1125t/h超臨界墻式切圓褐煤鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗研究

李廣偉 張海潮

摘 要：為了解某電廠1125 t/h 超臨界墻式切圓褐煤鍋爐大修后爐內(nèi)空氣動力場的分布特性，進行了鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗。對鍋爐一、二次風風速進行了調(diào)平，并對爐內(nèi)實際切圓及貼壁風速進行了測量。試驗結果表明，經(jīng)調(diào)整后，各粉管及燃燒器噴口風速均勻，二次風擋板特性較好，實際切圓大小及貼壁風速合理。

關鍵詞：超臨界；墻式切圓鍋爐；冷態(tài)空氣動力場；試驗研究

引言

鍋爐燃燒工況的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性對大型發(fā)電機組安全、經(jīng)濟運行有著至關重要的作用，而燃燒工況的優(yōu)劣在很大程度上決定于燃燒器及爐膛的空氣動力工況。遼寧某電廠1號鍋爐由于在前一階段運行中發(fā)現(xiàn)存在著水冷壁壁溫高、左右側(cè)汽溫偏差大，主再汽溫偏低等現(xiàn)象而進行機組大修。另外結合機組節(jié)能降耗科研項目的需要，所以大修過程中決定要在啟動前做冷態(tài)動力場試驗，以檢驗爐內(nèi)空氣動力工況。通過冷態(tài)調(diào)整、試驗、測試等手段以改善爐內(nèi)動力工況，為機組熱態(tài)運行及燃燒調(diào)整提供可靠的理論依據(jù)。

1 設備概況

鍋爐主要設計參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設計參數(shù)參數(shù)表

注： 1） BMCR 指鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況；2） BRL 指額定工況。

該電廠鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司自主開發(fā)研制，型號為HG-1125/25.4-HM2的超臨界壓力、螺旋管圈、低NOx直流煤粉燃燒器、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構架的變壓本生直流爐。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。設計煤種為20%鐵法煙煤與80%平莊褐煤的混煤。

2 試驗內(nèi)容及方法

2.1 試驗項目

通過對設備運行狀況摸底，進行了以下試驗項目：（1）一、二次風調(diào)平試驗；（2）二次風擋板調(diào)節(jié)特性試驗；（3）爐內(nèi)實際切圓測量與貼壁風速測量；（4）燃盡風擺動執(zhí)行機構檢查。

2.2 冷態(tài)模擬試驗參數(shù)的確定

根據(jù)相似原理[2]，應滿足模型與實物幾何相似、邊界條件相似及保持氣流運動狀態(tài)進入自?；瘏^(qū)。在冷態(tài)試驗時，應使爐內(nèi)氣流的雷諾數(shù)Re冷與熱態(tài)的雷諾數(shù)Re熱相等或超過臨界雷諾數(shù)Re臨。當Re冷>Re臨時，流動工況進入自?；瘏^(qū)，由于冷態(tài)空氣的運動黏度小，Re臨較小。試驗時的風量遠大于進入自模化區(qū)風量，爐內(nèi)的流動能達到進入自模化區(qū)的要求。由于試驗在實際運行鍋爐上進行，幾何相似完全滿足，因此只要滿足冷、熱態(tài)下各氣流動量比相等的邊界條件即可。經(jīng)過對本臺鍋爐冷態(tài)?；嬎憧芍?，鍋爐冷態(tài)一次風速在26.3m/s，二次風速在35.8m/s左右時，即可以保證和熱態(tài)爐內(nèi)工況相似。

3 試驗結果及分析

3.1 一、二次風的風速調(diào)平

為保證同一磨煤機4根煤粉管道風速一致及各燃燒器燃燒的穩(wěn)定性，對5臺磨煤機出口粉管風速進行冷態(tài)調(diào)平試驗。該試驗在機組額定負荷時所對應的磨煤機出力下進行，冷態(tài)調(diào)平試驗的一次風量設定為80～100t/h。調(diào)平結果見表2、表3。

通過對試驗的測試數(shù)據(jù)進行分析，認為一次風在調(diào)整前偏差較大，粉管風速最大偏差有38.75%?，F(xiàn)已將5臺磨煤機四角粉管調(diào)整至偏差允許范圍±5%內(nèi)，風速在21.92～29.47m/s 之間，各一次風粉管風速較為均勻。在調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)部分可調(diào)縮孔不能靈活動作，應該抓緊處理。由表3可知，調(diào)整后各角噴燃器出口風速差較小，風速均勻，有利于爐內(nèi)著火燃燒。

3.2 爐內(nèi)空氣動力場分析

3.2.1 爐內(nèi)實際切圓測量

在爐內(nèi)A層和C層噴燃器標高處，用風速儀沿十字線方向測量各點風速，得到爐內(nèi)空氣動力場。根據(jù)空氣動力場的分布特性畫出實際切圓如圖1、圖2所示。

圖1爐內(nèi)A層實際切圓分布圖 圖2爐內(nèi)C層實際切圓分布圖

試驗結果表明，對沖一次風受到偏轉(zhuǎn)二次風的沖擊，風速有明顯的減小，此時的一次風衰減最快的位置就是切圓的最大外徑。根據(jù)測量結果可見，爐膛中心存在一個無風區(qū)或低風速區(qū)，爐內(nèi)為順時針方向旋轉(zhuǎn)大切圓布置，A層氣流切圓處最高風速為10.6m/s，切圓直徑11m左右，形狀近似圓形，大小合適，基本居中；C層氣流切圓處最高風速為8m/s，切圓直徑約10m，基本居中，略偏向后墻約250mm?？傮w來說切圓較均勻，爐膛充滿度較好。

3.2.2 爐內(nèi)貼壁風速測量

在爐內(nèi)下層噴燃器標高處對爐內(nèi)貼壁風速進行了測量，圖中橫坐標表示測點編號，縱坐標表示貼壁風速，單位為m/s。貼壁風速測量結果如圖3所示。

由圖3可以看出各角、各層噴口附近貼壁風速都很小，而各爐墻中心部位貼壁風速均偏高，經(jīng)過分析是因為墻式切圓直徑較大，鄰角互相影響所致[3]。1-2號角之間最大貼壁風速為6.8m/s，2-3號角之間最大貼壁風速為5.2m/s，3-4號角之間最大貼壁風速為5m/s，4-1號角之間最大貼壁風速為5.6m/s。各墻貼壁風速分布較均勻，只有1-2號角之間最大貼壁風速略大，基本不會造成嚴重的氣流刷墻現(xiàn)象和結渣問題，不會影響鍋爐的安全運行。

3.3 燃盡風擺動執(zhí)行機構檢查

本次試驗中，發(fā)現(xiàn)燃盡風燃燒器安裝角度整體明顯偏向逆時針方向。除#4角在調(diào)節(jié)到逆時針最大時稍有向順時針偏轉(zhuǎn)的角度外，其他三個角在擺動執(zhí)行機構調(diào)節(jié)到逆時針最大時，角度仍在對沖位置，未偏向順時針方向；在調(diào)節(jié)到逆時針方向最大時，角度明顯偏向逆時針方向。在這樣的情況下，無論如何調(diào)節(jié)，燃盡風的消旋作用都非常微小[4]。墻式切圓鍋爐切圓直徑大，旋轉(zhuǎn)動量大，燃盡風反切是本鍋爐設計的重要消旋調(diào)節(jié)手段，而燃盡風安裝角度與設計要求存在較大偏差。本鍋爐存在再熱汽溫兩側(cè)出口偏差大的問題，對燃盡風配風進行了多種方式的調(diào)整，均沒有明顯效果，和燃盡風燃燒器安裝角度存在偏差有直接關系。

4 結束語

通過對該電廠1125t/h超臨界墻式切圓鍋爐的冷態(tài)空氣動力場試驗，可得出以下結論：（1）調(diào)整后，5臺磨煤機四角粉管風速偏差在允許范圍±5%內(nèi)，各一次風粉管風速較為均勻。各角噴燃器出口風速偏差較小，風速均勻，有利于爐內(nèi)著火燃燒。在調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)部分可調(diào)縮孔不能靈活動作，應該抓緊處理。（2）爐內(nèi)為順時針方向旋轉(zhuǎn)大切圓布置，爐內(nèi)實際氣流切圓中心較居中，A層切圓直徑約11米，基本居中；C層切圓直徑約10m，基本居中，略偏向后墻約250mm?？傮w來說切圓較均勻，爐膛充滿度較好。（3）各墻貼壁風速分布較均勻，只有1-2號角之間最大貼壁風速略大，基本不會造成嚴重的氣流刷墻現(xiàn)象和結渣問題，不會影響鍋爐的安全運行。（4）本次試驗中，發(fā)現(xiàn)燃盡風燃燒器安裝角度存在偏差，導致該鍋爐在再熱汽溫兩側(cè)出口偏差大的工況下，對燃盡風配風進行了多種方式的調(diào)整，均沒有明顯效果。建議及時處理該缺陷，以保證鍋爐熱態(tài)運行期間的安全性和可靠性。

參考文獻

[1]哈爾濱鍋爐廠有限責任公司.HG-1125/25.4-HM2型超臨界直流鍋爐本體說明書[M].哈爾濱：哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，2011：1-3.

[2]岑可法.鍋爐燃燒試驗方法及測量技術[M].北京：水利電力出版社，1987.

[3]譚厚章，余戰(zhàn)英，等.四墻切圓布置燃燒器爐內(nèi)實際切圓大小的試驗研究[J].熱能動力工程，2004，（3）.

[4]費名儉，劉建忠，等.反切風對鍋爐冷態(tài)空氣動力場影響的試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程，2004，（11）.

作者簡介：李廣偉（1983-），男，工程師，碩士，從事機組性能測試、系統(tǒng)優(yōu)化及電站調(diào)試技術研究。