鍋爐爐膛出口煙溫偏差的試驗及治理方案

摘要：四角切圓燃燒方式是目前火力發電企業應用最廣、最成熟的煤粉燃燒方式。但這種燃燒方式的問題主要表現在鍋爐爐膛出口煙氣有殘余旋轉，這樣很容易使得爐膛出口兩邊出現煙溫偏差和速度場分布不均勻，導致過熱器和再熱器產生汽溫偏差。隨著機組容量的增大，其汽溫偏差也越大，嚴重的影響了電廠的安全、經濟運行。

關鍵詞：切圓燃燒鍋爐；殘余旋轉; 燃燒特性

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0088-02

國內外的大容量電站鍋爐采用四角切圓燃燒方式較多，這種燃燒方式的主要特點是每個燃燒器本身不會產生強烈的擾動，而是借助于鄰角燃燒器氣流的慣性力使爐內火焰具有一定的旋轉強度，對不均勻火焰進行摻混，能對較多煤種實現穩定燃燒。

1600 MW鍋爐設備概況

有一型號為HG-2008/18.2-HM3型亞臨界、一次中間再熱控制循環固態排渣汽包爐。爐膛截面為20 193×20 052 mm，設計煤種為元寶山露天礦褐煤，燃用設計煤質時，鍋爐最大連續出力（BMCR）和額定出力分別為2 008 t/h和1 815 t/h。鍋爐的使用過程主要包括三個大的部分，先通過三分倉回轉式空氣預熱器進行加熱，然后通過中速磨煤機正壓直吹熱風干燥系統進行干燥的操作，再利用四角布置擺動式燃燒器進行燃燒。其中最后一個步驟中，一次風噴口能夠做到20 #778;的上下擺動，二次風噴口能夠做到30 #778;的上下擺動，而頂層的燃燼風噴口能夠進行上30 #778;、下5 #778;的擺動操作。中速磨煤機一般選用MPS-255的型號，一條線上一般需要8臺，每4只燃燒器共用一臺磨煤機，除渣裝置為刮板式撈渣機。鍋爐主要使用高能電弧三級點火。

爐膛上方與煙道之間的主要設備有壁式輻射再熱器、屏式再熱器、后屏過熱器、末級再熱器、分隔屏過熱器、末級過熱器、低溫過熱器、省煤器、回轉式空氣預熱器等。燃燒的煙氣經過受熱面后進行除塵操作，最終排入大氣中。

該鍋爐于1998年投入使用至今，過熱器和再熱器A、B兩側出口蒸汽的溫度存在一定的偏差，這些都給過熱器和再熱器的安全、穩定和經濟運行埋下隱患：從過熱器角度分析，因為汽溫偏差從而導致減溫水流量產生偏差，B側比A側要高于20~30 t/h，這一高差影響著減溫水調節氣溫的功能；再熱器層面來看，氣溫的偏差會直接導致再熱器的管壁溫差，而防止管壁因溫差爆裂，必須使再熱蒸汽的溫度水平整體下降，最終帶來巨大的經濟損失，甚至有可能帶來安全隱患。因此一定要查清氣溫偏差的原因，并進行科學改進，這就需要對鍋爐進行針對性的試驗。

2爐膛出口煙溫偏差的進行了試驗

對鍋爐實施針對性試驗，保證一定的負荷，分別設定三個高度，并且對每一個高度進行偏差實驗。從三個不同的高度對后屏過熱器后和屏式再熱器前A與B兩側的煙氣溫度進行測量并做出科學的計算分析，從中得出煙氣進入水平煙道前的AB兩側溫差。該實驗要求對煙氣的溫度進行兩次測量，對每一個測量孔都測量三點。最終的測量結果表明，產生成因主要表現在煙氣殘余旋轉使爐膛上部A、B兩側的流場不同和屏式再熱器底部的煙氣走廊的共同作用。

3鍋爐設備改造方案及其效果

目前，我國大多數的火電廠鍋爐采取四角布置切圓燃燒的燃燒方式。鍋爐水平煙道的沿寬度方向的管道中存在著較為嚴重的溫度偏差，這一問題直接導致氣溫的偏差，從而引起管道爆裂的安全事故，同時鍋爐的容量不斷增加，煙道的溫差也不斷增大，給鍋爐的運行帶來了巨大的安全隱患，一旦出現問題就會造成嚴重的經濟損失，并且不利于社會的穩定和發展。當前，針對該問題的產生原因，該行業領域中的專家學者大多認為是爐膛出口中殘留物質旋轉所導致的。

燃燒器區域煙氣的強烈旋轉能夠促進風粉的混合，有利于煤粉的燃燒，這是四角切圓燃燒鍋爐較為明顯的優點，對氣流的過早制動，會影響煤粉的燃燼，導致燃燒不穩定，對鍋爐效率有一定的影響。因此，在削弱爐膛出口殘余旋轉的同時，要考慮對爐內煤粉燃燒的影響。

①改造原則。爐內氣流的初始旋轉動量流率矩越大，爐膛出口處殘留的物質旋轉范圍也會隨之加劇。所以，降低爐內氣流的初始旋轉動量流率矩能夠降低爐膛出口的殘余旋轉，以達到降低煙溫偏差的目的。針對已經投入使用中鍋爐，利用部分燃燒器反切配風的操作系統能夠有效的減少煙氣的旋轉動量，從而減少爐膛出口處殘余旋轉。這一方法不僅能夠有效的降低爐膛出口處的殘余旋轉，同時對鍋爐的改造工程要求較低，操作量較少。

在實施反切方案過程中，一般利用反切與正切射流的旋轉動量流率矩之比作為爐內燃燒氣流動力工況的基本判據。

當反切與正切的旋轉動量流率矩相等時，即爐膛出口的殘余旋轉最小，這一工況的反切角度為最佳反切角，但對于實際運行的鍋爐而言，影響因素很多，反切氣流不能正好抵消原來正切氣流，爐膛出口一定還會有殘余旋轉存在。

反切風動量流率矩過小時，對水平煙道中速度分布不均勻性改善的效果不明顯；而當反切風動量流率矩過大時，爐內氣流將整體上作反旋運動。因此，合適的數值能夠對改善對流煙道的氣流速度分布的均勻性起到一定的作用，如果數值較大或者較小，都不能夠起到改善的作用，反而有可能帶來破壞作用，改變爐內氣流的正常旋轉方向，爐內的正常燃燒也會遭到破壞。

認為對300 MW、600 MW機組鍋爐，反正切風動量流率矩之比取0.6~1.20為宜，反切角不超過20 #778;~30 #778;。

②改造方案。針對該600 MW鍋爐的燃燒特性及燃燒器結構，考慮到一次風對鍋爐穩燃影響較大，因此采用二次風反切的方案，因為最上層頂部風（OFB）布置在燃燒器的頂端，它反切后對燃燒器下部區域的動力場影響較少，能夠有效的保證鍋爐內的燃燒趨于穩定，因此最合理的方案就是燃燒器最上層二次風反切的消旋方案。分析這一方案對鍋爐燃燒效率的影響，要確保正切氣流與反切氣流間的混合強度，對鍋爐的頂部風進行了反切14 #778;的改造。反切后額定負荷下無量綱數為0.97，在以往試驗的推薦范圍內。反切后將對爐膛出口煙溫偏差的狀況有所改善。

③改造后的試驗結果。對改造后的煙氣溫度進行測量，在進行改造前后的對比時，后屏過熱器后、屏式再熱器前的煙氣溫差值有所改善。其中，在最高的測點，煙溫偏差平均降低51 ℃；在中間的測點，煙溫從A側高于B側轉變為B側高于A側，改變幅度達181 ℃；在最低的測點，煙溫偏差平均降低48 ℃。

④四角切圓鍋爐其煙氣在爐膛內是旋轉流動的。因爐膛截面是長方形，爐后墻兩角噴燃器射流，和煙氣流向夾角大小不同。受此影響煙氣在流出爐膛出口時阻力不同，煙氣左右側就會存在煙氣量及流速偏差，導致兩側存在煙溫偏差。

⑤制粉系統運行方式的改變，調整二次風配風方式，降低爐膛內火焰煙氣旋轉流速可降低鍋爐兩側煙溫偏差。

⑥調整兩臺吸風機出力不同，對爐膛出口煙溫偏差調整效果不明顯，但對煙道煙溫偏差調整有一定效果。

⑦鍋爐二次風中最頂部的OFA燃燼風（也叫消旋風），風口布置與其它風口射流旋轉方向相反，用來減小煙溫偏差作用明顯。按鍋爐廠說明燃燼風在75%負荷時開始投用，隨負荷增加直至全開。實際運行燃燼風在50%負荷時已投入，但煙溫偏差無法完全消除。

4結語

本文通過對600 MW機組鍋爐爐膛出口煙溫偏差的研究，引入了改造前后爐膛出口煙溫偏差的試驗結果，分析引起爐膛出口煙溫偏差的主要原因及減少鍋爐兩側煙溫偏差的技術措施，結合實際情況，提出了鍋爐設備的改造原則以及改造方案。

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