧稳定性提升,截面平均NO_(x)质量浓度分别降低29%和24%;继续减少燃尽风风量使得运行氧量达到3.5%时,燃尽风区温度略有升高,NO_(x)排放量分别继续降低9%和10%;超低负荷下绝大部分NO_(x)为燃料型NO_(x),初期运行氧量的降低对修正后NO_(x)排放量的降低效果显著。因此,超低负荷下建议减少主燃区的辅助风,保持燃尽风不变,90 MW和60 MW负荷工况下运行氧量推荐值分别为6.5%和8.5%。

超低负荷电站锅炉燃烧特性CFD模拟

为了研究超低负荷下电站锅炉不同燃烧器布置方式对炉内煤粉燃烧等特性的影响,采用CFD方法对一台600 MW前后墙对冲电站锅炉进行了数值模拟研究。结果表明,超低负荷下,与投运1层燃烧器相比,投运2层燃烧器的炉内温度分布更均匀,火焰充满度更好,燃烧更加稳定,炉内气氛还原性更强。将燃烧器布置于下层,NO排放量减少,燃尽率提升,炉膛出口烟温降低。综合考虑炉内温度、气氛分布和炉膛尾部参数,在25%BMCR超低负荷下,投运2层燃烧器并布置于下层为最佳工况。

超临界墙式切圆锅炉低负荷燃烧特性

在新能源大规模消纳及国家双碳目标背景下,实现锅炉低负荷稳定燃烧对火力发电机组深度灵活调峰具有重要意义。以国内某660 MW超临界墙式切圆燃烧煤粉锅炉为研究对象,对锅炉进行了低负荷下多工况燃烧特性的数值模拟及试验验证,研究了不同燃烧组织方式对炉内燃烧气流速度、温度及氧浓度分布特性的影响。通过对燃烧器区域进行加密网格划分,提高模拟结果的准确性,数值模拟结果与试验结果偏差较小,说明其模拟结果可信。研究结果表明:30%低负荷下,墙式切圆锅炉通过开启底层燃烧器并进行合理配风,煤粉在炉内能形成良好的切圆流场并增加停留时间;同时,通过适当增加运行燃烧器的间距,能够实现炉内部热负荷分布均匀,为锅炉超低负荷下稳定燃烧提供了有利条件。结果表明,模拟提出的墙式切圆锅炉燃烧组织与运行策略合理,可保证锅炉30%低负荷下稳定燃烧及各项主蒸汽参数达到运行要求,结果为该类型超临界机组深度灵活调峰运行提供基础与依据。

烟气再循环对大型循环流化床锅炉低负荷运行特性的影响研究

烟气再循环(flue gas recirculation,FGR)是提高循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉低负荷运行安全性、减少NOx原始生成的重要技术手段。以某电厂超临界350 MW CFB锅炉为研究对象,采用一维小室CFB燃烧准静态数学模型研究了该锅炉在20%、30%、40%BMCR(最大连续负荷)下炉内温度分布,炉膛出口烟气NOx、CO质量浓度,O2体积分数,飞灰底渣可燃物含量等性能指标与FGR流量之间的关系。结果表明:床层温度、炉膛出口温度均随FGR流量的增加而降低,床层温度相对炉膛出口温度降低幅度较大,炉膛上下温差随FGR流量的增加逐渐缩小,较低负荷时炉膛上下温差受FGR影响更为显著;炉膛出口烟气NOx质量浓度随FGR流量的增加呈现先降低再升高的趋势,存在最优FGR流量可使机组经济环保运行;随FGR流量的增加,炉膛出口烟气CO质量浓度、飞灰及底渣可燃物含量均呈现增加趋势;FGR的投入在显著降低一次风氧含量同时,保证密相区流化风量始终高于保护值,进一步保障了低负荷下锅炉运行安全性。

劣质煤低负荷稳燃技术数值计算研究及应用

电厂煤粉锅炉在深度调峰低负荷运行状况下,燃煤输入热量大幅减小,炉内整体温度下降,导致煤粉燃烧稳定性下降,锅炉易发生灭火,维持燃烧的稳定性难度非常大,如果燃用劣质煤则稳燃难度将进一步增大。为提升对冲燃煤锅炉低负荷运行工况下燃用劣质煤时的稳燃能力,研发一种更加经济高效的超低负荷稳燃技术,运用fluent软件对3种对冲燃煤锅炉低负荷稳燃燃烧器方案进行数值模拟分析研究,对比各方案中燃烧温度、氧量、CO等分布情况。结果表明:采用新型带外置分离式煤粉燃烧器后,整个炉膛内燃烧组织更好、燃烧温度更高,炉膛火焰充满度好,可有效增强煤粉着火和稳燃能力;提升一次风温对低负荷稳燃有利,在低负荷运行工况下,可在燃烧器入口增设一次风加热系统,尽可能提高一次风的运行温度;采用外置式分离技术或提升一次风温度均可减少锅炉侧墙水冷壁附近的CO浓度,使煤粉在主燃烧区域燃烧更充分,进而提高低负荷状态下的燃烧效率。在某600 MW锅炉项目上得到应用,取得了良好的低负荷稳燃效果,为实际工程设计及运行提供借鉴。

300 MW机组循环流化床锅炉低负荷燃烧调整试验研究

为提高机组运行的经济性,开展了低负荷燃烧调整试验研究。通过对运行总风量、上下二次风配比和床压的调整,分析了各参数变化对锅炉热效率的影响,并提出提高机组运行经济性的调整措施和建议。

锅炉机组热力计算标准方法

“十四五”期间,能源结构持续优化,火电机组改造升级对推动碳达峰、碳中和具有重要意义,其中锅炉性能计算是必备手段,而锅炉热力计算是重中之重。在实际工程中采用锅炉热力校核方法对锅炉进行建模,根据锅炉实际指标和各受热面结构尺寸,计算锅炉各部件运行时的各项指标,作为排查故障及改造的依据。我国尚未有电站锅炉行业的热力计算标准,目前公开的锅炉热力计算标准有苏联1957版、1973版和俄罗斯1998版。基于苏联1973版和俄罗斯1998版锅炉热力计算标准研究,针对炉膛有效辐射层厚度、炉内系数M、炉膛出口烟温、对流受热面的传热系数等9个主要参数进行对比分析。结合3个不同电厂锅炉机组工程项目数据:1000 MW超超临界塔式锅炉、660 MW超临界Π型双烟道锅炉、300 MW亚临界Π型锅炉,通过计算锅炉效率、排烟温度、燃料消耗量、减温水量、炉膛出口烟温、热负荷等参数与电厂运行参数进行对比,验证俄罗斯1998版热力计算标准用于大型煤粉锅炉机组的可靠性,从而为机组灵活性改造提供参考。

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。

某超临界600 MW机组直流锅炉深度调峰实践

为提高电网调峰和新能源消纳能力,燃煤火电机组开展深度调峰已成为必然趋势。本文以某台拟开展深度调峰的超临界600 MW机组直流锅炉为例,通过锅炉燃烧器结构稳燃分析,风、粉均衡调整,以及水动力特性分析,结合对深度调峰炉内燃烧过程关键参数的安全约束,在无设备改造的前提下,实现了锅炉在无助燃方式下调峰至20%额定负荷的预期目标,为同类型深度调峰锅炉提供了借鉴。

典型燃煤锅炉低负荷及变负荷运行控制特性分析

针对燃煤锅炉提升灵活性问题,分别选用亚临界和超临界前后墙对冲燃烧煤粉锅炉以及亚临界和超超临界四角切圆燃烧煤粉锅炉,通过其中3台锅炉低负荷运行摸底试验和1台锅炉变负荷扰动试验,对比分析了4种典型燃煤锅炉低负荷及变负荷运行试验中主要参数的控制特点和调节品质。试验结果表明:不同结构锅炉不投油最低稳燃负荷可达到17%Pe^25%Pe,容量大的锅炉具有更优的最低稳燃性能;主蒸汽压力、主蒸汽温度和再热蒸汽温度均随锅炉负荷降低而明显下降;随着锅炉负荷降低,过量空气系数增加,燃料型NO_x增加量要远高于热力型NO_x减少量,导致NO_x生成质量浓度总体上与锅炉负荷变化趋势相反。

基于多尺度相关分析的锅炉燃烧状态分析

锅炉燃烧状态的分析对火电机组低负荷安全运行至关重要,但目前对此缺乏直接有效的测量手段。本文借鉴小波分析思想,设计了惯性多尺度滤波器组,将表征锅炉燃烧状态的信号分解为不同频率尺度的分量,求取不同信号的各分量之间的相关系数矩阵,分析影响燃烧状态的因素。实例分析结果表明,总燃料量低频分量和火检强度低频分量高度相关,总燃料量中频分量和炉膛压力低频分量高度相关,平均火检强度中频分量与炉膛压力低频分量显著相关。据此,提出一种利用燃料量、炉膛压力和火检强度综合分析锅炉燃烧状态的方法,即通过燃料量和火检强度的低频分量分析燃烧状态的变化趋势,通过平均火检强度和炉膛压力分析整个炉膛燃烧状态的波动情况,通过单个或各层火检强度辅之以炉膛压力分析炉膛局部的燃烧状态。

循环流化床锅炉改变床存量的燃烧试验

在1台75t／h循环流化床锅炉上进行了改变床存量的燃烧试验，在3220～7330Pa床层压降变化范围内，测试了改变床存量对锅炉负荷能力、炉内轴向颗粒浓度分布以及实际燃烧效率的影响．结果表明：在远低于常规床层压降的条件下，循环流化床锅炉仍能保持满负荷运行，而且燃烧得到改善；在适当控制燃料粒度的条件下，循环流化床锅炉降低床层压降运行不仅可行，还可以使锅炉整体运行性能得到优化，是锅炉设计和运行优化的方向．

具有煤种和负荷自适应性的新型燃烧器的研究

在分析了强化着火、低负荷稳燃和炉内结渣、喷口烧坏等问题之间的矛盾机理的基础上，提出了燃烧器的煤种和负荷自适应原理。对该型燃烧器进行了实验室和现场试验，取得了良好的应用结果。

DZL58-1.25/130/70型链条炉低负荷下的燃烧优化

链条炉低负荷运行时,存在热效率低、燃烧不完全等问题。燃烧优化可以达到节能减排的目的。本文认为链条炉的煤层厚度、炉排行进速度通过试验方法进行优化,是链条炉低负荷运行时实现燃烧优化的因素之一。结合在线仪表或采用烟气、煤质分析设备进行实际工况的热平衡测试,以烟气过量空气系数、炉渣含碳量、飞灰可燃物含量、热效率作为评判指标寻求优化值并在低负荷运行时执行。选用一台DZL58-1.25/130/70型链条炉在60%额定负荷运行时进行了煤层厚度、炉排行进速度的优化试验,得到优化数值并在运行中得到应用,使该链条炉低负荷运行时热效率有所提高,达到很好的燃烧优化效果。

低负荷稳燃直流燃烧器攻关技术的研究

目前市场上用于低负荷稳燃的燃烧器种类很多,但都存在着一些缺陷。该文介绍了一种新型燃烧器,即WR燃烧器,又称浓淡分离型燃烧器,并采用数值计算方法对其机理进行了研究探讨。数值计算结果与实测值相吻合,为WR燃烧器的合理设计提供了理论依据。

锅炉燃烧系统优化调整试验研究

分 3个不同负荷采用正交试验设计法设置调整工况 ,并安排了调整工况试验前后的习惯运行方式试验及优化工况试验。对锅炉测试效率进行了环境温度、给水温度及煤种修正 ,得到锅炉毛效率。全面考虑了锅炉辅机电耗和锅炉主、再热蒸汽温度对机组经济性的影响 ,提出了锅炉综合效率这一概念。通过试验 ,提高锅炉运行的经济性和安全性 ,降低了锅炉 NOx 排放量 ,锅炉综合效率平均提高 2 .2 9% ,炉内燃烧区炉膛温度平均提高 2 8°C,NOx 排放量平均降低 2 1 3mg/ m3,为锅炉安全经济运行提供参考。表 8参