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。

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。

床温及SNCR脱硝对CFB锅炉NOx和N2O排放影响的试验研究

为了研究循环流化床(CFB)锅炉燃用无烟煤时床温及选择性非催化还原(SNCR)脱硝对于NO和N2O排放的影响,在1 MW CFB试验装置上开展了试验研究。结果表明:床温由880℃提高到970℃,NO排放质量浓度由119.5 mg/m^3上升到226.0 mg/m^3,N2O排放质量浓度由216.0 mg/m^3降低到102.2 mg/m^3;在氨氮摩尔比(NSR)为0~3.7之间,随着NSR的提高,脱硝效率从0上升到50.72%;进一步提高NSR到5.2,脱硝效率升至53.61%,增加较为缓慢;随着NSR从0提高到1.7,N2O排放质量浓度由84.3 mg/m^3上升至118.3 mg/m^3,增长较为缓慢;进一步提高NSR至2.0,N2O排放质量浓度上升至187.7 mg/m^3,增长速度提高;继续提高NSR至5.2,N2O排放质量浓度上升至381.4 mg/m^3;CFB锅炉采用以尿素为还原剂的SNCR脱硝工艺时,单纯通过加大NSR来提高脱硝效率不仅效果有限,过量喷入的还原剂会造成N2O排放量的显著提高。

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。

亚临界300 MW CFB锅炉布风均匀性实炉试验

针对某电厂亚临界300 MW机组循环流化床(CFB)锅炉床温偏高、床温分布不均、后墙局部区域结焦严重等问题,分别实炉研究了一次风支管风量调整/布风板改造前后锅炉布风板上布风均匀性。结果表明:双侧进风的一次矩形风室布风沿宽度方向存在较明显不均匀性;通过调节风室左右两侧进风量可减小左和右墙段平均风速偏差,但无法降低中部区域与两侧区域平均风速之间的明显偏差;布风板中部风帽节流改造后整体均匀性明显提高,中部低风速区得到改善,锅炉运行中后墙床温均匀性亦明显改善。

CFB锅炉流化床冷渣器试验研究

对引进４１０ｔ／ｈ ＣＦＢ锅炉流化床冷渣器进行了试验研究，研究结果表明，冷渣器内的床层压降、流化烟气、冷却水、脉冲阀开关时间等参数对冷渣器的运行状态有较大的影响。在上述研究基础上，提出了相应的改进建议．

CFB锅炉常见故障分析

详细分析了循环流化床锅炉常见的故障,如风帽磨损、过热器超温等故障,并提出相应的解决措施。

二次风分布对CFB锅炉炉内气固混合及燃烧的影响

对于循环流化床锅炉,通常是将总风量分为一次风和二次风来控制燃烧过程的进行,而大型循环流化床锅炉又进一步将二次风沿炉膛高度方向分为若干层并分布在燃烧室四面墙上来加强对燃烧过程的控制。首先介绍了横向二次风射流对促进循环流化床锅炉气固混合及煤燃烧的作用。在一台燃烧低挥发分煤的循环流化床锅炉上进行的实验,分析炉内流场对该锅炉不同供风模式下二次风在炉内分布情况的影响。在此基础上考察二次风在炉内不同的分配方式对煤的燃尽和炉内温度场的影响。实验结果表明,通过二次风优化可以加强炉内气固混合,促进气体和燃料的扩散,提高燃烧低挥发份煤的CFB锅炉燃烧效率。

保定热电厂450t/h CFB锅炉床温控制系统改造

针对保定热电厂450t/h循环流化床(CFB)锅炉原床温控制系统难以投入运行的问题,提出采用负荷分段控制,用串级控制替换原有的单回路控制,引入床温变化率作为速度反馈量,设计前馈控制,并用主汽流量对床温设定值进行修正。改造效果表明,有效改善了系统的动态品质,超调量减小,上升时间、峰值时间、调节时间都缩短,控制速度加快,对工况改变时模型变化的鲁棒性有较大提高,调节机构的稳定性提高,自动投运率提高。此项改造为提高CFB锅炉运行的稳定性提供参考。

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。

基于CFB-FGD技术的烟气超低排放工程性能测试评估

以基于烟气循环流化床脱硫除尘技术的中国中部地区某新建350 MW循环流化床机组超低排放工程为研究对象,对100%和75%负荷工况下SO_2、颗粒物等常规污染物和PM_(2.5)、SO_3、汞等非常规污染物的浓度进行现场检测,评估CFB锅炉炉内脱硫+炉外CFB-FGD脱硫除尘技术实现SO_2和颗粒物超低排放的达标能力。现场监测及评估结果表明,该技术组合能实现SO_2小于35 mg/m^3和颗粒物小于10 mg/m^3的超低排放要求,对SO_3、汞等非常规污染物具有一定的协同脱除作用。

CFB锅炉内石灰石同时煅烧/硫化反应动力学及孔结构演变模拟

综合考虑石灰石的分解、CaO烧结和硫化,建立石灰石同时煅烧/硫化反应的随机孔模型。模型计算结果与实验测试结果吻合良好,并采用该模型研究温度、粒径和SO2浓度等因素对同时煅烧/硫化反应动力学特性的影响。循环流化床内石灰石煅烧反应同时发生硫化反应,所生成的CaSO4阻碍了煅烧反应,主要通过两种机制:孔壁面CaSO4产物层阻碍CO2从煅烧部位向颗粒孔道扩散,以及CaSO4阻碍颗粒孔道内CO2向颗粒外扩散。硫化反应中,由于CaSO4的生成而导致的颗粒表层孔隙的快速堵塞是颗粒整体硫化速度下降、硫化程度低于理论值的主要原因。850~910℃范围内反应温度升高明显加速石灰石分解的速度;温度升高增加快速硫化反应阶段的反应速度,但由于颗粒表层以更快的速度发生堵塞而更早地进入慢速硫化反应阶段,导致反应进行到90min时的硫化转化率变化不大。颗粒粒径下降加速硫化反应速度;对于0.4%SO2气氛中850℃下的反应,粒径对煅烧速度在100s前后的影响不同。在100s之前,硫化反应进行程度较低,煅烧反应速度受CaSO4的阻碍作用弱,煅烧速度随粒径减小而增加;100s之后CaSO4对煅烧速度的阻碍作用显现,粒径越小,CaSO4积累量越大,对煅烧速度的阻碍越明显,致使100s后煅烧速度随粒径减小而下降。

煤矸石燃烧过程模型及其在CFB锅炉设计中的应用

为了研究热值<8.374 MJ/kg煤矸石的燃烧利用情况,模型研究了煤矸石的燃烧过程,预测了不同粒径和不同煤矸石的燃尽时间及停留时间,获得了入炉煤矸石的最大直径和相应的床存量、一次风机压头要求,并在220 t/h CFB锅炉设计中运用。4 a的运行实践表明,根据模型计算确定的采用大布风板、低流化速度、大动量二次风、高效分离器等是合理的,实现了热值约为6.281 MJ/kg煤矸石的稳定燃烧和锅炉带负荷能力,入炉煤矸石热值甚至降低至3.350 MJ/kg也能稳定运行。额定负荷下运行风室风压为11 kPa,床温为890℃,分离器进出口和返料温度均在910℃左右。锅炉实际热效率79.37%,主要的热损失是底渣和排烟损失。底渣和飞灰的烧失量均小于3%。SO_2和NO_x达到排放标准,连续运行时间超过3个月。

改进蚁群PID-神经元解耦的CFB锅炉燃烧系统控制

床温和主汽压都是循环流化床(CFB)锅炉生产运行中的重要参数,会直接影响机组的安全性和经济性;但由于这两者对象存在非线性、大时延、强耦合等特点,其现场控制效果一直不太理想;文中首先采用自适应神经元将床温和主汽压解耦,再利用改进的蚁群算法优化参数的PID控制器对两者进行独立控制;采用该算法优化常规PID控制参数,能够实现控制参数的快速寻优;该方案应用于CFB锅炉燃烧系统仿真,结果表明能有效实现系统解耦,且具有响应快、超调量小等优点,有效地提高了控制品质。

CFB锅炉燃烧生物质及RDF燃料的广谱污染物排放研究

在热功率1MW的CFB燃烧试验台上对3类生物质和垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF)成型燃料进行试烧试验,对循环流化床锅炉燃用生物质及RDF燃料时污染物的排放特性进行了研究。结果表明:试验燃料NO_(x)排放浓度随温度和氧量的升高而增大。随着炉膛燃烧温度的升高N_(2)O排放量明显降低。设计燃料在床温860℃左右时,其SO_(2)排放量最低,自脱硫效率最高;脱硫效率随着Ca/S的增加而升高,到一定程度后,增长的速度趋缓;设计燃料按Ca/S=1.5添加生石灰粉脱硫,炉膛平均燃烧温度为880℃左右时,脱硫效率最高。试验典型工况烟气中二恶英类以及飞灰、底渣中的二恶英含量均满足国家的排放标准要求。

液态添加剂对CFB锅炉SNCR脱硝的影响

为提高SNCR脱硝技术在低温下的脱硝效率,选取乙醇、NaCl、Na OH三种液态物质作为添加剂,在小型机理脱硝实验台和中等规模脱硝实验台上开展了研究。研究结果表明,小型实验台上,650℃、添加剂加入比例0～0.6条件下,乙醇可将脱硝效率从5%提升到45%,微量的（20×10^-6）NaCl可以提高800℃以上的脱硝效率。在中等规模脱硝实验台上,乙醇因具有最佳的混合条件不同温度下对脱硝的促进作用差异明显,NaCl,NaOH因床料含有Na对脱硝无明显促进作用。添加剂与还原剂混合条件、床料成分等会使添加剂在CFB锅炉实际使用过程中产生与机理实验相差较大的结果。

CFB密相区床料粒径分布对其横向扩散影响的CPFD模拟

该文运用基于计算颗粒流体力学（computational particle fluid dynamics,CPFD）方法的barracuda 17.0软件,对尺寸为900mm×100mm×1200mm的准三维流化床的密相区大颗粒扩散行为进行模拟试验。模拟中,主要考虑在不同流化风速与不同示踪颗粒粒径的条件下,床料粒径分布对密相区中颗粒横向扩散系数的影响。模拟结果显示,宽筛分床内不同粒径颗粒分布十分均匀,无明显分层现象。流化风速及平均粒径相同条件下,单一床料粒径条件下得到的颗粒横向扩散系数略大于宽筛分条件下得到的结果;流化风速相同但床料平均粒径不同条件下,床料平均粒径为1 050μm床内获得的颗粒横向扩散系数要小于床料平均粒径为600μm床内得到的结果。

450 t/h CFB锅炉床温控制系统改造

由于循环流化床(CFB)锅炉燃烧控制系统中存在分布参数、强非线性和时变性,以及多变量紧密耦合等问题,给锅炉燃烧系统尤其是给床温系统实现自动控制带来较大困难。针对保定热电厂450t/hCFB锅炉实际运行情况,分析了原设计的床温控制系统存在的不足,对控制系统实施了改造,改造后的床温控制系统控制效果优于原设计系统,可容易地投入自动控制。