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(dòng)力場(chǎng)的分布特性，進(jìn)行了鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。對(duì)鍋爐一、二次風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行了調(diào)平，并對(duì)爐內(nèi)實(shí)際切圓及貼壁風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)調(diào)整后，各粉管及燃燒器噴口風(fēng)速均勻，二次風(fēng)擋板特性較好，實(shí)際切圓大小及貼壁風(fēng)速合理。

關(guān)鍵詞：超臨界；墻式切圓鍋爐；冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)；試驗(yàn)研究

引言

鍋爐燃燒工況的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)大型發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著至關(guān)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(dòng)力工況。遼寧某電廠1號(hào)鍋爐由于在前一階段運(yùn)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(jìn)行機(jī)組大修。另外結(jié)合機(jī)組節(jié)能降耗科研項(xiàng)目的需要，所以大修過(guò)程中決定要在啟動(dòng)前做冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況。通過(guò)冷態(tài)調(diào)整、試驗(yàn)、測(cè)試等手段以改善爐內(nèi)動(dòng)力工況，為機(jī)組熱態(tài)運(yùn)行及燃燒調(diào)整提供可靠的理論依據(jù)。

1 設(shè)備概況

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)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(zé)任公司自主開(kāi)發(fā)研制，型號(hào)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(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的變壓本生直流爐。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。設(shè)計(jì)煤種為20%鐵法煙煤與80%平莊褐煤的混煤。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

2.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況摸底，進(jìn)行了以下試驗(yàn)項(xiàng)目：（1）一、二次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)；（2）二次風(fēng)擋板調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)；（3）爐內(nèi)實(shí)際切圓測(cè)量與貼壁風(fēng)速測(cè)量；（4）燃盡風(fēng)擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢查。

2.2 冷態(tài)模擬試驗(yàn)參數(shù)的確定

根據(jù)相似原理[2]，應(yīng)滿足模型與實(shí)物幾何相似、邊界條件相似及保持氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入自?；瘏^(qū)。在冷態(tài)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使?fàn)t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(guò)臨界雷諾數(shù)Re臨。當(dāng)Re冷>Re臨時(shí)，流動(dòng)工況進(jìn)入自?；瘏^(qū)，由于冷態(tài)空氣的運(yùn)動(dòng)黏度小，Re臨較小。試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)量遠(yuǎn)大于進(jìn)入自模化區(qū)風(fēng)量，爐內(nèi)的流動(dòng)能達(dá)到進(jìn)入自模化區(qū)的要求。由于試驗(yàn)在實(shí)際運(yùn)行鍋爐上進(jìn)行，幾何相似完全滿足，因此只要滿足冷、熱態(tài)下各氣流動(dòng)量比相等的邊界條件即可。經(jīng)過(guò)對(duì)本臺(tái)鍋爐冷態(tài)?；?jì)算可知，鍋爐冷態(tài)一次風(fēng)速在26.3m/s，二次風(fēng)速在35.8m/s左右時(shí)，即可以保證和熱態(tài)爐內(nèi)工況相似。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 一、二次風(fēng)的風(fēng)速調(diào)平

為保證同一磨煤機(jī)4根煤粉管道風(fēng)速一致及各燃燒器燃燒的穩(wěn)定性，對(duì)5臺(tái)磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速進(jìn)行冷態(tài)調(diào)平試驗(yàn)。該試驗(yàn)在機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)所對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)出力下進(jìn)行，冷態(tài)調(diào)平試驗(yàn)的一次風(fēng)量設(shè)定為80～100t/h。調(diào)平結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為一次風(fēng)在調(diào)整前偏差較大，粉管風(fēng)速最大偏差有38.75%?，F(xiàn)已將5臺(tái)磨煤機(jī)四角粉管調(diào)整至偏差允許范圍±5%內(nèi)，風(fēng)速在21.92～29.47m/s 之間，各一次風(fēng)粉管風(fēng)速較為均勻。在調(diào)整過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分可調(diào)縮孔不能靈活動(dòng)作，應(yīng)該抓緊處理。由表3可知，調(diào)整后各角噴燃器出口風(fēng)速差較小，風(fēng)速均勻，有利于爐內(nèi)著火燃燒。

3.2 爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)分析

3.2.1 爐內(nèi)實(shí)際切圓測(cè)量

在爐內(nèi)A層和C層噴燃器標(biāo)高處，用風(fēng)速儀沿十字線方向測(cè)量各點(diǎn)風(fēng)速，得到爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)。根據(jù)空氣動(dòng)力場(chǎng)的分布特性畫(huà)出實(shí)際切圓如圖1、圖2所示。

圖1爐內(nèi)A層實(shí)際切圓分布圖 圖2爐內(nèi)C層實(shí)際切圓分布圖

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)沖一次風(fēng)受到偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)的沖擊，風(fēng)速有明顯的減小，此時(shí)的一次風(fēng)衰減最快的位置就是切圓的最大外徑。根據(jù)測(cè)量結(jié)果可見(jiàn)，爐膛中心存在一個(gè)無(wú)風(fēng)區(qū)或低風(fēng)速區(qū)，爐內(nèi)為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)大切圓布置，A層氣流切圓處最高風(fēng)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(fēng)速為8m/s，切圓直徑約10m，基本居中，略偏向后墻約250mm?？傮w來(lái)說(shuō)切圓較均勻，爐膛充滿度較好。

3.2.2 爐內(nèi)貼壁風(fēng)速測(cè)量

在爐內(nèi)下層噴燃器標(biāo)高處對(duì)爐內(nèi)貼壁風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量，圖中橫坐標(biāo)表示測(cè)點(diǎn)編號(hào)，縱坐標(biāo)表示貼壁風(fēng)速，單位為m/s。貼壁風(fēng)速測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出各角、各層噴口附近貼壁風(fēng)速都很小，而各爐墻中心部位貼壁風(fēng)速均偏高，經(jīng)過(guò)分析是因?yàn)閴κ角袌A直徑較大，鄰角互相影響所致[3]。1-2號(hào)角之間最大貼壁風(fēng)速為6.8m/s，2-3號(hào)角之間最大貼壁風(fēng)速為5.2m/s，3-4號(hào)角之間最大貼壁風(fēng)速為5m/s，4-1號(hào)角之間最大貼壁風(fēng)速為5.6m/s。各墻貼壁風(fēng)速分布較均勻，只有1-2號(hào)角之間最大貼壁風(fēng)速略大，基本不會(huì)造成嚴(yán)重的氣流刷墻現(xiàn)象和結(jié)渣問(wèn)題，不會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行。

3.3 燃盡風(fēng)擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢查

本次試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)燃盡風(fēng)燃燒器安裝角度整體明顯偏向逆時(shí)針?lè)较?。?4角在調(diào)節(jié)到逆時(shí)針最大時(shí)稍有向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的角度外，其他三個(gè)角在擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)到逆時(shí)針最大時(shí)，角度仍在對(duì)沖位置，未偏向順時(shí)針?lè)较?；在調(diào)節(jié)到逆時(shí)針?lè)较蜃畲髸r(shí)，角度明顯偏向逆時(shí)針?lè)较?。在這樣的情況下，無(wú)論如何調(diào)節(jié)，燃盡風(fēng)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(dòng)量大，燃盡風(fēng)反切是本鍋爐設(shè)計(jì)的重要消旋調(diào)節(jié)手段，而燃盡風(fēng)安裝角度與設(shè)計(jì)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(wèn)題，對(duì)燃盡風(fēng)配風(fēng)進(jìn)行了多種方式的調(diào)整，均沒(méi)有明顯效果，和燃盡風(fēng)燃燒器安裝角度存在偏差有直接關(guān)系。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該電廠1125t/h超臨界墻式切圓鍋爐的冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：（1）調(diào)整后，5臺(tái)磨煤機(jī)四角粉管風(fēng)速偏差在允許范圍±5%內(nèi)，各一次風(fēng)粉管風(fēng)速較為均勻。各角噴燃器出口風(fēng)速偏差較小，風(fēng)速均勻，有利于爐內(nèi)著火燃燒。在調(diào)整過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分可調(diào)縮孔不能靈活動(dòng)作，應(yīng)該抓緊處理。（2）爐內(nèi)為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)大切圓布置，爐內(nèi)實(shí)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(lái)說(shuō)切圓較均勻，爐膛充滿度較好。（3）各墻貼壁風(fēng)速分布較均勻，只有1-2號(hào)角之間最大貼壁風(fēng)速略大，基本不會(huì)造成嚴(yán)重的氣流刷墻現(xiàn)象和結(jié)渣問(wèn)題，不會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行。（4）本次試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)燃盡風(fēng)燃燒器安裝角度存在偏差，導(dǎo)致該鍋爐在再熱汽溫兩側(cè)出口偏差大的工況下，對(duì)燃盡風(fēng)配風(fēng)進(jìn)行了多種方式的調(diào)整，均沒(méi)有明顯效果。建議及時(shí)處理該缺陷，以保證鍋爐熱態(tài)運(yùn)行期間的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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

[2]岑可法.鍋爐燃燒試驗(yàn)方法及測(cè)量技術(shù)[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(shí)際切圓大小的試驗(yàn)研究[J].熱能動(dòng)力工程，2004，（3）.

[4]費(fèi)名儉，劉建忠，等.反切風(fēng)對(duì)鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)影響的試驗(yàn)研究[J].電站系統(tǒng)工程，2004，（11）.

作者簡(jiǎn)介：李廣偉（1983-），男，工程師，碩士，從事機(jī)組性能測(cè)試、系統(tǒng)優(yōu)化及電站調(diào)試技術(shù)研究。