超臨界直流鍋爐爐內熱負荷分布參數檢測及建模研究

《超臨界直流鍋爐爐內熱負荷分布參數檢測及建模研究》是依託華中科技大學，由羅自學擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超臨界直流鍋爐爐內熱負荷分布參數檢測及建模研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：羅自學
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

本課題利用數字圖像處理技術和輻射傳熱分析方法，研究超(超)臨界直流鍋爐爐內熱負荷分布參數檢測及建模，包括：①根據爐內燃燒介質顆粒及氣體輻射特性等參數分布特點，採用輻射圖像處理技術，線上檢測爐內熱負荷分布；並通過現場試驗，建立爐內熱負荷分布隨鍋爐負荷、燃料、風量及配風等因素變化的分析模型。②研究爐內熱負荷分布與直流爐多變數耦合非線性特性，建立並仿真研究表征直流鍋爐的運行狀態的蒸汽壓力、蒸汽流量和中間點溫度與爐內熱負荷分布之間的動態模型。③針對不同輻射區水冷壁的吸熱和爐膛熱負荷分布的變化規律，提出直流鍋爐水冷壁安全性預警策略。本項研究對於開展以潔淨煤燃燒的超(超)臨界煤粉鍋爐低碳經濟運行有重要的理論和套用價值。

結題摘要

探尋爐膛燃燒和鍋內傳熱之間分布參數模型，對鍋爐的高效運行有重要意義。本文利用爐內溫度場信息，對不同爐型的直流鍋爐蒸發系統進行分布參數建模；結合現場實測數據和仿真結果分析了蒸發系統的受熱情況，給出了壁面熱流、壁溫和質量含汽率分布；套用模型的計算結果分析了水冷壁事故的原因，提出了相應的防範措施。將蒸發系統分布參數模型最佳化後套用到某亞臨界雙爐膛直流鍋爐進行仿真研究。獲得了典型工況下雙爐膛直流爐四面牆的熱力參數分布特性，以及前牆在不同工況下的壁面熱流、壁溫以及質量含汽率的分布特性，分析了水冷壁的水動力特性。雙爐膛直流爐的熱流和壁溫分布均呈現單峰特性，質量含汽率的變化呈現出“W”型分布，採用低質量流速內螺紋管使得水冷壁具有正流量回響特性。針對超臨界螺旋管圈水冷壁模型，將爐內垂直方向的煙氣格線轉化成鍋內螺旋方向的壁面格線。研究發現在臨界含汽率附近，螺旋管圈水冷壁的熱流分布比垂直管圈顯得更合理。同時還注意到超臨界條件下最大對流換熱係數出現在擬臨界點，且隨著壓力的增大，工質大比熱特性減弱，最大對流換熱係數會降低。另外，水動力特性表明螺旋管圈水冷壁表現出明顯的負流量回響特性。分析了W型火焰鍋爐的結構和燃燒特點。獲得了超臨界W型爐前牆和左牆各種工況下熱力參數的分布特性，研究表明受一、二、三次風噴口位置的影響，前牆存在三個高熱流區；其壁溫分布隨著負荷的增加最大高溫區有下移趨勢，且W型爐前牆冷灰斗處同一寬度方向溫差較大，會對前牆冷灰斗中間水冷壁形成左、右相反方向的應力作用。單根管的分析表明該爐膛在近臨界區避免了管內壁換熱係數的最高點與區段熱負荷的最高區的重合，且隨著負荷的增加，最大比熱區有慢慢趨近於最大熱流密度區的趨勢。在此基礎上，利用爐膛三維燃燒檢測系統提供的實時檢測信息，研究了W型爐在發生事故期間水冷壁的熱力參數分布特性，結合爐內燃燒、鍋內換熱以及現場的實際情況分析了產生事故的主要原因，並提出了防止措施。 本課題創新的將爐側燃燒信息與鍋側熱力系統結合起來，所建立的模型能準確地評價鍋爐運行的安全性和可靠性，在揭示受熱面的熱力參數二維分布特性方面體現出了獨特的優越性，模型所獲得的蒸發系統各個熱力參數的分布對實際運行有一定的指導作用，本課題的研究為鍋爐水冷壁的設計及運行最佳化等實際問題提供了有益的指導。