645MW燃煤機組鍋爐二次風流場優化技術應用研究

華潤電力（菏澤）有限公司 劉瑞敬 王愛軍 西安熱工研究院有限公司 朱晉永 梅振鋒

華潤電力（菏澤）有限公司裝設兩臺645 MW超超臨界燃煤發電機組，鍋爐為超超臨界參數、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、露天布置的P型直流爐。鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，5層燃燒器采用前3后2布置。機組自投產以來，多次發現側墻區域出現較為嚴重的水冷壁高溫腐蝕問題，嚴重影響鍋爐運行[1]，因此進行了大面積的換管處理。為緩解對沖燃燒鍋爐側墻水冷壁高溫腐蝕問題，進行熱二次風系統流場優化技術研究[2]。

1 優化內容

圖1為現有二次風系統布置示意圖。二次風系統沿鍋爐中心線布置，圖中僅示出一半。表1為現有風道布置下的燃燒器及OFA噴口風量結果統計。數值模擬結果表明，燃燒器區爐膛寬度方向上，靠側墻的二次風流量明顯低于爐膛中間的二次風流量，平均偏低5.5%，預計滿負荷時，當爐膛中間氧量為2.5%時靠側墻的氧量約為1.6%。熱態下，尤其要注意靠側墻區域的煤粉不完全燃燒和水冷壁高溫腐蝕；燃盡風區爐膛寬度方向上，靠側墻的二次風流量明顯低于爐膛中間的二次風流量，平均偏低4.6%，尤其要注意靠側墻區域的CO不完全燃燒。

圖1 現有二次風道及風箱布置示意圖

表1 現有風道布置下的燃燒器及OFA噴口風量統計

為解決靠側墻區域燃燒缺風問題，進行二次風流場優化，通過靠側墻燃燒器及燃盡風內、外二次風環形進風改造，提升靠側墻區域的整體風量，加強靠側墻燃燒器的煤粉燃燒，減少煤粉顆粒對側墻水冷壁的沖刷，控制側墻水冷壁近壁處還原性氣氛，控制靠兩側區域的CO排放濃度。表2為二次風流場優化后的燃燒器及OFA噴口風量結果統計。數值模擬結果表明，優化后燃燒器區爐膛寬度方向上，靠側墻的二次風流量明顯提高，與爐膛中間的二次風流量的比值從94.5%提升至112.0%；燃盡風區爐膛寬度方向上，靠側墻的OFA風流量也得到了明顯提升，與爐膛中間的二次風流量的比值從95.4%提升至113.6%。

表2 優化后風道布置下的燃燒器及OFA噴口風量統計

2 應用效果

現場實施改造后，依據等截面網格的原則[3-4]進行了冷態下燃燒器及燃盡風噴口風速測試（表3）。測試結果表明，優化后，相同拉桿位置狀態下二次風風量分配總體為中間低、兩邊高，主燃區靠兩側二次風量比中間高出18.1%，燃盡風區靠兩側二次風量比中間高出11.6%，風量分配相對合理。

表3 燃燒器及燃盡風內、外二次風風速冷態測試結果

熱態下，對省煤器出口CO分布及側墻水冷壁還原性氣氛進行了測試。圖2所示為改造后630MW負荷工況省煤器出口O2和CO分布?？煽吹礁脑旌笫∶浩鞒隹诳總冗吶憋L問題得到明顯改善，截面平均氧量為3.5%，側邊氧量最低值提升至3.3%以上，截面CO濃度平均值控制在107μL/L以下，側邊CO濃度最高值控制在200μL/L以下。入爐煤種平均含硫量為0.7%，表盤運行氧量控制在3.0%。改造前僅在上層燃燒器標高區域設置了側墻水冷壁還原性氣氛測孔。對比結果表明，630MW負荷工況改造前CO和H2S濃度分別為47000μL/L和224μL/L；改造后濃度顯著下降，CO濃度降低至29000μL/L，降幅為38%，H2S濃度降低至147μL/L，降幅為34%。

圖2 改造后630MW負荷省煤器出口O2和CO分布

表4 改造前側墻水冷壁還原性氣氛測試結果(630MW)

表5 改造后側墻水冷壁還原性氣氛測試結果(630MW)

綜上，熱二次風系統流場優化技術能有效解決對沖鍋爐靠側墻區域燃燒缺風問題，改善側墻水冷壁還原性氣氛，緩解高溫腐蝕。