CN116861737A - 一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，包括如下步骤：进行常规深度调峰运行条件下锅炉参数的测试，获得基础数据；在收集的基础数据的基础上，对锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模，进行有限元网格划分，对热态运行参数进行单因素调整数值模拟，并结合锅炉水动力核算，提出超低负荷下热态运行参数优化值；热态运行参数综合优化后，进行锅炉负荷极限下探，基于炉内燃烧动力场和受热面状况，评估锅炉低运行负荷的能力。该方法实现了超低负荷下炉内燃烧关键参数的优化研究，可以为燃煤机组灵活性超低负荷运行优化提供系统性指导，有利于缓解超低负荷受热面管壁超温。
Description
技术领域
本发明属于锅炉灵活调峰领域，特别涉及一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法。
背景技术
国内外学者对燃煤锅炉灵活性运行研究主要分为设备改造和现场试验两方面：
设备改造方面，陈晓萌提出了使用卫燃带提高燃煤锅炉稳定性的方法，对50％～100％负荷下卫燃带的面积进行了计算；戴昱等对600MW机组采用气化小油枪点火稳燃系统的方式实现了40％负荷稳燃；王爱生等提出了等离子体点火技术，点燃煤粉气流，达到稳燃目的；杨沛豪等提出了通过富氧燃烧器改造实现富氧不停炉超低负荷调峰技术，解决锅炉因调峰深度不够而实行停机调峰的问题，实现锅炉不停炉20％额定负荷调峰。
热态运行调整方面，陈明等针对1000MW燃煤机组深度调峰时锅炉出现的燃烧不稳、两侧汽温偏差大、脱硝入口烟温低等情况，经过调整优化，实现了380MW负荷稳定运行；邢振中等通过对600MW超临界火电机组制粉系统、运行氧量、燃尽风量等运行参数合理调整后，不投油最低稳燃负荷达到了35％BMCR；鲁学斌等对某600MW超临界四墙切圆直流锅炉机组进行了深度调峰运行试验研究，通过燃煤掺配比例优化、制粉系统和燃烧系统调整、磨煤机运行方式调整等试验，解决了机组深度调峰期间低负荷工况下锅炉稳定燃烧、水冷壁超温、低负荷投运烟气脱硝等问题，实现了机组在30％额定负荷工况稳定运行。
总体而言，目前对燃煤机组灵活性超低负荷运行的研究存在实际改造样本数量较少、改造效果评价不一、现场试验运行风险大、单因素调整试验实施困难等问题，不能全面地获得炉内的燃烧状况，尤其是缺少超低负荷下炉内燃烧关键参数的量化研究，无法为燃煤机组灵活性超低负荷运行优化提供系统性指导。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法；该方法实现了超低负荷下炉内燃烧关键参数的优化研究，可以为燃煤机组灵活性超低负荷运行优化提供系统性指导，有利于缓解超低负荷受热面管壁超温。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，包括如下步骤：
(1)进行常规深度调峰运行条件下锅炉参数的测试，获得基础数据；
(2)在收集的基础数据的基础上，对锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模，进行有限元网格划分，对热态运行参数进行单因素调整数值模拟，并结合锅炉水动力核算，提出超低负荷下热态运行参数优化值；
(3)热态运行参数综合优化后，进行锅炉负荷极限下探，基于炉内燃烧动力场和受热面状况，评估锅炉低运行负荷的能力。
进一步的，常规深度调峰运行条件为50％～35％负荷。
进一步的，步骤(1)中，测试的锅炉参数包括炉膛出口烟温、运行氧量、煤粉细度、一次风速、NOx浓度和受热面管壁温度。
进一步的，步骤(1)中，还根据氧量分布特点，进行氧量表计位置的重新设计及增加在线一次风速调整装置。
进一步的，步骤(2)中，以CFD数值模拟方法为研究工具，采用Realizable模型模拟炉内流动，采用P1辐射模型来模拟锅炉内的颗粒、烟气及壁面之间的辐射传热，采用Lagrange随机轨道模型模拟煤粉颗粒运动，采用混合分数/概率密度函数模型来计算气相湍流燃烧，采用动力/扩散控制燃烧模型来计算煤粉燃烧，采用总体反应速率模型计算NOx生成，以进行燃烧、传热、传质数值模拟，并将模拟结果与试验对比以验证数值模拟的准确性，并进一步分析炉内流场、温度场、组分浓度场、燃烧稳定性。
进一步的，步骤(3)中的锅炉负荷极限为15％以下负荷。
本发明的有益效果是：
本发明的方法首先获得基础数据，再在基础数据的基础上对锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模进行有限元网格划分，对热态运行参数进行单因素调整数值模拟，并进行超低负荷下炉内燃烧关键参数的优化研究，基于综合优化后的热态运行参数进行锅炉负荷极限下探，并基于炉内燃烧动力场和受热面状况，评估锅炉低运行负荷的能力，从而保证在超低负荷下受热面管壁温度在允许范围内，缓解超低负荷受热面管壁超温，可以为燃煤机组灵活性超低负荷运行优化提供系统性指导。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
图2为本发明实施例的在线氧量表计的典型位置设计图。
图3为本发明实施例的炉内温度分布图。
图4为本发明实施例的燃烧系统燃烧参数分布图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，包括如下步骤：
(1)进行常规深度调峰运行条件下(50％～35％负荷)锅炉参数的测试，获得基础数据，并根据氧量分布特点，进行氧量表计位置的重新设计及增加在线一次风速调整装置；其中，测试的锅炉参数包括炉膛出口烟温、运行氧量、煤粉细度、一次风速、NOx浓度和受热面管壁温度；
(2)在收集的基础数据的基础上，对锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模，进行有限元网格划分，对热态运行参数进行单因素调整数值模拟，并结合锅炉水动力核算，提出超低负荷下热态运行参数优化值；
该步骤(2)中，以CFD数值模拟方法为研究工具，采用Realizable模型模拟炉内流动，采用P1辐射模型来模拟锅炉内的颗粒、烟气及壁面之间的辐射传热，采用Lagrange随机轨道模型模拟煤粉颗粒运动，采用混合分数/概率密度函数模型来计算气相湍流燃烧，采用动力/扩散控制燃烧模型来计算煤粉燃烧，采用总体反应速率模型计算NOx生成，以进行燃烧、传热、传质数值模拟，并将模拟结果与试验对比以验证数值模拟的准确性，并进一步分析炉内流场、温度场、组分浓度场、燃烧稳定性。
(3)热态运行参数综合优化后，进行锅炉负荷极限(15％以下负荷下探)，基于炉内燃烧动力场和受热面状况，评估锅炉低运行负荷的能力。
实施例
S1：在常规深度调峰(50％～35％负荷)运行条件下，进行炉膛出口烟温、运行氧量、煤粉细度、一次风速、NOx浓度和受热面管壁温度等参数的测试，获得基础数据，并根据氧量分布特点，进行氧量表计位置的重新设计及增设在线一次风速调整装置。其中，省煤器出口截面每侧有三个在线氧量表计，分别位于试验测孔的第二孔和第三孔、第三孔和第四孔、第四孔和第五孔之间，如图2所示。
表1某低负荷下，省煤器出口截面氧量等截面网络法分布实测数据
以某电厂测试数据为例，省煤器出口截面A侧现场氧量表计显示值分别为5.94％、6.12％和5.79％，截面平均值5.95％；省煤器出口截面B侧现场氧量表计显示值分别为6.23％、6.11％和5.39％，截面平均值5.91％；该数据与表1所示的采用等截面网格法，TESTO烟气分析仪测试的氧量截面平均值有较大的差距，表明现场表计测点无法代表真实的整个截面氧量数据，有必要对测点位置进行重新设计或增加。
在线一次风速调整装置为非接触式测量设备，可以进行风速在线测量并显示，其测量结果不受煤粉含水率、煤粉颗粒大小、煤粉固相成分的影响，测量精度高。还可根据风速偏差情况进行磨煤机出口粉管可调缩孔的调整，改变磨煤机出口粉管的阻力特性，从而实时将磨煤机出口粉管风速偏差调整至合理的范围内(热态运行下，一般在±10％以内)。
S2：锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模，对热态运行参数进行单因素调整数值模拟。
在基础数据收集的基础上，对锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模，进行有限元网格划分，对热态运行参数进行单因素(如运行氧量、煤粉细度、一次风速和配风方式等)调整数值模拟，并结合锅炉水动力核算，提出超低负荷(35％～20％负荷)下热态运行参数优化值。
网格质量对计算结果、计算精度和计算的稳定性至关重要，为了尽可能的减小模拟误差，在网格划分的过程中，模型尽量采用结构化网格，并进行网格无关性试算，确保建模准确性；以现阶段能够比较准确地预测炉内的流动、燃烧及污染物生成的CFD数值模拟方法为研究工具；模型选择上，采用Realizable模型模拟炉内流动，采用P1辐射模型来模拟锅炉内的颗粒、烟气及壁面之间的辐射传热，采用Lagrange随机轨道模型模拟煤粉颗粒运动，采用混合分数/概率密度函数模型来计算气相湍流燃烧，采用动力/扩散控制燃烧模型来计算煤粉燃烧，采用总体反应速率模型计算NOx生成，进行燃烧、传热、传质数值模拟，并将模拟结果与试验对比验证，保证数值模拟的准确性和可靠性，进一步分析炉内流场、温度场、组分浓度场、燃烧稳定性等指征，如图3和图4所示。
通过数值模拟单因素对炉内燃烧和受热面管壁温度的影响特性，仅进行少量优化后的验证性试验，这样减少了大量的现场试验工作，降低了试验运行的风险。
S3：锅炉负荷极限(15％～负荷)下探。
通过数值模拟和试验对比验证以及热态运行参数综合优化后，进行锅炉负荷极限(15％～负荷)下探，基于炉内燃烧动力场和受热面状况，评估锅炉超超低运行负荷的能力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)进行常规深度调峰运行条件下锅炉参数的测试，获得基础数据；
(2)在收集的基础数据的基础上，对锅炉燃烧器及全炉膛结构的精准三维建模，进行有限元网格划分，对热态运行参数进行单因素调整数值模拟，并结合锅炉水动力核算，提出超低负荷下热态运行参数优化值；
(3)热态运行参数综合优化后，进行锅炉负荷极限下探，基于炉内燃烧动力场和受热面状况，评估锅炉低运行负荷的能力。
2.根据权利要求1所述的一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，其特征在于，常规深度调峰运行条件为50％～35％负荷。
3.根据权利要求1所述的一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，其特征在于，步骤(1)中，测试的锅炉参数包括炉膛出口烟温、运行氧量、煤粉细度、一次风速、NOx浓度和受热面管壁温度。
4.根据权利要求1所述的一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，其特征在于，步骤(1)中，还根据氧量分布特点，进行氧量表计位置的重新设计及增加在线一次风速调整装置。
5.根据权利要求3所述的一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，其特征在于，步骤(2)中，以CFD数值模拟方法为研究工具，采用Realizable模型模拟炉内流动，采用P1辐射模型来模拟锅炉内的颗粒、烟气及壁面之间的辐射传热，采用Lagrange随机轨道模型模拟煤粉颗粒运动，采用混合分数/概率密度函数模型来计算气相湍流燃烧，采用动力/扩散控制燃烧模型来计算煤粉燃烧，采用总体反应速率模型计算NOx生成，以进行燃烧、传热、传质数值模拟，并将模拟结果与试验对比以验证数值模拟的准确性，并进一步分析炉内流场、温度场、组分浓度场、燃烧稳定性。
6.根据权利要求1所述的一种缓解超低负荷受热面管壁超温的方法，其特征在于，锅炉负荷极限为15％以下负荷。
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Cited By (2)
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| CN117495125A (zh) * | 2023-11-03 | 2024-02-02 | 天津大学 | 一种燃煤锅炉高温受热面壁温及氧化皮生成分布预测方法 |
| CN117823882A (zh) * | 2024-01-02 | 2024-04-05 | 中国电力工程顾问集团有限公司 | 燃煤电厂锅炉低负荷水动力预警方法及装置 |
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