超临界循环流化床锅炉一次风量阶跃动态特性试验研究

刘众元，武晓俊，房 玲

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

超临界循环流化床锅炉一次风量阶跃动态特性试验研究

刘众元1，武晓俊1，房 玲2

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

随着循环流化床技术的发展，流化床机组在电网中占比越来越高。为了研究超临界流化床锅炉的运行特点，对某350MW超临界循环流化床发电机组进行一次风量阶跃扰动试验，并分析了一次风量阶跃下床温、床压、主汽压力和负荷的动态响应过程。试验结果显示，超临界循环流化床锅炉在一次风变化时，床压变化较快，响应时间约为4m in，床温、主汽压力和负荷变化较慢，响应时间在10m in左右。

动态特性；超临界循环流化床锅炉；一次风；阶跃试验

0 引言

循环流化床CFB(circulating fluidized bed)燃烧技术有着燃料适应性广、污染排放低、负荷调节比大、灰渣利用率高等优点，作为洁净煤燃烧技术之一，近年来取得了快速的发展[1]。随着循环流化床技术的发展，大容量、高参数循环流化床锅炉成为节能降耗的主要技术之一[2]。大型超临界CFB锅炉技术综合了低成本污染控制和高供电效率两方面优势，自2013年4月14日，四川白马600 MW超临界CFB锅炉顺利通过168 h全负荷试运行，成功投入商业运营以来，在我国得到迅猛的发展。截止到2016年7月15日，我国共有10台超临界CFB机组通过168 h满负荷试运行，总装机容量达3 750MW。目前已订货和正在建设的超临界CFB锅炉约80台，装机容量约30GW。虽然，流化床锅炉从低参数、高参数，再到目前的超临界参数，在国内外得到了迅速的发展，但对其运行调整，缺少系统的定量的试验研究。

本文以某电厂新投产的350 MW超临界循环流化床机组为研究对象，通过不同负荷下一次风量阶跃试验，分析超临界CFB机组在一次风量阶跃变化时，锅炉各主要参数的响应过程，为超临界CFB机组的运行调整提供理论基础。

1 设备简介

该350 MW超临界流化床锅炉是东方锅炉厂生产的具有自主知识产权的第一代350 MW超临界循环流化床机组。锅炉为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、半露天M型布置、平衡通风、一次中间再热、循环流化床燃烧方式，采用高温冷却式旋风分离器进行气固分离的流化床锅炉。试验期间煤种发热量为23.73 MJ/kg，收到基全水分为5.2%，灰分为28.34%，干燥无灰基挥发分为14.62%。

2 一次风量阶跃试验

一次风调整，是锅炉调整的一项主要内容。一次风量阶跃变化时，炉膛内部各区域的供氧量和物料循环量发生变化，从而锅炉燃烧和传热也发生变化。为了能够了解一次风变化时，锅炉各主要参数的变化规律，在机组运行负荷分别为185 MW 和265 MW附近时进行了一次风量阶跃增减试验。

为了减少其他因素对负荷的影响，阶跃试验时，机组解除协调，进行燃烧手动调，只变化主动调整一次风量，其他燃烧参数保持恒定。另外，由于负荷变动不大，也不进行汽机调门的调节，保持阀位恒定。

2.1 一次风量阶跃增加

2.1.1 187MW时一次风量阶跃增加

图1给出了在机组负荷187 MW，一次风量阶跃增加10.86%（33 700 m3/h）时，锅炉炉膛床温、密相区床压、主汽压力和锅炉负荷等各主要参数的响应曲线。

表1给出了在机组负荷187 MW，一次风量阶跃增加10.86%（33 700 m3/h） 时，锅炉床温、床压、主汽压力和锅炉负荷等各主要参数各个主要时刻的值和变化规律。

图1 一次风量阶跃增加的动态响应（187 MW）

表1 一次风量阶跃增加后各主要参数的值及其变化规律（187 MW）

2.1.2 260MW一次风量阶跃增加

图2给出了在机组负荷260 MW，一次风量阶跃增加11.2%（40 000 m3/h） 时，锅炉床温、床压、主汽压力和锅炉负荷等的响应曲线。

表2给出了在机组负荷260 MW，一次风量阶跃增加11.2%（40 000 m3/h）时，锅炉床温、床压、主汽压力和锅炉负荷等各主要参数各个主要时刻的值和变化规律。

图2 一次风量阶跃增加的动态响应（260 MW）

表2 一次风量阶跃增加后各主要参数的值及其变化规律（260 MW）

2.2 一次风量阶跃减少

2.2.1 187MW时一次风量阶跃减少

图3给出了在机组负荷187 MW，一次风量阶跃减少9.7%（-33 000 m3/h）时，锅炉主要参数的响应曲线。

表3给出了在机组负荷187 MW，一次风量阶跃减少9.7%（-33 000 m3/h））时，锅炉床温、床压、主汽压力和锅炉负荷等各主要参数各个主要时刻的值和变化规律。

2.2.2 260MW时一次风量阶跃减少

图4给出了在机组负荷260 MW，一次风量阶跃减少8.8%（－34 000 m3/h）时，床温和负荷的响应曲线。

表4给出了在机组负荷260 MW，一次风量阶跃减少8.8%（－34 000 m3/h） 时，锅炉床温、床压、主汽压力和锅炉负荷等各主要参数各个主要时刻的值和变化规律。

3 结果与分析

3.1 床温的变化

从图1 a和图2 a可以看出，当一次风量阶跃增加时，床温开始时略有上升，随后下降，床温下降到初始值以下然后稳定；从图3 a和图4 a可以看出，当一次风量阶跃减少时，床温开始略有下降，后缓慢上升，最终稳定在比初始值高的温度。这是因为，当一次风量增加时，密相区含氧量升高，燃烧更充分，床温先升高，但由于燃料量没有增加，而炉内循环增加，床温最终下降且比原始值稍低，反之亦然。另外，从一次风量开始变化到最终床温稳定，平均需要777 s。

3.2 床压的变化

从图1 b和图2 b可以看出，当一次风量阶跃增加时，床压下降；从图3 b和图4 b可以看出，当一次风量阶跃减少时，床压上升。这是因为，当一次风量增加时，炉内流场速度加快，循环量增加，床压下降，反之亦然。另外，从一次风量开始变化到最终床压稳定，平均需要246 s。

3.3 主汽压力的变化

从图1 c和图2 c可以看出，当一次风量阶跃增加时，主汽压力先升高，后下降；从图3 c和图4 c可以看出，当一次风量阶跃减少时，主汽压力略有下降。从一次风量开始变化到最终主汽压力稳定，平均需要556 s。

3.4 负荷的变化

从图1 d和图2 d可以看出，当一次风量阶跃增加时，负荷先升高，后下降。从图3 d和图4 d可以看出，当一次风量阶跃减少时，负荷略有下降。从一次风量开始变化到最终负荷稳定，平均需要602 s。

4 结论

超临界循环流化床机组，当一次风量阶跃变化时，床温和床压变化较大，主汽压力和负荷也有一定的变化，但是最终变化量不大。另外，和亚临界CFB锅炉类似，超临界CFB锅炉在一次风变化时，床压变化较快，响应时间约为4min，床温、主汽压力和负荷变化较慢，响应时间在10 min左右。

图3 给煤量阶跃减少的动态响应（187 MW）

表3 一次风量阶跃减少后各主要参数的值及其变化规律（187 MW）

图4 一次风量阶跃减少的动态响应（260 MW）

表4 一次风量阶跃减少后各主要参数的值及其变化规律（260MW）

[1]程乐鸣，周星龙，郑成航，等．大型循环流化床锅炉的发展[J]．动力工程，2008，28(6)：817-826．

[2]高明明，岳光溪，雷秀坚，等.600 MW超临界循环流化床锅炉控制系统研究 [J]．中国电机工程学报， 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，FANG 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

刘众元（1982），男，山西繁峙人，2008年毕业于西安交通大学热能工程专业，高级工程师，从事电站锅炉科研与技术服务工作;

武晓俊（1984），男，山西汶水人，2010年毕业于华北电力大学热能工程专业，工程师，从事电站锅炉科研与技术服务工作;

房 玲（1973），男，山西太原人，1997年毕业于武汉水利电力大学经济专业，高级会计师，从事财务工作。