燃燒均勻性研究的背景意義

隨著鍋爐節能減排指標要求的不斷提高，對鍋爐燃燒均勻性

的要求也相應提高

為控制NOx排放，要求更均勻的爐膛溫度分布；

為控制SOx排放，要求適宜的溫度范圍（830-870℃）；

為降低飛灰含炭量，要求均勻的風煤混合；

為減少水冷壁、翼墻管屏熱偏差，要求均勻的爐內截面氣固濃度；

要求更加關注爐內氣固流動、燃燒傳熱以及爐與鍋的相互作用過程

隨著循環流化床鍋爐容量的增大，不可避免地帶來諸多不均勻因素

大尺寸布置風板的布風均勻性問題（與一次風機電耗的關系）

給煤、送風（二次風）系統、返料、排渣不均勻；

受熱面布置、排渣、石灰石加入不均勻；

市場變化引起的煤質波動（摻燒矸石、煤泥等）；

最終導致燃燒不均勻性問題

大型CFB鍋爐燃燒均勻性問題的提出

300MWCFB鍋爐的

測試工況(汽機側)：

負荷：301MW，主汽溫度：536℃，

主汽壓力：15.7MPa，再熱汽溫：537℃

重要啟示

鍋爐結構布置差異，對燃燒均勻性的影響有多大？

相似：雙布風板、帶外置床、進風方式

不同：汽水參數、汽水系統、分離器結構、給煤系統

應加強對全負荷范圍內氣固流動特性的研究

爐內（包括外置床）氣固流動的均勻性

外循環回路的均勻性

爐內燃燒、傳熱、污染控制特性

爐膛受熱面的運行安全性

受熱面熱負荷

熱應力與熱膨脹、熱變形

從“十二五”開始的燃燒均勻性的研究工作

爐膛內氣固流動特性的冷模試驗研究

爐內布風均勻性實爐試驗研究與數值模擬

爐膛二次風均勻性研究

并聯布置分離器的氣固流動均勻性研究研究

外循環回路熱負荷均勻性及給煤均勻性研究

外置床氣固流動與換熱均勻性研究

爐內傳熱均勻性研究

爐膛內氣固流動特性的冷模試驗研究

十二五期間建立了60米高冷模試驗裝置，獲得不同高度處的氣固流動參數

沿高度及徑向的氣固濃度分布、粒徑分布；

試驗了四種床料（石英砂、床料、循環灰、石灰石粉）

十三五獲得了矩型爐膛邊壁與角部的氣固濃度分布特。

發現

密相區物料粒徑分布問題

立管騰涌現象

流化現象

爐膛布風均勻性試驗研究研究

實測600MWCFB鍋爐布風均勻性

對超長等壓風室風壓均勻性進行了數值模擬

對雙側進風風室進行了模擬

300MW亞臨界CFB鍋爐雙側進風風室

某300MW亞臨界CFB鍋爐雙側進風布風板風速

爐膛二次風均勻性研究

二次風系統對比

600MWCFB鍋爐二次風的均勻性

結論：不均勻，噴口風速最大相差30%左右

二次風噴口加裝風門后的均勻性

內上二次風

內下二次風

外二次風

50

出口編號

1

2

3

4

5

6

7

8

內上二次風

16.42

16.12

16.45

15.87

16.24

內下二次風

15.34

18.03

17.71

17.61

17.7

17.72

18.16

19.96

外二次風

25.58

33.1

36.01

37.22

31.92

32.58

33.71

35.74

45

40

出口速度m/s

35

30

25

20

15

10

5

0

1 2 3

4 5

出口編號

6 7 8

二次風射程及爐內煙氣成分分布

分離器布置特性研究

基于實爐 的數值模擬，證明優化后的分離器布置可

以實現三分離器的返料均勻

外循環回路熱負荷及給煤均勻性研究

循環灰的不均勻分布 外置床吸熱量不均勻性

給煤均勻性研究

600MWCFB給煤系統 給煤及返料位置分布

給煤均勻性問題

由于不同負荷下循環灰量及外置床吸熱量的變化，給煤量分布也是變化的

外置床換熱均勻性研究

(a)300MWCFB鍋爐外置式換熱器 (b)600MWCFB鍋爐外置式換熱器

外置床換熱均勻性研究

300MWCFB高再管屏出口汽溫分布 600MWCFB高再管屏出口汽溫分布結論：

300MWCFB外置床管束垂直于循環灰流動方向，最大溫差達85℃；

600MWCFB外置床管束平行于循環灰流動方向，最大溫差為65℃；

外置床流化均勻性

細顆粒流化床的流化均勻性問題

爐內傳熱均勻性研究

在

600MWCFB

鍋爐水冷壁外側安裝壁溫測點，測量壁溫分布，計算水冷壁熱流密度

、爐內氣固濃

度分布、翼墻管屏熱應力

100%負荷時典型的水冷壁壁溫分布

前墻 右墻

分離器進口讓管的影響

爐膛出品讓管及翼墻管屏布置，對水冷壁壁溫有一定的影響

管屏熱應力參數計算

物理模型：

屏式過熱器高21.35m，共計55根，管徑Ф50.8×11.5

mm，鰭片厚度6mm，管子節距63.5mm。

3000萬

網格數量：

管屏熱應力計算

管壁熱流密度

管屏出口應力

工質換熱系數管壁溫度分布

管屏熱變形計算

（28根管1.3米寬21.35米長，依次為總變形量、x,y,z 向）

幾點啟示

針對白馬600MW超臨界CFB鍋爐進行實爐測試、冷態試

驗和計算模擬研究成果，有以下幾點啟示：

鍋爐設計過程中要充分考慮氣固流動與燃燒傳熱的均勻性。重點是循環回路的均勻性、外置床吸熱量的均勻性和爐內屏式受熱面的均勻性。

需要重新認識傳統的流態化燃燒理論，尤其在爐內混合、爐膛上部的傳熱機理（輻射/對流）、顆粒在壁面與角部的行為等。

長期存在的外循環回路物料量不均、溫度偏差大的問題，可能有更

原因（除了通常認