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某电厂300 MW机组低负荷锅炉烟温偏差分析及控制

发表时间：2020/5/6 来源：《电力设备》2019年第23期作者：胡耀华杨庆

[导读] 摘要：根据云南省负荷调配要求，某电厂300MW机组长期单机低负荷运行。

        （东源曲靖能源有限公司云南曲靖 65500）
        摘要：根据云南省负荷调配要求，某电厂300MW机组长期单机低负荷运行。为提高机组经济性，该电厂维持锅炉BCD排粉机运行以提高再热汽温度。由于炉膛出口烟温偏差造成过热器两侧壁温偏差大，过热器前屏壁温经常发生超温现象，大量喷用减温水，不仅影响机组经济性，而且威胁锅炉受热面的安全运行。本文根据锅炉低氮燃烧器改造后的设备特点，应用燃烧理论分析低负荷燃烧器运行方式改变导致烟温偏差的原因。从烟气残余旋转的消旋和稳定炉膛火焰中心两方面提出控制措施，进行调整试验，得出有效的控制烟温偏差调整手段。
        关键词：锅炉烟温偏差；残余旋转；火焰中心；二次风
        0引言
        炉膛出口烟温偏差是四角切圆燃烧锅炉固有的特性，是炉膛出口气流存在残余旋转所致。不仅和炉膛特性有关，也和运行方式、燃烧特点等有关系。某电厂300MW机组运行方式的改变是引起偏差增大的主要原因，有必要深入分析原因，提出控制措施，降低炉膛出口两侧烟温偏差，对减少受热面超温现象，保障锅炉安全、经济运行具有重要意义。
        1 设备概况
        某电厂一期锅炉2×300MW机组，型号为DG1025/18.2-Ⅱ8型，是东方锅炉厂制造的亚临界自然循环汽包炉。单炉膛、一次中间再热、平衡通风、钢构架、燃煤、固态排渣、四角切圆燃烧、仓储式制粉系统、ABCD排粉机带ABCDEF层共24个给粉机。

        燃烧器及辅助风布置：如图一所示，纵向布置：由下至上依次为AA二次风、A一次风、AB二次风、B一次风、BC二次风、C一次风、CC二次风、DD二次风、D一次风、DE二次风、E一次风、EF二次风、F一次风、FF二次风、SOFA燃尽风。一次风喷口加装有周界风，四层SOFA燃尽风上下摆角0－50°。
        在水平断面上，一次风射流在炉内形成φ1000 mm和φ700 mm逆时针方向的两个大小切圆。
        2 烟温偏差原因分析
        2.1 炉膛火焰中心偏斜
        炉内热态动力场中，煤质特性、煤粉浓度、一二次风刚性、配风方式等均会造成炉膛火焰中心偏斜。其中在实际工况中四角燃烧器煤粉浓度的不一致对火焰中心影响较大，表现在各层各角给粉机下粉浓度不一致，出现异常情况粉管堵、给粉机下粉不均、给粉机卡跳均会使炉膛火焰中心快速偏斜，影响锅炉稳定燃烧。其次一二次风动量刚性不足使得煤粉扩散，火焰中心不能集中或发生漂移，炉膛出口两侧烟温偏差加剧，给过再热汽温度调整带来很大困难。
        2.2 燃烧器运行方式改变
        由于机组长期单机低负荷运行，三台排粉机就能满足系统负荷需求，为提高机组经济性，锅炉维持BCD排粉机运行，集中上层燃烧器，炉膛火焰中心上移，再热汽温度明显提高，但炉膛空气动能场中在炉膛中上部，使得炉膛出口烟气残余逆时针旋转量加强，两侧烟温偏差加大。
        3 控制措施
        根据锅炉燃烧特性，锅炉中下部分是属于稳定燃烧区域，应尽量减少对稳定区域的扰动，所以对上层燃烧部分的调整更有利于实施，并从上层二次风消旋和稳定炉膛火焰中心两方面进行控制。
        3.1 二次风消旋
        根据燃烧空气动力学原理，炉内旋转气流的空气动力工况是由空气动力学参数旋转动量流率矩所决定。提出用反切与正切射流旋转动量流率矩之比XJ准则数作为炉内燃烧空气工况的基本判据。反切风动量流率过小时，对水平烟道中的速度分布不均匀性改善效果不明显；而当反切风动量流率过大时，炉内气流将整体作反旋运动，影响一次风切圆及炉内燃烧稳定性。根据试验结果对300 MW机组XJ取0.6－1.2为宜。
        如图二、三所示，锅炉一次风射流及AA、DD二次风在炉内1、3角形成φ1000 mm大切圆和2、4角φ700 mm小切圆，呈逆时针方向。SOFA风呈顺时针切圆，具有消旋作用。AB、BC、CC、DE、EF、FF二次风射流与一次风射流偏置3°，1、3角呈中心射流方向，2、4角呈顺时针方向切圆。二次风射流与一次风射流偏置反向切入，使一次风初始燃烧时，二次风不能过早混合进来，延长火焰行程，强化煤粉后期着火燃烧，延长一次风射流中煤粉颗粒在燃烧初期的停留时间 , 防止煤粉颗粒冲刷炉墙造成煤粉扩散，同时带有偏置二次风也具有消旋作用，可以一定程度减小炉膛出口烟气残余旋转和炉膛出口烟温偏差。SOFA燃尽风在二次风量中占比25 %，消旋动能比较大，可以适当加强对应二次风动能，同时辅以SOFA风摆角，提高消旋效果。
        3.2 提高炉膛火焰中心稳定性
        设燃烧器喷口二次风与一次风动压比为P。在P=1.0时，一、二次风两股射流几乎处于湍流无关状态，湍流耗散十分微弱，因而在炉膛出口处气流的残余旋转较强，随着P的增大，射流间混合增强，炉膛出口处气流的残余旋转变弱。P一般取值在1.5－2.0。低负荷工况下，保证二次风箱差压不低于0.4 kPa，提高燃料风刚性，使P取值在合理范围内。在保证燃烧稳定情况下，适当增加燃烧器周界风开度，提高一次风射流刚度，稳定火焰中心。

        通过以上两种调整方式可知，开大燃尽风及降低燃尽风摆角对烟温偏差调整效果明显，前屏两侧壁温差可以减少20 ℃，但在实际运行中稳定性不足，B侧前屏壁温波动较大，仍然会发生火焰中心偏斜现象。提高二次风箱差压在0.45--0.50kPa，前屏两侧壁温差可以减少15 ℃，而且稳定性较好。两种调整方式均使B侧前屏壁温明显下降后，减少了减温水用量，对提高机组经济性具有积极的作用。低负荷条件下，受热面壁温超温现象集中在前屏受热面，而屏式过热器是属半辐射半过流的分隔屏，负荷越低，受炉内燃烧辐射换热影响就越大，上层配风的调整主要表现在对流传热的影响，炉膛中心温度影响辐射换热。故在低负荷运行中，应保证二次风与一次风动压比合理，保持合理的二次风箱差压，稳定炉膛火焰中心不偏斜，并辅以SOFA风和摆角调整，以达到最好的调整效果。
        4 结论
        应用一期锅炉燃烧器设备和炉内空气动力场特性，分别对烟气残余旋转的消旋和稳定炉膛火焰中心展开论述，提出低负荷条件下控制烟温偏差的措施并予实施，明显降低了烟气两侧偏差和过热器减温水量，取得了良好的调整效果，为后续的燃烧调整提供了理论和试验基础。
        参考文献
        [1]《锅炉运行规程》，东源曲靖能源有限公司企业标准Q/QJEC-104.002-2017。
        [2]周强泰，《锅炉原理》，中国电力出版社出版，2013.
        [3]朱珍锦，张长鲁，方志成，《一种消除切圆锅炉残余旋转新技术的模型试验研究》，中国电机工程学报，2002.22.