[00070823]大型循环流化床锅炉静动态特性研究和优化运行

作为洁净煤技术之一的循环流化床（CFB）燃烧技术对于以燃煤为主要一次能源的我国具有特别重要的意义，但由于循环流化床燃烧技术较难掌握，CFB锅炉实际运行中存在着运行模态多、燃烧效率低、用电高、磨损严重和自动控制难等问题，该项目针对CFB锅炉的优化燃烧展开了深入的研究，其被列入了山西省教育厅2008年下达的高校产业化项目。该项目研究建立了CFB炉内的物料平衡方程、碳量平衡方程和能量平衡方程，考虑锅炉结构、分离器性能、脱硫效率、床压降等因素，采用牛顿法求解这些非线性方程组，研究了CFB锅炉的静态操作特性，确定了不同容量的CFB锅炉在不同负荷下燃烧不同煤种时的燃料量、一次风量、二次风量、石灰石量、排渣量等静态操作量，确保炉膛出口烟气含氧量为最佳值，床温为最佳范围且炉内温差最小，实现了锅炉的优化燃烧，并为循环流化床锅炉提供了可用于工程实践的控制策略。为了便于用户应用，开发了CFB锅炉静态操作特性软件，为锅炉调试运行人员提供了一种实用的工具。静态操作特性以面向对象的图形化界面软件的形式呈现，该软件直观清楚，容易操作，图形化界面采用C++语言制作，静态操作特性采用Fortran语言编制，该软件易于置入电站DCS系统中。同时，研发了循环流化床锅炉变工况计算的“三区”传热模型，建立了描述循环流化床锅炉流动和燃烧过程的“三区”＋旋风分离器的实时动态机理数学模型，仿真和试验研究了CFB锅炉的动态特性，为CFB锅炉的优化调节提供了技术支持，并为CFB锅炉燃烧自动系统的设计奠定了基础。该项目主要有以下几点创新：1）给出了CFB锅炉的静态操作特性模型，为CFB锅炉的优化运行提供了技术指导；2）设计了CFB锅炉静态操作特性软件，为锅炉调试运行人员提供了一种实用的工具；3）开发出循环流化床锅炉变工况计算的“三区”传热模型，建立了描述循环流化床锅炉流动和燃烧过程的“三区”＋旋风分离器的实时动态机理数学模型，为CFB锅炉动态特性的仿真研究建立了平台。我国以燃煤为主的一次能源结构决定了必须解决大量燃煤引发的大气污染，因此循环流化床燃煤技术在我国具有特别重要的意义。但由于循环流化床燃烧技术较难掌握，运行人员素质又参差不齐，同常规煤粉炉相比，流化床锅炉在不同程度上存在着燃烧效率低、结焦、塌灰、排渣不畅、受热面磨损及厂用电率高等问题，严重影响了机组的安全、经济、环保运行。该项目的研究成果从理论上给出一个普适性的具有重要工程指导意义的CFB锅炉优化运行方案，并对CFB锅炉的设计具有指导作用，为提高CFB锅炉的燃烧效率、改善CFB锅炉的运行安全性和可用于工程实践的控制策略及燃烧自动控制系统的设计提供技术支持，具有广阔的推广应用前景。该研究成果已在山西阳泉兆丰、侯马晋田等数台CFB锅炉的优化运行中得到成功应用，通过对这些CFB锅炉进行优化燃烧调整，锅炉热效率提高约1.5％，用电降低0.6％左右，取得了明显的经济效益，具有良好的推广应用前景。存在的问题：进一步深化动态特性的研究及其在控制系统方面的应用。