大型電站鍋爐平行分隔煙道調溫擋板的設計

趙雨

(四川川潤動力設備有限公司,四川成都 611743)

大型電站鍋爐平行分隔煙道調溫擋板的設計

趙雨

(四川川潤動力設備有限公司,四川成都 611743)

平行煙道煙氣調溫擋板作為現代大型機組再熱器汽溫的主要調節手段,本文就煙氣調節擋板在工程設計中的主要設計步驟、調節擋板的特性等設計計算方法進行介紹,以期明晰調溫擋板性能設計的正確方法。

鍋爐設計 擋板調溫 再熱汽溫

1 調節原理

在采用煙氣擋板調節再熱汽溫的鍋爐后豎井內，分隔墻將后豎井分成兩個平行煙道，一部分通常布置低溫再熱器和省煤器受熱面，另一部分通常布置低溫過熱器和省煤器受熱面，并分別在這兩個煙道出口布置調溫擋板。利用煙氣擋板開度變化改變各分隔煙道的煙氣流量來改變再熱器側和過熱器側的傳熱特性，從而改變這兩部分煙道中工質的吸熱量和出口汽溫，簡言之，就是根據鍋爐性能設計的要求，按預測的鍋爐各個負荷下平行煙道兩側需要的煙氣量，分別調節平行煙道擋板開度，改變煙氣流量分配，滿足平行煙道兩側受熱面換熱所需要的煙氣量。

2 設計原則

圖1 帶分隔板相鄰擋板對開的擋板結構

圖2 擋板阻力特性曲線

汽溫調節的容量應按正常運行工況考慮，滿足負荷變化范圍內汽溫變化的需要，滿足燃用設計煤種和校核煤種。通常再熱器調節段宜設置在入口煙溫800～750℃，出口煙溫不超過400℃的區段，在BMCR工況下：再熱汽在調節段中的焓增應約占再熱汽總焓增的66%，過熱汽在調節段中的焓增應約占過熱汽總焓增的33%。

調節段中再熱器側(包括省煤器)和過熱器側(包括省煤器)煙氣流道平滑均勻，兩側受熱面管組在BMCR工況下煙氣流動阻力均衡，滿足兩側換熱所需煙氣份額。無論鍋爐以變壓或定壓模式變負荷運行，一般在汽溫的負荷變化范圍內，再熱器側煙氣份額能控制在40%～65%之內，并對最大和最小煙氣份額適當留有調節余度。

擋板應在0°～90°轉角范圍內連續調節，擋板開度約在全行程的到66%范圍內，其流量特性近乎線性，應能滿足在需要的負荷變化范圍對汽溫調節的要求。

擋板的結構設計應達到調節機構簡單靈活，不卡澀，軸端不泄漏。并充分考慮到擋板的環境溫度、防止飛灰磨損及材料選擇問題；再熱器側和過熱器側的煙氣擋板正常運行時，應按設計提出的開度隨負荷變化控制要求，分別進行控制調節。總的轉動趨勢為一側開大，另一側就關小。

3 主要設計步驟

(1)鍋爐方案設計確認后，應提供平行煙道布置尺寸圖、過熱器側和再熱器側在保證汽溫的負荷范圍內，各計算負荷下通過的煙氣體積流量(Nm3/sec)和含灰煙氣的質量流量(Kg/sec)、調節擋板入口處煙氣溫度(℃)、通過調節段過熱器側和再熱器側受熱面管組的阻力(Pa)。

(2)設定保證蒸汽溫度的最低負荷及該負荷煙氣阻力較大一側(如過熱器側)為基準，并試設定該側調節擋板的煙氣阻力(基準阻力)，如300Pa，根據兩并聯平行煙道(調節段)進出口壓力相等，導出另一側(如再熱器側)調節擋板需要的煙氣阻力。

(3)設定過熱器側調節擋板的開度從BMCR工況到低負荷是由大關小，而再熱器側調節擋板的開度從BMCR負荷到低負荷是由小開大。

(4)確定兩側調節擋板處煙氣流通截面積及擋板開度。

1)先以設計煤種燃燒產物煙氣量來計算，最后需按校核煤種進行校核，調整煙氣流通截面積或進行圓整。一般情況是選過熱器側的阻力為基準進行計算；

2)通過過熱器側和再熱器側調節段的煙氣量取自于鍋爐熱力計算，煙氣通過調節段各管組和流道的阻力應考慮當地大氣壓力、溫度、濕度以及自生通風對流速的影響。當燃煤的收到基灰分Aar＞0.006316×Qnet.ar時，還須考慮煙氣含塵量對該煙道煙氣阻力(不含對自生通風)的修正，它是以引入總乘數(1＋μmax)的形式進行的。

這里：μmax——1Kg燃煤的燃燒產物中的含塵量，Kg/Kg；

式中：Aar——燃煤收到基灰分，%

αfh——煙氣中的飛灰份額，這里取αfh＝0.95；

α——計算煙道段處的過量空氣系數；

V0——1Kg燃煤完全燃燒所需的理論空氣量，Nm3/Kg

式中：F——調節擋板煙氣流通截面積，m2；

iζ——調節擋板在開度iφ(%)時的局部阻力系數；

Qv——通過調節擋板的煙氣體積流量，Nm3/s；

Qm——通過調節擋板的煙氣質量流量，Kg/s；

?——通過調節擋板處煙氣溫度，℃；

Δh——通過調節擋板煙氣的局部阻力，Pa。

調節擋板葉片調整角θ范圍是0°～90°，其開度φ與調整角(或稱方位角)θ的關系為：

設定過熱器側保證額定汽溫的最低負荷時擋板的開度是33%。

4)由計算式(2)求得過熱器側調節擋板的煙氣流通截面積Fs后，可導出調節擋板流通截面的基本尺寸：寬度Ws、深度Ds，寬度皆取為鍋爐后豎井煙道寬度W，按計算式(4)求得深度：

為了利于選擇已系列化的擋板，深度D應圓整到百位毫米數字(如6500mm)，然后以此計算新的過熱器側調節擋板的煙氣流通截面積 Fs，局部阻力系數ζs?min及其開度φs?min；

5)無論是過熱器側還是再熱器側為基準，在保證蒸汽溫度的負荷變化范圍內，調節擋板的阻力變化(因擋板關小或因煙氣流量增大)建議控制在240Pa左右。將這個阻力疊加在最低保證負荷的基準阻力上，作為過熱器側BMCR工況下調節擋板預計的局部阻力

7)按所選用的調節擋板，在其擋板阻力特性曲線上由求出的阻力系數查得調節擋板的相應調整角θ，并按計算式(3)求得開度檢查該調節擋板的開度是否在33%～66%范圍內；

8)根據兩并聯平行煙道(調節段)進出口壓力相等，導出另一側(如再熱器側)調節擋板需要的煙氣阻力。由此可得到任何對應工況下再熱器側調節擋板的局部阻力，即：過熱器側管組阻力＋過熱器側調節擋板阻力＝再熱器側管組阻力＋再熱器側調節擋板阻力，于是可得BMCR工況下再熱器側調節擋板的阻力

9)過熱器側和再熱器側調節擋板的結構型式相同，應有相同的擋板阻力特性曲線。設定再熱器側在BMCR工況下調節擋板的初始開度(也是＞33%)，從特性曲線可查得它的局部阻力系數ζr?mcr；

10)按計算式(2)或(3)求得再熱器側調節擋板的煙氣流通截面積并按步驟4)的方式求出并圓整后的再熱器側調節擋板流通截面的寬度W、深度Dr、煙氣流通截面積Fr。然后，按第步驟6)條方法計算局部阻力系數及其開度

11)當確定了再熱器側調節擋板煙氣流通截面積Fr后，就可按最低保證蒸汽溫度負荷工況的再熱器側調節擋板處煙氣的體積流量、質量流量或煙氣密度、煙氣溫度，再熱器側管組煙氣阻力等已知條件，逐項求出該工況下再熱器側調節擋板的煙氣局部阻力、局部阻力系數ζr?min、查得調節擋板的開度φr?min。再檢查該調節擋板的開度是否在33%～66%范圍內；

12)假如BMCR負荷到最低保證蒸汽溫度負荷之間的其它負荷工況下過熱器側、再熱器側流經調節擋板處的煙氣體積流量、質量流量或密度、煙氣溫度、和各側管組的煙氣阻力均已在其它計算過程中得到，在這里它們作為已知參數，就可以陸續計算出兩側相應的調節擋板阻力ζr?min、局部阻力系數ζ及擋板開度φ。

4 調節擋板的特性

不同的調節擋板結構型式其阻力特性曲線是不同的。本文提供圖1所示帶分隔板相鄰擋板對開的擋板結構在阻力特性。該結構型式的阻力特性是其擋板調整角θ(也稱方位角)的函數。擋板的阻力系數ζ按圖2查取，圖2中橫坐標是代表調整角(方位角)的余角，即按(90°-θ)標定。

如果選用其他結構型式的旋轉擋板，則應從與之匹配的擋板阻力特性關系中確定阻力系數值，或者通過必要的試驗測定阻力系數。

[1](德國)R.Jung.矩形通道內平面節流擋板的阻力特性線[J].《BWK》雜志,1960年7期.

[2](德國)R.Jung.方形管道和圓管內平旋轉擋板的流動技術特性[J].《BWK〉》雜志,1968年10期.

[3](蘇)莫昌主編.鍋爐設備空氣動力計算——標準方法第三版[M].武漢：武漢鍋爐廠設計科,1975.

[4]能源部西安熱工研究所.關閉擋板質量檢驗和性能測試報告[R].1988年12月.