1000MW双切圆锅炉二次风系统优化：基于CFD模拟与实验验证的燃烧效率提升及CO2减排研究

为解决大型锅炉二次风系统气流分布不均导致的燃烧效率低下及CO2排放问题，研究人员通过CFD模拟与实验验证相结合的方法，优化了1000MW双切圆锅炉的二次风系统。通过引入弧形导流板和孔板，将前后墙气流偏差从45%降至4%，压力偏差从142 Pa降至5 Pa，显著提升了燃烧均匀性，为超临界锅炉的节能环保改造提供了关键技术支撑。

　　

在能源需求持续增长与环境约束日益严格的背景下，大型燃煤电厂的节能减排成为关键课题。1000MW超临界双切圆锅炉作为主力发电设备，其二次风系统的不合理设计常导致前后墙气流分布失衡——原始设计中气流偏差高达45%，压力差达142 Pa，引发炉墙过热、高温腐蚀及蒸汽温度波动等一系列问题，严重影响锅炉效率与安全性。传统调节手段如电动挡板门调整收效甚微，亟需系统性优化方案。

哈尔滨锅炉厂与合作团队在《Results in Engineering》发表的研究中，创新性地采用“导流板+孔板”复合优化策略。通过建立Realizable k-ε湍流模型进行CFD模拟（网格量350万，y-plus<5），结合950MW负荷下的热态性能测试，实现了气流与压力的精准调控。关键技术包括：基于等截面网格原理的皮托管动态压力测量、K型铠装热电偶温度监测，以及ANSYS Fluent 2022R1的流场仿真。

3.1 二次风系统流场分布与压力偏差分析
CFD模拟揭示了原始设计的缺陷：含5个90°弯头的长管道导致气流回流与漩涡，前后墙主燃区风量差达458.2 t/h（287.3 vs 745.5 t/h），OFA风量差108 t/h。压力云图显示弯头处存在明显高速/低速区，总压差达142 Pa。

3.2 二次风系统流场优化
创新性提出三组导流板（G1-G3）与孔板协同方案：G1组增加后墙阻力，G2组分流至前墙，G3组降低弯头阻力。优化后主燃区风量偏差降至4%（502.6 vs 540 t/h），OFA偏差6.5%，压力差仅5 Pa。流线图显示漩涡消失，阻力降低。

3.3 改造试验验证
950MW负荷测试表明，A/B侧前后墙风量偏差<9%，主燃区压力差<30 Pa，OFA压力差<83 Pa。电动挡板开度相同时，八角风箱压差<0.1 kPa，验证了CFD预测的准确性。

3.4 与既往研究对比
相较Chen等人在600MW锅炉中10-15 Pa的残余偏差，本研究通过导流板-孔板协同将偏差压缩至5 Pa；风量均匀性（3.6%）优于Ning团队报道的8%，证实了复合优化策略对超临界大容量锅炉的普适优势。

这项研究首次在1000MW级锅炉中实现气流与压力的毫米级精准调控，将燃烧效率提升与CO₂减排有机结合。通过结构优化而非单纯参数调整，解决了气流均匀性与排放控制的矛盾，为同类机组改造提供了可复用的技术模板。未来可拓展至生物质混燃场景，并开发基于负荷自适应的智能导流系统，进一步推动火电行业的绿色转型。