170 t/h四角切圓煤粉鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)分析研究

，

(1. 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412004；

2. 中南大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

0 引 言

鍋爐冷態(tài)性能試驗(yàn)是電站鍋爐運(yùn)行調(diào)整的依據(jù)和重要手段，它對(duì)了解鍋爐的實(shí)際運(yùn)行特性，保持燃料高效燃燒，保證鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義。某公司熱電廠的WGZ170/9.8-3型燃煤鍋爐，自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，曾先后出現(xiàn)水冷壁嚴(yán)重的高溫腐蝕、水冷壁結(jié)焦、熱效率低、無(wú)油助燃低穩(wěn)燃負(fù)荷相對(duì)過(guò)高等情況，當(dāng)煤種變化，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不能正常運(yùn)行，并時(shí)常發(fā)生熄火，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此決定對(duì)鍋爐燃燒器及燃燒系統(tǒng)等進(jìn)行改造。根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)程要求，在點(diǎn)火試運(yùn)行前對(duì)鍋爐進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn)[1-2]。通過(guò)冷態(tài)試驗(yàn)，了解了風(fēng)門擋板的開度-流量特性，掌握了該鍋爐的主氣流切圓的大小、位置以及爐內(nèi)氣流分布情況及冷態(tài)爐內(nèi)氣流的流動(dòng)規(guī)律，特別是對(duì)各二次小風(fēng)門、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的擋板進(jìn)行擋板特性測(cè)試[3-6]，對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,保證鍋爐爐膛四角一、二次風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)量的匹配均勻合理，四角煤粉射流相互撞擊點(diǎn)燃，爐內(nèi)形成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)上升火焰氣流[7-8]，在爐膛中建立起良好的空氣動(dòng)力工況[9]，降低NOx排放量[10-13]，提升低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，為鍋爐熱態(tài)運(yùn)行調(diào)試提供了參考依據(jù)與安全保障。

1 鍋爐概況

文中的WGZ170/9.8-3型燃煤鍋爐屬于中溫中壓、單汽包自然循環(huán)鍋爐，∏型布置的固態(tài)排渣煤粉爐，爐膛內(nèi)膜式水冷壁。鍋爐采用直流煤粉燃燒器，正四角切向布置，鍋爐設(shè)計(jì)燃用貧煤，制粉系統(tǒng)用鋼球磨中間倉(cāng)儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉。采用均等配風(fēng)燃燒器，分六層布置，布置形式為“321212”，即最上一層為三次風(fēng)，一二次風(fēng)相間布置，鍋爐配有送風(fēng)機(jī)2臺(tái)，引風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

1.1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐的額定蒸發(fā)量(MCR): 170 t/h。

過(guò)熱蒸汽溫度: 540 ℃。

過(guò)熱蒸汽壓力: 9.8 MPa。

給水溫度：215 ℃。；

冷空氣溫度：30 ℃。

排煙溫度：145 ℃。

鍋爐熱效率: 90.5%。

1.2 燃料特性

鍋爐的燃料為貧煤，鍋爐設(shè)計(jì)的燃料特性見表1。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)的燃料特性

2 冷態(tài)試驗(yàn)分析與調(diào)整

2.1 送、引風(fēng)機(jī)擋板特性試驗(yàn)

在進(jìn)行送風(fēng)機(jī)擋板特性試驗(yàn)前，按相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)在送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道的直段上開直徑為30 mm的測(cè)孔。按操作規(guī)程先后啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)進(jìn)口靜壓為大氣壓，通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板開度，始終維持爐膛內(nèi)負(fù)壓在-20～-50 Pa之間。采用1.8 m長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)型皮托管、電子微壓計(jì)和熱線風(fēng)速儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出風(fēng)門擋板在0%、20%、40%、60%、80%、100%開度下風(fēng)道內(nèi)的速度大小。在甲(1#)、乙(2#)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)擋板特性曲線如圖1和圖2所示。

圖1 送風(fēng)機(jī)擋板特性曲線

圖2 引風(fēng)機(jī)擋板特性曲線

從圖1、圖2可知：送風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的擋板特性曲線工作基本正常，但甲送風(fēng)機(jī)擋板特性要好于乙送風(fēng)機(jī)擋板特性；乙送風(fēng)機(jī)在大擋板開度時(shí)，風(fēng)機(jī)流量偏小；2臺(tái)風(fēng)機(jī)擋板全關(guān)時(shí)，出口風(fēng)道內(nèi)仍有一定風(fēng)速。據(jù)估算，在滿負(fù)荷下(170 t/h)，冷態(tài)風(fēng)量約為150 000 Nm3/h。考慮甲乙送風(fēng)機(jī)性能的區(qū)別及實(shí)際運(yùn)行情況，并留有一定的富余量，送風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，甲送風(fēng)機(jī)擋板開度在40%左右、乙送風(fēng)機(jī)在40%～45%左右，可較好的滿足運(yùn)行要求；其它負(fù)荷下按比例調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板開度。

2.2 二次風(fēng)門擋板特性試驗(yàn)

進(jìn)行二次風(fēng)門擋板特性試驗(yàn)時(shí)，送風(fēng)機(jī)擋板開度為45%，出口壓力為1.5 kPa左右，引風(fēng)機(jī)開約50%，維持爐膛內(nèi)負(fù)壓在-30～-40 Pa左右。采用Test-342型熱線風(fēng)速儀，在二次風(fēng)門擋板開度分別為0%、25%、50%、75%、100%條件下，各自對(duì)應(yīng)測(cè)得二次風(fēng)管內(nèi)及二次風(fēng)噴口的速度，得到擋板開度與噴口速度的關(guān)系曲線如圖3和圖4所示。

圖3 上層二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度與噴口速度的關(guān)系

圖4 下二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度與噴口速度的關(guān)系

從圖3、圖4可以看出：二次風(fēng)門的擋板特性曲線基本正常，各風(fēng)門調(diào)節(jié)靈活。關(guān)于上層二次風(fēng)口，4#角上二次風(fēng)口擋板安裝反了，指示值與調(diào)節(jié)過(guò)程剛好相反，且最大開度時(shí)達(dá)不到模擬流速，建議查明原因修好；1#角出口風(fēng)速小，達(dá)不到設(shè)計(jì)風(fēng)速，最大冷態(tài)模擬流速僅為7.5 m/s，達(dá)不到冷態(tài)模擬19.8 m/s速度要求，建議改造；2#二次風(fēng)門全關(guān)后噴口仍有較高速度(>9 m/s)，不能關(guān)嚴(yán)。下層二次風(fēng)口，各擋板特性基本正常，但各角基本不能關(guān)嚴(yán)，所有二次風(fēng)門全關(guān)時(shí)都有2 m/s以上的速度， 2#角流速達(dá)到5.4 m/s，在運(yùn)行中調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。在滿負(fù)荷下(170 t/h)，運(yùn)行中二次風(fēng)門擋板開度按表2進(jìn)行調(diào)節(jié)。

表2 二次風(fēng)門擋板的開度(%)

2.3 一次風(fēng)門擋板特性試驗(yàn)

燃燒器的一次風(fēng)設(shè)計(jì)速度為24.7 m/s，設(shè)計(jì)熱風(fēng)溫度為274 ℃，考慮試驗(yàn)期間的氣溫為7 ℃，計(jì)算選定冷態(tài)試驗(yàn)的一次風(fēng)速度為12.6 m/s。通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)擋板開度，維持爐內(nèi)負(fù)壓在-30 Pa左右。利用Test-342型熱線風(fēng)速儀測(cè)出各一次風(fēng)門擋板在0%、25%、50%、75%、100%開度下分別對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)管內(nèi)風(fēng)的速度，擋板開度與管內(nèi)速度關(guān)系表與曲線如圖5所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，一次風(fēng)各管風(fēng)速基本正常，5#管風(fēng)速略偏小。根據(jù)模擬情況，綜合考慮各種因素，在滿負(fù)荷下(170 t/h)，運(yùn)行中一次風(fēng)門擋板開度建議按表3進(jìn)行調(diào)節(jié)。其它負(fù)荷下按比例調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板開度。

圖5 一次風(fēng)管擋板開度與管內(nèi)風(fēng)速的關(guān)系

表3 一次風(fēng)門擋板的建議開度(%)

2.4 爐內(nèi)冷態(tài)模擬試驗(yàn)

燃燒器的二次風(fēng)設(shè)計(jì)速度為45 m/s，設(shè)計(jì)熱風(fēng)溫度為366 ℃，考慮試驗(yàn)期間的氣溫為7 ℃，計(jì)算選定模擬的二次風(fēng)速度為19.8 m/s。通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)擋板開度，維持爐內(nèi)負(fù)壓在-30 Pa左右，送風(fēng)機(jī)擋板開度為50%左右。根據(jù)各二次小風(fēng)門擋板特性曲線，將噴口二次風(fēng)速度調(diào)節(jié)到模擬值，記錄下各擋板及風(fēng)門的開度值，待穩(wěn)定后進(jìn)行冷態(tài)工況模擬試驗(yàn)，在爐膛內(nèi)的上下一次風(fēng)燃燒器處，利用熱球風(fēng)速儀等測(cè)量?jī)x器測(cè)得各點(diǎn)速度，并繪出了相應(yīng)的速度玖瑰圖如圖6所示，然后進(jìn)行飄帶示蹤，結(jié)果如圖7所示。

圖6 燃燒器截面爐內(nèi)速度玖瑰圖

圖7 中層、下層處爐內(nèi)飄帶示綜圖

從圖6玫瑰圖及爐內(nèi)飄帶示蹤圖圖7可以看出，燃燒器附近截面切圓大約為4.7 m，比假想切圓直徑放大了大約9～10倍，切圓位置和大小適中，符合設(shè)計(jì)的切圓要求，爐內(nèi)空氣流場(chǎng)較好。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)送、引風(fēng)機(jī)擋板特性試驗(yàn)表明：送風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的擋板特性曲線基本正常，送風(fēng)機(jī)擋板開度在40%左右、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行擋板各開45%左右較為適宜，為熱態(tài)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)送、引風(fēng)機(jī)擋板開度提供依據(jù)，特別是有利于低負(fù)荷時(shí)進(jìn)行送、引風(fēng)機(jī)的配合。

(2)進(jìn)行二次風(fēng)門、一次風(fēng)門的擋板試驗(yàn)，掌握各風(fēng)門擋板特性，風(fēng)門擋板開度與噴口速度(或流量)之間的關(guān)系，最大開度時(shí)達(dá)不到模擬流速設(shè)計(jì)風(fēng)速，為鍋爐熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，燃燒系統(tǒng)進(jìn)行合理配風(fēng)提供依據(jù)；

(3)通過(guò)計(jì)算選定模擬的二次風(fēng)速度為19.8 m/s，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)擋板開度，維持爐內(nèi)負(fù)壓在-30 Pa左右，送風(fēng)機(jī)擋板開度為50%左右，冷態(tài)下對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行了飄帶試驗(yàn)和數(shù)值模擬,結(jié)果表明各燃燒器的安裝角符合設(shè)計(jì)要求，切圓位置和大小適中，爐內(nèi)空氣流場(chǎng)較好。

[1] 鄢曉忠,劉 亮,夏侯國(guó)偉，等.130 t/h燃?xì)忮仩t冷態(tài)試驗(yàn)分析[J].鍋爐制造.2006,12(4):4-6.

[2] Xiang J, Sun X X, Hu S,et,al. An experimental research on boiler combustion performance[J]. Fuel Processing Technology, 2000, 68(2):139-151.

[3] 劉麗萍.四角切圓煤粉爐爐內(nèi)燃燒及配風(fēng)的數(shù)值模擬[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[4] 孫科,馬洪濤.2 023 t/h亞臨界四角切圓鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)的試驗(yàn)研究[J].電站系統(tǒng)工程,2010,26(1)：5-8.

[5] 閻志勇,張慧娟,邱廣明，等.鍋爐分級(jí)燃燒降低NOx排放的技術(shù)改造及分析[J].動(dòng)力工程,2000, 20(4):764-769.

[6] 莊德安.燃煤工業(yè)鍋爐熱工測(cè)試方法[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:133-134.

[7] Bogdan H,Ovidiu M，Gheorghe D.Oxygen-enriched combustion in supercritical steam boilers [J]．Energy，2004 (29)：427-448.

[8] Bisio G, Bosio A.Oxygen enrichment of combustion air.In:Hirs GG, editor. proceedings of the ECOS 2000 Conference,From Thermo-Economics to Sustainability,Enschede,Holland，Universiteit Twente,2000：379-390.

[9] 杜亮亮.煤粉鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)流量特性研究 [D].南京：南京理工大學(xué)，2009.

[10] 程偉良,夏國(guó)棟,周 茵，等.鍋爐分級(jí)燃燒優(yōu)化技術(shù)的研究[J]. 動(dòng)力工程, 2004, 24(3):336-339.

[11] 張家元,周孑民,陳喬平，等.膜法富氧局部助燃技術(shù)在煤粉鍋爐上的應(yīng)用[J].動(dòng)力工程.2007,27(4)：518-521.

[12] 吳金卓，馬 琳，林文樹.生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性研究綜述[J].森林工程，2012，28(5)：102-106.

[13] 張家元,周孑民,閆紅杰.煤粉鍋爐膜法富氧局部助燃技術(shù)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2007,38(5)：857-862.