1 000 MW燃煤锅炉一次风道复杂流场优化
2022-11-09徐龙飞陈士群
徐龙飞，陈士群
(江苏新海发电有限公司，江苏 连云港 222023)
0 引言
随着技术改进及提升，燃煤锅炉日趋大型化，而其结构空间布置趋于紧凑化，出现锅炉热一次风道流场明显紊乱的现象，致使一次风测量难度加大及风道阻力显著增大，造成一次风控制自动无法投入，影响机组AGC协调控制。
当前大型燃煤锅炉一次风道以方形烟道为主，在非常紧凑的空间内布置了多个变径及转向风道，加之冷一次风道在其位置会合，加剧了一次风道热风流场紊乱、冷热风混合不均、风道阻力增大的问题。国内采用流场优化设计来优化风道设计并不常见，某电厂联合东南大学梁志明教授提出了低阻型风道优化设计及更换新型防堵型测点建议，结合数值模拟进行电站锅炉风道设计优化。该技术最大的特点是将冷、热风混合风道变径趋于平缓化设计，解决了混合不均及流场紊乱等问题，大大提高了流量测量的稳定性和调节线性。
1 问题分析
磨煤机入口一次冷风和热风混合后的速度和温度分布不均匀，会导致一次风量测量不准，影响锅炉燃烧工况的组织和调整，也影响锅炉运行的安全经济性，且磨煤机入口一次风量精确测量是实现锅炉精细化控制的前提。
实际热态运行时，磨煤机入口一次风量存在风量显示值在冷风挡板开度小于热风挡板开度时，同时冷风挡板开度不高于30 %的状态下，均呈现出风量显示与风门开度反趋势现象。通过风门特性试验、现场管道布置及实际测试数据分析判断，现场冷一次风和热一次风混合后当量直径较短，仅依靠冷一次风自身速度很难穿透热风，需要较长的直管段才能混合均匀，现有的直管段长度无法满足测量要求，导致被测断面处风场分布偏差较大，出现较为明显的高速区、中速区和低速区。冷风流场对热风流场的干扰导致主要提供流量的热风流场因冷风作用，流场分布整体较大位移，同时局部产生紊流或涡流现象，上述因素是造成目前风量反趋势的主要原因。原风量测量测点布置及安装位置等不太合理，未能充分考虑风道短、流场受冷风扰动大等因素影响。从现场情况看，原安装位置在防爆门后方，为涡流区。
2 优化方案
针对磨煤机混合一次风量测量存在的问题，在保持原冷、热风道主体布置形式不变的前提下，通过流体动力场调平手段和优化在线测点布置位置的路线，为在线测量单元提供一个较为稳定均匀的流场，实现磨煤机混合一次风量的精确测量。
2.1 改造目标
(1) 通过一次风量改造，解决风量测量不稳定，调节线性不好等问题。
(2) 通过一次风道流场优化改造，减小风道系统阻力，使得冷热风混合较为充分。
2.2 改造方案
结合了计算流体动力学(computation fluid dynamics，CFD)数值模拟分析云图及现场实际多工况测试数据，同时充分考虑冷、热风混合不均等问题，制定了一次风道流场的均流技术方案，具体为：以矩形大小头与矩形管道连接处为起点，斜拉30°，导流板与防爆门相切即可，将此处变径改为斜面导风结构，此举既不影响防爆门又改善了风道流场(见图1)。
图1 一次风道流场均流技术方案
拆除管道内原风量测量装置，同时对原风道加装导流板装置进行流场优化改造，在指定区域安装东南大学研制生产的自清灰防堵矩阵式流量测量装置，如图2所示。
图2 新型防堵型风量流量测量装置
导流板装置改造分为两个部分，分别为风道上部导流改造(见图3)和风道侧面导流部分改造(见图4)。
图3 风道上部导流板
图4 风道侧面导流板安装示意
经此改造优化后，可降低风阻，减少涡流的形成，同时也进一步提高风量测量的准确性和稳定性。
2.3 改造后一次风标定差压比对数据
改造完成后对其进行冷态标定实验，每个风道开设4个标定孔，用标准毕托管进行等截面多点取压，每截面取16个差压数据进行比对和计算(见表1)。从取压数据大小及分布情况得出结论，改造后风道内流场紊流现象有较大改善。
表1 2号炉磨煤机入口热一次风标定差压采集统计单位：Pa
2.4 标定结果
一次风道流场优化改造及在线测点布置位置择优选择后，磨煤机混合风量精确测量的研究达到了预期效果(标定结果见表2)，解决了困扰已久的风量反趋势无法投自动、震荡幅度大、稳定性差等多方面的问题。各个工况下，磨煤机混合风量与热一次风挡板、冷一次风挡板开度，均呈现出良好的线性关系，风量的显示值输出稳定，实测风量值与显示值偏差较小，吻合度较高，完全可以满足现场投运的需要。
表2 磨煤机一次风流量标定结果
3 结束语
以上采用CFD模拟计算手段，对1 000 MW磨煤机入口风道进行了流场诊断分析，针对现有烟道阻力偏大及流场分布存在的问题，在各转向后及变径段设置导流板，将部分直角变径风道优化设计成斜面导风结构，有效降低了风道阻力，同时改善了风道流场分布均匀性，在此基础上进行了风量在线测点布置位置择优选择并采用新型防堵型风量流量测量装置。优化改造方案具有改造量小、方案灵活可靠、改造风险低，同时收益较好等特点。
