1125t/h超临界墙式切圆褐煤锅炉冷态空气动力场试验研究

李广伟 张海潮

摘 要：为了解某电厂1125 t/h 超临界墙式切圆褐煤锅炉大修后炉内空气动力场的分布特性，进行了锅炉冷态空气动力场试验。对锅炉一、二次风风速进行了调平，并对炉内实际切圆及贴壁风速进行了测量。试验结果表明，经调整后，各粉管及燃烧器喷口风速均匀，二次风挡板特性较好，实际切圆大小及贴壁风速合理。

关键词：超临界；墙式切圆锅炉；冷态空气动力场；试验研究

引言

锅炉燃烧工况的稳定性和经济性对大型发电机组安全、经济运行有着至关重要的作用，而燃烧工况的优劣在很大程度上决定于燃烧器及炉膛的空气动力工况。辽宁某电厂1号锅炉由于在前一阶段运行中发现存在着水冷壁壁温高、左右侧汽温偏差大，主再汽温偏低等现象而进行机组大修。另外结合机组节能降耗科研项目的需要，所以大修过程中决定要在启动前做冷态动力场试验，以检验炉内空气动力工况。通过冷态调整、试验、测试等手段以改善炉内动力工况，为机组热态运行及燃烧调整提供可靠的理论依据。

1 设备概况

锅炉主要设计参数见表1。

表1 锅炉主要设计参数参数表

注： 1） BMCR 指锅炉最大连续蒸发量工况；2） BRL 指额定工况。

该电厂锅炉由哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发研制，型号为HG-1125/25.4-HM2的超临界压力、螺旋管圈、低NOx直流煤粉燃烧器、一次中间再热、单炉膛平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架的变压本生直流炉。制粉系统采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统。设计煤种为20%铁法烟煤与80%平庄褐煤的混煤。

2 试验内容及方法

2.1 试验项目

通过对设备运行状况摸底，进行了以下试验项目：（1）一、二次风调平试验；（2）二次风挡板调节特性试验；（3）炉内实际切圆测量与贴壁风速测量；（4）燃尽风摆动执行机构检查。

2.2 冷态模拟试验参数的确定

根据相似原理[2]，应满足模型与实物几何相似、边界条件相似及保持气流运动状态进入自模化区。在冷态试验时，应使炉内气流的雷诺数Re冷与热态的雷诺数Re热相等或超过临界雷诺数Re临。当Re冷>Re临时，流动工况进入自模化区，由于冷态空气的运动黏度小，Re临较小。试验时的风量远大于进入自模化区风量，炉内的流动能达到进入自模化区的要求。由于试验在实际运行锅炉上进行，几何相似完全满足，因此只要满足冷、热态下各气流动量比相等的边界条件即可。经过对本台锅炉冷态模化计算可知，锅炉冷态一次风速在26.3m/s，二次风速在35.8m/s左右时，即可以保证和热态炉内工况相似。

3 试验结果及分析

3.1 一、二次风的风速调平

为保证同一磨煤机4根煤粉管道风速一致及各燃烧器燃烧的稳定性，对5台磨煤机出口粉管风速进行冷态调平试验。该试验在机组额定负荷时所对应的磨煤机出力下进行，冷态调平试验的一次风量设定为80～100t/h。调平结果见表2、表3。

通过对试验的测试数据进行分析，认为一次风在调整前偏差较大，粉管风速最大偏差有38.75%。现已将5台磨煤机四角粉管调整至偏差允许范围±5%内，风速在21.92～29.47m/s 之间，各一次风粉管风速较为均匀。在调整过程中发现部分可调缩孔不能灵活动作，应该抓紧处理。由表3可知，调整后各角喷燃器出口风速差较小，风速均匀，有利于炉内着火燃烧。

3.2 炉内空气动力场分析

3.2.1 炉内实际切圆测量

在炉内A层和C层喷燃器标高处，用风速仪沿十字线方向测量各点风速，得到炉内空气动力场。根据空气动力场的分布特性画出实际切圆如图1、图2所示。

图1炉内A层实际切圆分布图 图2炉内C层实际切圆分布图

试验结果表明，对冲一次风受到偏转二次风的冲击，风速有明显的减小，此時的一次风衰减最快的位置就是切圆的最大外径。根据测量结果可见，炉膛中心存在一个无风区或低风速区，炉内为顺时针方向旋转大切圆布置，A层气流切圆处最高风速为10.6m/s，切圆直径11m左右，形状近似圆形，大小合适，基本居中；C层气流切圆处最高风速为8m/s，切圆直径约10m，基本居中，略偏向后墙约250mm。总体来说切圆较均匀，炉膛充满度较好。

3.2.2 炉内贴壁风速测量

在炉内下层喷燃器标高处对炉内贴壁风速进行了测量，图中横坐标表示测点编号，纵坐标表示贴壁风速，单位为m/s。贴壁风速测量结果如图3所示。

由图3可以看出各角、各层喷口附近贴壁风速都很小，而各炉墙中心部位贴壁风速均偏高，经过分析是因为墙式切圆直径较大，邻角互相影响所致[3]。1-2号角之间最大贴壁风速为6.8m/s，2-3号角之间最大贴壁风速为5.2m/s，3-4号角之间最大贴壁风速为5m/s，4-1号角之间最大贴壁风速为5.6m/s。各墙贴壁风速分布较均匀，只有1-2号角之间最大贴壁风速略大，基本不会造成严重的气流刷墙现象和结渣问题，不会影响锅炉的安全运行。

3.3 燃尽风摆动执行机构检查

本次试验中，发现燃尽风燃烧器安装角度整体明显偏向逆时针方向。除#4角在调节到逆时针最大时稍有向顺时针偏转的角度外，其他三个角在摆动执行机构调节到逆时针最大时，角度仍在对冲位置，未偏向顺时针方向；在调节到逆时针方向最大时，角度明显偏向逆时针方向。在这样的情况下，无论如何调节，燃尽风的消旋作用都非常微小[4]。墙式切圆锅炉切圆直径大，旋转动量大，燃尽风反切是本锅炉设计的重要消旋调节手段，而燃尽风安装角度与设计要求存在较大偏差。本锅炉存在再热汽温两侧出口偏差大的问题，对燃尽风配风进行了多种方式的调整，均没有明显效果，和燃尽风燃烧器安装角度存在偏差有直接关系。

4 结束语

通过对该电厂1125t/h超临界墙式切圆锅炉的冷态空气动力场试验，可得出以下结论：（1）调整后，5台磨煤机四角粉管风速偏差在允许范围±5%内，各一次风粉管风速较为均匀。各角喷燃器出口风速偏差较小，风速均匀，有利于炉内着火燃烧。在调整过程中发现部分可调缩孔不能灵活动作，应该抓紧处理。（2）炉内为顺时针方向旋转大切圆布置，炉内实际气流切圆中心较居中，A层切圆直径约11米，基本居中；C层切圆直径约10m，基本居中，略偏向后墙约250mm。总体来说切圆较均匀，炉膛充满度较好。（3）各墙贴壁风速分布较均匀，只有1-2号角之间最大贴壁风速略大，基本不会造成严重的气流刷墙现象和结渣问题，不会影响锅炉的安全运行。（4）本次试验中，发现燃尽风燃烧器安装角度存在偏差，导致该锅炉在再热汽温两侧出口偏差大的工况下，对燃尽风配风进行了多种方式的调整，均没有明显效果。建议及时处理该缺陷，以保证锅炉热态运行期间的安全性和可靠性。

参考文献

[1]哈尔滨锅炉厂有限责任公司.HG-1125/25.4-HM2型超临界直流锅炉本体说明书[M].哈尔滨：哈尔滨锅炉厂有限责任公司，2011：1-3.

[2]岑可法.锅炉燃烧试验方法及测量技术[M].北京：水利电力出版社，1987.

[3]谭厚章，余战英，等.四墙切圆布置燃烧器炉内实际切圆大小的试验研究[J].热能动力工程，2004，（3）.

[4]费名俭，刘建忠，等.反切风对锅炉冷态空气动力场影响的试验研究[J].电站系统工程，2004，（11）.

作者简介：李广伟（1983-），男，工程师，硕士，从事机组性能测试、系统优化及电站调试技术研究。