600 MW超臨界旋流對(duì)沖鍋爐降低熱偏差燃燒調(diào)整

鐘 偉

(國(guó)家電投集團(tuán)重慶合川發(fā)電有限公司, 重慶 401520)

旋流對(duì)沖燃燒方式具有煤粉氣流和回流煙氣混合強(qiáng)烈、氣流湍流強(qiáng)度大、燃燒器獨(dú)立性好等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)行過(guò)程中左、右兩側(cè)煙道中煙氣速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)相對(duì)四角切圓燃燒方式的鍋爐更加均勻[1]。但是由于安裝、制造差異等原因，兩側(cè)風(fēng)箱、煙道等的局部阻力往往會(huì)有所不同，使得燃燒器本體之間的供風(fēng)量并不嚴(yán)格相等；磨煤機(jī)出口各一次風(fēng)粉管道的阻力不同，使得風(fēng)粉氣流濃度不同等原因，造成旋流對(duì)沖燃燒方式的鍋爐常存在一定的汽水熱偏差。目前關(guān)于旋流燃燒鍋爐運(yùn)行情況的研究較多，但是針對(duì)熱偏差的較少，這些研究主要集中在降低CO、低負(fù)荷穩(wěn)燃和著火燃盡等方面。夏文靜等[2]以某660 MW超超臨界對(duì)沖燃燒鍋爐為研究對(duì)象，基于燃燒調(diào)整試驗(yàn)，鍋爐修正后效率可維持在93.7%以上(設(shè)計(jì)值為93．61%)。李春曦等[3]針對(duì)某600 MW超臨界對(duì)沖燃燒鍋爐在低氮技術(shù)改造后側(cè)墻壁面出現(xiàn)明顯的還原性高溫硫腐蝕現(xiàn)象，采用在側(cè)墻添加貼壁風(fēng)裝置方案并進(jìn)行了全爐膛數(shù)值模擬，結(jié)果表明：添加貼壁風(fēng)裝置后，側(cè)墻CO體積分?jǐn)?shù)明顯下降，O2體積分?jǐn)?shù)明顯升高，壁面的還原性氣氛得到有效改善。關(guān)鍵等[4]通過(guò)對(duì)某300 MW機(jī)組鍋爐不同工況下的水冷壁貼壁氣氛測(cè)試，系統(tǒng)研究了側(cè)墻水冷壁貼壁氣氛在爐膛高度方向、深度方向及不同磨煤機(jī)組下的分布規(guī)律，并分析了原因，提出了判斷高溫腐蝕傾向性的貼壁氣氛控制指標(biāo)。何翔等[5]對(duì)某600 MW機(jī)組鍋爐在低負(fù)荷下，從運(yùn)行數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)著手分析存在的問(wèn)題并開(kāi)展了一系列調(diào)整工作，得出了分隔屏最高點(diǎn)壁溫和最低點(diǎn)壁溫偏差過(guò)大是一次風(fēng)不平衡以及二次風(fēng)量?jī)蓚?cè)偏差共同造成的。王松浩[6]對(duì)旋流對(duì)沖燃燒鍋爐燃用煙煤時(shí)的NOx排放、CO2和O2的分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：沿爐膛高度方向橫截面上O2和CO2平均體積分?jǐn)?shù)分布呈互補(bǔ)的關(guān)系。綜上，關(guān)于旋流對(duì)沖燃燒方式鍋爐從運(yùn)行優(yōu)化角度降低熱偏差的研究尚不多見(jiàn)，筆者對(duì)某600 MW機(jī)組鍋爐的熱偏差進(jìn)行了分析，采取了一系列有針對(duì)性的調(diào)整措施，降低了減溫水流量，減少了熱偏差。

1 設(shè)備概況

該600 MW機(jī)組鍋爐為DG2045/26.15-II 2型、超超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行直流鍋爐。采用一次中間再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對(duì)沖燃燒方式，鍋爐本體為單爐膛尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊Π形結(jié)構(gòu)。

鍋爐制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)正壓一次風(fēng)直吹式送粉系統(tǒng)，配6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)(A～F)，設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為5運(yùn)1備。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用前后墻對(duì)沖布置，每臺(tái)磨煤機(jī)帶1層6個(gè)燃燒器(1號(hào)～6號(hào))，共36個(gè)燃燒器前后墻各3層對(duì)沖布置，在前后墻煤粉燃燒器上方各布置了6個(gè)燃盡風(fēng)燃燒器和2個(gè)側(cè)燃盡風(fēng)燃燒器。

一次風(fēng)粉混合物首先進(jìn)入燃燒器的一次風(fēng)入口彎頭，然后經(jīng)過(guò)燃燒器一次風(fēng)管和布置在一次風(fēng)管中的煤粉濃縮器，濃縮器使煤粉氣流產(chǎn)生徑向分離。濃煤粉氣流從一次風(fēng)管圓周外側(cè)經(jīng)過(guò)一次風(fēng)管出口處的穩(wěn)燃齒環(huán)進(jìn)入環(huán)形回流區(qū)著火燃燒；淡煤粉氣流從一次風(fēng)管中心區(qū)域噴入爐內(nèi)，并進(jìn)入內(nèi)回流區(qū)著火燃燒。

每個(gè)燃燒器的二次風(fēng)量靠就地的二次風(fēng)門(mén)手動(dòng)閥門(mén)調(diào)節(jié)，最大刻度為90°，該二次風(fēng)門(mén)手動(dòng)閥門(mén)控制中心風(fēng)、二次風(fēng)(內(nèi)二次風(fēng))、三次風(fēng)(外二次風(fēng))的總風(fēng)量；中心風(fēng)量為總二次風(fēng)量的5%左右，二次風(fēng)通道內(nèi)布置有軸向旋流器使得經(jīng)過(guò)的二次風(fēng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，旋流器葉片為固定式傾角60°，不可調(diào)節(jié)；三次風(fēng)可通過(guò)燃燒器上切向布置的三次風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)其切向葉片的開(kāi)度，開(kāi)度越小旋流強(qiáng)度越大，但是阻力也增大，三次風(fēng)和二次風(fēng)氣流的旋向相反。二次風(fēng)大風(fēng)箱從左右兩側(cè)為燃燒器提供總二次風(fēng)，每層燃燒器配置層二次風(fēng)門(mén)擋板用以調(diào)節(jié)該層的總二次風(fēng)量，設(shè)計(jì)二次風(fēng)率在63%。除此以外，在最上層燃燒器上部還布置了燃盡風(fēng)(SOFA)，中間直流和外側(cè)旋流，燃盡風(fēng)率為15%。

2 現(xiàn)狀及分析

機(jī)組長(zhǎng)期在500 MW運(yùn)行，燃用重慶煙煤和陜煤的混煤，采用煤場(chǎng)混合的加倉(cāng)方式，入爐煤發(fā)熱量在21～22 MJ/kg，煤質(zhì)較為穩(wěn)定。鍋爐投運(yùn)ABDEF 5臺(tái)磨煤機(jī)，E磨煤機(jī)的給煤量最少。前墻和后墻的SOFA、二次風(fēng)總風(fēng)門(mén)開(kāi)度都在20%，停運(yùn)層C層的二次風(fēng)總風(fēng)門(mén)開(kāi)度在10%，起到冷卻燃燒器噴口的作用；每個(gè)燃燒器就地二次風(fēng)門(mén)全開(kāi)，1號(hào)和6號(hào)燃燒器的二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度在70%，2號(hào)和4號(hào)燃燒器的二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度在60%，3號(hào)和4號(hào)燃燒器的二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度在50%，燃燒器配風(fēng)方式見(jiàn)表1。

表1 燃燒器配風(fēng)方式

在汽水方面，一級(jí)過(guò)熱器減溫水閥門(mén)左側(cè)關(guān)閉，而右側(cè)閥門(mén)開(kāi)度在53.99%；二級(jí)過(guò)熱器減溫水右側(cè)閥門(mén)開(kāi)度在44.82%，左側(cè)閥門(mén)開(kāi)度在21.56%。說(shuō)明爐膛燃燒存在一定偏斜；過(guò)了分隔屏過(guò)熱器之后進(jìn)入高溫過(guò)熱器，煙氣量左右側(cè)的偏斜同樣影響到二級(jí)減溫水閥門(mén)的開(kāi)度，仍是右側(cè)大于左側(cè)；再熱器存在一定的減溫水，右側(cè)減溫水的閥門(mén)開(kāi)度在13.48%，左側(cè)減溫水的閥門(mén)開(kāi)度在6.07%。從煙氣擋板調(diào)整來(lái)看，右側(cè)過(guò)熱器的煙氣擋板已調(diào)整至30%，左側(cè)過(guò)熱器的煙氣擋板在60%，說(shuō)明靠煙氣擋板來(lái)調(diào)整左右側(cè)的汽水熱偏差是不夠的。

表2是運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)煙系統(tǒng)的主要參數(shù)。

表2 風(fēng)煙系統(tǒng)主要參數(shù)

表2(續(xù))

從表2可以看出：煙氣量右側(cè)大于左側(cè)；熱二次風(fēng)流量右側(cè)大于左側(cè)；一次風(fēng)冷風(fēng)流量右側(cè)大于左側(cè)；一次風(fēng)熱風(fēng)流量右側(cè)大于左側(cè)。同時(shí)，煙溫在空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口右側(cè)小于左側(cè)；二次風(fēng)溫度右側(cè)小于左側(cè)；一次風(fēng)熱風(fēng)溫度右側(cè)小于左側(cè)；脫硝系統(tǒng)入口煙溫右側(cè)小于左側(cè)；風(fēng)量大的一側(cè)吸熱量大，相應(yīng)的風(fēng)溫低。

而低溫過(guò)熱器后煙溫右側(cè)大于左側(cè)，低溫再后煙溫右側(cè)大于左側(cè)，這和煙氣擋板的調(diào)整有關(guān)，右側(cè)過(guò)熱器煙氣擋板開(kāi)度在30%，而左側(cè)擋板開(kāi)度為60.66%，蒸汽流量左、右側(cè)分布一致時(shí)，煙氣量大的一側(cè)煙溫降小，故此處的右側(cè)煙溫大于左側(cè)。而再熱器煙氣擋板開(kāi)度100%和80%的煙氣量實(shí)際上差別不大，因?yàn)榱髁亢蛽醢彘_(kāi)度的關(guān)系是拋物線關(guān)系，80%開(kāi)度和100%開(kāi)度對(duì)流量的影響差異很小[7]。從上述分析可以認(rèn)為風(fēng)量右側(cè)大于左側(cè)。在空氣預(yù)熱器的左、右側(cè)漏風(fēng)率差不多的前提下，認(rèn)為煙氣從爐膛至煙氣擋板的流量也是右側(cè)大于左側(cè)。

為控制磨煤機(jī)分離器出口溫度，冷風(fēng)擋板開(kāi)度較大，熱風(fēng)擋板開(kāi)度較小。熱風(fēng)擋板開(kāi)度偏小會(huì)引起節(jié)流損失增加，一次風(fēng)機(jī)電耗提高。從取樣數(shù)據(jù)看煤粉細(xì)度R90甚至有低于10%的情況，反映出煤粉細(xì)度相對(duì)偏高。制粉系統(tǒng)的主要運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 制粉系統(tǒng)主要參數(shù)

由于右側(cè)的風(fēng)量大，導(dǎo)致火焰中心略偏高，分隔屏過(guò)熱器右側(cè)的吸熱量大于左側(cè)，且煙氣量大導(dǎo)致了汽水右側(cè)的對(duì)流受熱面吸熱量大，印證了一、二級(jí)減溫水開(kāi)度的偏差。

3 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

綜上所述，鍋爐主要存在熱偏差的問(wèn)題，分析其原因是：磨煤機(jī)粉管一次風(fēng)粉可能存在不平的情況；二次風(fēng)門(mén)擋板左、右側(cè)開(kāi)度都一致，沒(méi)有針對(duì)性；燃盡風(fēng)前墻和后墻開(kāi)度一致，沒(méi)有針對(duì)性；每層6個(gè)燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)閥門(mén)全開(kāi)，從左至右的風(fēng)箱流場(chǎng)分布由于局部阻力大小不同，并不是完全均勻的，從集散控制系統(tǒng)(DCS)畫(huà)面上看出二次風(fēng)箱各層燃燒器左右側(cè)風(fēng)壓大小不一，說(shuō)明左右側(cè)確實(shí)存在二次風(fēng)流量偏差；制粉系統(tǒng)各臺(tái)投運(yùn)磨煤機(jī)的調(diào)整方式、煤粉細(xì)度等還有一定的優(yōu)化空間[8]。

針對(duì)造成熱偏差現(xiàn)象的原因開(kāi)展有針對(duì)性的燃燒調(diào)整試驗(yàn)。

3.1 一次風(fēng)調(diào)平

對(duì)5臺(tái)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉管道進(jìn)行了一次風(fēng)熱態(tài)調(diào)平，使各管道風(fēng)速相對(duì)偏差在5%以內(nèi)。以A磨煤機(jī)3個(gè)工況的調(diào)平試驗(yàn)為例，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 A磨煤機(jī)一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可以看出：A3粉管的風(fēng)速普遍較高，而A6粉管的風(fēng)速偏低，通過(guò)對(duì)粉管可調(diào)縮孔進(jìn)行調(diào)整，使得6根粉管的風(fēng)速相對(duì)偏差降低至5%以內(nèi)。

3.2 煤粉細(xì)度調(diào)整

對(duì)5臺(tái)磨煤機(jī)在不同的分離器折向擋板開(kāi)度、磨煤機(jī)出口溫度、通風(fēng)和出力下煤粉特性的變化規(guī)律進(jìn)行研究，通過(guò)等速取樣，對(duì)煤粉進(jìn)行篩分，結(jié)果表明：R90主要分布在15%～25%，均勻性指數(shù)n普遍在1.1左右，未出現(xiàn)不合理之處。調(diào)整后，將這5臺(tái)磨煤機(jī)的R90調(diào)整為20%，其中A磨煤機(jī)折向擋板刻度為50°、B和C磨煤機(jī)折向擋板刻度為45°、D和E磨煤機(jī)折向擋板刻度為40°，將磨煤機(jī)分離器出口溫度設(shè)定值統(tǒng)一控制在75 ℃，適當(dāng)開(kāi)大熱風(fēng)擋板開(kāi)度在50%附近，降低一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值(-0.3 kPa的偏置)，以減少熱風(fēng)擋板的節(jié)流損失[9]。

3.3 燃燒器調(diào)整和配風(fēng)優(yōu)化

盡管理論上二次風(fēng)越大，卷吸煙氣量的效果越好，但是過(guò)多的二次風(fēng)會(huì)滲透進(jìn)一次風(fēng)粉，增加著火熱[10]。因此，在一次風(fēng)調(diào)平和煤粉細(xì)度調(diào)整完畢后，降低右側(cè)的通風(fēng)量，除了對(duì)右側(cè)層操風(fēng)門(mén)進(jìn)行調(diào)整以外，還有針對(duì)性地關(guān)小某幾個(gè)燃燒器二次風(fēng)門(mén)，調(diào)整后的煙氣成分和減溫水閥門(mén)開(kāi)度變化見(jiàn)表4。

表4 調(diào)整后的煙氣成分和減溫水閥門(mén)開(kāi)度的變化

由表4可以看出：機(jī)組負(fù)荷在500 MW，鍋爐投運(yùn)ABDEF 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，空氣預(yù)熱器進(jìn)口的O2和CO體積分?jǐn)?shù)變化不大，說(shuō)明調(diào)整措施對(duì)總體爐內(nèi)燃燒的影響沒(méi)有負(fù)面效應(yīng)。對(duì)前、后墻下面2層燃燒器的二次風(fēng)門(mén)的右側(cè)進(jìn)行了關(guān)??；再將下層燃燒器中間2個(gè)二次風(fēng)門(mén)進(jìn)行了關(guān)小，這是因?yàn)轱L(fēng)箱和兩側(cè)燃燒器連接的“丁”字頭處的局部阻力大[9]，適當(dāng)關(guān)小中間燃燒器的二次風(fēng)門(mén)，使得兩側(cè)燃燒器的二次風(fēng)增大，可以彌補(bǔ)由于右側(cè)二次風(fēng)門(mén)的關(guān)小帶來(lái)的右側(cè)燃燒器供風(fēng)不足的影響。調(diào)整后，一級(jí)減溫水閥門(mén)右側(cè)的開(kāi)度逐漸減小，從最初的51%關(guān)小至20%；二級(jí)減溫水閥門(mén)左側(cè)開(kāi)度從18%增至21%，右側(cè)開(kāi)度從34%減少至24%，說(shuō)明二級(jí)減溫水閥門(mén)左右側(cè)開(kāi)度逐漸趨于一致。自2017年9月1日起，每天都按上述調(diào)整方式運(yùn)行，燃燒器調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度不再恢復(fù)，減溫水質(zhì)量流量統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)圖2。

圖2 日均統(tǒng)計(jì)減溫水質(zhì)量流量

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某600 MW機(jī)組鍋爐在500 MW負(fù)荷下的運(yùn)行情況進(jìn)行了分析和運(yùn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)汽水、風(fēng)煙和制粉系統(tǒng)的運(yùn)行分析，采取了降低鍋爐右側(cè)通風(fēng)量的運(yùn)行調(diào)整方向，基于一系列調(diào)整手段，在不影響爐內(nèi)燃燒組織的前提下，左右側(cè)熱偏差得到了緩解，有效地降低了一、二級(jí)減溫水流量。

(1) 左右兩側(cè)風(fēng)量偏差是引起對(duì)沖燃燒鍋爐熱偏差的一個(gè)重要原因，二次風(fēng)門(mén)的開(kāi)度不宜左右側(cè)保持一致的方式。

(2) 減小不同一次風(fēng)管流量偏差對(duì)減小燃燒熱偏差具有重要影響。

(3) 減小二次風(fēng)左右側(cè)的流量偏差，以及對(duì)局部燃燒器的二次風(fēng)門(mén)進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，可以進(jìn)一步減小熱偏差，從而降低減溫水流量。