趙雨

(四川川潤動力設(shè)備有限公司,四川成都 611743)

大型電站鍋爐平行分隔煙道調(diào)溫?fù)醢宓脑O(shè)計

趙雨

(四川川潤動力設(shè)備有限公司,四川成都 611743)

平行煙道煙氣調(diào)溫?fù)醢遄鳛楝F(xiàn)代大型機組再熱器汽溫的主要調(diào)節(jié)手段,本文就煙氣調(diào)節(jié)擋板在工程設(shè)計中的主要設(shè)計步驟、調(diào)節(jié)擋板的特性等設(shè)計計算方法進(jìn)行介紹,以期明晰調(diào)溫?fù)醢逍阅茉O(shè)計的正確方法。

鍋爐設(shè)計 擋板調(diào)溫 再熱汽溫

1 調(diào)節(jié)原理

在采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫的鍋爐后豎井內(nèi)，分隔墻將后豎井分成兩個平行煙道，一部分通常布置低溫再熱器和省煤器受熱面，另一部分通常布置低溫過熱器和省煤器受熱面，并分別在這兩個煙道出口布置調(diào)溫?fù)醢濉＠脽煔鈸醢彘_度變化改變各分隔煙道的煙氣流量來改變再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的傳熱特性，從而改變這兩部分煙道中工質(zhì)的吸熱量和出口汽溫，簡言之，就是根據(jù)鍋爐性能設(shè)計的要求，按預(yù)測的鍋爐各個負(fù)荷下平行煙道兩側(cè)需要的煙氣量，分別調(diào)節(jié)平行煙道擋板開度，改變煙氣流量分配，滿足平行煙道兩側(cè)受熱面換熱所需要的煙氣量。

2 設(shè)計原則

圖1 帶分隔板相鄰擋板對開的擋板結(jié)構(gòu)

圖2 擋板阻力特性曲線

汽溫調(diào)節(jié)的容量應(yīng)按正常運行工況考慮，滿足負(fù)荷變化范圍內(nèi)汽溫變化的需要，滿足燃用設(shè)計煤種和校核煤種。通常再熱器調(diào)節(jié)段宜設(shè)置在入口煙溫800～750℃，出口煙溫不超過400℃的區(qū)段，在BMCR工況下：再熱汽在調(diào)節(jié)段中的焓增應(yīng)約占再熱汽總焓增的66%，過熱汽在調(diào)節(jié)段中的焓增應(yīng)約占過熱汽總焓增的33%。

調(diào)節(jié)段中再熱器側(cè)(包括省煤器)和過熱器側(cè)(包括省煤器)煙氣流道平滑均勻，兩側(cè)受熱面管組在BMCR工況下煙氣流動阻力均衡，滿足兩側(cè)換熱所需煙氣份額。無論鍋爐以變壓或定壓模式變負(fù)荷運行，一般在汽溫的負(fù)荷變化范圍內(nèi)，再熱器側(cè)煙氣份額能控制在40%～65%之內(nèi)，并對最大和最小煙氣份額適當(dāng)留有調(diào)節(jié)余度。

擋板應(yīng)在0°～90°轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，擋板開度約在全行程的到66%范圍內(nèi)，其流量特性近乎線性，應(yīng)能滿足在需要的負(fù)荷變化范圍對汽溫調(diào)節(jié)的要求。

擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)達(dá)到調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單靈活，不卡澀，軸端不泄漏。并充分考慮到擋板的環(huán)境溫度、防止飛灰磨損及材料選擇問題；再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的煙氣擋板正常運行時，應(yīng)按設(shè)計提出的開度隨負(fù)荷變化控制要求，分別進(jìn)行控制調(diào)節(jié)?？偟霓D(zhuǎn)動趨勢為一側(cè)開大，另一側(cè)就關(guān)小。

3 主要設(shè)計步驟

(1)鍋爐方案設(shè)計確認(rèn)后，應(yīng)提供平行煙道布置尺寸圖、過熱器側(cè)和再熱器側(cè)在保證汽溫的負(fù)荷范圍內(nèi)，各計算負(fù)荷下通過的煙氣體積流量(Nm3/sec)和含灰煙氣的質(zhì)量流量(Kg/sec)、調(diào)節(jié)擋板入口處煙氣溫度(℃)、通過調(diào)節(jié)段過熱器側(cè)和再熱器側(cè)受熱面管組的阻力(Pa)。

(2)設(shè)定保證蒸汽溫度的最低負(fù)荷及該負(fù)荷煙氣阻力較大一側(cè)(如過熱器側(cè))為基準(zhǔn)，并試設(shè)定該側(cè)調(diào)節(jié)擋板的煙氣阻力(基準(zhǔn)阻力)，如300Pa，根據(jù)兩并聯(lián)平行煙道(調(diào)節(jié)段)進(jìn)出口壓力相等，導(dǎo)出另一側(cè)(如再熱器側(cè))調(diào)節(jié)擋板需要的煙氣阻力。

(3)設(shè)定過熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的開度從BMCR工況到低負(fù)荷是由大關(guān)小，而再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的開度從BMCR負(fù)荷到低負(fù)荷是由小開大。

(4)確定兩側(cè)調(diào)節(jié)擋板處煙氣流通截面積及擋板開度。

1)先以設(shè)計煤種燃燒產(chǎn)物煙氣量來計算，最后需按校核煤種進(jìn)行校核，調(diào)整煙氣流通截面積或進(jìn)行圓整。一般情況是選過熱器側(cè)的阻力為基準(zhǔn)進(jìn)行計算；

2)通過過熱器側(cè)和再熱器側(cè)調(diào)節(jié)段的煙氣量取自于鍋爐熱力計算，煙氣通過調(diào)節(jié)段各管組和流道的阻力應(yīng)考慮當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Α囟?、濕度以及自生通風(fēng)對流速的影響。當(dāng)燃煤的收到基灰分Aar＞0.006316×Qnet.ar時，還須考慮煙氣含塵量對該煙道煙氣阻力(不含對自生通風(fēng))的修正，它是以引入總乘數(shù)(1＋μmax)的形式進(jìn)行的。

這里：μmax——1Kg燃煤的燃燒產(chǎn)物中的含塵量，Kg/Kg；

式中：Aar——燃煤收到基灰分，%

αfh——煙氣中的飛灰份額，這里取αfh＝0.95；

α——計算煙道段處的過量空氣系數(shù)；

V0——1Kg燃煤完全燃燒所需的理論空氣量，Nm3/Kg

式中：F——調(diào)節(jié)擋板煙氣流通截面積，m2；

iζ——調(diào)節(jié)擋板在開度iφ(%)時的局部阻力系數(shù)；

Qv——通過調(diào)節(jié)擋板的煙氣體積流量，Nm3/s；

Qm——通過調(diào)節(jié)擋板的煙氣質(zhì)量流量，Kg/s；

?——通過調(diào)節(jié)擋板處煙氣溫度，℃；

Δh——通過調(diào)節(jié)擋板煙氣的局部阻力，Pa。

調(diào)節(jié)擋板葉片調(diào)整角θ范圍是0°～90°，其開度φ與調(diào)整角(或稱方位角)θ的關(guān)系為：

設(shè)定過熱器側(cè)保證額定汽溫的最低負(fù)荷時擋板的開度是33%。

4)由計算式(2)求得過熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的煙氣流通截面積Fs后，可導(dǎo)出調(diào)節(jié)擋板流通截面的基本尺寸：寬度Ws、深度Ds，寬度皆取為鍋爐后豎井煙道寬度W，按計算式(4)求得深度：

為了利于選擇已系列化的擋板，深度D應(yīng)圓整到百位毫米數(shù)字(如6500mm)，然后以此計算新的過熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的煙氣流通截面積 Fs，局部阻力系數(shù)ζs?min及其開度φs?min；

5)無論是過熱器側(cè)還是再熱器側(cè)為基準(zhǔn)，在保證蒸汽溫度的負(fù)荷變化范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)擋板的阻力變化(因擋板關(guān)小或因煙氣流量增大)建議控制在240Pa左右。將這個阻力疊加在最低保證負(fù)荷的基準(zhǔn)阻力上，作為過熱器側(cè)BMCR工況下調(diào)節(jié)擋板預(yù)計的局部阻力

7)按所選用的調(diào)節(jié)擋板，在其擋板阻力特性曲線上由求出的阻力系數(shù)查得調(diào)節(jié)擋板的相應(yīng)調(diào)整角θ，并按計算式(3)求得開度檢查該調(diào)節(jié)擋板的開度是否在33%～66%范圍內(nèi)；

8)根據(jù)兩并聯(lián)平行煙道(調(diào)節(jié)段)進(jìn)出口壓力相等，導(dǎo)出另一側(cè)(如再熱器側(cè))調(diào)節(jié)擋板需要的煙氣阻力。由此可得到任何對應(yīng)工況下再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的局部阻力，即：過熱器側(cè)管組阻力＋過熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板阻力＝再熱器側(cè)管組阻力＋再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板阻力，于是可得BMCR工況下再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的阻力

9)過熱器側(cè)和再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的結(jié)構(gòu)型式相同，應(yīng)有相同的擋板阻力特性曲線。設(shè)定再熱器側(cè)在BMCR工況下調(diào)節(jié)擋板的初始開度(也是＞33%)，從特性曲線可查得它的局部阻力系數(shù)ζr?mcr；

10)按計算式(2)或(3)求得再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的煙氣流通截面積并按步驟4)的方式求出并圓整后的再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板流通截面的寬度W、深度Dr、煙氣流通截面積Fr。然后，按第步驟6)條方法計算局部阻力系數(shù)及其開度

11)當(dāng)確定了再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板煙氣流通截面積Fr后，就可按最低保證蒸汽溫度負(fù)荷工況的再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板處煙氣的體積流量、質(zhì)量流量或煙氣密度、煙氣溫度，再熱器側(cè)管組煙氣阻力等已知條件，逐項求出該工況下再熱器側(cè)調(diào)節(jié)擋板的煙氣局部阻力、局部阻力系數(shù)ζr?min、查得調(diào)節(jié)擋板的開度φr?min。再檢查該調(diào)節(jié)擋板的開度是否在33%～66%范圍內(nèi)；

12)假如BMCR負(fù)荷到最低保證蒸汽溫度負(fù)荷之間的其它負(fù)荷工況下過熱器側(cè)、再熱器側(cè)流經(jīng)調(diào)節(jié)擋板處的煙氣體積流量、質(zhì)量流量或密度、煙氣溫度、和各側(cè)管組的煙氣阻力均已在其它計算過程中得到，在這里它們作為已知參數(shù)，就可以陸續(xù)計算出兩側(cè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)擋板阻力ζr?min、局部阻力系數(shù)ζ及擋板開度φ。

4 調(diào)節(jié)擋板的特性

不同的調(diào)節(jié)擋板結(jié)構(gòu)型式其阻力特性曲線是不同的。本文提供圖1所示帶分隔板相鄰擋板對開的擋板結(jié)構(gòu)在阻力特性。該結(jié)構(gòu)型式的阻力特性是其擋板調(diào)整角θ(也稱方位角)的函數(shù)。擋板的阻力系數(shù)ζ按圖2查取，圖2中橫坐標(biāo)是代表調(diào)整角(方位角)的余角，即按(90°-θ)標(biāo)定。

如果選用其他結(jié)構(gòu)型式的旋轉(zhuǎn)擋板，則應(yīng)從與之匹配的擋板阻力特性關(guān)系中確定阻力系數(shù)值，或者通過必要的試驗測定阻力系數(shù)。

[1](德國)R.Jung.矩形通道內(nèi)平面節(jié)流擋板的阻力特性線[J].《BWK》雜志,1960年7期.

[2](德國)R.Jung.方形管道和圓管內(nèi)平旋轉(zhuǎn)擋板的流動技術(shù)特性[J].《BWK〉》雜志,1968年10期.

[3](蘇)莫昌主編.鍋爐設(shè)備空氣動力計算——標(biāo)準(zhǔn)方法第三版[M].武漢：武漢鍋爐廠設(shè)計科,1975.

[4]能源部西安熱工研究所.關(guān)閉擋板質(zhì)量檢驗和性能測試報告[R].1988年12月.