側(cè)煤倉對沖燃燒鍋爐一次風(fēng)粉調(diào)平的試驗(yàn)研究

呂宏彪，史恒惠

(國家電投集團(tuán)河南電力有限公司 技術(shù)信息中心，鄭州 450001)

側(cè)煤倉對沖燃燒鍋爐一次風(fēng)粉調(diào)平的試驗(yàn)研究

呂宏彪，史恒惠

(國家電投集團(tuán)河南電力有限公司 技術(shù)信息中心，鄭州 450001)

側(cè)煤倉鍋爐實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各燃燒器出口煤粉分配嚴(yán)重不均，即靠近擴(kuò)建端的各燃燒器煤粉流量大、風(fēng)速高，而固定端一側(cè)的煤粉流量偏小、風(fēng)速低。這是導(dǎo)致燃燒不均、一次風(fēng)管堵塞的主要原因。研究了一種新型的風(fēng)速調(diào)整裝置，安裝在各一分二分配器后、燃燒器前，有效地對各支管風(fēng)粉速度進(jìn)行在線調(diào)平，較好地解決了鍋爐燃燒不均衡的問題。

側(cè)煤倉；鍋爐；燃燒器；煤粉分配；風(fēng)粉速度；在線調(diào)平；風(fēng)速調(diào)整

0 引言

某電廠鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的1 000 MW、超超臨界參數(shù)、變壓直流、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、對沖燃燒方式、Π型鍋爐。燃燒設(shè)備系統(tǒng)為前后墻布置，燃燒系統(tǒng)共布置48只燃燒器，風(fēng)、粉氣流從煤粉燃燒器、燃盡風(fēng)噴進(jìn)爐膛后，各燃燒器在爐膛內(nèi)形成一個(gè)獨(dú)立的火焰。前、后墻各布置3層燃燒器，每層8個(gè)。

該鍋爐自投運(yùn)以來，一直存在一次風(fēng)速分布不均勻，一次風(fēng)管堵塞、磨損嚴(yán)重，一次風(fēng)管縮孔卡澀、調(diào)節(jié)困難等問題。造成鍋爐燃燒不充分，火焰中心偏斜，爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差大。

1 設(shè)備概況

該電廠鍋爐制粉系統(tǒng)采用側(cè)煤倉布置方式，磨煤機(jī)布置在2臺鍋爐中間位置，共設(shè)置6臺磨煤機(jī)，每個(gè)磨煤機(jī)有4個(gè)一次風(fēng)母管，煤粉通過一次風(fēng)主管輸送，最后通過一分二煤粉分配器后分為2個(gè)支管進(jìn)入燃燒器。鍋爐主要參數(shù)見表1，電廠設(shè)計(jì)燃煤及校核燃煤特性見表2。

該電廠鍋爐實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，各燃燒器出口煤粉分配嚴(yán)重不均，即靠近擴(kuò)建端的各燃燒器煤粉流量大、風(fēng)速高，而固定端一側(cè)的煤粉流量偏小、風(fēng)速低[1]。分析認(rèn)為，這是導(dǎo)致燃燒不均勻、一次風(fēng)管堵塞、磨損嚴(yán)重的主要原因。

各一次風(fēng)粉管路流動阻力的差異是造成各燃燒器出口風(fēng)粉流速偏差的主要原因[2]。因此，研究在各一次風(fēng)支管上加裝流速均衡裝置，保證主管段和支管段整體風(fēng)粉流動阻力的均衡，從而實(shí)現(xiàn)燃燒器出口煤粉流速的均衡和調(diào)平[3]。

表1 鍋爐主要參數(shù)

注：BMCR工況是指鍋爐最大出力工況，THA工況是指熱耗率

考核工況，BRL工況是指鍋爐額定負(fù)荷工況。

2 工程實(shí)踐研究

鍋爐一次風(fēng)主管中的風(fēng)粉混合物經(jīng)過一分二分配器進(jìn)入一次風(fēng)支管，通過在一次風(fēng)支管上加裝阻力調(diào)節(jié)裝置，使分配器到燃燒器管段的阻力均衡，從而保證支管內(nèi)的風(fēng)粉混合物流速均衡[4]。傳統(tǒng)可調(diào)縮孔是常見的管道阻力調(diào)整設(shè)備，但現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，一次風(fēng)各支管布局密集，管道上方無足夠空間安裝傳統(tǒng)可調(diào)縮孔調(diào)節(jié)設(shè)備。

表3 B磨煤機(jī)各出口管道流速分布情況 m/s

注：B磨煤機(jī)煤量、風(fēng)量、出口風(fēng)溫均值依次為73.9 t/h，126.2 t/h，96.8 ℃。

表2 燃煤特性

針對現(xiàn)場安裝空間有限，且從分配器到燃燒器間可加裝調(diào)節(jié)設(shè)備的管段均為水平管段的問題，設(shè)計(jì)了3種方案并擇優(yōu)確定如下改造方案。

將調(diào)節(jié)擋板安裝在分配器到燃燒器間的水平管段，每個(gè)燃燒器入口一次風(fēng)管道上裝設(shè)1個(gè)，每臺磨煤機(jī)裝設(shè)8個(gè)。調(diào)節(jié)擋板只對管道上截面進(jìn)行阻流，其中擋板和旋轉(zhuǎn)軸采用稀土耐磨合金鋼。擋板結(jié)構(gòu)及開關(guān)如圖1所示，圖中：擋板全關(guān)設(shè)定為90°，擋板全開設(shè)定為0°。

圖1 擋板結(jié)構(gòu)

本調(diào)節(jié)擋板結(jié)構(gòu)簡單，安裝受現(xiàn)場空間限制較小，阻擋特性線性度較好，不容易卡澀，旋轉(zhuǎn)軸置于煤粉直接沖刷環(huán)境外且旋轉(zhuǎn)軸置于耐磨擋板的背面，進(jìn)一步保護(hù)旋轉(zhuǎn)軸，在全開狀態(tài)下不影響管道流通面積。

3 工程試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 煤粉流速調(diào)整裝置調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)

在進(jìn)行各磨煤機(jī)燃燒器出口煤粉流速調(diào)平之前，對流速調(diào)整裝置調(diào)節(jié)的有效性進(jìn)行測試。選擇2臺磨煤機(jī)煤粉流速高的管道進(jìn)行測試，測試調(diào)整機(jī)構(gòu)的有效性。

3.1.1 特性試驗(yàn)1： B5-B6流速偏差大的調(diào)整

首先利用風(fēng)粉在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析B磨煤機(jī)各管道的流速分布情況，見表3。

觀察發(fā)現(xiàn)，B5-B6之間偏差明顯。開始逐漸關(guān)小B5，B5流速調(diào)整閥從0°(擋板全開)逐漸關(guān)小，每次10°，關(guān)至50°時(shí)，B5和B6的流速接近，并持續(xù)保持良好的平衡，如圖2所示。

3.1.2 特性試驗(yàn)2：F1-F2流速偏差大的調(diào)整

分析F磨煤機(jī)的風(fēng)粉監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)磨煤機(jī)F1，F(xiàn)2的流速偏差較大。開始逐步調(diào)整F2管道安裝的煤粉流速調(diào)整閥從全開到60°位置，F(xiàn)1-F2管道煤粉流速發(fā)生明顯變化，并最終相互接近[5]。調(diào)整的過程如圖3所示。

3.2 煤粉流速熱態(tài)調(diào)平方法及試驗(yàn)

通過隨機(jī)選取B和F磨煤機(jī)進(jìn)行的煤粉流速調(diào)整裝置調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)，檢驗(yàn)了流速調(diào)整的有效性?；诖诉M(jìn)行各磨煤機(jī)燃燒器出口煤粉流速的熱態(tài)調(diào)平。

3.2.1 分析磨煤機(jī)各支管流速分布

以主力磨煤機(jī)C磨煤機(jī)調(diào)平試驗(yàn)為例進(jìn)行說明。調(diào)平前，利用風(fēng)粉在線煤粉流動監(jiān)視數(shù)據(jù)，分析C磨煤機(jī)各支管流速的分布情況，見表4。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，可以得到如下認(rèn)識：C1，C2之間偏差很小，整體在均值19.3 m/s附近波動，流速較低；C3，C4之間有小幅偏差(C4高于C3約3.0 m/s)，整體在21.2 m/s附近波動；C5，C6之間偏差較大(C5比C6高3.7 m/s)，且這兩個(gè)管的流速整體高于其他管道，在均值25.9 m/s附近波動；C7，C8之間偏差很小，整體在均值21.1 m/s附近波動。

根據(jù)第1步的數(shù)據(jù)分析，可以獲得調(diào)整方向：C1，C2可不調(diào)整，流速調(diào)整閥保持全開位置；C4流速調(diào)整閥應(yīng)關(guān)?。辉诓徽{(diào)整主管可調(diào)縮孔的情況下，C5，C6調(diào)整閥都應(yīng)關(guān)小，但C5關(guān)的幅度應(yīng)比C6大；C7，C8可不調(diào)整，流速調(diào)整閥保持全開位置。

3.2.2 實(shí)施調(diào)整策略

根據(jù)調(diào)整方向，邊調(diào)整邊觀察流速調(diào)整的效果，經(jīng)過多次調(diào)整后，當(dāng)達(dá)到比較滿意的效果時(shí)，停止調(diào)整。C磨煤機(jī)閥位調(diào)平試驗(yàn)前后的閥位開度比較見表5。

3.2.3 調(diào)平效果檢驗(yàn)

調(diào)平后，除調(diào)平后的一段時(shí)間外，還應(yīng)觀察其他時(shí)間段類似工況下調(diào)平的情況。取相似工況下的兩段數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，看流速的分布情況。

根據(jù)C磨煤機(jī)調(diào)整后的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論：C5，C6比其他管道煤粉流速普遍偏高的情況得到了改善，說明同時(shí)調(diào)整C5，C6的阻力，使得C5，C6從主管到分支管路的阻力都得到了平衡。由于C5，C6主管上的原有可調(diào)縮孔無法調(diào)整，限制了進(jìn)一步縮小各管間流速偏差的能力[6]。C4調(diào)整關(guān)小煤粉流速調(diào)整閥位后，C3，C4之間的偏差得到了有效改善，再次表明了流速調(diào)整的有效性。

圖2 B磨煤機(jī)出口管流速偏差調(diào)整圖(2015-07-11)

圖3 調(diào)試測試前后F1-F2管道煤粉流速的變化

項(xiàng)目C1C2C3C4C5C6C7C8均值19.319.319.622.827.724.021.221.1Max20.921.921.725.431.328.023.022.7Min18.117.217.920.924.120.719.018.7組別(C1,C2)(C3,C4)(C5,C6)(C7,C8)組內(nèi)偏差0.03.2-3.7-0.1組均值19.321.225.921.1

注：C磨煤機(jī)煤量、風(fēng)量、出口風(fēng)溫均值依次為72.4 t/h，131.6 t/h，94.4 ℃。

表5 C磨煤機(jī)調(diào)整前后流速調(diào)整裝置閥位變化 (°)

4 結(jié)論

工程驗(yàn)證及煤粉流速調(diào)平試驗(yàn)表明，磨煤機(jī)出口粉管煤粉流速調(diào)平裝置靈活可調(diào)，能有效地對各支管風(fēng)粉速度進(jìn)行在線調(diào)平。試驗(yàn)對A-F磨煤機(jī)進(jìn)行反復(fù)調(diào)平后，單個(gè)管道的流速相對偏差可控制在7%以內(nèi)，各磨煤機(jī)各管道煤粉流速與平均流速的平均偏差可控制在1%～5%，較好地解決了鍋爐燃燒不均衡的問題。

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TK 229.6

A

1674-1951(2017)12-0001-03

2017-06-20；

2017-11-22

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAA03B01)

(本文責(zé)編：白銀雷)

呂宏彪(1970—)，男，河南平頂山人，高級工程師，從事鍋爐技術(shù)及設(shè)備節(jié)能管理方面的工作(E-mail:18538163820@163.com)。