300MW鍋爐結(jié)焦和飛灰高冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)研究

王承亮，姜仕濤

（華電國(guó)際技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南 250014）

300MW鍋爐結(jié)焦和飛灰高冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)研究

王承亮，姜仕濤

（華電國(guó)際技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南 250014）

某300MW燃貧煤鍋爐低氮燃燒改造后，燃燒器區(qū)域部分受熱面出現(xiàn)高溫腐蝕嚴(yán)重、受熱面結(jié)焦和飛灰可燃物含量偏高等問(wèn)題，為掌握爐膛內(nèi)部動(dòng)力場(chǎng)情況，特組織冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)行了三層粉強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑測(cè)試、變二次風(fēng)量測(cè)試和單獨(dú)一次風(fēng)強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，基本確定了導(dǎo)致出現(xiàn)以上問(wèn)題的主要原因，提出了設(shè)備治理和運(yùn)行調(diào)整建議。

鍋爐結(jié)焦；動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)；強(qiáng)風(fēng)環(huán)；風(fēng)量；試驗(yàn)分析；調(diào)整建議

1 鍋爐設(shè)備概況

某300MW燃貧煤鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)美國(guó)CE公司技術(shù)并在優(yōu)化基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的亞臨界、中間一次再熱、控制循環(huán)汽包爐，型號(hào)為SG－1025／17.47－M878。該鍋爐為單爐膛、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒煤粉鍋爐，爐膛寬11 970mm，深11760mm。采用直吹式制粉系統(tǒng)，配置3臺(tái)BBD4060C型雙進(jìn)雙出球磨機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)的兩端各接一層煤粉噴嘴，3臺(tái)共6層；設(shè)計(jì)燃煤為貧煤。

燃燒器四角布置，切向燃燒，每角燃燒器布置20層噴嘴（包括6層一次風(fēng)噴嘴、3層油槍輔助風(fēng)噴嘴、6層輔助風(fēng)噴嘴、1層消旋燃盡風(fēng)（OFA）噴嘴、4層分離燃盡風(fēng)（SOFA）噴嘴），最上排燃燒器噴口中心線標(biāo)高26540mm，距分隔屏屏底17860mm，最下排燃燒器噴口中心線標(biāo)高19660mm，至冷灰斗轉(zhuǎn)角距離為4530mm；在主燃燒器上方標(biāo)高33650mm左右布置4層共16個(gè)燃盡風(fēng)噴口，將有組織燃燒風(fēng)量沿爐膛垂直方向分級(jí)供入，主燃區(qū)有組織空氣量與理論空氣量的比值由原來(lái)1.20%變?yōu)?.84%～0.90%，燃盡風(fēng)量約占總空氣量的25%～40%。

低氮燃燒改造后，燃燒器區(qū)域部分受熱面出現(xiàn)高溫腐蝕嚴(yán)重、受熱面結(jié)焦和飛灰可燃物含量偏高等問(wèn)題，為掌握爐膛內(nèi)部動(dòng)力場(chǎng)情況［1］，特組織冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)研究依據(jù)及儀器

2.1 試驗(yàn)研究依據(jù)

《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》［2］；《鍋爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書》；《電業(yè)安全工作規(guī)程》熱力機(jī)械部分［3］。

2.2 試驗(yàn)研究依據(jù)測(cè)試儀器

試驗(yàn)采用的主要測(cè)試儀器為電子風(fēng)速儀，其他有關(guān)風(fēng)壓、風(fēng)溫的數(shù)據(jù)來(lái)自機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）。冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)主要儀器及數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)儀器

3 試驗(yàn)研究項(xiàng)目及方法

3.1 試驗(yàn)研究項(xiàng)目

（1）測(cè)量A2／B2／C23層燃燒器強(qiáng)風(fēng)環(huán)情況。

（2）測(cè)量在不同總風(fēng)量下B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)變化情況。

（3）測(cè)量一次風(fēng)系統(tǒng)單獨(dú)投運(yùn)下，B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)變化情況。

3.2 試驗(yàn)研究方法

（1）試驗(yàn)要求。測(cè)量期間保持各風(fēng)門擋板開(kāi)度不變，鍋爐各風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，記錄表盤風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)電流和擋板開(kāi)度。

（2）A2／B2／C23層燃燒器強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)定。調(diào)整鍋爐總風(fēng)量達(dá)到100%風(fēng)量（約1 170 t／h），調(diào)整一次風(fēng)速在19～21m／s，二次風(fēng)速在22～24m／s，在各層二次風(fēng)均勻配風(fēng)條件下，使煤粉燃燒器出口氣流進(jìn)入自模化區(qū)［4］，分別在爐內(nèi)A2／B2／C2層一次風(fēng)噴口中心線進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)量，用風(fēng)速儀每隔300mm進(jìn)行一次風(fēng)速測(cè)定，確定燃燒器出口氣流在爐內(nèi)形成的強(qiáng)風(fēng)環(huán)大小。

（3）在不同總風(fēng)量下B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)變化情況。調(diào)整鍋爐總風(fēng)量分別為950，800 t／h，保持一次風(fēng)量不變，在爐內(nèi)B2層一次風(fēng)噴口中心線進(jìn)行測(cè)量，用風(fēng)速儀每隔300mm進(jìn)行一次風(fēng)速測(cè)定，確定燃燒器出口氣流在爐內(nèi)形成的強(qiáng)風(fēng)環(huán)大小。

（4）在一次風(fēng)系統(tǒng)單獨(dú)投運(yùn)情況下，B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)變化情況。將送風(fēng)機(jī)出力調(diào)整為零，保持一次風(fēng)量不變情況下，在爐內(nèi)B2層一次風(fēng)噴口中心線進(jìn)行測(cè)量，用風(fēng)速儀每隔300mm進(jìn)行一次風(fēng)速測(cè)定，確定燃燒器出口氣流在爐內(nèi)形成的強(qiáng)風(fēng)環(huán)大小和方向。

4 冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果研究

4.1 A2／B2／C23層燃燒器強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)定

在總風(fēng)量1175 t／h時(shí)，調(diào)整一次風(fēng)壓和各二次風(fēng)門擋板開(kāi)度，一次風(fēng)速19～21 m／s，二次風(fēng)速22～24m／s，進(jìn)行各層強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試。

4.1.1 A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果。A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑為8.5～8.7m，基本居中；前墻、左墻及后墻貼壁風(fēng)速偏高，分別達(dá)到6.8，7.5，7.3m／s；A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速動(dòng)力場(chǎng)分布如圖1所示。平面直角坐標(biāo)系橫、縱坐標(biāo)軸上的數(shù)字表示爐膛A2層截面風(fēng)量測(cè)量位置對(duì)應(yīng)的橫、縱坐標(biāo)，每個(gè)單位表示0.3m，如第二象限內(nèi)坐標(biāo)（－7，11），表示由距離爐膛截面中心點(diǎn)向西7×0.3＝2.1m為橫坐標(biāo)和由距離爐膛截面中心點(diǎn)向北11×0.3＝3.3m為縱坐標(biāo)確定的位置點(diǎn)，曲線圖上數(shù)字表示A2層截面橫、縱坐標(biāo)確定的位置點(diǎn)的風(fēng)速，虛線圓代表風(fēng)速最高點(diǎn)畫出的強(qiáng)風(fēng)環(huán)（實(shí)際上不存在），下同。

圖1 A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試風(fēng)速分布

（2）A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果分析及建議。結(jié)果分析：A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)此種運(yùn)行情況，雖有助于提高鍋爐底層燃燒穩(wěn)定性，但底層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑偏大，貼壁風(fēng)速偏高，受其間接帶動(dòng)影響，上層燃燒器強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑會(huì)向大的方向擴(kuò)展，從而加劇鍋爐受熱面結(jié)焦或高溫腐蝕傾向。整改建議：在機(jī)組檢修中適當(dāng)縮小底層AA層和A2層假想切圓直徑。

4.1.2 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果。B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑4.5～5.5m，偏向右側(cè)墻。B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速分布如圖2所示。

圖2 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試風(fēng)速分布

（2）B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果分析。B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑4.5～5.5m，較正常情況偏小2.5～3.3m，此種情況因強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑小，不僅會(huì)降低鍋爐燃燒穩(wěn)定性，而且會(huì)因強(qiáng)風(fēng)環(huán)覆蓋率低而導(dǎo)致上升火焰出現(xiàn)“煙氣走廊”，使鍋爐飛灰可燃物含量升高。

（3）B2強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑偏小原因分析及建議。原因分析：就地檢查B2層燃燒器＃1角燃燒器擺角上傾100%，導(dǎo)致四角燃燒器一次風(fēng)射流不在同一平面內(nèi)，使得四角切圓燃燒鍋爐四角相互引燃機(jī)制不能正常發(fā)揮作用［5］，即＃1角射流對(duì)＃2角射流的補(bǔ)氣作用減弱，使得＃2角向火側(cè)與背火側(cè)壓差變得較正常值減小，導(dǎo)致＃2角射流偏轉(zhuǎn)角度縮小，同理也導(dǎo)致＃3，＃4角射流偏轉(zhuǎn)角度縮小，四角射流綜合動(dòng)力場(chǎng)表現(xiàn)效果為強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑減小且偏向右墻。整改建議：將B2層燃燒器＃1角燃燒器擺角調(diào)整至正常位置。

4.1.3 B2層＃1角調(diào)平后強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）B2層＃1角調(diào)平后強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果。將B2層＃1角燃燒器位置調(diào)至正常位置后，B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑為7.8～8.0m，基本居中。左墻貼壁風(fēng)速偏高，達(dá)到5.8m／s。B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速動(dòng)力場(chǎng)分布如圖3所示。

圖3 B2層＃角調(diào)平后強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試風(fēng)速分布

（2）B2層＃1角調(diào)平后強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果分析及建議。結(jié)果分析：根據(jù)B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)情況，鍋爐正常運(yùn)行中可能出現(xiàn)導(dǎo)致左墻發(fā)生結(jié)焦或高溫腐蝕加劇的情況。整改建議：為減弱此種趨勢(shì)，建議在確保鍋爐燃燒穩(wěn)定基礎(chǔ)上增加＃2角和＃1角二次風(fēng)和周界風(fēng)動(dòng)量（以調(diào)節(jié)二次風(fēng)動(dòng)量為主），同時(shí)適當(dāng)減少＃3角和＃4角二次風(fēng)動(dòng)量，以糾偏強(qiáng)風(fēng)環(huán)。

4.1.4 C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果。C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑在8.0～8.5m，前墻和右墻貼壁風(fēng)速偏高，分別為4.4，3.8m／s；強(qiáng)風(fēng)環(huán)稍偏向右墻。C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速動(dòng)力場(chǎng)分布如圖4所示。

圖4 C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試風(fēng)速分布

（2）C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果分析及建議。結(jié)果分析：此種運(yùn)行工況，鍋爐正常運(yùn)行中前墻和右墻易發(fā)生結(jié)焦或高溫腐蝕，故在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)環(huán)糾偏調(diào)整。整改建議：通過(guò)試驗(yàn)適當(dāng)增加＃1角和＃4角二次風(fēng)動(dòng)量［6］，以適當(dāng)糾偏強(qiáng)風(fēng)環(huán)作用。

4.2 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)在不同總風(fēng)量的試驗(yàn)結(jié)果及分析［7］

4.2.1 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)在不同總風(fēng)量的試驗(yàn)結(jié)果

保持一次風(fēng)量不變，總風(fēng)量由1 175 t／h降至950 t／h，BC1二次風(fēng)速降低約4.9m／s，B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑增加約0.8m左右；總風(fēng)量進(jìn)一步降低至805 t／h，BC1二次風(fēng)速降低約3.3m／s，B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)基本保持不變。強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速動(dòng)力場(chǎng)分布如圖5、圖6所示，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖5 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試風(fēng)速分布（總風(fēng)量950 t／h）

圖6 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)測(cè)試風(fēng)速分布（總風(fēng)量805 t／h）

4.2.2 B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)在不同總風(fēng)量的試驗(yàn)結(jié)果分析及建議

結(jié)果分析：二次風(fēng)量降低225 t／h后，二次風(fēng)噴口風(fēng)速降低約4.9m／s，即二次風(fēng)動(dòng)量明顯降低，二次風(fēng)噴口氣流抵抗偏轉(zhuǎn)能力降低，在二次風(fēng)氣流兩側(cè)補(bǔ)氣差異而產(chǎn)生的壓差下，二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)加劇，使得強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑增加約0.8m／s；但當(dāng)二次風(fēng)量進(jìn)一步降低145 t／h后，二次風(fēng)噴口風(fēng)速降低約3.3m／s，即二次風(fēng)動(dòng)量進(jìn)一步降低，二次風(fēng)噴口氣流抵抗偏轉(zhuǎn)能力降低，同時(shí)二次風(fēng)氣流兩側(cè)補(bǔ)氣差異而產(chǎn)生的壓差也降低，兩方面綜合作用結(jié)果，強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑基本不變。

整改建議：為增強(qiáng)鍋爐燃燒穩(wěn)定性和降低鍋爐結(jié)焦或高溫腐蝕傾向，在爐膛出口氮氧化物滿足控制要求的情況下，盡量減少SOFA風(fēng)量，增加主燃燒器區(qū)域二次風(fēng)量，以增強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)環(huán)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量和降低強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑。

4.3 一次風(fēng)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果及分析［8－10］

4.3.1 一次風(fēng)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

降送風(fēng)機(jī)出力為零，測(cè)試B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速分布，最大貼壁風(fēng)速為0.6m／s，最大切向風(fēng)速4.1 m／s，強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑6.0～7.5m，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，基本居中。強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速動(dòng)力場(chǎng)分布如圖7所示。

表2 不同總風(fēng)量下B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)變化情況

圖7 強(qiáng)風(fēng)環(huán)風(fēng)速測(cè)試分布情況

4.3.2 一次風(fēng)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)B2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)試驗(yàn)結(jié)果分析

一次風(fēng)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)強(qiáng)風(fēng)環(huán)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與二次風(fēng)強(qiáng)風(fēng)環(huán)旋轉(zhuǎn)方向一致，表明鍋爐正常運(yùn)行中，鍋爐一、二次風(fēng)系統(tǒng)相互加強(qiáng)，共同形成爐膛內(nèi)部熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)，即爐膛內(nèi)熱態(tài)強(qiáng)風(fēng)環(huán)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量充足，鍋爐正常運(yùn)行中燃燒穩(wěn)定性較好。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析確定：B2層＃1角燃燒器擺角與其他3個(gè)角不同步是導(dǎo)致飛灰可燃物升高的主要原因；A2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)直徑偏大和B2，C2層強(qiáng)風(fēng)環(huán)偏燒是導(dǎo)致鍋爐受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕加劇的主要原因。據(jù)此提出的設(shè)備治理和運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整建議，為鍋爐停運(yùn)后檢修治理和運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整提供了方向和依據(jù)。

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（本文責(zé)編：白銀雷）

TK 224.1

B

1674－1951（2016）02－0014－04

王承亮（1971—），男，山東淄博人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事鍋爐和節(jié)能技術(shù)管理方面的工作（E-mail：lwwcl＠sohu.com）。

2015－10－14；

2016－01－20

姜世濤（1973—），男，山東青島人，工程師，從事節(jié)能技術(shù)管理方面的工作（E-mail：2678915545＠qq.com）。