大型电站锅炉平行分隔烟道调温挡板的设计

2014-12-11赵雨

中国科技纵横 2014年14期

关键词：汽温过热器烟道

赵雨

(四川川润动力设备有限公司,四川成都 611743)

大型电站锅炉平行分隔烟道调温挡板的设计

赵雨

(四川川润动力设备有限公司,四川成都 611743)

平行烟道烟气调温挡板作为现代大型机组再热器汽温的主要调节手段,本文就烟气调节挡板在工程设计中的主要设计步骤、调节挡板的特性等设计计算方法进行介绍,以期明晰调温挡板性能设计的正确方法。

锅炉设计挡板调温再热汽温

1 调节原理

在采用烟气挡板调节再热汽温的锅炉后竖井内，分隔墙将后竖井分成两个平行烟道，一部分通常布置低温再热器和省煤器受热面，另一部分通常布置低温过热器和省煤器受热面，并分别在这两个烟道出口布置调温挡板。利用烟气挡板开度变化改变各分隔烟道的烟气流量来改变再热器侧和过热器侧的传热特性，从而改变这两部分烟道中工质的吸热量和出口汽温，简言之，就是根据锅炉性能设计的要求，按预测的锅炉各个负荷下平行烟道两侧需要的烟气量，分别调节平行烟道挡板开度，改变烟气流量分配，满足平行烟道两侧受热面换热所需要的烟气量。

2 设计原则

图1 带分隔板相邻挡板对开的挡板结构

图2 挡板阻力特性曲线

汽温调节的容量应按正常运行工况考虑，满足负荷变化范围内汽温变化的需要，满足燃用设计煤种和校核煤种。通常再热器调节段宜设置在入口烟温800～750℃，出口烟温不超过400℃的区段，在BMCR工况下：再热汽在调节段中的焓增应约占再热汽总焓增的66%，过热汽在调节段中的焓增应约占过热汽总焓增的33%。

调节段中再热器侧(包括省煤器)和过热器侧(包括省煤器)烟气流道平滑均匀，两侧受热面管组在BMCR工况下烟气流动阻力均衡，满足两侧换热所需烟气份额。无论锅炉以变压或定压模式变负荷运行，一般在汽温的负荷变化范围内，再热器侧烟气份额能控制在40%～65%之内，并对最大和最小烟气份额适当留有调节余度。

挡板应在0°～90°转角范围内连续调节，挡板开度约在全行程的到66%范围内，其流量特性近乎线性，应能满足在需要的负荷变化范围对汽温调节的要求。

挡板的结构设计应达到调节机构简单灵活，不卡涩，轴端不泄漏。并充分考虑到挡板的环境温度、防止飞灰磨损及材料选择问题；再热器侧和过热器侧的烟气挡板正常运行时，应按设计提出的开度随负荷变化控制要求，分别进行控制调节。总的转动趋势为一侧开大，另一侧就关小。

3 主要设计步骤

(1)锅炉方案设计确认后，应提供平行烟道布置尺寸图、过热器侧和再热器侧在保证汽温的负荷范围内，各计算负荷下通过的烟气体积流量(Nm3/sec)和含灰烟气的质量流量(Kg/sec)、调节挡板入口处烟气温度(℃)、通过调节段过热器侧和再热器侧受热面管组的阻力(Pa)。

(2)设定保证蒸汽温度的最低负荷及该负荷烟气阻力较大一侧(如过热器侧)为基准，并试设定该侧调节挡板的烟气阻力(基准阻力)，如300Pa，根据两并联平行烟道(调节段)进出口压力相等，导出另一侧(如再热器侧)调节挡板需要的烟气阻力。

(3)设定过热器侧调节挡板的开度从BMCR工况到低负荷是由大关小，而再热器侧调节挡板的开度从BMCR负荷到低负荷是由小开大。

(4)确定两侧调节挡板处烟气流通截面积及挡板开度。

1)先以设计煤种燃烧产物烟气量来计算，最后需按校核煤种进行校核，调整烟气流通截面积或进行圆整。一般情况是选过热器侧的阻力为基准进行计算；

2)通过过热器侧和再热器侧调节段的烟气量取自于锅炉热力计算，烟气通过调节段各管组和流道的阻力应考虑当地大气压力、温度、湿度以及自生通风对流速的影响。当燃煤的收到基灰分Aar＞0.006316×Qnet.ar时，还须考虑烟气含尘量对该烟道烟气阻力(不含对自生通风)的修正，它是以引入总乘数(1＋μmax)的形式进行的。

这里：μmax——1Kg燃煤的燃烧产物中的含尘量，Kg/Kg；

式中：Aar——燃煤收到基灰分，%

αfh——烟气中的飞灰份额，这里取αfh＝0.95；

α——计算烟道段处的过量空气系数；

V0——1Kg燃煤完全燃烧所需的理论空气量，Nm3/Kg

式中：F——调节挡板烟气流通截面积，m2；

iζ——调节挡板在开度iφ(%)时的局部阻力系数；

Qv——通过调节挡板的烟气体积流量，Nm3/s；

Qm——通过调节挡板的烟气质量流量，Kg/s；

ϑ——通过调节挡板处烟气温度，℃；

Δh——通过调节挡板烟气的局部阻力，Pa。

调节挡板叶片调整角θ范围是0°～90°，其开度φ与调整角(或称方位角)θ的关系为：

设定过热器侧保证额定汽温的最低负荷时挡板的开度是33%。

4)由计算式(2)求得过热器侧调节挡板的烟气流通截面积Fs后，可导出调节挡板流通截面的基本尺寸：宽度Ws、深度Ds，宽度皆取为锅炉后竖井烟道宽度W，按计算式(4)求得深度：

为了利于选择已系列化的挡板，深度D应圆整到百位毫米数字(如6500mm)，然后以此计算新的过热器侧调节挡板的烟气流通截面积 Fs，局部阻力系数ζs⋅min及其开度φs⋅min；

5)无论是过热器侧还是再热器侧为基准，在保证蒸汽温度的负荷变化范围内，调节挡板的阻力变化(因挡板关小或因烟气流量增大)建议控制在240Pa左右。将这个阻力叠加在最低保证负荷的基准阻力上，作为过热器侧BMCR工况下调节挡板预计的局部阻力

7)按所选用的调节挡板，在其挡板阻力特性曲线上由求出的阻力系数查得调节挡板的相应调整角θ，并按计算式(3)求得开度检查该调节挡板的开度是否在33%～66%范围内；

8)根据两并联平行烟道(调节段)进出口压力相等，导出另一侧(如再热器侧)调节挡板需要的烟气阻力。由此可得到任何对应工况下再热器侧调节挡板的局部阻力，即：过热器侧管组阻力＋过热器侧调节挡板阻力＝再热器侧管组阻力＋再热器侧调节挡板阻力，于是可得BMCR工况下再热器侧调节挡板的阻力

9)过热器侧和再热器侧调节挡板的结构型式相同，应有相同的挡板阻力特性曲线。设定再热器侧在BMCR工况下调节挡板的初始开度(也是＞33%)，从特性曲线可查得它的局部阻力系数ζr⋅mcr；

10)按计算式(2)或(3)求得再热器侧调节挡板的烟气流通截面积并按步骤4)的方式求出并圆整后的再热器侧调节挡板流通截面的宽度W、深度Dr、烟气流通截面积Fr。然后，按第步骤6)条方法计算局部阻力系数及其开度

11)当确定了再热器侧调节挡板烟气流通截面积Fr后，就可按最低保证蒸汽温度负荷工况的再热器侧调节挡板处烟气的体积流量、质量流量或烟气密度、烟气温度，再热器侧管组烟气阻力等已知条件，逐项求出该工况下再热器侧调节挡板的烟气局部阻力、局部阻力系数ζr⋅min、查得调节挡板的开度φr⋅min。再检查该调节挡板的开度是否在33%～66%范围内；

12)假如BMCR负荷到最低保证蒸汽温度负荷之间的其它负荷工况下过热器侧、再热器侧流经调节挡板处的烟气体积流量、质量流量或密度、烟气温度、和各侧管组的烟气阻力均已在其它计算过程中得到，在这里它们作为已知参数，就可以陆续计算出两侧相应的调节挡板阻力ζr⋅min、局部阻力系数ζ及挡板开度φ。