350MW超临界四角切圆燃烧锅炉烟温偏差原因及控制措施

1、350MV超临界四角切圆燃烧锅炉烟温偏差产生的原因及控制措施摘 要：本文针对某电厂 2 2 X X 350MWH350MWH 临界四角切圆燃烧直流炉自投 产以来出现的炉膛出口两侧烟温偏差大的现象，分析四角切圆燃烧锅 炉影响烟温偏差的因素，并结合实际运行中燃烧调整经验，提出改善烟温偏差的措施，以保证切圆燃烧锅炉平安、经济运行。关键词：四角切圆、烟温偏差、烟速、剩余旋转、切圆直径一、前言某电厂1、2号锅炉由上海锅炉厂制造的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，锅炉型号SG-1156/25.4-M4413。 锅炉整体布置形式:单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、全钢架悬吊结构 n n 型

2、室内布置、锅炉紧身封闭、运转层为混凝土大平台、固态排渣。炉后尾部布置两台三分仓容克式空气预热器。同步安装脱硝装置，烟气采用SCR脱硝法。锅炉制粉系统采用冷一次风机、正压直吹式制粉系统，每台炉配5台ZGM95(中速磨煤机，其中4台运行，一台备用，锅炉设计燃用准东地 区红沙泉烟煤。5台ZGM95型中速磨煤机，按A/B/C/D/E的顺序从下往上 排列。锅炉采用摆动式四角切圆燃烧方式，采用低NOx同轴燃烧系统。20只直流式燃烧器分5层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈四角切圆方式燃烧。切圆旋转方向从炉顶往下看为顺时针，锅炉西北角燃烧器编号为1号角，其它按顺时针方向依次编号为2、3、4

3、号角。二次风门沿炉膛高度方向自下而上分别编号为AA、A、AB、B、BC、C、CD、Dk DE E、EE UAP-I、UAP-H、AGP-I、AGP-H、AGP -HI、AGP-V。其 中A、BC、DE层为煤粉燃烧器周界风，AA AR BC CD DE EE层为 辅助风，UAP-I、UAP-II为紧凑燃烬风，AGP-I、AGP-H、AGP -m、AGP- IV为四层可水平摆动高位燃烬风，整组一、二次风喷嘴可上下摆动。一次 风喷嘴采用上下浓淡别离式，有利于防止炉膛结焦、高温腐蚀，有利于降 低NO排放和稳定燃烧。由高位燃烬风箱壳、高位燃烬风由4组二次风门、二次风喷嘴和摆动机构等组成。四角切圆燃烧方式

4、由于其能形成稳定的火焰中心，有利于燃烧、燃尽，煤种是适应能力强等优势而被广泛采用。然而在实际运行中，由于炉内气流的旋转到炉膛出口仍不能消除，剩余旋转的存在，使炉膛出口烟窗存在着高度和宽度方向的速度和温度偏差，从而导致了主再汽温偏差大的问题，这种情况不但严重影响锅炉的经济运行，甚至会导致局部超温爆管的后果，危害甚大。 通过烟温偏差影响因素的分析结合某电厂2 X 350MW超临界直流炉的实际运行经验，探讨减小切圆燃烧锅炉烟温偏差的有效措施。二、锅炉烟温偏差影响因素的分析锅炉过热器、再热器各管存在汽温偏差的根本原因在于各管的传热、流动特性不同。通常，引起汽温偏差的因素包括：吸热偏差、流量偏差、结构偏

5、差及进口汽温偏差。在四角布置切圆燃烧的锅炉中，沿烟道宽度各管之间的吸热偏差是造成汽温偏差的最主要的原因之一。四角切圆燃烧方式的锅炉，由于炉膛出口气流剩余旋转的影响，会引起在水平烟道左右两侧存在一定的速度偏差及温度偏差，从而造成两侧对流传热系数及温压的不同，这是沿烟道宽度左右两侧存在吸热偏差的最主要原因。随着锅炉容量的增加，水平烟道中的速度偏差及烟温偏差有增大的趋势。这一增加趋势是锅炉从小容量向大容量开展过程中的内在因素造成的。随着锅炉容量的增大，炉膛出口水平烟道左右侧烟气流速及烟温偏差增加，引起烟道中过热器及再热器各管传热温压及对流传热系数的不同，造成过热器与再热器的吸热偏差。因而，对于大容量

6、电站锅炉，如何减少过热器与再热器的吸热偏差是个非常重要的问题。如前所述，沿烟道宽度各管的吸热偏差是由于炉膛出口气流的剩余旋转导致了水平烟道左右侧烟气流速和温度偏差所引起。因此，降低沿烟道宽度各管之间的吸热偏差的根本途径在于削弱炉膛出口气流的剩余旋转。通过适当控制一、二次风动压比和使局部射流风反切，将一次风或局部二次风、燃尽风射流与主体旋转气流反切，可以削弱炉膛出口气流剩余旋转，降低水平烟道左右侧烟气流速偏差。另外，在两级过热器、再热器之间安装混合联箱或左右交叉系统也是十分必要的，特别是对于再热器因为再热蒸汽压力低、比热小，汽温偏差更大更有必要。2.1烟温偏差的空气动力学成因分析炉膛出口的剩余旋

7、转引起的水平烟道中烟气速度分布不均匀。当炉内高温火焰气流在作顺时针(俯视)旋转时，将经折焰角至炉膛出口而进入水平烟道。如图1所示。假设炉膛出口处气流的旋转动量为M1,烟道宽度方向上阻力系数可近似认为不变，而引风机作用下的差压牵引动量M2沿烟道 宽度作等值分布，那么高温烟气从炉内运动至水平烟道内，气流动量M3在水 平烟道宽度方向的分布如图1所示。由此在烟道左、右两侧形成较大的烟速偏差。炉膛出口处的剩余旋转强度越大，那么水平烟道内烟速偏差也越大。而存在烟速偏差，必然导致烟温偏差。因为烟速大的区域，单位质量的烟气通过等长传热通道时放热减少，所以烟温也就高。由此可见，炉膛出口烟温偏差的成因就是炉膛出口

8、的剩余旋转。2.2炉膛内实际切圆直径从烟气侧方面讨论引起热偏差的主要因素是炉膛内火炬旋转动量的大小，而旋转动量的大小与实际切圆的直径大小有直接的关系。直流燃烧器射流喷出后，产生偏转的主要原因是：射流卷吸高温烟气引起射流偏转；受邻角气流的冲击、挤压而偏离轴线；射流燃烧器结构对射流偏转的影响。炉内实际切圆直径决定与设计假想切圆直径大小和射流的偏转程度，因此影响实际切圆直径的主要反映在燃烧器结构和运行因素方面的主要参数有：假想切圆直径d。；燃烧器高宽比h/b;燃烧器喷 口总面积与炉膛截面积之比Ai/A ;燃烧器的间隙率s/h ;一、二次风 动量比；燃烧器摆角口。有关上述因素对实际切圆直径的影响，国内

9、外许多研究者开展了较多的试验及数值模拟研究，归纳如下：a)假想切圆直径d。越大，实际的切圆直径越大；b)燃烧器高宽比h/b越大，实际切圆直径越大；c)燃烧器喷口总面积与炉膛截面积之比汇Ai/A增大，在炉膛热态工作时，实际切圆直径变小，在冷态条件下，实际切圆直径变化不大；d)燃烧器的间隙率s/h过小，可能对煤粉着火不利并容易加剧气流偏斜，是实际切圆直径增大，而燃烧器的间隙率s/h过大，也不利于上下两股气流之间的混合，对煤粉气流的燃烧及其燃尽不利。e)一、二次风动量比(m2o 2/ ml川1)越大，那么一次风射流偏转程度越大，炉内实际切圆直径越大；f)燃烧器摆角口下摆时，炉内实际切圆直径增大，摆角

10、上摆时，炉内实际切圆直径减小。2.3燃烧器摆角的影响燃烧器摆角处在下摆和水平时，炉膛出口剩余旋转较大。从燃烧器下摆的最低位置，随着不断地上摆，炉膛出口处的剩余旋转逐渐减小。这是由于燃烧器上摆时，水平分速度与切向旋转动量矩减小，射流的初始切向动量矩减小，炉内气流的切圆直径较水平布置明显减小，有利于改善炉膛出口的烟温偏差。2.4烟气温度场分布的影响由于炉内旋转的不是一般气流，而是燃烧着的射流火焰，在锅炉不同的运行工况下，炉膛热负荷、磨组的运行方式等都不相同，这些都会影响炉内温度场的分布，故这个不均匀的受许多因素影响的温度场也是导致烟温偏差的重要因素。2.5同层燃烧器或各角燃烧器之间摆动不同步，四角

11、一次风速度偏差会造成炉内空气动力场紊乱、燃烧效果变差，使得炉膛出口烟气能量偏差进一步加大。2.6投用不同层燃烧器或煤粉细度差异都会使煤粉燃尽程度及未燃尽局部所剩余的热量各不相同，以及水冷壁粘污程度的不同局部结焦都会使炉膛出口烟温升高，使燃烧相当局部热量转移至过、再热器吸收，加大烟气热量的偏差。三、改善锅炉烟温偏差的措施3.1适当增加反切风SOFA风的动量，合理选择主燃烧器区二次风和反切SOFA风风量的比例。3.2在保证炉内燃烧工况稳定的前提下，依据左右侧对流换热器汽温的温升，增减偏转二次风的动量，调节炉内煤粉燃烧射流的旋转动量，以此来调节炉膛出口烟温3.3减小燃烧器摆角的摆动幅度，尽量维持在水

12、平方向，这样既保证了炉内合理的切圆直径，也有利于炉内煤粉射流的充分燃烧和提高炉膛内温度场的均匀性。3.4合理控制CCOFAI的风量，尤其是在低负荷工况下，减少CCOFAI挡板的开度，保证炉内主燃烧区的区域热负荷，提高主燃烧区域气流的湍动度，进而提高炉内温度场的均匀性。3.5合理选择二次风风量，以到达合理的风煤比例，是炉内燃烧更加充分， 进而提高炉内温度场的均匀性。3.6在低负荷下增加运行磨周界风的开度，提高火焰射流的刚度，防止炉 内火焰中心偏斜，有助于改善炉膛出口的烟温偏差。3.7锅炉运行中出现两侧平均烟温差50C,因认真分析查找原因进行调 整。重点检查燃烧器摆角、各层燃烧器及二次风门执行机构

13、有无卡涩、销子脱落及断裂等原因造成的四角不同步现象，并对分隔屏和后屏结焦情况进行检查，必要时针对烟温高的一侧分隔屏和后屏过热器进行吹灰，以控 制减小两侧烟温热偏差。3.8高位燃风喷咀水平摆动作为减小剩余旋转所造成烟气热偏差的后续调整手段。锅炉运行中假设出现两侧平均烟温差持续50C,可根据烟温偏差情况调整高位燃风喷咀水平摆动角度，将局部高位燃尽风以与主气流旋转方向相反的方向送入炉内局部高位燃尽风反切，可以减弱炉内剩余旋转程度，减小炉膛出口烟气热偏差。3.9提高燃烧器维护检修质量确保燃烧器摆动机构四角摆动同步。所有降低炉膛出口烟气能量偏差的措施的研究都是基于炉内空气动力场稳定有序，燃烧器四角摆动不

14、同步会使炉内气流紊乱，降低各种改良措施的成效。因此，确保燃烧器摆动机构四角摆动同步是其它一切降低炉膛出口烟气能量偏差措施得以实施的根底。利用机组停机检修时机，对燃烧器及二次风挡板门进行全面检查，把好检修后验收关，确保燃烧器摆动机构四角摆动同步，无卡涩，燃烧器摆角及二次风门开度就地与DCS1面指令相符。3.10机组正常运行中定期对锅炉燃烧器及炉膛结焦情况进行检查，相关技术管理人员每周至少对锅炉燃烧器及炉膛结焦情况检查一次，并将发现的问题及时通知检修尽快予以消除，确保燃烧器摆动机构四角摆动同步。3.11认真执行锅炉燃烧器二次风门就地开度与DCS画面指令校对定期工作，发现偏差大时，及时通知检修予以消除。3.12四角煤粉浓度偏差和一次风速的偏差会影响炉内工况，造成炉内气流和火焰的偏斜，这也会导致热偏差的产生