330 MW煤粉爐SNCR噴槍點(diǎn)位的設(shè)計(jì)及選取

楊文生

（山西馳捷電力科技有限公司， 山西 太原 030032）

1 爐內(nèi)溫度場(chǎng)的重建

爐內(nèi)溫度場(chǎng)精準(zhǔn)測(cè)量是SNCR脫硝效率高低的關(guān)鍵，但由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的煤種、操作參數(shù)等與設(shè)計(jì)值存在差異，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度場(chǎng)分布與鍋爐出廠(chǎng)設(shè)計(jì)值存在偏差。故在鍋爐原始溫度場(chǎng)設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上，利用fluent軟件對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，再通過(guò)專(zhuān)用的爐膛溫度測(cè)量系統(tǒng)完成運(yùn)行過(guò)程中的爐內(nèi)溫度場(chǎng)精準(zhǔn)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度場(chǎng)重建及實(shí)時(shí)監(jiān)視，為爐內(nèi)SNCR脫硝控制提供依據(jù)，而在設(shè)計(jì)初期，則需要通過(guò)對(duì)爐膛區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)測(cè)溫，用測(cè)得的結(jié)果對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行修正。

1.1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐原始設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1所示。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)工況煙氣溫度分布表

1.2 溫度場(chǎng)模擬

本爐膛斷面尺寸為12800 mm×12800 mm，爐膛高度56.5 m。在BMCR工況下，鍋爐燃用校核煤種，采用fluent軟件對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，邊界條件參數(shù)均來(lái)源鍋爐實(shí)際操作參數(shù)。溫度場(chǎng)模擬結(jié)果如下，截取爐膛沿爐寬方向和爐深方向的剖面等溫線(xiàn)如下圖1所示[1]。

圖1 爐內(nèi)溫度場(chǎng)沿爐寬度方向和深度方向的等溫線(xiàn)圖（K）

由圖1可知，爐膛內(nèi)部從標(biāo)高32 m燃盡風(fēng)上方到標(biāo)高40.5 m屏過(guò)入口處折焰角處，因?yàn)樵摱慰臻g只有四周水冷壁吸收熱量，爐內(nèi)煙氣溫度在不同工況下變化較為緩慢，從32 m處的1584 K下降至40.5 m處的1466 K，下降值為177 K，沿爐膛高度方向溫度變化幅度在13.88 K/m左右，但是進(jìn)入屏過(guò)區(qū)域，隨著爐膛輻射熱的減弱及受屏式過(guò)熱器吸熱的影響，屏過(guò)內(nèi)部煙氣溫度變化隨爐膛高度變化明顯增大，溫度由40.5 m處的1466 K下降至43.3 m處的1407 K，溫度變化在21 K/m左右。在BMCR工況，大屏過(guò)熱器入口煙溫約1466 K，較鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)高100K左右，需要進(jìn)行溫度實(shí)測(cè)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行校正[2]。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度

為驗(yàn)證流場(chǎng)模擬的準(zhǔn)確性，針對(duì)不同負(fù)荷工況，對(duì)爐膛內(nèi)部煙氣溫度進(jìn)行了實(shí)測(cè)，測(cè)量采用K型熱偶和高溫紅外線(xiàn)測(cè)溫儀兩種不同的測(cè)量原理的測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，不同負(fù)荷下測(cè)量結(jié)果如下。

圖2 43.3 m標(biāo)高前墻測(cè)溫（300 MW）

圖3 43.3 m標(biāo)高前墻測(cè)溫（250 MW）

圖4 43.3 m標(biāo)高前墻測(cè)溫（180 MW）

測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，受燃燒工況影響，紅外測(cè)溫儀測(cè)量值不穩(wěn)定，K型熱偶的測(cè)量精度及穩(wěn)定性高于紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)量值，從測(cè)量結(jié)果可以看出，紅外測(cè)溫儀測(cè)量結(jié)果較K型熱偶測(cè)量結(jié)果低，而K型熱偶與鍋爐原始設(shè)計(jì)參數(shù)較為吻合。故本文中選取K型熱偶測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。此外，從圖2—圖4中可以看出爐膛左右兩端溫度較爐膛中心溫度偏低100℃左右，這是因?yàn)閮蓚?cè)煙氣流動(dòng)速度較中心明顯減弱，煙溫相對(duì)較低。選取靠近爐膛中心的4點(diǎn)平均溫度值更接近爐膛中心真實(shí)溫度。三種實(shí)測(cè)負(fù)荷下測(cè)量平均溫度見(jiàn)表2。

表2 不同負(fù)荷前墻溫度實(shí)測(cè)值

2 根據(jù)溫度場(chǎng)選擇開(kāi)孔位置

根據(jù)實(shí)測(cè)所得的平均溫度和流場(chǎng)模擬出的溫度場(chǎng)變化梯度可計(jì)算出大屏過(guò)熱器區(qū)域溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。再根據(jù)溫度變化梯度計(jì)算出適合反應(yīng)溫度場(chǎng)即爐內(nèi)脫硝噴槍的標(biāo)高。根據(jù)溫度梯度和修正后的屏過(guò)入口煙氣溫度計(jì)算出不同溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的爐膛標(biāo)高如表3所示，整個(gè)鍋爐爐膛內(nèi)適合反應(yīng)的溫度區(qū)間對(duì)應(yīng)的標(biāo)高范圍為37.3~50.7 m。

表3 不同溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的爐膛標(biāo)高

3 根據(jù)負(fù)荷范圍選擇開(kāi)孔位置

本對(duì)象負(fù)荷范圍統(tǒng)計(jì)如下，小于60%負(fù)荷占總運(yùn)行小時(shí)數(shù)的5%，大于90%負(fù)荷占總運(yùn)行小時(shí)數(shù)的10%，60%~90%負(fù)荷占機(jī)組總運(yùn)行小時(shí)數(shù)的85%左右。考慮到機(jī)組不同負(fù)荷的投運(yùn)時(shí)間占比，選擇60%~90%負(fù)荷區(qū)間作為最終的設(shè)計(jì)條件。相應(yīng)地選取900~1000℃的溫度區(qū)間作為設(shè)計(jì)依據(jù)。當(dāng)機(jī)組處于中、高負(fù)荷時(shí)，需在標(biāo)高41.5 m、44.5 m處設(shè)置兩層噴槍?zhuān)瑵M(mǎn)足不同負(fù)荷的使用要求[3]。

表4 設(shè)計(jì)溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的爐膛標(biāo)高

4 根據(jù)煙氣流速對(duì)停留時(shí)間的影響選擇開(kāi)孔位置

如果采用尿素作還原劑，要想獲得較為理想的脫硝效率，停留時(shí)間應(yīng)在0.5 s以上，由于爐膛內(nèi)部煙氣流速約6.8 m/s，在設(shè)計(jì)開(kāi)孔位置時(shí)，需要考慮煙氣流速對(duì)還原劑噴入?yún)^(qū)間的影響，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上將開(kāi)孔位置標(biāo)高下移3.8 m的距離，得出修正后的開(kāi)孔位置，如下表5。

表5 煙氣流速修正后的開(kāi)孔標(biāo)高

5 爐型結(jié)構(gòu)對(duì)開(kāi)孔的影響

噴槍的開(kāi)孔還需要考慮爐內(nèi)受熱管屏的布置情況，不論是前屏+后屏懸吊管過(guò)熱器布置還是前大屏+后屏懸吊管過(guò)熱器，每層噴槍布置及開(kāi)孔數(shù)量均受限于前屏或前大屏之間的間隔數(shù)量，每個(gè)間隔同一標(biāo)高只能架設(shè)一支噴槍?zhuān)送?，在噴槍的選取上需要結(jié)合屏間距選擇適合的噴射角度、噴射形狀、噴射距離以及霧化粒徑等參數(shù)，以適應(yīng)不同爐型的要求，從而達(dá)到最佳的脫硝效果。

本文研究對(duì)象有6塊前屏，一共形成7個(gè)間隔，但是左右兩端屏與鍋爐側(cè)墻距離太近，不適合布置噴槍?zhuān)衫玫拈g隔只有5個(gè)，因此，每層可以布置5支噴槍。

開(kāi)孔位置還需結(jié)合原有鍋爐平臺(tái)、吹灰器布置、觀察孔等布置情況，布置噴槍時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

本對(duì)象42.1 m爐前已有平臺(tái)，43.3 m爐前原有打焦孔，其中有4個(gè)打焦孔和噴槍布置位置相距較近，可適當(dāng)調(diào)整噴槍開(kāi)孔位置，讓管時(shí)需注意避讓。

最終確定41.5 m和44.5 m兩層，每層開(kāi)孔5處。

6 安裝角度

為增大還原劑和煙氣混合程度及還原劑在爐內(nèi)停留時(shí)間，41.5 m層布置5只噴槍沿著水平方向爐膛內(nèi)側(cè)向下傾斜10°，44.5 m層布置5支噴槍采用水平布置的方式。

7 結(jié)語(yǔ)

上述計(jì)算均在理論計(jì)算的條件下進(jìn)行，綜合各方面因素，最終確定了四角切圓煤粉爐SNCR噴槍的布置位置、層數(shù)、數(shù)量、角度等參數(shù)，實(shí)際脫硝效果仍需要在工程應(yīng)用中加以佐證。