170 t/h四角切圓煤粉鍋爐冷態試驗分析研究

，

(1. 湖南化工職業技術學院，湖南 株洲 412004；

2. 中南大學 能源科學與工程學院，長沙 410083)

0 引 言

鍋爐冷態性能試驗是電站鍋爐運行調整的依據和重要手段，它對了解鍋爐的實際運行特性，保持燃料高效燃燒，保證鍋爐運行的安全性和經濟性有著重要的意義。某公司熱電廠的WGZ170/9.8-3型燃煤鍋爐，自投產運行以來，曾先后出現水冷壁嚴重的高溫腐蝕、水冷壁結焦、熱效率低、無油助燃低穩燃負荷相對過高等情況，當煤種變化，鍋爐在低負荷運行時，不能正常運行，并時常發生熄火，嚴重影響了鍋爐的安全、經濟運行，因此決定對鍋爐燃燒器及燃燒系統等進行改造。根據國家電力行業標準及有關規程要求，在點火試運行前對鍋爐進行了冷態試驗[1-2]。通過冷態試驗，了解了風門擋板的開度-流量特性，掌握了該鍋爐的主氣流切圓的大小、位置以及爐內氣流分布情況及冷態爐內氣流的流動規律，特別是對各二次小風門、送風機、引風機的擋板進行擋板特性測試[3-6]，對鍋爐運行參數進行調整,保證鍋爐爐膛四角一、二次風風速、風量的匹配均勻合理，四角煤粉射流相互撞擊點燃，爐內形成穩定的旋轉上升火焰氣流[7-8]，在爐膛中建立起良好的空氣動力工況[9]，降低NOx排放量[10-13]，提升低負荷穩燃能力，為鍋爐熱態運行調試提供了參考依據與安全保障。

1 鍋爐概況

文中的WGZ170/9.8-3型燃煤鍋爐屬于中溫中壓、單汽包自然循環鍋爐，∏型布置的固態排渣煤粉爐，爐膛內膜式水冷壁。鍋爐采用直流煤粉燃燒器，正四角切向布置，鍋爐設計燃用貧煤，制粉系統用鋼球磨中間倉儲式熱風送粉。采用均等配風燃燒器，分六層布置，布置形式為“321212”，即最上一層為三次風，一二次風相間布置，鍋爐配有送風機2臺，引風機2臺。

1.1 鍋爐主要設計參數

鍋爐的額定蒸發量(MCR): 170 t/h。

過熱蒸汽溫度: 540 ℃。

過熱蒸汽壓力: 9.8 MPa。

給水溫度：215 ℃。；

冷空氣溫度：30 ℃。

排煙溫度：145 ℃。

鍋爐熱效率: 90.5%。

1.2 燃料特性

鍋爐的燃料為貧煤，鍋爐設計的燃料特性見表1。

表1 鍋爐設計的燃料特性

2 冷態試驗分析與調整

2.1 送、引風機擋板特性試驗

在進行送風機擋板特性試驗前，按相關要求和標準在送風機出口風道的直段上開直徑為30 mm的測孔。按操作規程先后啟動引風機和送風機，送風機進口靜壓為大氣壓，通過調節引風機調節擋板開度，始終維持爐膛內負壓在-20～-50 Pa之間。采用1.8 m長的標準型皮托管、電子微壓計和熱線風速儀進行測量，測出風門擋板在0%、20%、40%、60%、80%、100%開度下風道內的速度大小。在甲(1#)、乙(2#)兩臺送風機擋板特性曲線如圖1和圖2所示。

圖1 送風機擋板特性曲線

圖2 引風機擋板特性曲線

從圖1、圖2可知：送風機、兩臺引風機的擋板特性曲線工作基本正常，但甲送風機擋板特性要好于乙送風機擋板特性；乙送風機在大擋板開度時，風機流量偏小；2臺風機擋板全關時，出口風道內仍有一定風速。據估算，在滿負荷下(170 t/h)，冷態風量約為150 000 Nm3/h。考慮甲乙送風機性能的區別及實際運行情況，并留有一定的富余量，送風機運行時，甲送風機擋板開度在40%左右、乙送風機在40%～45%左右，可較好的滿足運行要求；其它負荷下按比例調節風機擋板開度。

2.2 二次風門擋板特性試驗

進行二次風門擋板特性試驗時，送風機擋板開度為45%，出口壓力為1.5 kPa左右，引風機開約50%，維持爐膛內負壓在-30～-40 Pa左右。采用Test-342型熱線風速儀，在二次風門擋板開度分別為0%、25%、50%、75%、100%條件下，各自對應測得二次風管內及二次風噴口的速度，得到擋板開度與噴口速度的關系曲線如圖3和圖4所示。

圖3 上層二次風風門擋板開度與噴口速度的關系

圖4 下二次風風門擋板開度與噴口速度的關系

從圖3、圖4可以看出：二次風門的擋板特性曲線基本正常，各風門調節靈活。關于上層二次風口，4#角上二次風口擋板安裝反了，指示值與調節過程剛好相反，且最大開度時達不到模擬流速，建議查明原因修好；1#角出口風速小，達不到設計風速，最大冷態模擬流速僅為7.5 m/s，達不到冷態模擬19.8 m/s速度要求，建議改造；2#二次風門全關后噴口仍有較高速度(>9 m/s)，不能關嚴。下層二次風口，各擋板特性基本正常，但各角基本不能關嚴，所有二次風門全關時都有2 m/s以上的速度， 2#角流速達到5.4 m/s，在運行中調節時應當注意。在滿負荷下(170 t/h)，運行中二次風門擋板開度按表2進行調節。

表2 二次風門擋板的開度(%)

2.3 一次風門擋板特性試驗

燃燒器的一次風設計速度為24.7 m/s，設計熱風溫度為274 ℃，考慮試驗期間的氣溫為7 ℃，計算選定冷態試驗的一次風速度為12.6 m/s。通過調節送風機、引風機擋板開度，維持爐內負壓在-30 Pa左右。利用Test-342型熱線風速儀測出各一次風門擋板在0%、25%、50%、75%、100%開度下分別對應的一次風管內風的速度，擋板開度與管內速度關系表與曲線如圖5所示。試驗結果表明，一次風各管風速基本正常，5#管風速略偏小。根據模擬情況，綜合考慮各種因素，在滿負荷下(170 t/h)，運行中一次風門擋板開度建議按表3進行調節。其它負荷下按比例調節風機擋板開度。

圖5 一次風管擋板開度與管內風速的關系

表3 一次風門擋板的建議開度(%)

2.4 爐內冷態模擬試驗

燃燒器的二次風設計速度為45 m/s，設計熱風溫度為366 ℃，考慮試驗期間的氣溫為7 ℃，計算選定模擬的二次風速度為19.8 m/s。通過調節送風機、引風機擋板開度，維持爐內負壓在-30 Pa左右，送風機擋板開度為50%左右。根據各二次小風門擋板特性曲線，將噴口二次風速度調節到模擬值，記錄下各擋板及風門的開度值，待穩定后進行冷態工況模擬試驗，在爐膛內的上下一次風燃燒器處，利用熱球風速儀等測量儀器測得各點速度，并繪出了相應的速度玖瑰圖如圖6所示，然后進行飄帶示蹤，結果如圖7所示。

圖6 燃燒器截面爐內速度玖瑰圖

圖7 中層、下層處爐內飄帶示綜圖

從圖6玫瑰圖及爐內飄帶示蹤圖圖7可以看出，燃燒器附近截面切圓大約為4.7 m，比假想切圓直徑放大了大約9～10倍，切圓位置和大小適中，符合設計的切圓要求，爐內空氣流場較好。

3 結束語

(1)通過送、引風機擋板特性試驗表明：送風機、兩臺引風機的擋板特性曲線基本正常，送風機擋板開度在40%左右、兩臺引風機并聯運行擋板各開45%左右較為適宜，為熱態運行時調節送、引風機擋板開度提供依據，特別是有利于低負荷時進行送、引風機的配合。

(2)進行二次風門、一次風門的擋板試驗，掌握各風門擋板特性，風門擋板開度與噴口速度(或流量)之間的關系，最大開度時達不到模擬流速設計風速，為鍋爐熱態運行時，燃燒系統進行合理配風提供依據；

(3)通過計算選定模擬的二次風速度為19.8 m/s，調節送風機、引風機擋板開度，維持爐內負壓在-30 Pa左右，送風機擋板開度為50%左右，冷態下對爐內空氣動力場進行了飄帶試驗和數值模擬,結果表明各燃燒器的安裝角符合設計要求，切圓位置和大小適中，爐內空氣流場較好。

[1] 鄢曉忠,劉 亮,夏侯國偉，等.130 t/h燃氣鍋爐冷態試驗分析[J].鍋爐制造.2006,12(4):4-6.

[2] Xiang J, Sun X X, Hu S,et,al. An experimental research on boiler combustion performance[J]. Fuel Processing Technology, 2000, 68(2):139-151.

[3] 劉麗萍.四角切圓煤粉爐爐內燃燒及配風的數值模擬[D].大連：大連理工大學，2009.

[4] 孫科,馬洪濤.2 023 t/h亞臨界四角切圓鍋爐冷態空氣動力場的試驗研究[J].電站系統工程,2010,26(1)：5-8.

[5] 閻志勇,張慧娟,邱廣明，等.鍋爐分級燃燒降低NOx排放的技術改造及分析[J].動力工程,2000, 20(4):764-769.

[6] 莊德安.燃煤工業鍋爐熱工測試方法[M].北京:機械工業出版社,2001:133-134.

[7] Bogdan H,Ovidiu M，Gheorghe D.Oxygen-enriched combustion in supercritical steam boilers [J]．Energy，2004 (29)：427-448.

[8] Bisio G, Bosio A.Oxygen enrichment of combustion air.In:Hirs GG, editor. proceedings of the ECOS 2000 Conference,From Thermo-Economics to Sustainability,Enschede,Holland，Universiteit Twente,2000：379-390.

[9] 杜亮亮.煤粉鍋爐二次風系統流量特性研究 [D].南京：南京理工大學，2009.

[10] 程偉良,夏國棟,周 茵，等.鍋爐分級燃燒優化技術的研究[J]. 動力工程, 2004, 24(3):336-339.

[11] 張家元,周孑民,陳喬平，等.膜法富氧局部助燃技術在煤粉鍋爐上的應用[J].動力工程.2007,27(4)：518-521.

[12] 吳金卓，馬 琳，林文樹.生物質發電技術和經濟性研究綜述[J].森林工程，2012，28(5)：102-106.

[13] 張家元,周孑民,閆紅杰.煤粉鍋爐膜法富氧局部助燃技術[J].中南大學學報(自然科學版).2007,38(5)：857-862.