唐郭安,唐樹芳
(華電電力科學(xué)研究院,浙江杭州310030)
超臨界對沖燃燒鍋爐受熱面超溫對策
唐郭安,唐樹芳
(華電電力科學(xué)研究院,浙江杭州310030)
分析了超臨界對沖燃燒鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器壁溫出現(xiàn)持續(xù)超溫現(xiàn)象的幾個常見原因。通過對爐膛出口寬度方向氧量分布的調(diào)平可以有效地調(diào)整因燃燒器配風(fēng)不合理引起的換熱面超溫現(xiàn)象。
超臨界鍋爐;對沖燃燒;超溫;氧量分布
某廠1號鍋爐為600MW超臨界單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置前后墻對沖燃燒煤粉直流鍋爐。該廠為了提高鍋爐效率在2013年進(jìn)行了節(jié)能改造。改造前并未出現(xiàn)壁溫高、煙溫偏差大的問題,但是在改造完成后出現(xiàn)了過熱段和再熱段煙溫偏差大,多數(shù)壁溫超溫報警現(xiàn)象。主要超溫部位分布在高溫過熱器右側(cè)區(qū)域和高溫再熱器后部區(qū)域,其中部分高過壁溫已超過最高壁溫限制590℃達(dá)到599.3℃、高再壁溫部分達(dá)到608.8℃,趨于高限值623℃。該廠曾采用調(diào)整煤粉燃燒配比,改變煤種等措施,但效果不理想。最后通過測量爐膛本體水冷壁氣氛以及爐膛出口省煤器前氧量分布,對燃燒器配風(fēng)進(jìn)行調(diào)整,最終使得高再及高過壁溫下降到正常范圍,并控制煙氣溫度偏差在15℃以內(nèi)。
造成超臨界鍋爐壁溫超溫的原因很多,比較常見的有以下幾種:
煙氣側(cè)問題:煙道阻力變化引起的煙氣流量偏差,一次風(fēng)粉不平衡、配風(fēng)不合理引起的煙溫偏差。爐管側(cè)問題:換熱面結(jié)焦或氧化皮脫落等原因造成的管道及聯(lián)箱異物堵塞[1]。
系統(tǒng)本身問題:減溫水系統(tǒng)運行故障[2]、原系統(tǒng)布置不能適應(yīng)改造后的熱負(fù)荷分布[3]。
為了確定壁溫連續(xù)超溫,煙氣溫度偏差大的原因,對鍋爐現(xiàn)狀進(jìn)行分析,由于鍋爐是在經(jīng)過大修后出現(xiàn)了壁溫超溫現(xiàn)象,所以排除氧化皮脫落、系統(tǒng)布置不合理等造成水側(cè)換熱能力下降的因素。為了排查煙氣側(cè)原因,對爐膛水冷壁面氣氛以及爐膛出口寬度方向含氧量進(jìn)行測量。測量結(jié)果見表1、表2、圖1。
表1 水冷壁面氣氛測量
表2 爐膛溫度場測量
從測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)煤粉在爐膛燃燒不均勻,火焰中心偏上,爐膛出口氧量分布A、B側(cè)偏差達(dá)到4.76%。消除煙溫差重要的一步就是調(diào)平氧量分布,針對NR3燃燒器配風(fēng)的特點,調(diào)整爐膛出口氧量分布均勻關(guān)鍵取決于外二次風(fēng)的配比是否合理[4],而火焰中心偏上,無疑將加劇煙溫偏差,造成換熱面壁溫升高。
圖1 調(diào)整前爐膛出口寬度方向氧量分布
為了從根源上消除煙溫偏差,避免壁溫超溫現(xiàn)象發(fā)生,對一次風(fēng)粉、燃燒器配風(fēng)、燃盡風(fēng)、煤粉細(xì)度進(jìn)行了調(diào)整。
2.1 一次風(fēng)粉調(diào)平和煤粉細(xì)度調(diào)整。
同層燃燒器一次風(fēng)粉管的均勻性是燃燒穩(wěn)定的前提,在對沖燃燒爐中當(dāng)對沖射流動量不同時,會造氣流偏向動量小的一側(cè),使?fàn)t內(nèi)充滿度變差,使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷沿爐膛寬度方向分布的均勻性變差,這就可能影響換熱面屏間吸熱不均勻造成氣溫偏差。
調(diào)整時在熱態(tài)下對一次風(fēng)進(jìn)行調(diào)平,使得風(fēng)粉風(fēng)速控制在25m/s左右,同層風(fēng)速偏差控制在5%以內(nèi)。調(diào)平一次風(fēng)后進(jìn)行煤粉細(xì)度調(diào)整,R90從14.29調(diào)整到34.44,盡管細(xì)度調(diào)整幅度較大,對壁溫有一定影響,但只能一定程度上減小煙溫偏差,并不能避免超溫發(fā)生。
2.2 燃燒器配風(fēng)、燃盡風(fēng)調(diào)整。
由于每個燃燒器的風(fēng)量大小是由燃燒器的風(fēng)門擋板開度決定的,因此可以通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)門擋板開度對單個的燃燒器風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。同層燃燒器設(shè)置不同的旋流外二次風(fēng)開度主要是為了克服由于風(fēng)箱結(jié)構(gòu)所造成的燃燒器風(fēng)量分配不均勻的問題。NR3燃燒器配風(fēng)的主要特點是設(shè)置了直流一次風(fēng)、直流內(nèi)二次風(fēng)、旋流外二次風(fēng),其中旋流外二次風(fēng)的空氣量占燃燒器區(qū)域總風(fēng)量的大部分(約60%左右),因此其擋板的開度對鍋爐的燃燒影響較大,更是調(diào)平燃燒器區(qū)域風(fēng)量的主要手段[5]。下圖是爐膛出口沿寬度方向的氧量分布,工況1下,所有同層燃燒器和燃燼風(fēng)擋板開度均為70%,B側(cè)明顯有一個高峰和一個低谷,而A側(cè)氧量普遍偏低;工況6下,關(guān)小上層燃盡風(fēng)至50%,減小靠近爐膛出口上層磨給煤量,減小了A、B側(cè)氧量偏差;工況10下,總體關(guān)小中間外二次風(fēng),開大兩邊外二次風(fēng),同層外二次風(fēng)A側(cè)開度普遍略大于B側(cè)開度,曲線波動范圍明顯縮小,氧量分布趨于均衡,最大氧量偏差小于1.5%,此時煙道各處煙溫偏差都小于15℃,高溫過熱器、高溫再熱器壁溫維持在585℃以下,不再出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。
圖2 調(diào)整后爐膛出口寬度方向氧量分布
工況10下對應(yīng)的擋板開度見表3、表4。
(1)根據(jù)工況6的調(diào)整結(jié)果,運行中應(yīng)盡量投運下層磨煤機,減小靠近爐膛出口處的煤粉投入量,有利于控制爐膛出口氧量偏差。
(2)保持一次風(fēng)粉調(diào)平狀態(tài)。
(3)實時監(jiān)測爐膛出口氧量分布,避免換熱面超溫。
表3 同層燃燒器A側(cè)到B側(cè)風(fēng)門開度
表4 燃盡風(fēng)擋板開度A側(cè)到B側(cè)
目前因為越來越高的節(jié)能環(huán)保要求,很多投運機組面臨改造,在此過程中將頻繁出現(xiàn)由配風(fēng)原因引起的壁溫超溫問題,而爐膛出口寬度方向氧量分布是否均衡可以有效地反應(yīng)爐內(nèi)配風(fēng)是否合理,從燃燒器外二次風(fēng)調(diào)整入手,可以有效降低換熱面溫度,防止超溫現(xiàn)象發(fā)生。
[1] 張繼文,袁燕明,廖偉輝.超臨界600MW機組鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及預(yù)防措施[J].熱力發(fā)電,2010,39(6):85-87.
[2] 陳瑞龍.超臨界對沖燃燒鍋爐屏過汽溫偏差原因分析及對策[J].電站系統(tǒng)工程,2010,26(5):25-26.
[3] 陸方,羅永浩,許琦.1025t/h鍋爐高溫過熱器超溫分析及改造[J].動力工程,2003,23(6):2699-2772.
[4] 劉建全,孫保民,張廣才.100MW超超臨界旋流燃燒鍋爐穩(wěn)燃特性數(shù)值模擬與優(yōu)化[J].中國電機工程學(xué)報,2012,32(8):19-27.
[5] 成汭珅,張廣才,陳國輝.HT-NR3旋流燃燒器冷態(tài)試驗[J].熱力發(fā)電,2014,44(11):58-63.
修回日期:2016-12-12
Countermeasures on Over-heating Issues of Heating Surface for Supercritical Opposed Firing Boiler
TANG Guo-an,TANG Shu-fang
(Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030,China)
Discusses the common cause on over-heating issues of the high temperature superheater and high temperature reheater for supercritical opposed firing boiler.The over-heating Issues of heating surface can be effectively solved by adjusting oxygen distribution in furnace exit width direction.
supercritical boiler;opposed firing boiler;overheating;oxygen distribution
10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.011
TK229.6
B
2095-3429(2016)06-0039-03
唐郭安(1984-),男,陜西漢中人,碩士研究生,中級工程師,主要從事大型電站鍋爐潔凈燃燒工作。
2016-11-07