降低鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)阻力的改造實(shí)踐

閔 浩，包國舉，高建強(qiáng)

（1.酒鋼（集團(tuán)）嘉峪關(guān)宏晟電熱公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.甘肅宏發(fā)電力工程技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730010）

自投產(chǎn)后機(jī)組一直存在送風(fēng)機(jī)出力不足的問題，尤其到了夏季，環(huán)境溫度上升之后，這一問題顯得更加突出。機(jī)組在滿負(fù)荷工況下，送風(fēng)機(jī)擋板全開運(yùn)行都不能滿足煤粉燃燒所需的風(fēng)量，從而導(dǎo)致飛灰可燃物含碳量上升，煤耗上升，鍋爐燃燒效率下降。

1 風(fēng)機(jī)管網(wǎng)各段阻力分析

1.1 二次風(fēng)總門阻力過大

對送風(fēng)系統(tǒng)滿負(fù)荷時(shí)的管網(wǎng)阻力進(jìn)行了逐段測試，風(fēng)機(jī)管網(wǎng)各段阻力測試數(shù)據(jù)見表1。

通過對2臺(tái)鍋爐熱風(fēng)道的逐段阻力測試結(jié)果可以看出，從空預(yù)器出口到機(jī)翼測風(fēng)裝置后這段風(fēng)道的壓損相對較大。其中，1號(hào)爐壓損達(dá)到1 600 Pa；2號(hào)爐壓損達(dá)到1 900 Pa左右。經(jīng)過進(jìn)一步分段測試發(fā)現(xiàn)，造成壓損過大的部位主要集中在二次風(fēng)總門和機(jī)翼測風(fēng)裝置2個(gè)部位，尤其是四角的二次總風(fēng)門。從測試數(shù)據(jù)來看，這兩個(gè)部位的壓力損失接近1 000 Pa，見表2。另外，受安裝空間位置的限制，二次風(fēng)總風(fēng)門擋板和機(jī)翼測風(fēng)裝置的距離較近，二者相互干擾并產(chǎn)生渦流，壓力損失進(jìn)一步增大。

表1 風(fēng)機(jī)管網(wǎng)各段阻力測試數(shù)據(jù) Pa

表2 二次風(fēng)量阻力計(jì)算

1.2 四角二次風(fēng)噴口流通截面過小

從現(xiàn)場運(yùn)行和測試數(shù)據(jù)來看，四角二次風(fēng)箱風(fēng)壓偏高，都在1 600 Pa左右，而維持正常的二次風(fēng)速所需的差壓在1 200 Pa左右，產(chǎn)生400 Pa不必要的局部節(jié)流損失。在滿負(fù)荷工況下，只能靠調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)擋板滿開來提高風(fēng)壓，即便二次風(fēng)門全開，也達(dá)不到爐內(nèi)燃燒所需的氧量。

造成四角二次風(fēng)壓偏高的主要原因是四角二次風(fēng)小風(fēng)門的二次風(fēng)道流通截面偏小。尤其2組燃燒器的下層二次風(fēng)，即AA層二次風(fēng)和BC層二次風(fēng)，這兩層二次風(fēng)在燃燒過程中起分段托粉和起旋的作用。而這兩層二次風(fēng)的風(fēng)道內(nèi)部都布置有焦?fàn)t煤氣管道和彎頭，給本來就設(shè)計(jì)偏小的二次風(fēng)道雪上加霜。原結(jié)構(gòu)不但減少了二次風(fēng)道通流截面，而且因焦?fàn)t煤氣彎頭靠近二次風(fēng)噴口，造成二次風(fēng)進(jìn)入噴口后的剛性大幅度下降，影響爐內(nèi)正常的燃燒。阻力計(jì)算分析見表3。

1.3 四角二次風(fēng)箱壓力不均、彎頭阻力偏大

鍋爐熱風(fēng)道在空間布局上有明顯的不合理，2，3號(hào)角的二次風(fēng)箱壓力要比1，4號(hào)角高出200 Pa左右。通過查看鍋爐設(shè)計(jì)圖紙，從空預(yù)器出來后風(fēng)道按相同截面分配。另外，至四角的二次風(fēng)道90°彎頭內(nèi)也沒有導(dǎo)流板，造成彎頭阻力偏大，阻力計(jì)算結(jié)果見表4。

表3 AA，BC層一次風(fēng)局部阻力計(jì)算

表4 彎頭阻力計(jì)算

2 改造方案

以上現(xiàn)場測試和理論計(jì)算表明，造成風(fēng)機(jī)出力不足的主要原因并非風(fēng)機(jī)選型偏小，而是送風(fēng)管網(wǎng)阻力過大。而風(fēng)機(jī)管網(wǎng)的阻力構(gòu)成點(diǎn)主要有：四角的二次風(fēng)總風(fēng)道的通流截面偏小，風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速偏高；二次風(fēng)總門阻力過大；焦?fàn)t煤氣燃燒器風(fēng)道有效通流截面過小以及四角二次風(fēng)道彎頭處阻力過大；機(jī)翼測風(fēng)裝置阻力較大。二次風(fēng)總風(fēng)道的通流截面較小造成較大阻力（大約400 Pa左右），很難通過小范圍改造來消除，暫不列入改造范圍。

根據(jù)以上的測試數(shù)據(jù)以及阻力產(chǎn)生的原因分析，結(jié)合鍋爐檢修工期、技改投資等方面考慮，制定以下改造方案。

(3)有軌電車駕駛?cè)藛T必須要進(jìn)行職業(yè)心理培訓(xùn)，具有較高的心理素質(zhì)和工作熱情，將其作為一種事業(yè)，進(jìn)行拼搏；

2.1 拆除四角二次總風(fēng)門、優(yōu)化機(jī)翼測風(fēng)裝置

四角二次總風(fēng)門是為了調(diào)節(jié)四角二次風(fēng)量的均勻性，在實(shí)際運(yùn)行中常處于全開的狀態(tài)，基本不參與調(diào)節(jié)，即便需要調(diào)整完全可由四角的二次小風(fēng)門來完成。所以設(shè)置二次總風(fēng)門的意義不大，反而增加了風(fēng)道的局部阻力，另外還會(huì)影響二次風(fēng)量的精確測量。

拆除四角二次總風(fēng)門既減小了風(fēng)道的局部阻力也減小了設(shè)備的操作和維護(hù)量，同時(shí)在空間位置上延長了二次風(fēng)的直管段，消除了對二次風(fēng)測量裝置的干擾，使其能夠更精確測量。

考慮到機(jī)翼測風(fēng)裝置占整個(gè)二次風(fēng)道通流截面的三分之一，局部阻力較大，因此，將原有機(jī)翼測風(fēng)裝置更換為點(diǎn)式矩陣測風(fēng)裝置及采用交流耦合技術(shù)的電荷感應(yīng)式風(fēng)量測量裝置。

2.2 增大兩層焦?fàn)t煤氣的二次風(fēng)道通流截面

鍋爐四角的AA和BC層二次風(fēng)是燃燒過程的主力風(fēng)，起到分段托粉和起旋的作用。但在設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮焦?fàn)t煤氣管道（Φ133 mm）對風(fēng)道的影響。另外其內(nèi)部還有1個(gè)點(diǎn)火器、2個(gè)火焰探頭管，這些都導(dǎo)致該風(fēng)道有效通流截面積過?。ㄈ鐖D1所示），從而影響了這兩層的二次風(fēng)速（該兩層設(shè)計(jì)二次風(fēng)速是45 m/s左右，而實(shí)際風(fēng)速只有30 m/s左右）。同時(shí)該焦?fàn)t煤氣管對噴口二次風(fēng)分配的均勻性也產(chǎn)生較大影響，造成噴口斷面風(fēng)速明顯不均。通過增大噴口通流截面（見圖1），有效降低了四角二次風(fēng)箱與爐膛的差壓。

圖1 噴口通流面積改造前后的對比

另外，由于其風(fēng)道有效通流截面過小，再加上大量煙氣回流，二次風(fēng)剛性受到很大影響，在噴口附近就過早地與一次風(fēng)混和，容易造成角區(qū)結(jié)焦掛渣。因此，對該兩層風(fēng)道及噴口進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使風(fēng)道與噴口截面比維持在一個(gè)比較合理的水平。

同時(shí)，考慮到鍋爐兩側(cè)水冷壁的影響，在垂直方向上增大了二次風(fēng)的有效通流截面，消除內(nèi)部焦?fàn)t煤氣管所占空間的影響，對相鄰噴口也不會(huì)產(chǎn)生影響。該兩層噴口所對應(yīng)的二次風(fēng)箱也進(jìn)行了設(shè)計(jì)調(diào)整，使其能夠與噴口匹配，結(jié)構(gòu)上更加合理。

2.3 四角風(fēng)壓的平衡調(diào)配

由于風(fēng)道布置的距離有差異，導(dǎo)致靠近空預(yù)器側(cè)的兩角二次風(fēng)箱壓力要比靠近前墻的兩角風(fēng)箱壓力高出200 Pa左右，這對爐內(nèi)的正常燃燒非常不利。為消除該現(xiàn)象，調(diào)整風(fēng)道分叉處的風(fēng)道通流截面（如圖2所示），消除前后墻風(fēng)箱壓力差異，使四角風(fēng)量趨于平衡。這一問題的解決，有利于爐內(nèi)燃燒狀態(tài)假想切圓不偏離爐膛幾何中心，減輕個(gè)別角區(qū)容易結(jié)焦的現(xiàn)象。

圖2 兩角風(fēng)箱風(fēng)壓調(diào)配示意

2.4 風(fēng)道局部彎頭的改進(jìn)

在通往四角的熱風(fēng)管道上，都有1個(gè)90°彎頭，內(nèi)部沒有導(dǎo)流板。在此次的改造中，在彎管風(fēng)道內(nèi)加裝了導(dǎo)流板，這樣可以改善氣流的流動(dòng)特性，減少此處的內(nèi)部支撐管件，降低管道阻力損失100 Pa左右，如圖3所示。

圖3 90°彎頭弧形導(dǎo)流板板示意

另外，風(fēng)道振動(dòng)是由于風(fēng)道內(nèi)部氣流的脈動(dòng)頻率、駐波頻率和風(fēng)道本身的固有頻率二者或三者的頻率相互作用（共振）時(shí)引起的，而固有頻率在風(fēng)道的制作安裝完成后就基本為定值，對局部風(fēng)道內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)也能相應(yīng)地調(diào)整風(fēng)道固有頻率，可以達(dá)到減阻、減振、消音等多種效果。

3 方案的實(shí)施及效果

整個(gè)改造方案在實(shí)施過程中較為簡單，不影響原來的運(yùn)行方式。從鍋爐改造后的效果看，夏季滿負(fù)荷工況時(shí)風(fēng)機(jī)電流降低5 A以上，達(dá)到了提升鍋爐送風(fēng)機(jī)的出力又節(jié)能的目的，改造后夏季滿負(fù)荷時(shí)送風(fēng)機(jī)各段風(fēng)壓測試數(shù)據(jù)見表5。

表5 改造后送風(fēng)機(jī)各段風(fēng)壓測試數(shù)據(jù) Pa

送風(fēng)機(jī)節(jié)能改造后，在同等氧量條件下，2臺(tái)鍋爐的4臺(tái)送風(fēng)機(jī)電流在不同負(fù)荷段下降值均超過20 A（4臺(tái)×5 A），在滿負(fù)荷工況下單臺(tái)風(fēng)機(jī)的電流下降值甚至達(dá)到7 A。按年運(yùn)行6 000 h、電價(jià)0.33元/kWh計(jì)算：

通過技術(shù)改造，二次風(fēng)系統(tǒng)阻力降低1 kPa以上，相當(dāng)于單臺(tái)送風(fēng)機(jī)出力提升接近20%。送風(fēng)機(jī)出力的提升滿足了鍋爐燃燒所必須的風(fēng)量，尤其是解決了夏季因環(huán)境溫度上升，空氣密度下降而導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)出力不足的問題。煤粉燃燒過程中所需的風(fēng)量也得到保證，飛灰可燃物含碳量較改造前平均下降0.5%以上，爐渣可燃物含碳量平均下降1.5%以上，鍋爐效率提升0.7%，煤耗降低2 g/kWh。按年運(yùn)行6 000 h、機(jī)組平均負(fù)荷110 MW、標(biāo)煤單價(jià)600元/t計(jì)算：

單臺(tái)機(jī)組節(jié)約煤量=110×103×2×10-6×6 000

=1 320 t

年節(jié)煤（折合人民幣）=1 320×2×600

=158.4萬元

4 結(jié)語

通過技術(shù)改造，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上解決了夏季送風(fēng)機(jī)出力不足的問題，從而提升煤粉燃燒效率，降低了廠用電率，降低了供電煤耗。另外，技術(shù)改造后，風(fēng)道阻力大幅下降，送風(fēng)機(jī)出力提升了20%左右，為以后送風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造創(chuàng)造有利條件。同時(shí)該節(jié)能改造項(xiàng)目每年的節(jié)能效益都在190萬元以上，投資收益非?？捎^。

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