0、引言
某電廠鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)ALSTOM美國公司的600MW超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，型號(hào)為SG-1913/25.4-M971，單爐膛、一次中間再熱，采用四角切圓燃燒方式，為平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型露天布置燃煤鍋爐。該廠4臺(tái)同型號(hào)鍋爐自投產(chǎn)以來，一直存在著主、再熱蒸汽的左、右兩側(cè)汽溫偏差大等問題，分隔屏出口過熱汽溫偏差幅度甚至高達(dá)18℃左右，而低溫再熱器出口溫度偏差最高也可以達(dá)到16℃左右，使得局部管材易超溫，在運(yùn)行過程中大量投用減溫水，不但嚴(yán)重影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，更威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。
本文在對(duì)汽溫偏差產(chǎn)生原因進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)研究分析了分離燃盡風(fēng)SOFA反切角度、SOFA風(fēng)量和SOFA配風(fēng)方式等因素對(duì)汽溫偏差的影響，為解決汽溫偏差問題提供了理論依據(jù)。通過試驗(yàn)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了將主、再熱汽溫偏差有效控制在5℃以內(nèi)。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、燃燒系統(tǒng)和主汽系統(tǒng)特點(diǎn)
鍋爐燃燒系統(tǒng)按中速磨冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配6臺(tái)HP1003型中速磨磨煤機(jī)，其中5運(yùn)1備。煤粉細(xì)度R75為25%。24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈順時(shí)針方向切圓燃燒。
主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置周界風(fēng)。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置l層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下2只偏置的CFS噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有2層緊湊燃盡風(fēng)CCOFA噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有1層火下風(fēng)UFA噴嘴。在主風(fēng)箱上部布置有分離燃盡風(fēng)SOFA燃燒器，包括5層擺角可在+150～-150范圍內(nèi)水平擺動(dòng)的SOFA噴嘴，使SOFA達(dá)到不同的反切角度，使進(jìn)入燃燒器上部區(qū)域的氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度得到減弱乃至被消除。
過熱蒸汽系統(tǒng)流程如圖l所示。從爐頂出口集箱引出的蒸汽依次經(jīng)過頂棚及包覆墻過熱器、分隔屏過熱器后，再分二路經(jīng)I級(jí)噴水減溫后進(jìn)入后屏過熱器，然后從后屏過熱器分二路經(jīng)Ⅱ級(jí)噴水減溫后進(jìn)入末級(jí)過熱器，最后分兩路引至兩根主蒸汽管道并送往汽機(jī)高壓缸。過熱器汽溫通過煤水比調(diào)節(jié)和兩級(jí)噴水來控制，過熱器噴水取自省煤器進(jìn)口管道。
再熱蒸汽自汽機(jī)高壓缸排出的蒸汽分成二路，經(jīng)事故噴水減溫器后引入低溫再熱器，再通過左右交叉的2根連接管道引至末級(jí)再熱器，然后分兩路引出至2根再熱蒸汽管道，送往汽機(jī)中壓缸。事故噴水取自給水泵中間抽頭。再熱蒸汽系統(tǒng)流程如圖2所示。
2、汽溫偏差情況和原因分析
日常運(yùn)行過程中，各受熱面后的左、右側(cè)出口蒸汽溫度存在較大偏差，普遍規(guī)律為分隔屏出口過熱汽溫右高左低，且偏差幅度有時(shí)高達(dá)28℃，為將后屏過熱器和末級(jí)過熱器出口汽溫左、右側(cè)調(diào)至一致，兩級(jí)過熱減溫水的用量均為右側(cè)明顯大于左側(cè)。由于后屏過熱器與末級(jí)過熱器之間的連接管為左右交叉布置，可知末級(jí)過熱器左側(cè)吸熱量高于右側(cè)。
為分析受熱面左、右側(cè)吸熱不均的原因，對(duì)各工況下水平煙道的溫度場進(jìn)行了測量，各點(diǎn)溫度主要采用遠(yuǎn)紅外高溫測溫儀在觀火孔處進(jìn)行測量。各受熱面處左、右側(cè)煙溫對(duì)比統(tǒng)計(jì)隋況見表1。
汽溫偏差是我國大型四角切圓鍋爐應(yīng)用中的常見問題，國內(nèi)學(xué)者開展了大量的理論和試驗(yàn)研究，一般認(rèn)為該問題主要是由于爐膛及爐膛出口水平煙道中的煙氣流場、速度場和溫度場的不均勻而引起。
位于爐膛出口的受熱面，其汽溫特性是輻射換熱與對(duì)流換熱的綜合結(jié)果。由于四角切圓燃燒煙氣流在爐內(nèi)的強(qiáng)烈摻混，對(duì)四角均勻投粉、配風(fēng)正常的運(yùn)行工況來講，一般認(rèn)為截止到分隔屏底部，爐內(nèi)氣流的溫度場相速度場是左右對(duì)稱的。煙氣進(jìn)入屏區(qū)后，由于殘余旋轉(zhuǎn)的存在及分隔屏的切割導(dǎo)流作用，出現(xiàn)了煙氣速度場和流量場的偏置現(xiàn)象。對(duì)順時(shí)針方向切圓燃燒方式而言，左側(cè)分隔屏處的煙氣直接通過折焰角上部進(jìn)入水平煙道，而右側(cè)分隔屏處的煙氣則首先有流向前墻的趨勢，然后折返進(jìn)入水平煙道，如圖3所示，此時(shí)形成的強(qiáng)烈氣流擾動(dòng)強(qiáng)化了右側(cè)區(qū)域的對(duì)流換熱，引起屏區(qū)受熱面吸熱量呈右高左低，進(jìn)而造成屏區(qū)出口煙溫左高右低。同時(shí)，由以上分析可知，左側(cè)煙氣阻力小、流量大，右側(cè)煙氣阻力大、流量小。
位于水平煙道受熱面，如末級(jí)過熱器和低溫再熱器，其汽溫特性主要受對(duì)流換熱的影響，由于左側(cè)的體積流量大且煙溫高，因此這幾處受熱面左側(cè)換熱強(qiáng)度要比右側(cè)強(qiáng)烈。后屏過熱器右側(cè)吸熱強(qiáng)于左側(cè)，末級(jí)過熱器左側(cè)吸熱強(qiáng)于右側(cè)，但由于兩者間的蒸汽連接管為左右交叉布置，促使過熱汽溫偏差進(jìn)一步擴(kuò)大。
3、各調(diào)節(jié)手段對(duì)汽溫偏差影響的試驗(yàn)研究
根據(jù)以上分析，主要是由于爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)氣流導(dǎo)致了左、右側(cè)汽溫偏差，因此可從消除或削弱殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度從而提高煙氣流場均勻性的角度采取相關(guān)措施進(jìn)行試驗(yàn)研究。該鍋爐的消旋動(dòng)力主要來自SOFA，因此試驗(yàn)工作主要通過調(diào)節(jié)SOFA反切角度、SOFA風(fēng)量、SOFA配風(fēng)方式等相關(guān)因素來進(jìn)行，以探究各調(diào)節(jié)手段對(duì)汽溫偏差的影響情況，從而為運(yùn)行調(diào)整減小汽溫偏差提供理論依據(jù)。
3.1 SOFA反切角度的影響
燃燒器區(qū)域上部有5層SOFA風(fēng)噴嘴，SOFA設(shè)計(jì)風(fēng)量占二次風(fēng)量的30%。SOFA噴口可在±150擺角范圍內(nèi)水平擺動(dòng)。試驗(yàn)中分別進(jìn)行將SOFA水平擺角反切7.50、100和150三個(gè)對(duì)比工況，用以對(duì)比分析不同的SOFA水平擺角對(duì)各受熱面出口蒸汽溫度的影響。試驗(yàn)過程中保持煤質(zhì)穩(wěn)定、負(fù)荷穩(wěn)定、二次風(fēng)分配方式和二次風(fēng)總量基本不變。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，其中各汽溫偏差值為同一受熱面出口左、右兩側(cè)汽溫的偏差值，為正時(shí)表示左側(cè)汽溫高，為負(fù)則表示右側(cè)汽溫高。
試驗(yàn)結(jié)果表明，反切角度從7.50逐步增加到15。時(shí)，煙溫偏差隨之減少，可見爐膛出口煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)趨于緩和。另外，隨著SOFA反切角度增加，汽溫偏差下降明顯，其中高溫再熱器出口溫度偏差從13℃下降到2℃，末級(jí)過熱器出口汽溫偏差從IOoC下降到1℃。同時(shí)，分隔屏出口汽溫隨著SOFA反切角的增大而逐步上升，過熱器減溫水量有所增加，對(duì)爐膛溫度場進(jìn)行同步測量分析發(fā)現(xiàn)爐膛火焰中心存在上移現(xiàn)象。由此可見，SOFA水平擺角可有效削減爐膛出口煙氣殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，具有顯著的調(diào)節(jié)煙溫偏差的作用，但同時(shí)應(yīng)注意過熱減溫水用量的上升問題。
3,2 SOFA風(fēng)量的影響
在額定負(fù)荷下，保持SOFA反切角度和二次風(fēng)總量基本不變，逐步增大SOFA風(fēng)門開度，從而增加SOFA風(fēng)量，加大反切動(dòng)量，試驗(yàn)各工況的SOFA風(fēng)門開度及其對(duì)汽溫偏差的影響情況詳見表2。
試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著SOFA風(fēng)量增加，煙溫偏差減小，末級(jí)過熱器出口汽溫偏差從13.1℃下降到5.3℃，而高溫再熱器汽溫偏差從4,6℃增加到7.1℃，分隔屏出口汽溫偏差變化不明顯。同時(shí)，由于二次風(fēng)總量基本不變，所以燃燒器區(qū)域二次風(fēng)量隨之減少，導(dǎo)致爐膛中部燃燒器區(qū)域因缺氧較多而使火焰中心高度上移，使再熱汽溫顯著上升。
3.3 SOFA配風(fēng)方式的影響
為了解SOFA不同配風(fēng)方式對(duì)消除殘余旋轉(zhuǎn)能力的影響，在100%負(fù)荷條件下，對(duì)五層SOFA風(fēng)門分別按正寶塔型、倒寶塔型、束腰型三種組合方式配風(fēng)進(jìn)行試驗(yàn)，表3為滿負(fù)荷條件下各工況的SOFA風(fēng)門開度情況及其對(duì)汽溫偏差的影響情況。
以上結(jié)果表明，滿負(fù)荷條件下，工況4相對(duì)其它兩個(gè)工況而言，其主汽溫度、再熱汽溫偏差最小。然而試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同負(fù)荷條件下最佳的SOFA配風(fēng)方式均不一致，且與煤質(zhì)等因素有關(guān)，因此SOFA配風(fēng)方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來確定。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
4、結(jié)語
(1)對(duì)于順時(shí)針切圓燃燒的鍋爐，分隔屏過熱器、后屏過熱器和高溫再熱器的蒸汽溫升呈右高、左低的分布特性，而在水平煙道及尾部煙道上的受熱面蒸汽溫升呈左高、右低分布特性。
(2)SOFA反切角度、SOFA風(fēng)量、SOFA配風(fēng)方式的調(diào)整對(duì)于主、再熱汽溫偏差具有顯著影響。SOFA反切角度和風(fēng)量增加可以削弱乃至消除爐膛出口氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，有效減小煙溫偏差，對(duì)流受熱面上汽溫偏差隨之減��；SOFA配風(fēng)方式須根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。
(3)對(duì)于反切角度和風(fēng)量的調(diào)整，應(yīng)兼顧汽溫偏差和減溫水量。若過大地增加反切動(dòng)量，雖然減小了末級(jí)受熱面的汽溫偏差，但可能導(dǎo)致爐膛火焰中心上移，減溫水量增加而降低經(jīng)濟(jì)性水平。
