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5 超临界循环流化床锅炉水动力运行
超临界CFB锅炉相比于与亚临界CFB锅炉,运行参数高,运行方式更加复杂,水动力设计时既需要确保锅炉不发生偏离核态沸腾(DNB),又要保证在蒸干(DRYOUT)发生后水冷壁壁温处于安全状态。超临界循环流化床锅炉水动力研究工作主要分为试验研究和数值计算两部分。
试验工作主要在西安交通大学多相流国家重点实验室的高压汽水实验台上进行。通过在不同热负荷下,对不同尺寸的垂直上升管流动传热特性的实验研究结果表明,在超临界CFB锅炉的工作范围内,内螺纹管具有良好的传热特性,在超临界CFB锅炉的工作范围内不会发生DNB,并且在DRYOUT发生后壁温飞升也在安全范围内。
为更加准确地了解超临界循环流化床锅炉设计方案下水冷壁水动力特性,如壁温分布特性、流量偏差、热偏差和动态响应特性等,研究者根据能量、质量平衡方程开展了数值研究工作。结果表明:不同负荷下,超临界循环流化床锅炉的设计水冷壁流量偏差和热偏差较小,管壁温度均处于管子材料的允许温度范围之内;在扰动发生后,响应参数均趋于稳定不变,流动系统是稳定的,水冷壁设计和运行是安全可靠的。
工质温度随着吸热量的增加逐步升高,外壁温度也随着炉膛高度的增加而升高(图19)。壁温变化趋势和实炉运行情况一致,炉膛底部敷有防磨层热负荷较小,温度变化不大;随着炉膛高度增加,壁温随炉高变化较快,且下部比上部壁温升速更快。这主要是下部区域灰浓度大、热负荷更大的缘故,此外随着蒸汽温度的升高,蒸汽比热升高,汽温升速变缓。
实炉运行结果表明前墙、后墙最大偏差分别为8、9℃,左侧墙、右侧墙最大偏差均为17.0℃,中隔墙最大偏差为28.0℃。四周各墙面水冷壁和中隔墙水冷壁最大吸热偏差均在1.1左右。结果证明了600MW超临界循环流化床锅炉水冷壁系统的安全设计。
6 回料系统受阻时对炉膛运行的影响
CFB锅炉的物料循环系统对锅炉的安全稳定运行起着重要作用,循环回路发生故障会导致炉内颗粒浓度及压力分布发生变化,影响锅炉安全稳定运行。
为了解600MW CFB锅炉物料循环系统故障时炉膛气固流动特性的动态响应特性,在浙江大学600MW CFB冷态模化试验台上进行了试验研究。试验通过关闭/调整一路/多路回料风阀门来模拟循环回路各种受阻情况,同时对炉内颗粒浓度进行实时测量,得到回路受阻及受阻回路的位置对炉内气固特性的动态影响。
研究发现:循环回路中断后,炉内固体颗粒浓度下降;重新打开回料风阀门后,颗粒浓度可恢复到初始状态。图20为中断一/两条回路时,炉膛过渡区截面各区域颗粒浓度动态曲线。由图可见,中断一条回路后,过渡区各区固相浓度随时间呈指数降低;约600s后,曲线趋于平缓,系统达到新的平衡,颗粒浓度降低幅度不大。而同时中断两条回路时炉膛内固体颗粒浓度变化较大,特别是左、右炉膛有较大的差别,由此引起对锅炉稳定运行的影响需要关注。
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