王承亮，姜仕濤

（華電國際技術服務中心，濟南 250014）

300MW鍋爐結(jié)焦和飛灰高冷態(tài)動力場試驗研究

王承亮，姜仕濤

（華電國際技術服務中心，濟南 250014）

某300MW燃貧煤鍋爐低氮燃燒改造后，燃燒器區(qū)域部分受熱面出現(xiàn)高溫腐蝕嚴重、受熱面結(jié)焦和飛灰可燃物含量偏高等問題，為掌握爐膛內(nèi)部動力場情況，特組織冷態(tài)動力場試驗，進行了三層粉強風環(huán)直徑測試、變二次風量測試和單獨一次風強風環(huán)測試。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，基本確定了導致出現(xiàn)以上問題的主要原因，提出了設備治理和運行調(diào)整建議。

鍋爐結(jié)焦；動力場試驗；強風環(huán)；風量；試驗分析；調(diào)整建議

1 鍋爐設備概況

某300MW燃貧煤鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進美國CE公司技術并在優(yōu)化基礎上設計制造的亞臨界、中間一次再熱、控制循環(huán)汽包爐，型號為SG－1025／17.47－M878。該鍋爐為單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒煤粉鍋爐，爐膛寬11 970mm，深11760mm。采用直吹式制粉系統(tǒng)，配置3臺BBD4060C型雙進雙出球磨機，每臺磨煤機的兩端各接一層煤粉噴嘴，3臺共6層；設計燃煤為貧煤。

燃燒器四角布置，切向燃燒，每角燃燒器布置20層噴嘴（包括6層一次風噴嘴、3層油槍輔助風噴嘴、6層輔助風噴嘴、1層消旋燃盡風（OFA）噴嘴、4層分離燃盡風（SOFA）噴嘴），最上排燃燒器噴口中心線標高26540mm，距分隔屏屏底17860mm，最下排燃燒器噴口中心線標高19660mm，至冷灰斗轉(zhuǎn)角距離為4530mm；在主燃燒器上方標高33650mm左右布置4層共16個燃盡風噴口，將有組織燃燒風量沿爐膛垂直方向分級供入，主燃區(qū)有組織空氣量與理論空氣量的比值由原來1.20%變?yōu)?.84%～0.90%，燃盡風量約占總空氣量的25%～40%。

低氮燃燒改造后，燃燒器區(qū)域部分受熱面出現(xiàn)高溫腐蝕嚴重、受熱面結(jié)焦和飛灰可燃物含量偏高等問題，為掌握爐膛內(nèi)部動力場情況［1］，特組織冷態(tài)動力場試驗。

2 試驗研究依據(jù)及儀器

2.1 試驗研究依據(jù)

《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》［2］；《鍋爐設計說明書》；《電業(yè)安全工作規(guī)程》熱力機械部分［3］。

2.2 試驗研究依據(jù)測試儀器

試驗采用的主要測試儀器為電子風速儀，其他有關風壓、風溫的數(shù)據(jù)來自機組分散控制系統(tǒng)（DCS）。冷態(tài)動力場試驗主要儀器及數(shù)量見表1。

表1 冷態(tài)動力場試驗儀器

3 試驗研究項目及方法

3.1 試驗研究項目

（1）測量A2／B2／C23層燃燒器強風環(huán)情況。

（2）測量在不同總風量下B2層強風環(huán)變化情況。

（3）測量一次風系統(tǒng)單獨投運下，B2層強風環(huán)變化情況。

3.2 試驗研究方法

（1）試驗要求。測量期間保持各風門擋板開度不變，鍋爐各風機穩(wěn)定運行，記錄表盤風壓、風機電流和擋板開度。

（2）A2／B2／C23層燃燒器強風環(huán)測定。調(diào)整鍋爐總風量達到100%風量（約1 170 t／h），調(diào)整一次風速在19～21m／s，二次風速在22～24m／s，在各層二次風均勻配風條件下，使煤粉燃燒器出口氣流進入自?；瘏^(qū)［4］，分別在爐內(nèi)A2／B2／C2層一次風噴口中心線進行強風環(huán)測量，用風速儀每隔300mm進行一次風速測定，確定燃燒器出口氣流在爐內(nèi)形成的強風環(huán)大小。

（3）在不同總風量下B2層強風環(huán)變化情況。調(diào)整鍋爐總風量分別為950，800 t／h，保持一次風量不變，在爐內(nèi)B2層一次風噴口中心線進行測量，用風速儀每隔300mm進行一次風速測定，確定燃燒器出口氣流在爐內(nèi)形成的強風環(huán)大小。

（4）在一次風系統(tǒng)單獨投運情況下，B2層強風環(huán)變化情況。將送風機出力調(diào)整為零，保持一次風量不變情況下，在爐內(nèi)B2層一次風噴口中心線進行測量，用風速儀每隔300mm進行一次風速測定，確定燃燒器出口氣流在爐內(nèi)形成的強風環(huán)大小和方向。

4 冷態(tài)動力場試驗結(jié)果研究

4.1 A2／B2／C23層燃燒器強風環(huán)測定

在總風量1175 t／h時，調(diào)整一次風壓和各二次風門擋板開度，一次風速19～21 m／s，二次風速22～24m／s，進行各層強風環(huán)測試。

4.1.1 A2層強風環(huán)試驗結(jié)果及分析

（1）A2層強風環(huán)試驗結(jié)果。A2層強風環(huán)直徑為8.5～8.7m，基本居中；前墻、左墻及后墻貼壁風速偏高，分別達到6.8，7.5，7.3m／s；A2層強風環(huán)風速動力場分布如圖1所示。平面直角坐標系橫、縱坐標軸上的數(shù)字表示爐膛A2層截面風量測量位置對應的橫、縱坐標，每個單位表示0.3m，如第二象限內(nèi)坐標（－7，11），表示由距離爐膛截面中心點向西7×0.3＝2.1m為橫坐標和由距離爐膛截面中心點向北11×0.3＝3.3m為縱坐標確定的位置點，曲線圖上數(shù)字表示A2層截面橫、縱坐標確定的位置點的風速，虛線圓代表風速最高點畫出的強風環(huán)（實際上不存在），下同。

圖1 A2層強風環(huán)測試風速分布

（2）A2層強風環(huán)試驗結(jié)果分析及建議。結(jié)果分析：A2層強風環(huán)此種運行情況，雖有助于提高鍋爐底層燃燒穩(wěn)定性，但底層強風環(huán)直徑偏大，貼壁風速偏高，受其間接帶動影響，上層燃燒器強風環(huán)直徑會向大的方向擴展，從而加劇鍋爐受熱面結(jié)焦或高溫腐蝕傾向。整改建議：在機組檢修中適當縮小底層AA層和A2層假想切圓直徑。

4.1.2 B2層強風環(huán)試驗結(jié)果及分析

（1）B2層強風環(huán)試驗結(jié)果。B2層強風環(huán)直徑4.5～5.5m，偏向右側(cè)墻。B2層強風環(huán)風速分布如圖2所示。

圖2 B2層強風環(huán)測試風速分布

（2）B2層強風環(huán)試驗結(jié)果分析。B2層強風環(huán)直徑4.5～5.5m，較正常情況偏小2.5～3.3m，此種情況因強風環(huán)直徑小，不僅會降低鍋爐燃燒穩(wěn)定性，而且會因強風環(huán)覆蓋率低而導致上升火焰出現(xiàn)“煙氣走廊”，使鍋爐飛灰可燃物含量升高。

（3）B2強風環(huán)直徑偏小原因分析及建議。原因分析：就地檢查B2層燃燒器＃1角燃燒器擺角上傾100%，導致四角燃燒器一次風射流不在同一平面內(nèi)，使得四角切圓燃燒鍋爐四角相互引燃機制不能正常發(fā)揮作用［5］，即＃1角射流對＃2角射流的補氣作用減弱，使得＃2角向火側(cè)與背火側(cè)壓差變得較正常值減小，導致＃2角射流偏轉(zhuǎn)角度縮小，同理也導致＃3，＃4角射流偏轉(zhuǎn)角度縮小，四角射流綜合動力場表現(xiàn)效果為強風環(huán)直徑減小且偏向右墻。整改建議：將B2層燃燒器＃1角燃燒器擺角調(diào)整至正常位置。

4.1.3 B2層＃1角調(diào)平后強風環(huán)試驗結(jié)果及分析

（1）B2層＃1角調(diào)平后強風環(huán)試驗結(jié)果。將B2層＃1角燃燒器位置調(diào)至正常位置后，B2層強風環(huán)直徑為7.8～8.0m，基本居中。左墻貼壁風速偏高，達到5.8m／s。B2層強風環(huán)風速動力場分布如圖3所示。

圖3 B2層＃角調(diào)平后強風環(huán)測試風速分布

（2）B2層＃1角調(diào)平后強風環(huán)試驗結(jié)果分析及建議。結(jié)果分析：根據(jù)B2層強風環(huán)情況，鍋爐正常運行中可能出現(xiàn)導致左墻發(fā)生結(jié)焦或高溫腐蝕加劇的情況。整改建議：為減弱此種趨勢，建議在確保鍋爐燃燒穩(wěn)定基礎上增加＃2角和＃1角二次風和周界風動量（以調(diào)節(jié)二次風動量為主），同時適當減少＃3角和＃4角二次風動量，以糾偏強風環(huán)。

4.1.4 C2層強風環(huán)試驗結(jié)果及分析

（1）C2層強風環(huán)試驗結(jié)果。C2層強風環(huán)直徑在8.0～8.5m，前墻和右墻貼壁風速偏高，分別為4.4，3.8m／s；強風環(huán)稍偏向右墻。C2層強風環(huán)風速動力場分布如圖4所示。

圖4 C2層強風環(huán)測試風速分布

（2）C2層強風環(huán)試驗結(jié)果分析及建議。結(jié)果分析：此種運行工況，鍋爐正常運行中前墻和右墻易發(fā)生結(jié)焦或高溫腐蝕，故在實際運行中應進行強風環(huán)糾偏調(diào)整。整改建議：通過試驗適當增加＃1角和＃4角二次風動量［6］，以適當糾偏強風環(huán)作用。

4.2 B2層強風環(huán)在不同總風量的試驗結(jié)果及分析［7］

4.2.1 B2層強風環(huán)在不同總風量的試驗結(jié)果

保持一次風量不變，總風量由1 175 t／h降至950 t／h，BC1二次風速降低約4.9m／s，B2層強風環(huán)直徑增加約0.8m左右；總風量進一步降低至805 t／h，BC1二次風速降低約3.3m／s，B2層強風環(huán)基本保持不變。強風環(huán)風速動力場分布如圖5、圖6所示，詳細數(shù)據(jù)見表2。

圖5 B2層強風環(huán)測試風速分布（總風量950 t／h）

圖6 B2層強風環(huán)測試風速分布（總風量805 t／h）

4.2.2 B2層強風環(huán)在不同總風量的試驗結(jié)果分析及建議

結(jié)果分析：二次風量降低225 t／h后，二次風噴口風速降低約4.9m／s，即二次風動量明顯降低，二次風噴口氣流抵抗偏轉(zhuǎn)能力降低，在二次風氣流兩側(cè)補氣差異而產(chǎn)生的壓差下，二次風偏轉(zhuǎn)加劇，使得強風環(huán)直徑增加約0.8m／s；但當二次風量進一步降低145 t／h后，二次風噴口風速降低約3.3m／s，即二次風動量進一步降低，二次風噴口氣流抵抗偏轉(zhuǎn)能力降低，同時二次風氣流兩側(cè)補氣差異而產(chǎn)生的壓差也降低，兩方面綜合作用結(jié)果，強風環(huán)直徑基本不變。

整改建議：為增強鍋爐燃燒穩(wěn)定性和降低鍋爐結(jié)焦或高溫腐蝕傾向，在爐膛出口氮氧化物滿足控制要求的情況下，盡量減少SOFA風量，增加主燃燒器區(qū)域二次風量，以增強強風環(huán)旋轉(zhuǎn)動量和降低強風環(huán)直徑。

4.3 一次風系統(tǒng)單獨運行時B2層強風環(huán)試驗結(jié)果及分析［8－10］

4.3.1 一次風系統(tǒng)單獨運行時B2層強風環(huán)試驗結(jié)果

降送風機出力為零，測試B2層強風環(huán)風速分布，最大貼壁風速為0.6m／s，最大切向風速4.1 m／s，強風環(huán)直徑6.0～7.5m，逆時針旋轉(zhuǎn)，基本居中。強風環(huán)風速動力場分布如圖7所示。

表2 不同總風量下B2層強風環(huán)變化情況

圖7 強風環(huán)風速測試分布情況

4.3.2 一次風系統(tǒng)單獨運行時B2層強風環(huán)試驗結(jié)果分析

一次風系統(tǒng)單獨運行時，一次風強風環(huán)為逆時針旋轉(zhuǎn)，與二次風強風環(huán)旋轉(zhuǎn)方向一致，表明鍋爐正常運行中，鍋爐一、二次風系統(tǒng)相互加強，共同形成爐膛內(nèi)部熱態(tài)動力場，即爐膛內(nèi)熱態(tài)強風環(huán)旋轉(zhuǎn)動量充足，鍋爐正常運行中燃燒穩(wěn)定性較好。

5 結(jié)束語

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析確定：B2層＃1角燃燒器擺角與其他3個角不同步是導致飛灰可燃物升高的主要原因；A2層強風環(huán)直徑偏大和B2，C2層強風環(huán)偏燒是導致鍋爐受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕加劇的主要原因。據(jù)此提出的設備治理和運行優(yōu)化調(diào)整建議，為鍋爐停運后檢修治理和運行優(yōu)化調(diào)整提供了方向和依據(jù)。

［1］楊恒軍.＃2爐冷態(tài)空氣動力場試驗及分析［J］.華北電力技術，2007（3）：3－5.

［2］電站鍋爐性能試驗規(guī)程：GB／T 10184—1988［S］.

［3］電業(yè)安全工作規(guī)程：GB 26164.1—2010［S］.

［4］劉勇，魏鳳，唐必光.四角切圓鍋爐冷態(tài)空氣動力場流動特性的實驗研究［J］.武漢大學學報（工學版），2002，35（6）：52－55.

［5］于楊，郭健捷.鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗中的注意事項［J］.電站系統(tǒng)工程，2013（1）：17－21.

［6］沙龍.1000MW超超臨界褐煤鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學，2009：4－84.

［7］歐陽偉基，湛志鋼，曾庭華.國內(nèi)首臺自主開發(fā)300MW循環(huán)流化床鍋爐的冷態(tài)動力場試驗［C］／／全國電力行業(yè)CFB機組技術交流服務協(xié)作網(wǎng)第七屆年會論文集.黃山：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2008.

［8］邵偉，孔海洋，劉強.440 t／h循環(huán)流化床鍋爐的冷態(tài)動力場試驗［C］／／山東煤炭學會2010年工作會議暨學術年會論文集.薛城：山東煤炭學會，2010.

［9］張家元，周孑民，閆紅杰.煤粉鍋爐膜法富氧局部助燃技術［J］.中南大學學報（自然科學版），2007，38（5）：857－862.

［10］何立明，車剛，徐通模，等.爐膛喉口面積對W型火焰鍋爐爐內(nèi)空氣動力場的影響［J］.西安交通大學學報，2000，34（7）：12－15.

（本文責編：白銀雷）

TK 224.1

B

1674－1951（2016）02－0014－04

王承亮（1971—），男，山東淄博人，高級工程師，工學碩士，從事鍋爐和節(jié)能技術管理方面的工作（E-mail：lwwcl＠sohu.com）。

2015－10－14；

2016－01－20

姜世濤（1973—），男，山東青島人，工程師，從事節(jié)能技術管理方面的工作（E-mail：2678915545＠qq.com）。