超临界直流锅炉冷态空气动力场研究

2011-04-24汪潮洋崔育奎

综合智慧能源 2011年3期

汪潮洋，崔育奎

(1.河北省电力研究院，河北石家庄 050021;2.华北电力大学，河北保定 071003;3.河北国华定洲发电厂，河北定州 073000)

0 引言

目前，我国新投超临界600 MW等级及以上机组的锅炉有相当一部分采用四角切圆燃烧技术。运行实践表明，在这些锅炉的水平烟道上普遍存在烟温偏差，致使高温过热器、高温再热器不断发生超温爆管事故，严重威胁电站的安全、经济运行。

多年来，对大容量锅炉水平烟道中烟温偏差(以下简称烟温偏差)进行了许多研究，烟温偏差有所改善。然而，由于对烟温偏差产生的原因认识不足，烟温偏差至今仍是电力安全生产中存在的主要问题，有必要总结分析有关研究成果，认识其规律，以便进一步改善四角切圆燃烧时的烟温偏差。

1 系统概况

河北国华定洲发电厂二期工程2×660 MW机组所采用的锅炉为上海锅炉厂生产的SG－2150/25.4－M976型超临界参数变压运行直流炉，四角切向燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架、Π形布置。采用低NOx同轴燃烧系统LNCFS(Low NOxConcentric Firing System)。低NOx煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发分氮转化成NOx，主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分段燃烧技术。LNCFS的主要组件为紧凑燃尽风(CCOFA)喷嘴、可水平摆动的分离燃尽风(SOFA)喷嘴、预置水平偏角的辅助风(CFS)喷嘴及强化着火(EI)煤粉喷嘴。

主风箱设有6层强化着火(EI)煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风(周界风)。在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上、下2个偏置的CFS喷嘴及1个直吹喷嘴。在主风箱上部设有2层CCOFA喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA喷嘴。在主风箱上部布置有SOFA燃烧器，包括5层可水平摆动的分离燃尽风(SOFA)喷嘴。连同煤粉喷嘴的周界风，每组主燃烧器和SOFA燃烧器各有二次风挡板25组，均由电动执行器单独操作。为满足锅炉汽温调节的需要，主燃烧器喷嘴采用摆动结构，由内、外连杆组成1个摆动系统，由1个电动执行器集中带动做上、下摆动，二次风喷嘴的摆动范围为±30°，煤粉喷嘴的摆动范围为±20°。SOFA燃烧器同样由1台电动执行器集中带动做上、下摆动，SOFA喷嘴可水平摆动调节炉膛出口烟温偏差，水平摆动范围为±15°。

燃烧器的主要设计参数(MCR工况):单个煤粉喷嘴输入热量，308.2×106kJ/h;炉膛宽度×深度，18816 mm ×18816 mm;一次风喷嘴偏置角度，4°;二次风喷嘴偏置角度，26°;二次风速度，56.8 m/s;二次风温度，343℃;二次风率，75.7%;SOFA，30%;CCOFA，10%;周界风，10%;一次风速度(喷口速度)，25.4 m/s;一次风温度，76.7℃;一次风率，18.4%;燃烧器一次风阻力，0.5 kPa;燃烧器二次风阻力，1.0 kPa。

2 冷态试验及研究目的

炉内动力场组织的好坏，直接影响锅炉的燃烧效率及炉膛出口烟气分布情况，进而影响锅炉的整体性能，因此，在开展动力场研究前对关键环节进行了深入的研究。

3 试验过程及分析

3.1 一次风调平及结果

为使锅炉同层一次风速相同，从而保证锅炉热态时燃烧中心居中，通过调整一次风管上的可调缩孔进行了同层一次风速调平试验。调平前、后的试验结果见表1，偏差均在±3%以下，优于质量标准规定值(≤±5%)。在准备一次风速调平试验的过程中，尽可能减少冷态试验和热态时的偏差，在设计安装调平测孔时，同层安装位置均距离燃烧器较近且距离相等，保证测孔后到燃烧器的阻力一样，减少了热态时的偏差。

表1 冷态一次风速调平结果

3.2 燃烧器二次风挡板特性的测定

在大风箱风压为1016 Pa时，选取A1，AB层进行了二次风挡板特性的测定(在二次风挡板开度分别为 0%，25%，50%，75%，100%开度下进行测定)。由二次风挡板特性数据曲线可以看出，二次风挡板工作正常，挡板开度的线性度较好，而且各风门挡板特性基本相似。在挡板全关的情况下，风速为5～15 m/s，仍有一定量的风在挡板全关时送入炉膛，验证了在热态试运时不投入燃烧器的情况下对应风门挡板全关而不会烧坏燃烧器喷口的设计理念，从而保证了燃烧调整时各风门挡板的同步性。

3.3 炉膛内空气动力场的测定

由测量结果可以看出，在测量平面上，炉膛中心存在一个无风区或低风速区(以炉膛中心为圆心，半径为3.8 m左右，风速在3 m/s以下)。而十字拉线上测得的最大风速处距炉膛中心距离分别为炉前7.2 m，炉后7.2 m，炉左6.6 m，炉右6.8 m，切圆居中，没有偏心，平均切圆半径为6.95 m，保证了热态燃烧合理。