1 000 MW燃煤鍋爐一次風(fēng)道復(fù)雜流場優(yōu)化

徐龍飛，陳士群

(江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇 連云港 222023)

0 引言

隨著技術(shù)改進(jìn)及提升，燃煤鍋爐日趨大型化，而其結(jié)構(gòu)空間布置趨于緊湊化，出現(xiàn)鍋爐熱一次風(fēng)道流場明顯紊亂的現(xiàn)象，致使一次風(fēng)測量難度加大及風(fēng)道阻力顯著增大，造成一次風(fēng)控制自動無法投入，影響機(jī)組AGC協(xié)調(diào)控制。

當(dāng)前大型燃煤鍋爐一次風(fēng)道以方形煙道為主，在非常緊湊的空間內(nèi)布置了多個變徑及轉(zhuǎn)向風(fēng)道，加之冷一次風(fēng)道在其位置會合，加劇了一次風(fēng)道熱風(fēng)流場紊亂、冷熱風(fēng)混合不均、風(fēng)道阻力增大的問題。國內(nèi)采用流場優(yōu)化設(shè)計來優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計并不常見，某電廠聯(lián)合東南大學(xué)梁志明教授提出了低阻型風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計及更換新型防堵型測點建議，結(jié)合數(shù)值模擬進(jìn)行電站鍋爐風(fēng)道設(shè)計優(yōu)化。該技術(shù)最大的特點是將冷、熱風(fēng)混合風(fēng)道變徑趨于平緩化設(shè)計，解決了混合不均及流場紊亂等問題，大大提高了流量測量的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)線性。

1 問題分析

磨煤機(jī)入口一次冷風(fēng)和熱風(fēng)混合后的速度和溫度分布不均勻，會導(dǎo)致一次風(fēng)量測量不準(zhǔn)，影響鍋爐燃燒工況的組織和調(diào)整，也影響鍋爐運行的安全經(jīng)濟(jì)性，且磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量精確測量是實現(xiàn)鍋爐精細(xì)化控制的前提。

實際熱態(tài)運行時，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量存在風(fēng)量顯示值在冷風(fēng)擋板開度小于熱風(fēng)擋板開度時，同時冷風(fēng)擋板開度不高于30 %的狀態(tài)下，均呈現(xiàn)出風(fēng)量顯示與風(fēng)門開度反趨勢現(xiàn)象。通過風(fēng)門特性試驗、現(xiàn)場管道布置及實際測試數(shù)據(jù)分析判斷，現(xiàn)場冷一次風(fēng)和熱一次風(fēng)混合后當(dāng)量直徑較短，僅依靠冷一次風(fēng)自身速度很難穿透熱風(fēng)，需要較長的直管段才能混合均勻，現(xiàn)有的直管段長度無法滿足測量要求，導(dǎo)致被測斷面處風(fēng)場分布偏差較大，出現(xiàn)較為明顯的高速區(qū)、中速區(qū)和低速區(qū)。冷風(fēng)流場對熱風(fēng)流場的干擾導(dǎo)致主要提供流量的熱風(fēng)流場因冷風(fēng)作用，流場分布整體較大位移，同時局部產(chǎn)生紊流或渦流現(xiàn)象，上述因素是造成目前風(fēng)量反趨勢的主要原因。原風(fēng)量測量測點布置及安裝位置等不太合理，未能充分考慮風(fēng)道短、流場受冷風(fēng)擾動大等因素影響。從現(xiàn)場情況看，原安裝位置在防爆門后方，為渦流區(qū)。

2 優(yōu)化方案

針對磨煤機(jī)混合一次風(fēng)量測量存在的問題，在保持原冷、熱風(fēng)道主體布置形式不變的前提下，通過流體動力場調(diào)平手段和優(yōu)化在線測點布置位置的路線，為在線測量單元提供一個較為穩(wěn)定均勻的流場，實現(xiàn)磨煤機(jī)混合一次風(fēng)量的精確測量。

2.1 改造目標(biāo)

(1) 通過一次風(fēng)量改造，解決風(fēng)量測量不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)線性不好等問題。

(2) 通過一次風(fēng)道流場優(yōu)化改造，減小風(fēng)道系統(tǒng)阻力，使得冷熱風(fēng)混合較為充分。

2.2 改造方案

結(jié)合了計算流體動力學(xué)(computation fluid dynamics，CFD)數(shù)值模擬分析云圖及現(xiàn)場實際多工況測試數(shù)據(jù)，同時充分考慮冷、熱風(fēng)混合不均等問題，制定了一次風(fēng)道流場的均流技術(shù)方案，具體為：以矩形大小頭與矩形管道連接處為起點，斜拉30°，導(dǎo)流板與防爆門相切即可，將此處變徑改為斜面導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)，此舉既不影響防爆門又改善了風(fēng)道流場(見圖1)。

圖1 一次風(fēng)道流場均流技術(shù)方案

拆除管道內(nèi)原風(fēng)量測量裝置，同時對原風(fēng)道加裝導(dǎo)流板裝置進(jìn)行流場優(yōu)化改造，在指定區(qū)域安裝東南大學(xué)研制生產(chǎn)的自清灰防堵矩陣式流量測量裝置，如圖2所示。

圖2 新型防堵型風(fēng)量流量測量裝置

導(dǎo)流板裝置改造分為兩個部分，分別為風(fēng)道上部導(dǎo)流改造(見圖3)和風(fēng)道側(cè)面導(dǎo)流部分改造(見圖4)。

圖3 風(fēng)道上部導(dǎo)流板

圖4 風(fēng)道側(cè)面導(dǎo)流板安裝示意

經(jīng)此改造優(yōu)化后，可降低風(fēng)阻，減少渦流的形成，同時也進(jìn)一步提高風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2.3 改造后一次風(fēng)標(biāo)定差壓比對數(shù)據(jù)

改造完成后對其進(jìn)行冷態(tài)標(biāo)定實驗，每個風(fēng)道開設(shè)4個標(biāo)定孔，用標(biāo)準(zhǔn)畢托管進(jìn)行等截面多點取壓，每截面取16個差壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和計算(見表1)。從取壓數(shù)據(jù)大小及分布情況得出結(jié)論，改造后風(fēng)道內(nèi)流場紊流現(xiàn)象有較大改善。

表1 2號爐磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)標(biāo)定差壓采集統(tǒng)計單位：Pa

2.4 標(biāo)定結(jié)果

一次風(fēng)道流場優(yōu)化改造及在線測點布置位置擇優(yōu)選擇后，磨煤機(jī)混合風(fēng)量精確測量的研究達(dá)到了預(yù)期效果(標(biāo)定結(jié)果見表2)，解決了困擾已久的風(fēng)量反趨勢無法投自動、震蕩幅度大、穩(wěn)定性差等多方面的問題。各個工況下，磨煤機(jī)混合風(fēng)量與熱一次風(fēng)擋板、冷一次風(fēng)擋板開度，均呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，風(fēng)量的顯示值輸出穩(wěn)定，實測風(fēng)量值與顯示值偏差較小，吻合度較高，完全可以滿足現(xiàn)場投運的需要。

表2 磨煤機(jī)一次風(fēng)流量標(biāo)定結(jié)果

3 結(jié)束語

以上采用CFD模擬計算手段，對1 000 MW磨煤機(jī)入口風(fēng)道進(jìn)行了流場診斷分析，針對現(xiàn)有煙道阻力偏大及流場分布存在的問題，在各轉(zhuǎn)向后及變徑段設(shè)置導(dǎo)流板，將部分直角變徑風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計成斜面導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)，有效降低了風(fēng)道阻力，同時改善了風(fēng)道流場分布均勻性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了風(fēng)量在線測點布置位置擇優(yōu)選擇并采用新型防堵型風(fēng)量流量測量裝置。優(yōu)化改造方案具有改造量小、方案靈活可靠、改造風(fēng)險低，同時收益較好等特點。