大型循环流化床锅炉燃烧均匀性研究

燃烧均匀性研究的背景意义

随着锅炉节能减排指标要求的不断提高，对锅炉燃烧均匀性

的要求也相应提高

为控制NOx排放，要求更均匀的炉膛温度分布；

为控制SOx排放，要求适宜的温度范围（830-870℃）；

为降低飞灰含炭量，要求均匀的风煤混合；

为减少水冷壁、翼墙管屏热偏差，要求均匀的炉内截面气固浓度；

要求更加关注炉内气固流动、燃烧传热以及炉与锅的相互作用过程

随着循环流化床锅炉容量的增大，不可避免地带来诸多不均匀因素

大尺寸布置风板的布风均匀性问题（与一次风机电耗的关系）

给煤、送风（二次风）系统、返料、排渣不均匀；

受热面布置、排渣、石灰石加入不均匀；

市场变化引起的煤质波动（掺烧矸石、煤泥等）；

最终导致燃烧不均匀性问题

大型CFB锅炉燃烧均匀性问题的提出

300MWCFB锅炉的

测试工况(汽机侧)：

负荷：301MW，主汽温度：536℃，

主汽压力：15.7MPa，再热汽温：537℃

重要启示

锅炉结构布置差异，对燃烧均匀性的影响有多大？

相似：双布风板、带外置床、进风方式

不同：汽水参数、汽水系统、分离器结构、给煤系统

应加强对全负荷范围内气固流动特性的研究

炉内（包括外置床）气固流动的均匀性

外循环回路的均匀性

炉内燃烧、传热、污染控制特性

炉膛受热面的运行安全性

受热面热负荷

热应力与热膨胀、热变形

从“十二五”开始的燃烧均匀性的研究工作

炉膛内气固流动特性的冷模试验研究

炉内布风均匀性实炉试验研究与数值模拟

炉膛二次风均匀性研究

并联布置分离器的气固流动均匀性研究研究

外循环回路热负荷均匀性及给煤均匀性研究

外置床气固流动与换热均匀性研究

炉内传热均匀性研究

炉膛内气固流动特性的冷模试验研究

十二五期间建立了60米高冷模试验装置，获得不同高度处的气固流动参数

沿高度及径向的气固浓度分布、粒径分布；

试验了四种床料（石英砂、床料、循环灰、石灰石粉）

十三五获得了矩型炉膛边壁与角部的气固浓度分布特。

发现

密相区物料粒径分布问题

立管腾涌现象

流化现象

炉膛布风均匀性试验研究研究

实测600MWCFB锅炉布风均匀性

对超长等压风室风压均匀性进行了数值模拟

对双侧进风风室进行了模拟

300MW亚临界CFB锅炉双侧进风风室

某300MW亚临界CFB锅炉双侧进风布风板风速

炉膛二次风均匀性研究

二次风系统对比

600MWCFB锅炉二次风的均匀性

结论：不均匀，喷口风速最大相差30%左右

二次风喷口加装风门后的均匀性

内上二次风

内下二次风

外二次风

50

出口编号

1

2

3

4

5

6

7

8

内上二次风

16.42

16.12

16.45

15.87

16.24

内下二次风

15.34

18.03

17.71

17.61

17.7

17.72

18.16

19.96

外二次风

25.58

33.1

36.01

37.22

31.92

32.58

33.71

35.74

45

40

出口速度m/s

35

30

25

20

15

10

5

0

1 2 3

4 5

出口编号

6 7 8

二次风射程及炉内烟气成分分布

分离器布置特性研究

基于实炉 的数值模拟，证明优化后的分离器布置可

以实现三分离器的返料均匀

外循环回路热负荷及给煤均匀性研究

循环灰的不均匀分布 外置床吸热量不均匀性

给煤均匀性研究

600MWCFB给煤系统 给煤及返料位置分布

给煤均匀性问题

由于不同负荷下循环灰量及外置床吸热量的变化，给煤量分布也是变化的

外置床换热均匀性研究

(a)300MWCFB锅炉外置式换热器 (b)600MWCFB锅炉外置式换热器

外置床换热均匀性研究

300MWCFB高再管屏出口汽温分布 600MWCFB高再管屏出口汽温分布结论：

300MWCFB外置床管束垂直于循环灰流动方向，最大温差达85℃；

600MWCFB外置床管束平行于循环灰流动方向，最大温差为65℃；

外置床流化均匀性

细颗粒流化床的流化均匀性问题

炉内传热均匀性研究

在

600MWCFB

锅炉水冷壁外侧安装壁温测点，测量壁温分布，计算水冷壁热流密度

、炉内气固浓

度分布、翼墙管屏热应力

100%负荷时典型的水冷壁壁温分布

前墙 右墙

分离器进口让管的影响

炉膛出品让管及翼墙管屏布置，对水冷壁壁温有一定的影响

管屏热应力参数计算

物理模型：

屏式过热器高21.35m，共计55根，管径Ф50.8×11.5

mm，鳍片厚度6mm，管子节距63.5mm。

3000万

网格数量：

管屏热应力计算

管壁热流密度

管屏出口应力

工质换热系数管壁温度分布

管屏热变形计算

（28根管1.3米宽21.35米长，依次为总变形量、x,y,z 向）

几点启示

针对白马600MW超临界CFB锅炉进行实炉测试、冷态试

验和计算模拟研究成果，有以下几点启示：

锅炉设计过程中要充分考虑气固流动与燃烧传热的均匀性。重点是循环回路的均匀性、外置床吸热量的均匀性和炉内屏式受热面的均匀性。

需要重新认识传统的流态化燃烧理论，尤其在炉内混合、炉膛上部的传热机理（辐射/对流）、颗粒在壁面与角部的行为等。

长期存在的外循环回路物料量不均、温度偏差大的问题，可能有更

原因（除了通常认