（大唐新疆发电有限公司吉木萨尔分公司 新疆昌吉 831700）
摘要：超临界循环流化床(CFB)锅炉的发展具有良好的经济和环境价值，水冷壁水动力特性研究是超临界蒸汽循环与CFB燃烧技术相结合的关键技术之一。针对超临界锅炉水冷壁的布置特点，在西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室高压汽水试验台，以水为工质，对垂直管圈和螺旋管圈在压力P=11～32MPa，外壁热负荷q=50～360kW/m2，质量流速G=170～800kg/m2s的参数范围内的流动传热特性进行了系统深入的试验研究。获得了各种超临界锅炉水冷壁管型发生膜态沸腾和蒸干的规律和边界条件，以及丰富的流动传热基础数据库。针对超临界循环流化床锅炉结构特点，将水冷壁划分为由串并联回路、压力节点和连接管组成的流动网络系统，根据质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，建立了超临界锅炉水动力计算模型，得到了在各种负荷下的流量分布、出口汽温以及壁温等参数。建立了超临界锅炉流动不稳定性分析的数学模型，计算分析了对回路施加热负荷扰动后进、出口质量流量随时间的变化。在此基础上，开发了具有自主产权的超临界水动力稳态和流动不稳定性计算分析软件，其计算精度与国外同类软件相同，并且与实炉数据符合良好。
关键词：超临界；循环流化床；试验研究；水动力计算；不稳定性
引言
随着燃煤电厂的环保设施日趋完善，国内的燃煤电厂都已基本完成超低排放改造。上海外高桥第二发电公司两台900MW超临界燃煤发电机组分别于2015年11月和2016年6月完成超低排放系统（MGGH）改造工程。超低排放系统（MGGH）投入运行后使外二公司的发电锅炉烟气中污染物排放大幅降低，污染物排放控制成效在国内名列前茅。通过与已实现超低排放同级别机组企业的交流，发现新系统运行均造成发电机组供电煤耗上升，其增幅约为3g/kWh。供电煤耗增加不符合国家对火电企业提出的“三降低，三提高”思想，而且目前燃煤市场价格不断攀高，燃煤机组负荷率持续下降，煤耗的上升造成企业燃料成本进一步上升，对整个燃煤发电企业的经济效益带来较大的冲击。公司采用的超低排放（MGGH）技术引进了国外的成熟技术，通过一年多实际运行发现原设计中许多关键数据值得商榷，存在较大优化空间。
1超临界锅炉的试验研究
针对超临界锅炉的特点，试验分别对管径为Φ25×3、材料为1Cr18Ni9Ti的光管和管径为Φ31．8×5．5，材料为SA－213T12四头内螺纹管，在亚临界、近临界、超临界及超临界压力区(P=11～32MPa)，内壁热负荷q=50～360kW/m2，质量流速G=170～800kg/(m2•s)的条件下，进行系统的传热特性及摩擦阻力特性试验研究。
1.1试验系统
试验回路系统如图1所示。在西安交通大学多相流国家重点实验室的高压汽水台以水为工质，采用电加热的方式来加热管内工质。试验工质从水箱经滤网过滤后，进入由高压柱塞泵进行升压，然后分为两路进入系统，一路是为了调节主路的流量和压力而设计的流量调节旁路系统;另一路是试验主回路系统。高压柱塞泵可以提供最大压力42MPa，最大流量4．5t/h。在试验主回路系统中，试验工质经流量调节阀和孔板流量计调节流量后，进入套管式换热器(回热器)，在其中吸收从试验段出来的高温工质热量后，流入预热段，加热到试验所需的试验段进口温度之后，进入试验段加热至沸腾，由试验段出来的汽水混合物经换热器(回热器)和冷却器冷却后回到储水箱。
1.2光管的试验研究
1.2.1超临界压力区的传热特性分析
图2给出了在超临界压力区，质量流速对光管内壁温度的影响。如图2所示，在压力和热负荷一定时，光管内壁温度随着质量流速的提高而减小，这是由于提高管内质量流速时，管内流体湍流强度增加，强化了管壁与流体之间的换热，换热系数增加，使得管壁温度下降。还可以看出，光管在拟临界点前的换热效果明显比拟临界点之后换热效果强，这是因为超临界水的换热比超临界汽的换热要好。如图中所示，在不同压力和热负荷下，管壁温度曲线在拟临界焓值附近都会较为平缓，这说明光管在拟临界点附近，发生了一定程度的传热强化，有效改善了管壁的换热条件。图3给出了在超临界区，热负荷对内壁温度随焓值变化的影响。从图中可以看出，在压力和质量流速一定时，光管内壁温度随着热负荷的提高而增大，这是由管壁导热微分方程确定的。光管在拟临界前的换热效果明显比拟临界之后换热效果强，这是由于超临界水的换热比超临界汽的换热要好。如图中所示，在不同压力和质量流速下，内壁温度曲线在拟临界焓值附近都会较为平缓，这同样也说明光管在拟临界点附近发生了一定程度的传热强化，有效改善了管内的传热条件。
2水动力集成计算技术的概述
稳态水动力计算稳态水动力计算方法目前主要包括弦截法、多项式拟合法以及非线性模型等。弦截法只适用于简单回路的计算，多项式拟合法必须通过作大量简化水冷壁模型来获得清晰的串并联结构，因此模型精度较低。非线性模型是根据质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，将锅炉水冷壁划分为由流量回路、压力节点和连接管组成的流动网络系统。通过对此非线性方程组的迭代求解，获得压降、流量、出口汽温以及壁温等水冷壁运行数据。非线型模型具有精度高、能够处理复杂结构等优点。因此，根据各种技术路线综合比较，确定采用基于非线性模型的流动网络系统法。流动不稳定性计算作为一种动力设备，锅炉的运行应能适应负荷的要求及克服各种外界条件变化时产生的干扰。
3关于火电厂超临界锅炉降低能耗的措施以及延期酸露点的相关研究
3.1降低能耗的主要途径
从目前主流的超低排放改造系统来看，降低热量消耗的途径有三种：外加热源替换、减少脱硫后烟气加热量以及增加原烟气吸热量。外二厂的900MW机组系统中，没有合适的余热热源可用以替代超净排放系统的加热量；其次，由于FGD出口烟温基本维持在50℃，而环保部门要求的烟囱侧排烟温度最低为75（78）℃，二者决定了无法通过改变FGD后烟气的加热量来达到节能的目的。因此增加原烟气的吸热量成为了主要研究的方向。
3.2烟气酸露点的研究
为防止低温腐蚀，国内外已有大量关于锅炉烟气露点温度的研究，计算方法和结论图表众多，露点温度偏差较大，低温腐蚀的形成机理和因素关联尚未形成统一看法。目前工程上“有限腐蚀”理论即烟温已降到酸露点以下但仍处在腐蚀低谷区是目前接受度较广的一种论点，也常常作为换热器降温设计或受热面壁温控制依据，前提是受热面已经发生凝酸结露。笔者认为工程上只有烟道或受热面表面产生大面积结露才会导致明确低温腐蚀，因此，超低排放系统换热器受热面结露温度较理论烟气酸露点温度更具实际意义。
4结语
近两年来，通过对超低排放系统实施降温运行措施，机组整体供电煤耗较超低排放系统改造前没有发生明显的上升，在保证环保排放指标符合相关要求的前提下，公司经济效益未受到影响，实现了环保和节能的有机结合。同时，基于长周期对烟冷器和烟热器区域受热面跟踪分析，未发现受热面发生低温腐蚀的情况，保障锅炉正常安全运行。通过整套降温运行方案的实施，目前超低排放系统的整体能耗已降至较低水平，超低排放系统微能耗运行基本实现。
参考文献
［1］郦建国，郦祝海，何毓忠，等.低低温电除尘技术的研究和应用［J］．中国环保产业，2014，3，28-34.［2］蒋安众，王罡，石书雨，等.锅炉烟气酸露点温度计算公式的研究［J］．锅炉技术，2009，40（5），11-13,17．
论文作者:张明敏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：超临界论文; 锅炉论文; 系统论文; 烟气论文; 温度论文; 超低论文; 工质论文; 《电力设备》2019年第5期论文;