不带外置床的700 MW超超临界循环流化床锅炉失电后水冷壁安全计算分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23134

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 240-249.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23134

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不带外置床的700 MW超超临界循环流化床锅炉失电后水冷壁安全计算分析

邓启刚¹^,², 吕卓¹^,², 石友¹^,², 鲁佳易¹^,², 周旭¹^,², 王奥宇³, 杨冬³

^1.清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室, 四川省成都市 611731
^2.东方电气集团东方锅炉股份有限公司, 四川省自贡市 643001
^3.动力工程多相流国家重点实验室(西安交通大学), 陕西省西安市 710049

收稿日期:2023-10-27 出版日期:2024-04-30 发布日期:2024-04-29
通讯作者: 石友
作者简介:邓启刚(1984)，男，高级工程师，研究方向为清洁燃烧技术研发与工程应用，dengqg@dbc.com.cn；
石友(1985)，男，高级工程师，研究方向为循环流化床燃烧技术与装备，本文通信作者，wqshiyou@163.com；
杨冬(1967)，男，博士，教授，研究方向为多相流与传热、超(超)临界锅炉水动力，dyang@mail.xjtu.edu.cn。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFB4100303)

Safety Calculation and Analysis of Water Wall for a 700 MW Ultra-Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler Without External Bed After Power Failure

Qigang DENG¹^,², Zhuo LÜ¹^,², You SHI¹^,², Jiayi LU¹^,², Xu ZHOU¹^,², Aoyu WANG³, Dong YANG³

^1.Clean Combustion and Flue Gas Purification Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 611731, Sichuan Province, China
^2.DongFang Boiler Co. , Ltd. of Dongfang Electric Group, Zigong 643001, Sichuan Province, China
^3.State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering (Xi’an Jiaotong University), Xi’an 710049, Shaanxi Province, China

Received:2023-10-27 Published:2024-04-30 Online:2024-04-29
Contact: You SHI
Supported by:
National Key R&D Program of China(2022YFB4100303)

摘要/Abstract

摘要：

通过对某660 MW电厂失电事故过程中烟气温度、蒸汽温度及工质流量的变化规律进行分析，得到了炉膛密相区、过渡区及稀相区热负荷随时间的变化规律。在此基础上，以某700 MW超超临界循环流化床(circulating fluidized bed，CFB)锅炉为对象，建立了失电事故发生后水冷壁内的流动传热计算模型，开发了以Fortran语言为基础的水冷壁内瞬态特性计算程序。分别对密相区、过渡区及稀相区进行分析，通过计算得到了失电后的水冷壁壁温及出口工质温度等热力参数的变化规律。计算结果表明：失电后水冷壁密相区出口的最高壁温为558.6 ℃，稀相区出口的最高壁温为579.6 ℃，不需要配备紧急补水泵来保证失电后水冷壁的安全。研究结果可为电厂处理超超临界CFB锅炉失电事故提供指导。

关键词: 超超临界, 循环流化床(CFB)锅炉, 失电, 热负荷, 水冷壁

Abstract:

By analyzing the change laws of flue gas temperature, steam temperature and working fluid mass flow during a power failure accident in a 660 MW power plant, the change laws of heat load in dense phase zone, transition zone and dilute phase zone over time were obtained. On this basis, a 700 MW ultra-supercritical circulating fluidized bed (CFB) boiler was taken as the research object, the calculation model of flow and heat transfer in water wall after power failure accident was established, and a calculation program for the transient characteristics of the water wall was developed based on the Fortran language. The dense phase zone, transition zone and dilute phase zone were analyzed, respectively. Through calculation, the change laws of the thermal parameters such as water wall metal temperature and working fluid temperature after power failure accident were obtained. The calculation results show that, after the power failure accident, the maximum water wall metal temperature at the outlet of dense phase zone is 558.6 ℃, and the maximum water wall metal temperature at the outlet of dilute phase zone is 579.6 ℃. Therefore, there is no need to equip emergency water supply pump to ensure the safety of the water wall after power failure. The research results can provide guidance for power plants to deal with power failure accidents of ultra-supercritical CFB boilers.

Key words: ultra-supercritical, circulating fluidized bed (CFB) boiler, power failure, heat load, water wall

中图分类号:

TK 22

邓启刚, 吕卓, 石友, 鲁佳易, 周旭, 王奥宇, 杨冬. 不带外置床的700 MW超超临界循环流化床锅炉失电后水冷壁安全计算分析[J]. 发电技术, 2024, 45(2): 240-249.

Qigang DENG, Zhuo LÜ, You SHI, Jiayi LU, Xu ZHOU, Aoyu WANG, Dong YANG. Safety Calculation and Analysis of Water Wall for a 700 MW Ultra-Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler Without External Bed After Power Failure[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(2): 240-249.

图/表 15

图1 受热面内瞬态特性计算程序框图

Fig. 1 Calculation program block diagram of transient characteristics in heating surface

图2 受热区域划分示意图

Fig. 2 Schematic diagram of heating zone division

表1 锅炉主要设计参数

Tab. 1 Main design parameters of boiler

参数	数值(100% BMCR负荷下)
水冷壁入口流量/(t∙h^-1)	1 832.64
水冷壁出口压力/MPa	31.756
水冷壁出口温度/℃	430
省煤器入口流量/(t∙h^-1)	1 925
给水压力/MPa	32.25
给水温度/℃	309.8

表2 水冷壁管结构参数

Tab. 2 Structural parameters of water wall tube

参数	数值
下炉膛水冷壁厚度/mm	31.8
下炉膛水冷壁外径/mm	6.5
上炉膛水冷壁厚度/mm	33.4
上炉膛水冷壁外径/mm	7
下炉膛耐磨材料厚度/mm	47.5
下炉膛耐磨材料导热系数/[W/(m⋅K)]	3
水冷壁导热系数/[W/(m⋅K)]	22.6
浇注料区高度/m	11.5

图3 锅炉密相区耐火材料传热过程示意图Tnm为耐磨层外壁温度，K；Tg为烟气侧温度，K；λw为壁面导热系数，W/(m2⋅K)；λnm为耐磨材料导热系数，W/(m2⋅K)；Tw为管壁与耐磨层交界面温度，K；αb为工质对流换热系数，W/(m2⋅K)；rn、rw分别为水冷壁内、外径，mm；rnm为耐磨层厚度，mm。

Fig. 3 Schematic diagram of heat transfer process of refractory materials in dense phase zone of boiler

图4 稀相区烟气温度变化

Fig. 4 Temperature variation of flue gas in dilute phase zone

图5 密相区烟气温度变化

Fig. 5 Temperature variation of flue gas in dense phase zone

图6 炉内各个区域热负荷变化

Fig. 6 Heat load variation in each zone of boiler

表3 失电后省煤器进口工质参数变化

Tab. 3 Inlet parameter variation of working fluid for economizer after power failure

时间/s	省煤器进口工质流量/(t⋅h^-1)	省煤器进口焓值/(kJ⋅kg^-1)
0	1 925.00	1 377.82
30	1 925.00	1 377.82
40	1 478.57	1 377.82
50	973.50	1 377.82
60	448.45	1 377.82
70	0	0
3 000	0	0

图7 水冷壁出口压力变化

Fig. 7 Outlet pressure variation of water wall

图8 密相区出口工质温度与管壁温度变化

Fig. 8 Variation of outlet working fluid temperature and wall temperature in dense phase zone

图9 过渡区出口工质温度与管壁温度变化

Fig. 9 Variation of outlet working fluid temperature and wall temperature in transition zone

图10 稀相区出口工质温度与管壁温度变化

Fig. 10 Variation of outlet working fluid temperature and wall temperature in dilute phase zon

图11 水冷壁出口流量变化

Fig. 11 Outlet mass flow variation of water wall

图12 省煤器进口压力变化

Fig. 12 Inlet pressure variation of economizer

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不带外置床的700 MW超超临界循环流化床锅炉失电后水冷壁安全计算分析

Safety Calculation and Analysis of Water Wall for a 700 MW Ultra-Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler Without External Bed After Power Failure

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