鍋爐爐膛出口煙溫偏差的試驗(yàn)及治理方案

摘要：四角切圓燃燒方式是目前火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)用最廣、最成熟的煤粉燃燒方式。但這種燃燒方式的問題主要表現(xiàn)在鍋爐爐膛出口煙氣有殘余旋轉(zhuǎn)，這樣很容易使得爐膛出口兩邊出現(xiàn)煙溫偏差和速度場(chǎng)分布不均勻，導(dǎo)致過熱器和再熱器產(chǎn)生汽溫偏差。隨著機(jī)組容量的增大，其汽溫偏差也越大，嚴(yán)重的影響了電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：切圓燃燒鍋爐；殘余旋轉(zhuǎn); 燃燒特性

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）15-0088-02

國內(nèi)外的大容量電站鍋爐采用四角切圓燃燒方式較多，這種燃燒方式的主要特點(diǎn)是每個(gè)燃燒器本身不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，而是借助于鄰角燃燒器氣流的慣性力使?fàn)t內(nèi)火焰具有一定的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，對(duì)不均勻火焰進(jìn)行摻混，能對(duì)較多煤種實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。

1600 MW鍋爐設(shè)備概況

有一型號(hào)為HG-2008/18.2-HM3型亞臨界、一次中間再熱控制循環(huán)固態(tài)排渣汽包爐。爐膛截面為20 193×20 052 mm，設(shè)計(jì)煤種為元寶山露天礦褐煤，燃用設(shè)計(jì)煤質(zhì)時(shí)，鍋爐最大連續(xù)出力（BMCR）和額定出力分別為2 008 t/h和1 815 t/h。鍋爐的使用過程主要包括三個(gè)大的部分，先通過三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器進(jìn)行加熱，然后通過中速磨煤機(jī)正壓直吹熱風(fēng)干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥的操作，再利用四角布置擺動(dòng)式燃燒器進(jìn)行燃燒。其中最后一個(gè)步驟中，一次風(fēng)噴口能夠做到20 #778;的上下擺動(dòng)，二次風(fēng)噴口能夠做到30 #778;的上下擺動(dòng)，而頂層的燃燼風(fēng)噴口能夠進(jìn)行上30 #778;、下5 #778;的擺動(dòng)操作。中速磨煤機(jī)一般選用MPS-255的型號(hào)，一條線上一般需要8臺(tái)，每4只燃燒器共用一臺(tái)磨煤機(jī)，除渣裝置為刮板式撈渣機(jī)。鍋爐主要使用高能電弧三級(jí)點(diǎn)火。

爐膛上方與煙道之間的主要設(shè)備有壁式輻射再熱器、屏式再熱器、后屏過熱器、末級(jí)再熱器、分隔屏過熱器、末級(jí)過熱器、低溫過熱器、省煤器、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器等。燃燒的煙氣經(jīng)過受熱面后進(jìn)行除塵操作，最終排入大氣中。

該鍋爐于1998年投入使用至今，過熱器和再熱器A、B兩側(cè)出口蒸汽的溫度存在一定的偏差，這些都給過熱器和再熱器的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行埋下隱患：從過熱器角度分析，因?yàn)槠麥仄顝亩鴮?dǎo)致減溫水流量產(chǎn)生偏差，B側(cè)比A側(cè)要高于20~30 t/h，這一高差影響著減溫水調(diào)節(jié)氣溫的功能；再熱器層面來看，氣溫的偏差會(huì)直接導(dǎo)致再熱器的管壁溫差，而防止管壁因溫差爆裂，必須使再熱蒸汽的溫度水平整體下降，最終帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至有可能帶來安全隱患。因此一定要查清氣溫偏差的原因，并進(jìn)行科學(xué)改進(jìn)，這就需要對(duì)鍋爐進(jìn)行針對(duì)性的試驗(yàn)。

2爐膛出口煙溫偏差的進(jìn)行了試驗(yàn)

對(duì)鍋爐實(shí)施針對(duì)性試驗(yàn)，保證一定的負(fù)荷，分別設(shè)定三個(gè)高度，并且對(duì)每一個(gè)高度進(jìn)行偏差實(shí)驗(yàn)。從三個(gè)不同的高度對(duì)后屏過熱器后和屏式再熱器前A與B兩側(cè)的煙氣溫度進(jìn)行測(cè)量并做出科學(xué)的計(jì)算分析，從中得出煙氣進(jìn)入水平煙道前的AB兩側(cè)溫差。該實(shí)驗(yàn)要求對(duì)煙氣的溫度進(jìn)行兩次測(cè)量，對(duì)每一個(gè)測(cè)量孔都測(cè)量三點(diǎn)。最終的測(cè)量結(jié)果表明，產(chǎn)生成因主要表現(xiàn)在煙氣殘余旋轉(zhuǎn)使?fàn)t膛上部A、B兩側(cè)的流場(chǎng)不同和屏式再熱器底部的煙氣走廊的共同作用。

3鍋爐設(shè)備改造方案及其效果

目前，我國大多數(shù)的火電廠鍋爐采取四角布置切圓燃燒的燃燒方式。鍋爐水平煙道的沿寬度方向的管道中存在著較為嚴(yán)重的溫度偏差，這一問題直接導(dǎo)致氣溫的偏差，從而引起管道爆裂的安全事故，同時(shí)鍋爐的容量不斷增加，煙道的溫差也不斷增大，給鍋爐的運(yùn)行帶來了巨大的安全隱患，一旦出現(xiàn)問題就會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，并且不利于社會(huì)的穩(wěn)定和發(fā)展。當(dāng)前，針對(duì)該問題的產(chǎn)生原因，該行業(yè)領(lǐng)域中的專家學(xué)者大多認(rèn)為是爐膛出口中殘留物質(zhì)旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的。

燃燒器區(qū)域煙氣的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)能夠促進(jìn)風(fēng)粉的混合，有利于煤粉的燃燒，這是四角切圓燃燒鍋爐較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)氣流的過早制動(dòng)，會(huì)影響煤粉的燃燼，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，對(duì)鍋爐效率有一定的影響。因此，在削弱爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，要考慮對(duì)爐內(nèi)煤粉燃燒的影響。

①改造原則。爐內(nèi)氣流的初始旋轉(zhuǎn)動(dòng)量流率矩越大，爐膛出口處殘留的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)范圍也會(huì)隨之加劇。所以，降低爐內(nèi)氣流的初始旋轉(zhuǎn)動(dòng)量流率矩能夠降低爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到降低煙溫偏差的目的。針對(duì)已經(jīng)投入使用中鍋爐，利用部分燃燒器反切配風(fēng)的操作系統(tǒng)能夠有效的減少煙氣的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，從而減少爐膛出口處殘余旋轉(zhuǎn)。這一方法不僅能夠有效的降低爐膛出口處的殘余旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)鍋爐的改造工程要求較低，操作量較少。

在實(shí)施反切方案過程中，一般利用反切與正切射流的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量流率矩之比作為爐內(nèi)燃燒氣流動(dòng)力工況的基本判據(jù)。

當(dāng)反切與正切的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量流率矩相等時(shí)，即爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)最小，這一工況的反切角度為最佳反切角，但對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的鍋爐而言，影響因素很多，反切氣流不能正好抵消原來正切氣流，爐膛出口一定還會(huì)有殘余旋轉(zhuǎn)存在。

反切風(fēng)動(dòng)量流率矩過小時(shí)，對(duì)水平煙道中速度分布不均勻性改善的效果不明顯；而當(dāng)反切風(fēng)動(dòng)量流率矩過大時(shí)，爐內(nèi)氣流將整體上作反旋運(yùn)動(dòng)。因此，合適的數(shù)值能夠?qū)Ω纳茖?duì)流煙道的氣流速度分布的均勻性起到一定的作用，如果數(shù)值較大或者較小，都不能夠起到改善的作用，反而有可能帶來破壞作用，改變爐內(nèi)氣流的正常旋轉(zhuǎn)方向，爐內(nèi)的正常燃燒也會(huì)遭到破壞。

認(rèn)為對(duì)300 MW、600 MW機(jī)組鍋爐，反正切風(fēng)動(dòng)量流率矩之比取0.6~1.20為宜，反切角不超過20 #778;~30 #778;。

②改造方案。針對(duì)該600 MW鍋爐的燃燒特性及燃燒器結(jié)構(gòu)，考慮到一次風(fēng)對(duì)鍋爐穩(wěn)燃影響較大，因此采用二次風(fēng)反切的方案，因?yàn)樽钌蠈禹敳匡L(fēng)（OFB）布置在燃燒器的頂端，它反切后對(duì)燃燒器下部區(qū)域的動(dòng)力場(chǎng)影響較少，能夠有效的保證鍋爐內(nèi)的燃燒趨于穩(wěn)定，因此最合理的方案就是燃燒器最上層二次風(fēng)反切的消旋方案。分析這一方案對(duì)鍋爐燃燒效率的影響，要確保正切氣流與反切氣流間的混合強(qiáng)度，對(duì)鍋爐的頂部風(fēng)進(jìn)行了反切14 #778;的改造。反切后額定負(fù)荷下無量綱數(shù)為0.97，在以往試驗(yàn)的推薦范圍內(nèi)。反切后將對(duì)爐膛出口煙溫偏差的狀況有所改善。

③改造后的試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)改造后的煙氣溫度進(jìn)行測(cè)量，在進(jìn)行改造前后的對(duì)比時(shí)，后屏過熱器后、屏式再熱器前的煙氣溫差值有所改善。其中，在最高的測(cè)點(diǎn)，煙溫偏差平均降低51 ℃；在中間的測(cè)點(diǎn)，煙溫從A側(cè)高于B側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)锽側(cè)高于A側(cè)，改變幅度達(dá)181 ℃；在最低的測(cè)點(diǎn)，煙溫偏差平均降低48 ℃。

④四角切圓鍋爐其煙氣在爐膛內(nèi)是旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的。因爐膛截面是長(zhǎng)方形，爐后墻兩角噴燃器射流，和煙氣流向夾角大小不同。受此影響煙氣在流出爐膛出口時(shí)阻力不同，煙氣左右側(cè)就會(huì)存在煙氣量及流速偏差，導(dǎo)致兩側(cè)存在煙溫偏差。

⑤制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，調(diào)整二次風(fēng)配風(fēng)方式，降低爐膛內(nèi)火焰煙氣旋轉(zhuǎn)流速可降低鍋爐兩側(cè)煙溫偏差。

⑥調(diào)整兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)出力不同，對(duì)爐膛出口煙溫偏差調(diào)整效果不明顯，但對(duì)煙道煙溫偏差調(diào)整有一定效果。

⑦鍋爐二次風(fēng)中最頂部的OFA燃燼風(fēng)（也叫消旋風(fēng)），風(fēng)口布置與其它風(fēng)口射流旋轉(zhuǎn)方向相反，用來減小煙溫偏差作用明顯。按鍋爐廠說明燃燼風(fēng)在75%負(fù)荷時(shí)開始投用，隨負(fù)荷增加直至全開。實(shí)際運(yùn)行燃燼風(fēng)在50%負(fù)荷時(shí)已投入，但煙溫偏差無法完全消除。

4結(jié)語

本文通過對(duì)600 MW機(jī)組鍋爐爐膛出口煙溫偏差的研究，引入了改造前后爐膛出口煙溫偏差的試驗(yàn)結(jié)果，分析引起爐膛出口煙溫偏差的主要原因及減少鍋爐兩側(cè)煙溫偏差的技術(shù)措施，結(jié)合實(shí)際情況，提出了鍋爐設(shè)備的改造原則以及改造方案。

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