超臨界循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)量階躍動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究

劉眾元，武曉俊，房 玲

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

超臨界循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)量階躍動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究

劉眾元1，武曉俊1，房 玲2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

隨著循環(huán)流化床技術(shù)的發(fā)展，流化床機(jī)組在電網(wǎng)中占比越來越高。為了研究超臨界流化床鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)某350MW超臨界循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組進(jìn)行一次風(fēng)量階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，并分析了一次風(fēng)量階躍下床溫、床壓、主汽壓力和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。試驗(yàn)結(jié)果顯示，超臨界循環(huán)流化床鍋爐在一次風(fēng)變化時(shí)，床壓變化較快，響應(yīng)時(shí)間約為4m in，床溫、主汽壓力和負(fù)荷變化較慢，響應(yīng)時(shí)間在10m in左右。

動(dòng)態(tài)特性；超臨界循環(huán)流化床鍋爐；一次風(fēng)；階躍試驗(yàn)

0 引言

循環(huán)流化床CFB(circulating fluidized bed)燃燒技術(shù)有著燃料適應(yīng)性廣、污染排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大、灰渣利用率高等優(yōu)點(diǎn)，作為潔凈煤燃燒技術(shù)之一，近年來取得了快速的發(fā)展[1]。隨著循環(huán)流化床技術(shù)的發(fā)展，大容量、高參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐成為節(jié)能降耗的主要技術(shù)之一[2]。大型超臨界CFB鍋爐技術(shù)綜合了低成本污染控制和高供電效率兩方面優(yōu)勢(shì)，自2013年4月14日，四川白馬600 MW超臨界CFB鍋爐順利通過168 h全負(fù)荷試運(yùn)行，成功投入商業(yè)運(yùn)營以來，在我國得到迅猛的發(fā)展。截止到2016年7月15日，我國共有10臺(tái)超臨界CFB機(jī)組通過168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá)3 750MW。目前已訂貨和正在建設(shè)的超臨界CFB鍋爐約80臺(tái)，裝機(jī)容量約30GW。雖然，流化床鍋爐從低參數(shù)、高參數(shù)，再到目前的超臨界參數(shù)，在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，但對(duì)其運(yùn)行調(diào)整，缺少系統(tǒng)的定量的試驗(yàn)研究。

本文以某電廠新投產(chǎn)的350 MW超臨界循環(huán)流化床機(jī)組為研究對(duì)象，通過不同負(fù)荷下一次風(fēng)量階躍試驗(yàn)，分析超臨界CFB機(jī)組在一次風(fēng)量階躍變化時(shí)，鍋爐各主要參數(shù)的響應(yīng)過程，為超臨界CFB機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整提供理論基礎(chǔ)。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

該350 MW超臨界流化床鍋爐是東方鍋爐廠生產(chǎn)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一代350 MW超臨界循環(huán)流化床機(jī)組。鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、半露天M型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、循環(huán)流化床燃燒方式，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離的流化床鍋爐。試驗(yàn)期間煤種發(fā)熱量為23.73 MJ/kg，收到基全水分為5.2%，灰分為28.34%，干燥無灰基揮發(fā)分為14.62%。

2 一次風(fēng)量階躍試驗(yàn)

一次風(fēng)調(diào)整，是鍋爐調(diào)整的一項(xiàng)主要內(nèi)容。一次風(fēng)量階躍變化時(shí)，爐膛內(nèi)部各區(qū)域的供氧量和物料循環(huán)量發(fā)生變化，從而鍋爐燃燒和傳熱也發(fā)生變化。為了能夠了解一次風(fēng)變化時(shí)，鍋爐各主要參數(shù)的變化規(guī)律，在機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷分別為185 MW 和265 MW附近時(shí)進(jìn)行了一次風(fēng)量階躍增減試驗(yàn)。

為了減少其他因素對(duì)負(fù)荷的影響，階躍試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組解除協(xié)調(diào)，進(jìn)行燃燒手動(dòng)調(diào)，只變化主動(dòng)調(diào)整一次風(fēng)量，其他燃燒參數(shù)保持恒定。另外，由于負(fù)荷變動(dòng)不大，也不進(jìn)行汽機(jī)調(diào)門的調(diào)節(jié)，保持閥位恒定。

2.1 一次風(fēng)量階躍增加

2.1.1 187MW時(shí)一次風(fēng)量階躍增加

圖1給出了在機(jī)組負(fù)荷187 MW，一次風(fēng)量階躍增加10.86%（33 700 m3/h）時(shí)，鍋爐爐膛床溫、密相區(qū)床壓、主汽壓力和鍋爐負(fù)荷等各主要參數(shù)的響應(yīng)曲線。

表1給出了在機(jī)組負(fù)荷187 MW，一次風(fēng)量階躍增加10.86%（33 700 m3/h） 時(shí)，鍋爐床溫、床壓、主汽壓力和鍋爐負(fù)荷等各主要參數(shù)各個(gè)主要時(shí)刻的值和變化規(guī)律。

圖1 一次風(fēng)量階躍增加的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（187 MW）

表1 一次風(fēng)量階躍增加后各主要參數(shù)的值及其變化規(guī)律（187 MW）

2.1.2 260MW一次風(fēng)量階躍增加

圖2給出了在機(jī)組負(fù)荷260 MW，一次風(fēng)量階躍增加11.2%（40 000 m3/h） 時(shí)，鍋爐床溫、床壓、主汽壓力和鍋爐負(fù)荷等的響應(yīng)曲線。

表2給出了在機(jī)組負(fù)荷260 MW，一次風(fēng)量階躍增加11.2%（40 000 m3/h）時(shí)，鍋爐床溫、床壓、主汽壓力和鍋爐負(fù)荷等各主要參數(shù)各個(gè)主要時(shí)刻的值和變化規(guī)律。

圖2 一次風(fēng)量階躍增加的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（260 MW）

表2 一次風(fēng)量階躍增加后各主要參數(shù)的值及其變化規(guī)律（260 MW）

2.2 一次風(fēng)量階躍減少

2.2.1 187MW時(shí)一次風(fēng)量階躍減少

圖3給出了在機(jī)組負(fù)荷187 MW，一次風(fēng)量階躍減少9.7%（-33 000 m3/h）時(shí)，鍋爐主要參數(shù)的響應(yīng)曲線。

表3給出了在機(jī)組負(fù)荷187 MW，一次風(fēng)量階躍減少9.7%（-33 000 m3/h））時(shí)，鍋爐床溫、床壓、主汽壓力和鍋爐負(fù)荷等各主要參數(shù)各個(gè)主要時(shí)刻的值和變化規(guī)律。

2.2.2 260MW時(shí)一次風(fēng)量階躍減少

圖4給出了在機(jī)組負(fù)荷260 MW，一次風(fēng)量階躍減少8.8%（－34 000 m3/h）時(shí)，床溫和負(fù)荷的響應(yīng)曲線。

表4給出了在機(jī)組負(fù)荷260 MW，一次風(fēng)量階躍減少8.8%（－34 000 m3/h） 時(shí)，鍋爐床溫、床壓、主汽壓力和鍋爐負(fù)荷等各主要參數(shù)各個(gè)主要時(shí)刻的值和變化規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

3.1 床溫的變化

從圖1 a和圖2 a可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍增加時(shí)，床溫開始時(shí)略有上升，隨后下降，床溫下降到初始值以下然后穩(wěn)定；從圖3 a和圖4 a可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍減少時(shí)，床溫開始略有下降，后緩慢上升，最終穩(wěn)定在比初始值高的溫度。這是因?yàn)?，?dāng)一次風(fēng)量增加時(shí)，密相區(qū)含氧量升高，燃燒更充分，床溫先升高，但由于燃料量沒有增加，而爐內(nèi)循環(huán)增加，床溫最終下降且比原始值稍低，反之亦然。另外，從一次風(fēng)量開始變化到最終床溫穩(wěn)定，平均需要777 s。

3.2 床壓的變化

從圖1 b和圖2 b可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍增加時(shí)，床壓下降；從圖3 b和圖4 b可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍減少時(shí)，床壓上升。這是因?yàn)?，?dāng)一次風(fēng)量增加時(shí)，爐內(nèi)流場(chǎng)速度加快，循環(huán)量增加，床壓下降，反之亦然。另外，從一次風(fēng)量開始變化到最終床壓穩(wěn)定，平均需要246 s。

3.3 主汽壓力的變化

從圖1 c和圖2 c可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍增加時(shí)，主汽壓力先升高，后下降；從圖3 c和圖4 c可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍減少時(shí)，主汽壓力略有下降。從一次風(fēng)量開始變化到最終主汽壓力穩(wěn)定，平均需要556 s。

3.4 負(fù)荷的變化

從圖1 d和圖2 d可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍增加時(shí)，負(fù)荷先升高，后下降。從圖3 d和圖4 d可以看出，當(dāng)一次風(fēng)量階躍減少時(shí)，負(fù)荷略有下降。從一次風(fēng)量開始變化到最終負(fù)荷穩(wěn)定，平均需要602 s。

4 結(jié)論

超臨界循環(huán)流化床機(jī)組，當(dāng)一次風(fēng)量階躍變化時(shí)，床溫和床壓變化較大，主汽壓力和負(fù)荷也有一定的變化，但是最終變化量不大。另外，和亞臨界CFB鍋爐類似，超臨界CFB鍋爐在一次風(fēng)變化時(shí)，床壓變化較快，響應(yīng)時(shí)間約為4min，床溫、主汽壓力和負(fù)荷變化較慢，響應(yīng)時(shí)間在10 min左右。

圖3 給煤量階躍減少的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（187 MW）

表3 一次風(fēng)量階躍減少后各主要參數(shù)的值及其變化規(guī)律（187 MW）

圖4 一次風(fēng)量階躍減少的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（260 MW）

表4 一次風(fēng)量階躍減少后各主要參數(shù)的值及其變化規(guī)律（260MW）

[1]程樂鳴，周星龍，鄭成航，等．大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展[J]．動(dòng)力工程，2008，28(6)：817-826．

[2]高明明，岳光溪，雷秀堅(jiān)，等.600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)研究 [J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2014，34(35)：6319-6328．

Experimental Study on Dynam ic Characteristics of Step Change of Primary Air on Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler

LIU Zhongyuan1，WU Xiaojun1，F(xiàn)ANG Lin2

（1.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China）

With the development of circulating fluidized bed technology,the application of CFB units in the power grid increased gradually.In order to study the characteristics of supercritical circulating fluidized bed boiler,a step disturbance test for primary air on a 350MW supercritical circulating fluidized bed was carried out.The bed temperature,bed pressure,main steam pressure and load dynamic response for a step change of primary air were analyzed.According to the test results,when primary air changes,CFB bed pressure response time isabout4minutesand the response timeofbed temperature,main steam pressureand load isabout10minutes.

dynamic characteristics；supercriticalcirculating fluidized bed boiler；primary air；step experiment

TK227

A

1671-0320（2016）06-0053-05

2016-09-03，

2016-09-27

劉眾元（1982），男，山西繁峙人，2008年畢業(yè)于西安交通大學(xué)熱能工程專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電站鍋爐科研與技術(shù)服務(wù)工作;

武曉俊（1984），男，山西汶水人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)熱能工程專業(yè)，工程師，從事電站鍋爐科研與技術(shù)服務(wù)工作;

房 玲（1973），男，山西太原人，1997年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)專業(yè)，高級(jí)會(huì)計(jì)師，從事財(cái)務(wù)工作。