130 t/h循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)研究

曹兆軍,卞伯明,史海紅,張 君,董建聰,張 進(jìn),錢耀如

(1. 國家電投集團(tuán)鹽城熱電有限責(zé)任公司, 江蘇 鹽城 224007;2. 南京工程學(xué)院能源研究院, 江蘇 南京 211167)

與傳統(tǒng)煤粉鍋爐相比,循環(huán)流化床(CFB)鍋爐具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、燃燒階段污染物排放低和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[1],在我國化工、供熱和火力發(fā)電行業(yè)發(fā)揮出越來越重要的作用.由于循環(huán)流化床鍋爐獨(dú)特的爐膛結(jié)構(gòu)和送風(fēng)方式,其爐膛內(nèi)配風(fēng)及介質(zhì)流動(dòng)特性對(duì)鍋爐燃燒效率、污染物生成乃至整個(gè)機(jī)組性能影響極大[2].鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)是掌握爐膛內(nèi)配風(fēng)和空氣動(dòng)力場(chǎng)的可行方法,已經(jīng)成為新建和改造循環(huán)流化床鍋爐在熱態(tài)啟動(dòng)前最重要的試驗(yàn)之一[3].

近年來,許多學(xué)者采用不同方法對(duì)流化床鍋爐爐膛內(nèi)配風(fēng)和流動(dòng)特性開展了研究.文獻(xiàn)[4]對(duì)一臺(tái)新建300 MW循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了布風(fēng)板阻力特性、料層阻力特性及臨界流化風(fēng)量試驗(yàn),并采用觀察床料法對(duì)爐膛和外置床布風(fēng)板開展了配風(fēng)均勻性試驗(yàn);文獻(xiàn)[5]利用鐘罩式風(fēng)帽冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐鐘罩式風(fēng)帽的流化特性進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn),通過電阻法和高速攝像機(jī)研究不同流化風(fēng)溫對(duì)風(fēng)帽周圍介質(zhì)流動(dòng)特性的影響;文獻(xiàn)[6]采用計(jì)算顆粒流體力學(xué)模型對(duì)循環(huán)流化床鍋爐主循環(huán)回路流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,研究了爐內(nèi)二次風(fēng)噴口位置對(duì)其穿透性的影響.

本文對(duì)一臺(tái)D級(jí)檢修后的130 t/h循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行冷態(tài)試驗(yàn),通過直接測(cè)量風(fēng)速法研究不同鍋爐負(fù)荷工況下爐膛內(nèi)一次風(fēng)布風(fēng)特性和二次風(fēng)配風(fēng)特性,為后續(xù)燃燒優(yōu)化控制策略的制定和鍋爐熱態(tài)調(diào)試工作的開展提供有利的數(shù)據(jù)參考.

1 鍋爐概況

試驗(yàn)中130 t/h循環(huán)流化床鍋爐為高溫、高壓自然循環(huán)鍋爐,采用單爐膛、鍋筒橫臥式、全鋼架懸吊π型布置.爐膛出口處安裝2臺(tái)蝸殼式汽冷旋風(fēng)分離器,轉(zhuǎn)向室后部的垂直煙道內(nèi)依次布置兩級(jí)過熱器、兩組省煤器和三組空預(yù)器,鍋爐的主體結(jié)構(gòu)和主要設(shè)計(jì)參數(shù)如圖1和表1所示.

圖1 鍋爐主體結(jié)構(gòu)

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐爐膛采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu),爐膛下部密相區(qū)前后墻水冷壁構(gòu)成一個(gè)錐體,錐體底部是水冷布風(fēng)板,其下為水冷風(fēng)室;下部密相區(qū)前后墻水冷壁布置2排共計(jì)21個(gè)二次風(fēng)噴口.布風(fēng)板由水冷壁與扁鋼焊制而成,布風(fēng)板橫斷面尺寸為7.69×1.96,其上均勻布置11×48個(gè)風(fēng)帽,風(fēng)帽橫向節(jié)距為160 mm,縱向節(jié)距為170 mm.布風(fēng)板與二次風(fēng)系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)如圖2所示.

(a) 布風(fēng)板

2 冷態(tài)試驗(yàn)方法

本次循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)包括一次風(fēng)布風(fēng)均勻性試驗(yàn)和二次風(fēng)配風(fēng)均勻性試驗(yàn).試驗(yàn)風(fēng)量選取50 000、40 000和30 000 Nm3/h,分別對(duì)應(yīng)鍋爐熱態(tài)運(yùn)行中的高、中、低三個(gè)負(fù)荷工況.

在一次風(fēng)布風(fēng)均勻性試驗(yàn)中,根據(jù)鍋爐D級(jí)檢修后的布風(fēng)板結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將布風(fēng)板劃分成80個(gè)測(cè)量區(qū)域(如圖3所示),對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量,測(cè)量點(diǎn)位于每個(gè)網(wǎng)格的中心,測(cè)量人員手持加野KA23型熱線風(fēng)速儀進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量.

圖3 布風(fēng)板測(cè)量區(qū)域劃分

在二次風(fēng)配風(fēng)均勻性試驗(yàn)中,按照前、后墻順序依次逐個(gè)測(cè)量上下二次風(fēng)口流速,再根據(jù)各個(gè)二次風(fēng)管風(fēng)速分別調(diào)節(jié)二次風(fēng)口閥門開度.閥門調(diào)節(jié)好后,再次測(cè)量二次風(fēng)風(fēng)速,直至各個(gè)噴口風(fēng)速基本一致.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 一次風(fēng)布風(fēng)均勻性

沿布風(fēng)板寬度方向上,從左墻至右墻一次風(fēng)風(fēng)速測(cè)量編號(hào)依次為1—16;沿布風(fēng)板深度方向上,從前墻至后墻的測(cè)量編號(hào)依次為1—5.一次風(fēng)風(fēng)速測(cè)量結(jié)果如表2、表3所示,速度分布圖如圖4、圖5所示.

表2 沿布風(fēng)板寬度方向上的一次風(fēng)平均風(fēng)速 m·s-1

表3 沿布風(fēng)板深度方向上一次風(fēng)平均風(fēng)速 m·s-1

圖4 沿布風(fēng)板寬度方向上的平均風(fēng)速分布

圖5 沿布風(fēng)板深度方向上的平均風(fēng)速分布

從圖4可見,在高、中、低三種鍋爐負(fù)荷工況下,沿爐膛寬度方向上的一次風(fēng)風(fēng)速分布呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn):低負(fù)荷時(shí),靠近右側(cè)墻一側(cè)的風(fēng)速比左側(cè)墻一側(cè)的風(fēng)速高;中負(fù)荷時(shí)的風(fēng)速分布為右側(cè)墻一側(cè)的風(fēng)速低、左側(cè)墻的高;在高負(fù)荷工況下,一次風(fēng)風(fēng)速的脈動(dòng)性明顯增強(qiáng),這與循環(huán)流化床在高負(fù)荷工況下的爐內(nèi)物料流化態(tài)情況一致.

由圖5可見,中、低負(fù)荷工況下的一次風(fēng)風(fēng)速分布較為一致,均表現(xiàn)為靠近前墻一次的風(fēng)速比后墻一側(cè)的風(fēng)速低,且最高一次風(fēng)風(fēng)速位置均為#4,最高風(fēng)速分別為1.05 m/s和0.92 m/s;在高負(fù)荷工況下,前墻一側(cè)的風(fēng)速比后墻一側(cè)的要高,且各排風(fēng)速間的差異增加,#2風(fēng)速接近1.4 m/s,#1風(fēng)速最低,只有0.84 m/s.

通過計(jì)算不同負(fù)荷工況下一次風(fēng)風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)差來分析其布風(fēng)均勻性.高、中、低三種負(fù)荷工況的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.51、0.45和0.32.圖6為不同負(fù)荷工況下的布風(fēng)板風(fēng)速分布圖,可以看到,隨著負(fù)荷的增加,一次風(fēng)速的整體不均勻性不斷增加.

(a) 高負(fù)荷工況

3.2 二次風(fēng)配風(fēng)均勻性

該130 t/h循環(huán)流化床鍋爐二次風(fēng)布置如圖7所示.

在高、中、低負(fù)荷工況下,根據(jù)在爐內(nèi)二次風(fēng)噴口處測(cè)量得到的二次風(fēng)風(fēng)速調(diào)節(jié)爐外二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度,可以得到不同負(fù)荷工況下的優(yōu)化二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度,見表4—表6.

表4 高負(fù)荷工況下二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度 %

表5 中負(fù)荷工況下二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度 %

表6 低負(fù)荷工況下二次風(fēng)風(fēng)門擋板開度 %

4 結(jié)語

本文對(duì)一臺(tái)經(jīng)檢修后的130 t/h循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行冷態(tài)試驗(yàn),通過直接測(cè)量風(fēng)速法研究不同鍋爐負(fù)荷工況下爐膛內(nèi)一次風(fēng)布風(fēng)特性和二次風(fēng)配風(fēng)特性.在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中,根據(jù)一次風(fēng)分布特性在爐膛寬度方向上進(jìn)行有針對(duì)性的投料;根據(jù)試驗(yàn)中得到的二次風(fēng)擋板特性,給出不同負(fù)荷工況下的二次風(fēng)風(fēng)門擋板推薦開度.通過采取上述措施以保證爐膛內(nèi)部物料分布和燃燒過程的均勻性.