HG-2030/26.15-YM3型超超臨界鍋爐水冷壁壁溫特性分析

陳有福，陳紅君，何澤家

(1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102；2.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

垂直管圈水冷壁具有阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝工作量較小、各種工況下的熱應(yīng)力較小等優(yōu)點(diǎn)，且適合于變壓運(yùn)行。鍋爐運(yùn)行時(shí)水冷壁爐膛側(cè)受高溫?zé)煔獾膹?qiáng)烈輻射,對(duì)爐內(nèi)煙氣溫度場(chǎng)沒(méi)有直接的監(jiān)視手段，當(dāng)水冷壁內(nèi)工質(zhì)工況相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，垂直管屏下水冷壁出口溫度場(chǎng)的變化就是對(duì)爐內(nèi)燃燒工況最直接且最快的反應(yīng)結(jié)果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行實(shí)踐，獲得了爐膛一次風(fēng)配比、二次風(fēng)配比、磨煤機(jī)運(yùn)行組合方式調(diào)整對(duì)HG-2030/26.15-YM3型鍋爐水冷壁壁溫分布特性的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)改善爐內(nèi)燃燒，提高鍋爐安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1設(shè)備概況

大唐南京發(fā)電廠HG-2030/26.15-YM3型超超臨界鍋爐是變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用П型布置、單爐膛、改進(jìn)型低NOxPM主燃燒器和MACT型低NOx分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、墻式單切圓燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁。鍋爐采用平衡通風(fēng)、緊身封閉布置，固態(tài)排渣。設(shè)計(jì)煤種為神華煤，校核煤種一為淮南煤，校核煤種二為大同煤，6臺(tái)ZGM113中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)，鍋爐主要設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

2鍋爐技術(shù)特點(diǎn)及其分析

爐膛采用改進(jìn)型的內(nèi)螺紋管垂直水冷壁，即在上下?tīng)t膛之間加裝水冷壁中間混合集箱。爐膛斷面尺寸為19 230×19 268 mm，各墻底部各有112根D42×9的水冷壁管子，通過(guò)三叉管第一次過(guò)渡到216根D32×6.5的管子，從D32×6.5的管子第二次過(guò)渡到432根D28.6×6.2的水冷壁管子（燃燒器區(qū)域?yàn)?根變2根，其他區(qū)域?yàn)?根變4根），這樣各墻水冷壁管均為432根。節(jié)流孔圈裝設(shè)在小直徑的下聯(lián)箱外面較粗的水冷壁入口管段上，以加大節(jié)流度，提高調(diào)節(jié)流量能力，通過(guò)控制工質(zhì)流量的方法來(lái)控制各回路管子的吸熱和溫度偏差。

表1鍋爐主要設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)

主燃燒器安裝于各墻下水冷壁第323與324號(hào)水冷壁管之間，采用CUF墻式單切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，每只燃燒器共有9種36個(gè)風(fēng)室26個(gè)噴嘴（如圖1所示）。其中頂部OFA燃盡風(fēng)室1個(gè)，空風(fēng)室11個(gè)，AUX1-1風(fēng)室3個(gè)，AUX1-2風(fēng)室3個(gè),AUX-2風(fēng)室3個(gè)，AUX-3風(fēng)室1個(gè)，油風(fēng)室3個(gè)，設(shè)B，C，D，E，F(xiàn)層濃淡風(fēng)室和最下層改造為等離子燃燒器的A層風(fēng)室，根據(jù)各風(fēng)室的高度不同,布置數(shù)量不等的噴嘴，火焰噴射方向與爐墻垂直。在距上層煤粉噴嘴上方約5.0 m處有4層附加燃盡風(fēng)（AA），風(fēng)室角式布置，每個(gè)AA風(fēng)室布置2個(gè)噴嘴，其作用是補(bǔ)充燃料后期燃燒所需的空氣，調(diào)節(jié)火焰中心高度，同時(shí)既有垂直分級(jí)又有水平分級(jí)燃燒，可降低爐內(nèi)溫度。

磨煤機(jī)安裝于爐膛右墻零米處，A，B，C，D，E，F(xiàn)分別從爐前往爐后方向布置。

3燃燒調(diào)整與下水冷壁壁溫特性分析

圖1主燃燒器、爐膛及下水冷壁出口壁溫測(cè)量元件布置圖

為了加強(qiáng)對(duì)水冷壁運(yùn)行監(jiān)視，在各墻下水冷壁進(jìn)入中間混合集箱前的爐外管上加裝了112個(gè)壁溫測(cè)量元件(如圖1所示)。在各項(xiàng)試驗(yàn)中，維持機(jī)組負(fù)荷606 MW，給水流量、分離器出口工質(zhì)過(guò)熱度和總風(fēng)量穩(wěn)定。采用標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行分析下水冷壁出口壁溫發(fā)散程度。

3.1二次風(fēng)配風(fēng)與水冷壁出口壁溫特性分析

二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)主要是合理利用AA附加風(fēng)和OFA燃盡風(fēng)來(lái)調(diào)整爐內(nèi)火焰中心的高度，優(yōu)化爐內(nèi)燃燒，從而達(dá)到改變下水冷壁各垂直管屏的吸熱量，優(yōu)化下水冷壁管出口壁溫特性。

磨煤機(jī)組合為ABCDEF，OFA燃盡風(fēng)維持在65%，分別對(duì)AA附加風(fēng)在30%，50%，65%開(kāi)度并逐步關(guān)小主燃燒器其他附加風(fēng)門開(kāi)度維持大風(fēng)箱與爐膛差壓穩(wěn)定進(jìn)行試驗(yàn)，改變爐內(nèi)二次風(fēng)配比。不同開(kāi)度的水冷壁壁溫分布曲線如圖（2—4）所示。結(jié)果表明，（1）AA附加風(fēng)開(kāi)度在30%時(shí)，爐膛左墻溫度普遍高于其他墻，而且左墻56至96號(hào)水冷壁管、左墻和后墻燃燒器下游明顯高于其他墻對(duì)應(yīng)位置水冷壁壁溫，這是由于右墻燃燒器射流剛性更強(qiáng)，引起左墻和后墻燃燒器射流受上游氣流沖擊發(fā)生偏斜，爐內(nèi)切圓偏向爐膛左后墻；（2）當(dāng)AA風(fēng)門開(kāi)度從30%開(kāi)至50%時(shí)，下水冷壁最高溫度由右墻303號(hào)水冷壁管479℃下降至443℃，左墻壁溫平均下降了7.33℃，尤其是左墻燃燒器上游264至312號(hào)、下游332至392號(hào)和左墻燃燒器上游264至303號(hào)水冷壁壁溫大幅度下降，后墻燃燒器下游附近水冷壁壁溫小幅度下降；（3）當(dāng)AA風(fēng)門開(kāi)度從50%開(kāi)至65%時(shí)，下水冷壁最高溫度下降至439℃，右墻壁溫平均下降了4.53℃，尤其是左墻56至96號(hào)、右墻燃燒器下游264至303號(hào)和340至396號(hào)水冷壁管壁溫大幅度下降。隨著AA附加風(fēng)量升高和主燃燒器二次風(fēng)速下降，出口平均溫度(尤其左墻和右墻)也大幅度下降，可是后墻3號(hào)角至100號(hào)和前墻燃燒器下游344至2號(hào)角水冷壁壁溫卻逐漸上升，下水冷壁出口溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)偏差也先降后升（如表2所示），這是由于抬高了爐膛火焰中心高度和減小了主燃燒器區(qū)域爐內(nèi)切圓直徑[1]；主燃燒器噴口射流剛性減弱[2]，尤其是右墻燃燒器噴口射流剛性每次下降幅度相對(duì)更大，各墻燃燒器射流受上游氣流沖擊也隨配風(fēng)工況的變化產(chǎn)生不同程度的下降，引起爐內(nèi)切圓中心位置逐步向爐膛右后方向遷移且形狀也往爐膛前后墻拉伸。一次風(fēng)噴口風(fēng)速的調(diào)勻情況。分別進(jìn)行了BCDEF和ABCDE 2種磨煤機(jī)組合運(yùn)行方式的試驗(yàn)。結(jié)果表明（如圖9所示）：爐膛2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)角和 1號(hào)角前墻附近均有大面積下水冷壁管壁溫大幅上升，而左墻燃燒器下游水冷壁管出口溫度則大幅下降，水冷壁最高壁溫點(diǎn)也由左墻336號(hào)管446℃升至后墻78號(hào)管461℃，下水冷壁出口平均壁溫上升了5.71℃，溫度場(chǎng)均勻度也大幅下降，尤其是后墻標(biāo)準(zhǔn)偏差由15.26增加到22.60。這是由于磨煤機(jī)運(yùn)行組合由BCDEF改為ABCDE方式，降低了爐膛火焰中心，增大了爐內(nèi)切圓直徑[2]，且后墻和右墻燃燒器射流剛性減弱相對(duì)更大，而左墻則增強(qiáng)相對(duì)最大，引起左墻射流偏斜減小，而右和后燃燒器射流偏斜角度增加，爐內(nèi)切圓中心往右后方向遷移。

圖2 AA附加風(fēng)開(kāi)度為30%水冷壁壁溫分布曲線

圖8增加F層一次風(fēng)量與水冷壁管溫度場(chǎng)變化曲線

圖9 ABCDE和BCDEF磨組合下水冷壁管壁溫變化曲線

4結(jié)束語(yǔ)

該電廠試運(yùn)行表明，HG-2030/26.15-YM3型超超臨界鍋爐具有如下幾點(diǎn)特性：

（1）提高AA附加風(fēng)風(fēng)量能有效降低水冷壁出口最高壁溫及平均壁溫，但是過(guò)度提高AA附加風(fēng)風(fēng)量將降低主燃燒器區(qū)域噴嘴射流剛性，引起爐內(nèi)切圓偏移，降低水冷壁出口壁溫均勻性。

（2）隨著煤層噴口升高，上層一次風(fēng)量的改變對(duì)下水冷壁出口溫度的影響也減弱。A磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于A層一次風(fēng)噴口截面面積大，建議適當(dāng)提高A磨煤機(jī)通風(fēng)量，增強(qiáng)A層噴口一次風(fēng)強(qiáng)度。

（3）改變磨煤機(jī)運(yùn)行組合將大幅度改變爐內(nèi)火焰中心高度，并且可能由于不同磨煤機(jī)出口一次風(fēng)調(diào)勻情況不同而改變各墻燃燒器射流剛性，引起爐內(nèi)切圓偏移，大幅度改變整個(gè)下?tīng)t膛水冷壁出口壁溫分布特性。

（4）燃燒器下游 322至 420號(hào)和各墻 40至150號(hào)水冷壁管出口溫度受鍋爐運(yùn)行情況變化反應(yīng)更為敏感。各墻下水冷壁管出口溫度場(chǎng)基本呈現(xiàn)非對(duì)稱M[3]型，而且316至332號(hào)下水冷壁管出口溫度也往往是各墻溫度場(chǎng)最低區(qū)域。

（5）水冷壁壁溫均勻性受各墻燃燒器射流剛性均勻性影響最大，所以冷態(tài)一次風(fēng)調(diào)平時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高磨煤機(jī)出口長(zhǎng)煤粉管的一次風(fēng)，以保證熱態(tài)運(yùn)行時(shí)各噴嘴一次風(fēng)風(fēng)速均勻。

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