ISSN:1006-6772 

CN:11-3676/TD

主管:国家煤矿安全监察局

主办:煤炭科学研究总院     煤炭工业洁净煤工程技术研究中心

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  • CFB锅炉大型化气固流动非均匀性研究进展

    胡南;徐梦;张缦;杨海瑞;张守玉;赵冰;巩太义;王家林;

    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。

    2020年03期 v.26;No.127 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2286K]
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  • 循环流化床锅炉循环流率在线测量方法研究

    刘贤东;吴玉新;张扬;周帅;杨海瑞;张海;吕俊复;张凯;

    高温床料的循环流率是循环流化床锅炉的重要参数,但目前鲜有能应用于实际锅炉中的测量技术。为此,笔者提出了一种新型冲击式循环流率的在线测量方法,并研制了原理样机;建立了测量过程的理论模型并进行了实验室冷态试验,将新型循环流率测量方法应用于某116 MWth循环流化床锅炉中进行热态试验。测量装置具有悬臂梁式几何结构,其整体布置于循环流化床锅炉立管底部。悬臂梁型装置的一端固定于锅炉外壁面,另一端固定有靶片并伸入至立管密相区中。装置通过测量立管物料下落时冲击靶片而造成的形变来计算颗粒冲击力并反推颗粒冲击速度,进而获得循环流率。同时,通过仪表风吹扫冷却装置并防止堵塞。该方法具有耐受高温、可在线测量和不影响锅炉正常运行等优点。冷态试验测量得到不同冲击速度下的气固两相流绕流阻力和阻力系数,随着冲击速度增大,气固绕流阻力随之增大而阻力系数减小,且存在"剪切变稀"现象。在实际锅炉的热态测试中,该测量装置能较好地捕捉到锅炉起停炉、变负荷时循环流率变化趋势。通过量级分析并利用炉膛稀相区压差与炉膛截面风速之积校核测量结果,验证了该方法在实际循环流化床锅炉中在线应用的可行性。

    2020年03期 v.26;No.127 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 6660K]
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  • 基于传热系数的高温循环流率测量方法研究

    张杨鑫;王志宁;张扬;程璐;樊保国;张海;吕俊复;

    循环物料流率是循环流化床锅炉中重要的设计和运行参数,但其热态在线测量一直是难点。基于换热原理进一步改进和完善了在线测量循环流率的方法,通过热态试验研究了影响高温颗粒与管壁之间传热系数的因素,并且利用热态试验数据和Borodulya等提出的对流传热系数预测模型进行了关联式推导,从而将传热系数和颗粒流率相关联。结果发现,传热系数的影响因素包括颗粒流率、颗粒温度、颗粒粒径等;热态试验测量得到的物料流率值与预设值的误差在±25%内;在实际流率工况下,该方法可以将物料流率和传热系数一一对应,在较宽的流率变化范围内都具有良好的预测能力。根据研究结果,测量中传热系数确定后,由计算模型可以获得物料流率,即实现高温物料流率的测量。换热法测量循环流率的原理简单,成本低廉,通过研究进一步提升了其实用性,在循环流化床锅炉的循环流率测量领域具有广阔的应用前景。

    2020年03期 v.26;No.127 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 5777K]
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  • 超超临界CFB锅炉外置换热器启动过程模拟分析

    许兆峰;薛亚丽;李政;

    通常超超临界CFB(循环流化床)锅炉均设置外置换热器来增加换热面积和换热量。为了研究CFB锅炉外置换热器的启动过程特性,为CFB宽负荷运行和灵活性调峰提供依据,在已有的CFB锅炉系统机理动态数学模型的基础上,建立了外置换热器动态模型,并以某660 MW超超临界CFB锅炉为对象,模拟分析其外置换热器的冷态启动过程和热态启动过程。冷态启动和热态启动前炉膛温度均为776℃,外置换热器温度分别为50℃和660℃。第30 min时,打开锥形阀启动外置换热器,由于冷态启动时外置换热器温度低,为避免外置换热器管道升温过快,锥形阀开度仅为5%;而热态启动时则不存在该限制,锥形阀开度可达30%。为了体现单一变量引起的变化,在冷态启动和热态启动过程中仅锥形阀开度不同,其他主动控制量中仅自动控制排渣量来保持炉膛压力稳定。在冷态启动过程中,外置换热器初始温度低于工质(中温过热蒸汽)温度,先从工质吸热;当外置换热器温度高于工质温度后开始向外放热,因此外置换热器放热量是从负值变化到正值。而热态启动过程中,外置换热器初始温度远高于工质温度,外置换热器始终向工质放热。因此,不管是冷态启动还是热态启动前,工质流量都应维持在设定值及以上,否则启动瞬间工质放热冷凝或吸热升温会导致壁温剧烈变化,出现爆管等事故。冷态启动和热态启动后达到平衡时,在CFB锅炉输入能量不变的情况下,由于外置换热器的放热量增大,炉膛内的放热量相应减小,因此炉膛温度有不同程度降低;在热态启动时锥形阀开度为30%,外置换热器循环灰流量和放热量较大,从而导致炉膛内放热量小于冷态启动,这也体现在热态启动的炉膛平衡温度小于冷态启动。冷态启动过程中外置换热器温升更高,为避免换热面壁面温升速率过高而采用5%锥形阀开度,从而导致冷态启动过程的外置换热器温升曲线时间常数明显大于热态启动。

    2020年03期 v.26;No.127 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 6665K]
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  • 基于Aspen Plus的超超临界循环流化床锅炉的性能计算及分析

    李娟;李银龙;牛田田;辛亚飞;杨冬;

    循环流化床发电技术以其特有的优势,得到了迅速发展和广泛应用。近年来,为了实现超低排放和超低能耗,大型化与高参数化的超超临界循环流化床锅炉(CFB)的设计研究成为我国洁净煤发电技术的主要发展方向。目前超超临界发电机组的基础理论与设计计算还不完善,因此对于其运行模拟以及在运行条件变化时锅炉主要参数的预测尤为重要。Aspen Plus能够对复杂的化工过程进行精细的稳态模拟和流程设计,基于Aspen Plus软件提供的内置模块和FORTRAN编译器的外部子程序,建立了660 MW超超临界CFB锅炉燃烧室煤解耦燃烧过程模拟模型,主要包括煤的等效热解模型、简约解耦燃烧模型、分离器、外置床及尾部烟道低温过热器、低温再热器模型。依据所建立的稳态模型,可模拟计算660 MW超超临界循环流化床锅炉在满负荷工况(B-MCR)下锅炉性能,得到其各处主要温度的计算结果,分析燃烧室中密相区和疏相区的气体组分浓度,并且预测了循环流化床燃烧室运行参数一次风配比对密相区组分CO2、CO和SO2浓度的影响以及过量空气系数对排烟气体组分SO2、SO3、NO和N2O浓度的影响。同时,利用该模型计算了过量空气系数和改变一次返料比例对中温过热器、低温过热器出口汽温和低温再热器、省煤器出口烟温的影响。在660 MW超超临界循环流化床锅炉的设计研究上,为降低污染物排放、减少锅炉热损失和提高锅炉效率提供了参考依据。

    2020年03期 v.26;No.127 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 4368K]
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  • 基于Aspen Plus的0.3 MW_(th) CFB燃煤中试装置全流程模拟

    明祥栋;段钰锋;柳帅;胡鹏;

    循环流化床锅炉具有煤种适应性广,负荷调节能力强,污染物超低排放等优点,被广泛应用于煤的清洁燃烧。为探究循环流化床污染物生成和排放规律,以0.3 MWthCFB燃煤中试装置系统为实际模型,利用Aspen Plus对煤燃烧和污染物控制装置全流程建模。采用Gibbs最小自由能热力学分析方法对煤燃烧产物进行了分析计算,并利用软件自带的灵敏度分析工具,对不同的操作参数进行了灵敏度分析,预测了锅炉运行参数对烟气组分、选择性催化还原脱硝效率和石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率的影响规律,获得了过量空气系数、烟气温度、氨氮比和钙硫比对NOx和SOx脱除效率以及SO3生成的影响曲线。结果表明,在循环流化床煤燃烧条件下,温度变化对NOx和SOx的生成影响显著,温度升高会促进NH3、HCN等前驱物的转化,促进燃料氮生成NOx;高温条件下,SO2生成反应的化学平衡向正方向移动,但反应速率会随温度和浓度的升高而降低,SO3则与之相反。在选择性催化还原脱硝过程中,较低温度时,脱硝率随温度升高而增加,最佳活性温度在360℃左右; SCR反应温度低于380℃时,SO3含量呈显著上升趋势,380℃出现一极大值点,而后趋于平缓并略有下降。NSR<1时,脱硝率随氨氮比增加而增加,最佳氨氮比在1.05。湿法烟气脱硫过程中,增加钙硫比能明显提高脱硫效率,最佳钙硫比在1.05左右,并降低SO3排放;脱硫系统入口烟气温度升高会导致脱硫效率降低,但促进了SO3的生成。

    2020年03期 v.26;No.127 38-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 6866K]
    [阅读次数:2 ]
  • 循环流化床氮氧化物排放预测模型及优化控制研究

    高明明;于浩洋;吕俊复;于孝宏;李文瑞;李存怀;魏光;

    随着环保要求的日益严格,为了降低CFB机组的NOx排放,需要对炉内生成的NOx浓度进行准确估计并应用到控制中,对此,建立精确实用的机理控制模型显得十分必要。同时,需要综合考虑降低炉内燃烧所生成的NOx与SNCR的优化控制,利用该模型对炉内外NOx综合控制进行优化。通过对NOx的生成机理进行分析,以CFB锅炉燃烧产生的燃料型NOx为主体,应用数学建模与仿真的方法,以给煤量、风量等作为模型输入,建立炉膛出口CO浓度预测模型,并以此模型为基础,与即燃碳模型为输入,建立可以用于控制的炉膛出口NOx浓度预测模型。利用上述方法建立了炉膛出口CO浓度预测模型和炉膛出口NOx浓度预测模型,并根据实际运行数据对模型进行参数求取及仿真,针对炉内燃烧控制与SNCR脱硝配合不佳,导致NOx排放水平较高的问题,根据所建立的炉膛出口NOx浓度预测模型,提出了炉内外NOx综合控制技术路线,设计了基于NOx浓度预测模型的一二次风量优化控制与SNCR优化控制思路。仿真证明了所建立的模型具有较好的精确度,满足实际控制系统的精度要求,并具有一定的预测效果。所设计的炉内外NOx综合控制技术路线与一、二次风量优化控制思路可以为今后循环流化床机组NOx低排放控制提供参考。

    2020年03期 v.26;No.127 46-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2948K]
    [阅读次数:2 ]
  • 75 t/h循环流化床锅炉性能测试及基于Aspen Plus模拟研究

    陈宝明;段钰锋;耿新泽;许一凡;赵士林;黄天放;

    为寻找循环流化床(CFB)燃煤锅炉机组热损失的原因,以额定负荷75 t/h CFB燃煤锅炉为试验平台,对其进行热力性能测试,为与实测法对比,利用Aspen Plus流程模拟软件对CFB锅炉进行建模计算,提出一种基于Aspen Plus模型法获得CFB锅炉热效率的新思路。试验选取低负荷、满负荷、高负荷3种运行工况,利用反平衡法通过热力计算求得各项热损失,探究不同运行工况参数对CFB锅炉热效率的影响,并分析了不同运行工况下,飞灰及炉渣中未燃尽碳(UBC)含量的分布规律。通过对CFB锅炉的煤热解、煤燃烧、气固分离和热交换4个子过程进行建模,利用现场稳定运行的锅炉各级换热设备进出口流股温度、压力、流量等数据,对满负荷(工况2)条件下锅炉各项热损失、锅炉热效率及炉膛出口烟气组分浓度进行计算。根据实测数据与模拟结果的比对,验证建模的准确性、可靠性。结果表明:模型法与实测法数据吻合良好,能够精准预测炉膛出口烟气的组成;通过对比锅炉各项热损失及热效率,发现排烟热损失q2实测结果为7.75%,模型结果为6.48%;固体未完全燃烧热损失q4实测结果为3.72%,模型结果为3.17%;二者相对误差较小,说明利用Aspen Plus建模可以对排烟热损失及固体未完全燃烧热损失进行较为精准的预测;模型计算得到的锅炉热效率为88.66%,实测锅炉热效率为87.426%,相对误差仅为1.41%,实测法和模型法对热效率及各项热损失的计算结果极为接近,验证了建模思路及方法的准确性和可靠性,也印证了基于Aspen Plus模型法计算CFB锅炉热效率的可行性; 3种工况下锅炉运行存在排烟温度高、飞灰含碳量高、实际热效率偏低未达到锅炉设计值等问题;入炉煤燃烧后飞灰中的UBC含量较高,为13.28%~16.40%,炉渣中UBC含量较少,为2.92%~3.39%; 3种工况下锅炉排烟热损失在7.64%~7.93%,固体未完全燃烧热损失在3.72%~4.69%,锅炉热效率在86.14%~87.43%,且η2>η3>η1。说明基于Aspen Plus对CFB锅炉建模进行锅炉热力计算可行、可靠。

    2020年03期 v.26;No.127 52-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 6210K]
    [阅读次数:1 ]
  • 循环流化床大气污染物排放模型研究

    黄鹏;赵冰;王家林;巩太义;王勇;王东振;

    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。

    2020年03期 v.26;No.127 60-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 4633K]
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  • 循环流化床二次风射流及床料粒径对流化特性的影响

    张曜;林晨;于娟;冯帆;张忠孝;

    NOx的生成控制与流化床流化特性及气固流动有关,而冷态试验能更直观地反映气固流动状态和流化效果,因此冷态试验的研究结果可为流化床脱硝反应热态试验的参数选取提供参考。前人研究大多使用窄筛分床料颗粒,且较多针对传统的墙式布置二次风,鲜有学者综合研究中心布置二次风的穿透性能及其对炉膛流化特性的影响。因此,在循环流化床冷态试验台上,研究了中心布置二次风和宽、窄筛分的床料对流化特性的影响,采用无量纲剩余温度、物料循环流率和表观颗粒体积分数来定量描述二次风穿透性能、物料循环效率和颗粒浓度的分布。结果表明:喷射高度附近的颗粒浓度会随二次风射流增大而增大。二次风喷射高度为15 cm时,在35 cm以下的密相区,二次风占比越大,颗粒浓度的增长越明显。增大二次风占比、提高二次风射流的速度、提高二次风射流的喷射位置等可以有效提高二次风射流的穿透性能。其中,当二次风喷射高度距炉膛底部5 cm处,射流穿透率为0.4;喷射高度为15 cm时,射流穿透率为0.84;当喷射高度继续上升10 cm后,射流穿透率达到1.0。造成这个现象的原因是越靠近炉膛底部,床料颗粒的浓度越大,二次风所受的阻力急剧增加。随着窄筛分床料的平均粒径减小,炉膛整体的压降上升,且压降会在炉膛更高位置趋于平稳,物料循环流率也随之提高。这说明更多的颗粒能够随流化风的扬析被带到炉膛外,进入分离器参与炉外循环。与窄筛分床料不同的是,床料组分中,细颗粒占比也决定了宽筛分床料的炉膛压降、颗粒浓度分布和物料循环流率等参数。细颗粒占比越高,炉膛压降和物料的循环流率越大。宽筛分中,平均粒径大的床料颗粒浓度分布和物料循环流率不一定小,这是由于试验风速下,<300μm颗粒更易随流化风的扬折作用,被携带至炉膛出口。这部分细颗粒占比越高,造成颗粒浓度分布和物料循环流率越大,而粗颗粒更倾向于聚集在炉膛底部。

    2020年03期 v.26;No.127 68-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 5084K]
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  • 循环流化床半干法脱硫装置烟道流场模拟优化

    于斌;王爱;孙洪斌;瓦其尔;陈俞安;郑妍;姚宣;

    在循环流化床半干法脱硫系统中,流场特性对于系统安全稳定运行、提高脱硫效率至关重要,其中,流场均匀性和稳定是整个系统的关键点。只有流化床设计和输送设备合理才可能保证脱硫系统的稳定高效运行。采用CFD数值模拟方法,结合某300 MW燃煤机组炉外半干法脱硫工程实例,针对脱硫塔区域烟道以及除尘器后烟道的流场进行建模计算,研究半干法脱硫系统普遍存在的烟气流场不均匀性问题及有效的改善措施。试验建立了2个模型,模型A范围自预除尘器出口4个喇叭口的联箱至布袋除尘器入口,此区域为主要脱硫反应的发生区;模型B范围自布袋除尘器出口至引风机入口联箱,该区域优化主要目的为降低系统阻力。计算过程中分析了不同导流叶片的布置位置、数量对烟气速度场、速度矢量及压力场特性的影响。优化结果表明,在模型A预除尘器出口采用典型的扩容联箱方案可以提升流场均匀性。但需考虑在扩容流速降低带来的积灰现象,调整烟道、钢结构积灰荷载的设计,提高安全裕度。在脱硫塔底部设置一块导流叶片,可以有效改善偏流现场,保证进入文丘里的烟气速度均匀性,同时系统阻力也得到较好控制,总阻力在2 200 Pa左右。布袋除尘器出口烟道(模型B)的核心优化要素为降低系统阻力。在弯头1处设置导流叶片,可有效改善速度分布,降低烟道阻力。导流叶片的数量为1~2片时效果较差,导流叶片的数量超过3片时,阻力基本达到最优值,气流分布也较好。弯头2处的导流叶片对降低阻力、提高烟气流场均匀性的影响不大。

    2020年03期 v.26;No.127 75-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 15315K]
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  • 脱硫湿烟气喷淋冷凝过程数值模拟研究

    李璐璐;姚宣;张缦;金燕;杨海瑞;

    大中型燃煤电厂多采用湿法脱硫技术,脱硫过程导致大量水分蒸发,600 MW机组经湿法脱硫后排放的烟气中携带水蒸气超过200 t/h。脱硫湿烟气中的水蒸气及低温余热是燃煤电厂水资源和能量损耗的重要部分。为降低烟气中的含湿量,有效回收烟气中的水分及余热,同时解决因湿烟气中水蒸气凝结引起的烟囱腐蚀、"石膏雨"及"白烟"等问题,基于Fluent软件,构建三维稳态CFD模型,对湿法脱硫后烟气的冷凝过程进行数值模拟研究,将优化设计后的冷凝室作为计算对象,充分考虑气液两相流之间的能量、质量、动量交换,全面讨论了冷凝室本身结构和气液两相参数对传热传质的影响。结果表明:两喷淋层的布置存在最佳间距,模拟中最佳间距为1 m,此间距可使液滴在冷凝室内停留时间和气液接触均匀性同时达到较高水平。在一定的烟气流速范围内,烟气流速高,烟气在冷凝室中停留时间短,气液两相接触时间少,换热程度差;烟气流速低,烟气雷诺数小,湍流流动弱,单位时间单位面积处理的空气量小,故存在最佳烟气流速,研究表明,最佳烟气流速为3.5 m/s。适当增大液气比、合理减小液滴直径、降低喷淋液温度、加大喷嘴角度,都可有效保证流场均匀性,提高气液接触强度,增强气液之间传热传质效果。但增大液气比需较大水量,不利于节水节能;降低喷淋液温度可加大换热温差,但需较低的冷却水源;加大喷嘴角度对提高冷凝效果幅度有限。其中减小液滴直径是最有效的方法,采用雾化程度好的喷嘴,使液滴直径小于210μm,可将湿烟气从323 K冷凝至311.75 K,600 MW机组每小时可回收至少80 t水资源以及6.59 MW能量,达到节水节能、"消白"、除尘一体化的目的。

    2020年03期 v.26;No.127 82-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 11761K]
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  • 循环流化床锅炉脱硫工艺经济性分析

    蔡晋;张缦;王中伟;荣澔洁;姚宣;吴玉新;

    循环流化床锅炉炉内脱硫无法满足排放要求时,需要对排烟进行进一步净化。烟气净化工艺主要有石灰石-石膏湿法烟气脱硫和循环流化床半干法烟气脱硫。为了比较2种工艺的经济性,建立了技术经济分析模型,对比分析了满负荷时炉内脱硫效率70%条件下的经济技术指标。分析结果表明,循环流化床半干法烟气脱硫的运行成本和总成本相对较低时,要求硫含量分别低于1.1%和2.1%;循环流化床半干法烟气脱硫的脱硫剂成本占比较大,而石灰石-石膏湿法烟气脱硫的电费占比相对略大;石灰石价格、上网电价和年运行时间是影响脱硫成本的主要因素,石灰石对脱硫成本的敏感度大于上网电价;石灰石价格低于112元/t时,石灰石-石膏湿法烟气脱硫的运行成本更高;上网电价低于0.43元/kWh时,石灰石-石膏湿法烟气脱硫的运行成本相较更低;循环流化床半干法烟气脱硫总成本在石灰石价格、电价、年运行时间的研究波动范围内相对较小;相较于常规炉内脱硫技术,超细石灰石炉内脱硫技术的炉内脱硫成本较低,与循环流化床半干法烟气脱硫工艺相结合的综合优势更显著。

    2020年03期 v.26;No.127 90-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 5499K]
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  • 300 MW CFB锅炉SNCR+SCR深度脱硝性能研究

    马涛;茹宇;李克章;惠建飞;朱海;李萌;

    随着环保压力不断提高,流化床锅炉需进行深度脱硝改造以实现超低排放,但目前SCR改造在流化床锅炉上的应用研究较少。某厂320 MW流化床机组改造增加了SCR脱硝系统,基于该工程改造项目,笔者使用网格法对烟气场温度、烟气成分等参数进行测定,进行了改造前后的锅炉性能试验,研究了改造后SCR的脱硝性能及其影响因素,并测试锅炉效率。结果表明,不同负荷下,SCR入口平均温度在268.11~309.53℃,基本满足拓展的SCR反应温度窗口(260~420℃)。机组满负荷320 MW下,实测反应器脱硝效率为72.48%,对应的氨逃逸浓度为0.7 mg/Nm3。40%~100%负荷下,NOx排放均低于25 mg/Nm3,氨逃逸浓度不大于1 mg/Nm3。由于烟气温度水平较煤粉炉低,因此本试验中SCR反应器的脱硝效率低于应用于煤粉炉的SCR反应器。40%~100%负荷下的尿素耗量均低于同等级的煤粉锅炉,其中满负荷下的尿素耗量为279.09 kg/h。在相同排放数值下尿素耗量降低50%以上,节能降耗效果显著。排放结果与尿素耗量统计结果表明,SNCR与SCR耦合良好,应用于CFB锅炉具有较大优势。SCR出口处NOx分布并不均匀,在烟道水平截面上呈NOx浓度右侧高、左侧低的趋势,与SCR入口温度分布一致,温度是影响脱硝效率和NOx分布的主要因素。改造后平均锅炉效率为90.07%,与改造前锅炉效率持平,表明SCR改造对锅炉效率影响较小。锅炉90%以上热损失由排烟和物理未完全燃烧热损失造成,控制排烟热损失q2和物理未完全燃烧热损失q4是锅炉热效率提升的关键。

    2020年03期 v.26;No.127 99-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 8626K]
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  • 涡流混合式SCR脱硝系统喷氨优化调整试验研究

    张佳佳;葛铭;胡珺;王升佳;郭康;火鸿宾;何陆灿;戴维葆;陈国庆;

    针对脱硝系统氨逃逸量大造成除尘器无法投运的问题,对涡流混合式脱硝系统进行喷氨优化试验。试验发现,脱硝出口NOx浓度在烟道宽度方向分布不均。通过调整喷氨支管手动蝶阀降低了脱硝出口NOx浓度分布的不均匀度。满负荷下,烟道A侧出口不均匀度由48.3%降低到19.4%; B侧出口不均匀度由62.7%降低到21.8%。经过调整,NOx分布不均匀度显著下降。两侧烟气流量在高低负荷下不存在明显的偏差,流场分布也较为均匀。电厂采用新型涡流静态混合器,有助于解决脱硝出口NOx浓度沿烟道深度方向分布不均的问题。利用SIS数据分析发现脱硝出口NOx浓度CEMS测点不准确,导致喷氨自动投运时喷氨量过大,氨逃逸量变大。CEMS测点取样不具代表性,建议采用网格法取样,并对CEMS测点进行定期标定。喷氨控制策略中,喷氨量跟随性差,导致喷氨量与脱硝入口NOx浓度变化存在一定的延迟,建议优化喷氨控制逻辑。净烟气NOx排放浓度值不宜设置得过低,设定值越低,氨逃逸量越大。综合环保性和经济性,推荐净烟气NOx排放浓度控制在25~35 mg/m3。经过喷氨优化后,整体的氨逃逸量控制在3×10-6以下。

    2020年03期 v.26;No.127 106-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 20014K]
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  • 循环流化床喷射混合还原剂的脱硝反应试验研究

    林晨;张曜;于娟;冯帆;张忠孝;

    随着大气污染形势日趋严峻,控制NOx排放的相关环保标准也日益严格。选择性非催化还原技术(SNCR)可以有效降低NOx排放,但受限于反应温度窗口狭窄,在流化床中的脱硝效率有限。研究表明H2、碳氢化合物和CO作为添加剂时,可以拓宽SNCR的反应温度窗口,促使低温下的脱硝反应得以进行;但在循环流化床热态试验系统上,鲜有使用工业副产品如煤气化合成气作为添加剂,分析H2、碳氢化合物和CO共存时对SNCR产生的影响效果。为了探究合成气与氨构成的混合还原剂对脱硝反应的影响,在循环流化床热态试验系统上,对比了合成气与氨水构成的混合还原剂和氨水的脱硝效果,同时考虑了反应温度、NSR、添加剂浓度、添加剂喷射位置等影响因素。结果表明:在840℃低温下,使用氨还原剂的SNCR反应已经失效,还会增加NOx排放量。混合还原剂可大幅提高低温区的脱硝效率,添加合成气能促使SNCR反应在此较低温度下进行。840℃时,脱硝效率从0提升至44%~62%。在氨氮摩尔比较低的情况下,如NSR=0.5或1.0、合成气为120×10-6时,合成气喷射位置的不同对NOx排放量影响不大;但当氨过量时(NSR>1.0),将合成气喷射至分离器前温度较低的烟气管道中,能增强氨的选择性,进一步降低NOx排放量。当NSR=1.5时,NOx的排放量达到了最低101~110 mg/m3,相比炉膛出口处喷射降低了约60 mg/m3。独立喷射氨水与合成气使其在炉内混合的方式,比氨气与合成气预混后喷射方式好,NOx排放量会降低60 mg/m3左右。合成气添加剂与氨存在很强的相互协同、相互促进作用,合成气可以提高氨还原剂的选择性。

    2020年03期 v.26;No.127 114-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 4027K]
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  • 大型循环流化床锅炉外置式换热器关键技术研究

    辛胜伟;张缦;王君峰;贺峰;曹培庆;蔡润夏;张鹏;王虎;陈建斌;杨海瑞;

    外置式换热器对于大型循环流化床锅炉的高效运行有重要意义。为全面掌握CFB锅炉外置式换热器运行特性,消除现阶段制约超超临界CFB锅炉外置式换热器管屏壁温偏差问题,系统总结了外置式换热器的研究现状和关键技术研究进展,并介绍了超超临界循环流化床锅炉外置式换热器的设计方案。研究发现,600 MW超临界CFB锅炉外置式换热器壁温偏差十分明显,壁温分布呈现马鞍形分布(中心区域管屏壁温高,边壁区域管屏壁温低),这是由气泡不均匀性分布决定。外置式换热器内传热系数与受热面布置的空间位置密切相关,外置式换热器流化风速Ug=0.4 m/s时,床中央至x/Xw≈0.6处传热系数基本一致,而靠近壁面区域,传热系数显著降低,边壁流动区占床面宽度的25%~30%。将管束远离边壁区布置可以改善传热系数空间分布的不均匀性,传热系数极值偏差从15%降至6%。660 MW超超临界CFB锅炉外置式换热器的设计计算表明,外置式换热器布置高温再热器受热面时,高温再热器管子中径壁温与汽温差可达到58℃,显著制约外置式换热器的安全运行。因此,在660 MW超超临界CFB锅炉的外置式换热器中全部布置汽温相对较低的中温过热器,受热面采用TP347H和TP347HFG材料即可满足要求,仍可保证一定的余量。将外置式换热器管排布置选择与灰流动的方向平行的方式,同时为消除边壁流造成的局部换热不均问题,设计时考虑避免管屏布置在边壁区内,管屏距离边壁的距离应由传统设计的250 mm增至500 mm以上,可改善外置式换热器内的气固流动及传热行为,以减小颗粒侧传热偏差。该设计在保证外置式换热器安全运行的同时,还可有效调控炉膛温度和蒸汽温度。

    2020年03期 v.26;No.127 120-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 5257K]
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  • 350 MW循环流化床锅炉屏式受热面汽温偏差研究

    张鹏;贺建平;王虎;谷威;辛胜伟;徐怀德;曹培庆;胡昌华;杜佳军;顾从阳;

    随着循环流化床(CFB)锅炉容量及蒸汽参数的大幅提升,锅炉高温受热面材料已达到现有最高水平,实际运行中高温受热面管屏汽温偏差特性直接关乎机组的安全可靠性。为准确获得超(超)临界CFB锅炉屏式高温受热面管屏的汽温偏差特性,在一台350 MW超临界CFB锅炉上开展了实炉测量试验,通过在锅炉2种类型的屏式高温受热面管屏上加装全屏壁温监测点,获得了满负荷工况下屏式高温受热面同屏管间汽温偏差及其分布均匀性,在实炉试验的基础上针对性地进行设备改造。结果表明:炉内屏式高温受热面客观上存在同屏管间汽温偏差,汽温偏差最大值可达60℃以上;屏式高温受热面近壁侧和向火侧敷设耐磨耐火材料的管屏管壁温度明显低于中央区域,相比于屏式高温过热器,屏式高温再热器汽温偏差最大值增加了约40℃;传统的屏式高温受热面间隔布置的壁温监测点已无法准确获得同屏管间最高壁温值,屏式高温再热器布置的壁温监测点代表性不足的问题更突出,需根据屏宽、屏高进行布置位置优化,尤其是在屏式高温受热面向火侧的管屏(向火侧最外侧管子向内第4~17根管)上布置更多壁温监测点;通过分屏设计、耐磨耐火材料敷设高度优化等措施,可有效控制屏式高温受热面汽温偏差及分布均匀性,优化后屏式高温过热器全屏汽温偏差最大值为24℃(其中近壁侧分屏汽温偏差最大值为16℃),汽温偏差的标准差为6.2℃,而屏式高温再热器全屏汽温偏差最大值为50℃(其中近壁侧分屏汽温偏差最大值为21℃),汽温偏差标准差为14.5℃。

    2020年03期 v.26;No.127 126-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 3192K]
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  • 350 MW超临界CFB机组切缸改造灵活性运行探索

    贾晓涛;朱莎弘;王珂;王鹏程;张缦;杨海瑞;

    近年来,新能源的发展对于火电机组的灵活性运行提出了更高要求,因此深入研究热电机组深度调峰运行方式、解决热电机组深度调峰面临的技术难题迫在眉睫。循环流化床锅炉能够实现低负荷稳燃,具有深度调峰的天然优势。基于蒸汽流程改造的灵活性切缸改造技术由于投资小、改造工期短、供热经济性好等特点,是解决供热机组深度调峰问题、实现热电解耦的高效途径。根据某350 MMe超临界循环流化床热电联产机组的实践经验,对循环流化床机组灵活性切缸改造中出现的运行问题进行分析并提出相应解决措施。采用宽幅控制躲避颤振技术,安装在线监视颤振设备,使用五段抽汽向六段抽汽补汽的技术。通过技术改造,解决了切缸工况下低压缸鼓风、叶片水蚀和颤振、汽轮机本体安全运行、空冷防冻、空预器低温腐蚀、燃料系统波动以及联锁保护适配性等关键问题。改造后与常规切缸改造相比,宽幅切缸控制更加灵活、平缓,消除了以往快速切缸技术的某些危害。对循环流化床锅炉配套系统的改造,为其燃料灵活性更高的特点提供保障。基于循环流化床锅炉的低负荷稳燃特点,机组低压切缸改造后安全运行,达到NOx超低排放标准,不但实现了热电解耦,负荷调节范围由60%~94%拓宽为30%~94%,供热能力提高了50%,而且达到了供热期节能降耗的目的。改造前后热电比大幅增长,在低负荷下尤为明显,提高了资源利用率和机组经济性。在40%负荷工况下,热电比由0.97提高至2.11,发电煤耗降低了70.49 g/kWh。本改造在切缸运行过程中解决多项技术难题和实现了多项技术突破,积累了运行经验,为"挖掘火电机组调峰潜力,提升我国火电运行灵活性,提高新能源消纳能力"做出了贡献。

    2020年03期 v.26;No.127 132-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 2114K]
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  • 循环流化床锅炉超低氮氧化物排放理论与实践

    李军;张缦;刘青;郭学茂;张建春;

    循环流化床(CFB)能够燃用低热值燃料,在我国广泛应用。其重要优势是无成本的低氮氧化物(NOx)原始排放,这是缘于CFB较低且均匀的燃烧温度及其固有的燃烧还原性气氛。随着中国燃煤电站污染排放要求日益严格,CFB燃烧原始NOx排放浓度超过了排放限制的最新要求。笔者理论分析了CFB燃烧过程,根据CFB燃烧条件下NOx生成与还原的途径,认为可以通过气固流态的优化调控NOx生成与还原反应,进一步降低NOx的原始排放。进而提出流态优化的工程实现途径:提高床质量、减少粗颗粒床存量、增加循环量。详细讨论了该技术路线的基本原理:床质量提高、粗颗粒床存量减少以及循环量增加,可显著强化燃烧过程中的密相区和稀相区的还原性气氛、减少NOx生成,并在稀相区乃至分离器中加强对生成的NOx的还原,配合合理的床温和风配比,使CFB锅炉在不采用烟气脱硝条件下,实现NOx低于50 mg/m3。该技术设想的关键点经实验室验证后,在150、260和560t/h CFB锅炉上进行了工程实践。运行效果表明,通过流态优化后,NOx排放显著下降,可达到NOx原始超低排放;同时,未见由此导致的燃烧效率显著降低;这些原始超低排放工程案例涵盖了烟煤、贫煤和无烟煤。通过流态设计优化降低NOx排放浓度的技术路线为CFB锅炉NOx控制提供了一条新途径。

    2020年03期 v.26;No.127 139-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 3622K]
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  • 流化床富氧气氛对SO_2排放特性的影响

    苗苗;邓博宇;孔皓;张缦;杨海瑞;

    为了研究富氧燃烧气氛下煤在流化床中燃烧SO2排放特性,利用小型流化床反应器,以褐煤和无烟煤为试验原料,分别在21%、29%、42%和56%O2/CO2气氛下进行了燃烧试验,探究了燃烧气氛对流化床煤燃烧中SO2排放的影响。结果表明,在O2/CO2气氛下,随着氧气浓度的提高,2种不同类型的煤在770℃燃烧后,SO2排放量逐渐升高,褐煤SO2排放量从925×10-6增加到6 526×10-6,无烟煤的SO2排放量从1 310×10-6增加到5 357×10-6。与无烟煤相比,褐煤升高趋势更为明显。氧气浓度对SO2析出速率的影响显著,在15 s甚至更短时间使得SO2析出达到更高的峰值。氧气浓度从21%增至29%时,转化S显著增加,之后随着氧浓度增加,转化S增长趋缓。从机理上解释,高氧浓度为硫化物析出提供了更充足的氧气,促进了SO2的生成,同时高氧浓度加速了挥发分和焦炭的燃烧速度,改善了煤的燃烧和燃尽特性。通过增强煤本身的自热效应,煤燃烧过程加快,促进煤中硫元素的释放,SO2排放量也相应增加。随着氧浓度的增加,褐煤的CO保持在相对稳定的水平,说明氧浓度的变化对此影响较小。褐煤挥发分高,容易出现停留时间不足,导致不充分燃烧,烟气中含有一定量CO等气体。SO2的排放除了与氧气浓度有关外,主要还与煤中含硫量有关,通常含硫量越高,煤燃烧产生的SO2越多。由于试验煤种含硫量均较高,因此SO2排放量处于较高水平,在富氧燃烧过程中,针对含硫量较高的煤种,应充分考虑SO2排放控制问题。灰分也会影响SO2排放量,SiO2和Al2O3对SO2转化为SO3的影响较小,而CaO和MgO作用明显,煤灰中Fe2O3、K2O等含量对此转化过程也有一定影响。

    2020年03期 v.26;No.127 146-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 4972K]
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  • 湿法脱硫浆液中汞的再释放及其稳定化研究进展

    陶君;谷小兵;张帆;段钰锋;

    重金属汞是燃煤烟气中一种有毒的痕量元素,由于其大气迁移性和生物累积性极易对生态环境和人类健康产生危害,现已成为燃煤烟气四大污染物之一。燃煤电厂现有污染物控制设备(APCDs)协同脱汞技术得到越来越多的研究和应用。湿法烟气脱硫(WFGD)装置已成为脱除烟气中二价汞的重要设备,且具有较高的脱除效率。但是,WFGD装置吸收的Hg2+,在脱硫浆液中还原性离子的作用下被还原为Hg0形态重新释放到烟气中,从而降低了APCDs的协同脱汞效率。笔者综述了湿法脱硫浆液中汞的再释放机理、影响因素、抑制汞再释放的原理以及汞稳定化添加剂的研究进展,详细阐述了烟气氧含量、脱硫浆液温度、浆液p H值、液气比等脱硫系统运行参数以及浆液中SO23-、Cl-、Ca2+等共存离子对汞再释放特性的影响规律;论述了抑制脱硫浆液中汞再释放添加剂的分类、特性以及常用添加剂与Hg2+相互作用的化学反应机理和影响因素;概述了近年来国内外学者对汞稳定化添加剂的最新研究成果,典型有效的添加剂有H2S、无机硫化物、卤化物、Fenton试剂以及有机硫螯合剂二硫代氨基甲酸盐(DTC)、三巯基均三嗪三钠盐(TMT)、三硫代碳酸钠(STC)等。同时分析了不同添加剂的特性、使用条件、汞稳定化效果及其优缺点;概述了现有试验研究存在的问题并提出完善化发展方向,为进一步抑制脱硫浆液中汞的再释放和汞稳定化添加剂的研究与应用提供参考。

    2020年03期 v.26;No.127 153-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1657K]
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  • 超临界W火焰锅炉水冷壁壁温及炉膛壁面热负荷特性研究

    马达夫;周文台;张守玉;何翔;陶丽;

    针对某600 MW超临界W火焰锅炉前墙水冷壁出现的拉裂现象,对其进行水冷壁向火面及背火面的温度测点安装,对锅炉启动过程中及600 MW负荷工况下的典型运行工况、氧含量、煤粉细度及F挡板开度影响下不同位置的水冷壁温度及壁面热负荷特性进行分析。试验结果表明,由于折焰角的存在,烟气流程靠近前墙,高负荷下前墙壁面热负荷高于后墙,且前墙36.8 m处热负荷最高,且炉膛宽达32 m,增加了水冷壁撕裂的可能性。采用"后墙压前墙"的F挡板开度,可降低前墙水冷壁热负荷,减少水冷壁撕裂的可能性。热负荷沿着炉高下降较快,以前墙为例,在36.8、44.0、48.5 m标高位置的平均无量纲热负荷分别为0.75、0.50、0.19左右。启炉过程中,背火面与向火面壁温差逐渐变大,投入煤粉后壁面热负荷逐渐增加。虽启磨时背火面壁温有短暂超温现象,但总体壁面热负荷较低,水冷壁较安全。氧含量对炉膛整体热负荷影响不大,在满负荷工况下,尾部烟道CO浓度不大的前提下建议氧含量维持在2%;煤粉变细后壁面热负荷略有下降,建议在不考虑磨煤机出力情况下采用工况8的折向挡板开度。

    2020年03期 v.26;No.127 161-168页 [查看摘要][在线阅读][下载 8406K]
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