MW鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗研究

1、300MW鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗研究300MW鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗研究周立文（韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512132）摘要 :韶關(guān)發(fā)電廠 10號機組鍋爐是東方鍋爐 (集團 )股份有限公司引進美國福斯特·惠勒能源公司 ()技術(shù)設(shè)計制造的 300 W型火焰鍋爐 ,采用雙旋風(fēng)筒煤粉濃縮型燃燒器。本文論述了W型火焰鍋爐的特點，通過現(xiàn)場試驗，對爐內(nèi)空氣動力場特性進行了研究。關(guān)鍵詞 :型火焰鍋爐 ；冷態(tài)；空氣動力場Tests and Researches on Cold Model Aerodynamic Field for Unit 10 in Shaoguan Power PlantAbst

2、ract: The 300MW W-shape flame boiler for Unit 10 in Shaoguan Power Plant is made by Dongfang Boiler Group Co.,Ltd based on the technology of FWEC,U.S, which adopts twin-cyclone enriched pulverized coal burners. This paper describes the structure feature, and determines the aerodynamic characteristic

3、s of the furnace by means of field tests.Keywords: -shape flame boiler ；cold model；aerodynamic field0 前言韶關(guān)發(fā)電廠 10號機組鍋爐是東方鍋爐 (集團 )股份有限公司引進美國福斯特·惠勒能源公司 ()技術(shù)設(shè)計制造的 300 W型火焰鍋爐。#10爐從2006年7月17日8月16日進行了B級檢修，更換了全部燃燒器噴口的內(nèi)套筒和均分器；更換了5個一次風(fēng)可調(diào)節(jié)縮孔，檢查修復(fù)了一次風(fēng)可調(diào)節(jié)縮孔及二次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板等設(shè)備；校對二次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板。為了掌握該爐的冷態(tài)空氣動力場特性，給運行燃燒調(diào)整作依據(jù)

4、，于2006年8月8日完成了#10爐冷態(tài)一次風(fēng)速調(diào)平試驗和爐內(nèi)煙花試驗，并達到了預(yù)期的效果。1 設(shè)備簡介1.1結(jié)構(gòu)簡介韶關(guān)電廠#10爐是由東方鍋爐廠設(shè)計制造、燃用無煙煤的“W”型火焰鍋爐，其設(shè)計制造技術(shù)從美國福斯特·惠勒能源公司引進。鍋爐型號為DG1025/18.2-10，與300MW的汽輪機配套運行。鍋爐型式是亞臨界壓力、一次中間再熱的自然循環(huán)鍋爐。該鍋爐采用雙拱型、單爐膛，燃燒器布置于下爐膛的前后拱上、呈“W”型火焰，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度，全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣的煤粉爐，配有靜電除塵器。1.2特點及原理本鍋爐燃燒系統(tǒng)采用分級送風(fēng)的雙拱絕熱

5、爐膛，拱型爐膛由下爐膛前后墻水冷壁向爐外彎曲而成，24個旋風(fēng)分離式煤粉濃縮型燃燒器分別錯列布置在前后拱上。從預(yù)熱器來的二次風(fēng)經(jīng)鍋爐兩側(cè)風(fēng)道送入前后墻大風(fēng)箱，安裝在拱上的燃燒器則穿過大風(fēng)箱，大風(fēng)箱被分成若干個單元，每個燃燒器為一單元。風(fēng)箱每一燃燒器單元均布置有6個二次風(fēng)道及擋板，其中ABC擋扳上控制拱上的部分二次風(fēng)，D E F擋扳則控制拱下部（前后墻）二次風(fēng)量。拱上部分二次風(fēng)占二次風(fēng)總風(fēng)量的3035。該部分風(fēng)的主要作用是調(diào)節(jié)煤粉氣流的剛性，還可冷卻設(shè)備，如燃燒器噴嘴 、火檢、油槍等。A擋板控制的是燃燒器乏氣噴口環(huán)形二次風(fēng)及主火檢安裝孔的風(fēng)量；B擋板調(diào)節(jié)燃燒器主燃料噴口環(huán)形二次風(fēng)的風(fēng)量，可調(diào)節(jié)煤粉

6、氣流和穿透能力、火焰行程，冷卻煤粉噴口；C擋板控制點火油槍及其火檢設(shè)備風(fēng)口的風(fēng)量，當(dāng)投煤時C擋板關(guān)閉，但仍留有不低于5的開度，向油槍及火檢設(shè)備提供必需的冷卻風(fēng)。除部分二次風(fēng)從拱上進入爐膛滿足冷卻和燃燒所需外，其余二次風(fēng)（約占二次風(fēng)總量的6065）從前后墻沿高度方向分級送入爐膛。前后墻二次風(fēng)分成三部分，由DEF擋板分別控制，D、E、F的進風(fēng)量呈階梯形，其中D擋板主要控制著火點，進風(fēng)量最小；E擋板控制火焰形狀；F擋板則提供燃燒所需的大部分用風(fēng)，進風(fēng)量最大（約為前后墻風(fēng)量的6065%）。 燃燒系統(tǒng)采用雙旋風(fēng)分離式煤粉濃縮型燃燒器，進入燃燒器的一次風(fēng)粉混合物通過旋風(fēng)筒的分離作用，可將一次風(fēng)分離成濃淡兩

7、部分，可提高主燃料噴口的煤粉濃度，有利于低揮發(fā)分燃料的著火。該燃燒器還布置有乏氣擋板和消旋葉片，可根據(jù)煤質(zhì)的不同，調(diào)整乏氣擋板及消旋葉片的位置，以獲得最佳的燃燒效果。當(dāng)揮發(fā)分較低時，可開大乏氣擋板，提高噴嘴出口煤粉濃度，并降低出口一次風(fēng)速；將消旋葉片下放，延長火焰行程，增加煤粉在爐內(nèi)的停留時間，提高燃燼度。 鍋爐配有四套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每套制粉系統(tǒng)由一臺D11D型雙進雙出鋼球磨煤機和兩臺稱重式給煤機組成。雙進雙出鋼球磨煤機由福斯特·惠勒能源公司生產(chǎn)，每臺磨兩端各有3根一次風(fēng)管與雙旋風(fēng)式燃燒器相連。配有兩臺50%容量的單吸、離心式一次風(fēng)機，提供磨煤機所需熱風(fēng)、冷風(fēng)、密封風(fēng)以及輔助風(fēng)

8、。 雙進雙出鋼球磨的特點是對煤種的適應(yīng)性強，能磨制硬煤及磨損性高的煤，維修工作量小，利用率高，出力穩(wěn)定且煤粉細(xì)度高，特別是在低負(fù)荷時煤粉更細(xì)對穩(wěn)定燃燒有利，能適應(yīng)大幅度負(fù)荷變化，可單側(cè)運行，也可雙側(cè)運行。燃燒器設(shè)計計算數(shù)據(jù)如表1所示。表1 燃燒器設(shè)計計算數(shù)據(jù)項目單位數(shù)值燃燒器一次風(fēng)阻力2516 燃燒器二次風(fēng)阻力730 一次風(fēng)管尺寸一次風(fēng)主噴口尺寸一次風(fēng)乏氣噴口尺寸2 試驗及結(jié)果分析2.1試驗方法通過鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗，檢查校對二次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板；檢查鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)是否正常；調(diào)平各一次風(fēng)管的風(fēng)量和風(fēng)速；通過錄像煙花火焰示蹤, 直觀地觀察爐內(nèi)氣流的分布、擴散、擾動、混合等現(xiàn)象是否良好，判斷爐膛空

9、氣動力場是否正常，以幫助分析鍋爐燃燒器及各風(fēng)管道設(shè)計、安裝、配風(fēng)等可能出現(xiàn)的一些問題，從而為熱態(tài)運行操作和燃燒調(diào)整提供參考依據(jù)。 2.2二次風(fēng)可調(diào)節(jié)擋板檢查校對 圖1 大風(fēng)箱及燃燒器結(jié)構(gòu) 示意圖鍋爐燃燒所需的二次風(fēng)全部來自大風(fēng)箱。從空預(yù)器出來的二次風(fēng)經(jīng)鍋爐兩側(cè)風(fēng)道送入前后墻大風(fēng)箱，分別從拱上和拱下的風(fēng)口進入爐膛。大風(fēng)箱用隔板分成若干單元，每個燃燒器為一個單元，每一單元布置6組二次風(fēng)及其擋板，分別由A、B、C、D、E、F等6個擋板控制。其中A、B、C擋板控制拱上部分二次風(fēng)量，D、E、F擋板控制拱下部分二次風(fēng)量（見圖1）。在實際運行過程中，往往需要根據(jù)煤種的不同，對二次風(fēng)系統(tǒng)的擋板開度進行優(yōu)化試驗

10、。所以，檢查校對二次風(fēng)可調(diào)節(jié)擋板尤為重要。分別進行了A、B、D、E、F二次風(fēng)擋板設(shè)定開度的檢查校對，檢查表明，除部分A擋板開度內(nèi)外不一致外，其余二次風(fēng)擋板特性良好。2.3一次風(fēng)管風(fēng)速的調(diào)平啟動空氣預(yù)熱器、引風(fēng)機、送風(fēng)機和一次風(fēng)機，維持爐膛負(fù)壓-20Pa，首先進行非標(biāo)準(zhǔn)靠背管標(biāo)定，在B磨的B3一次風(fēng)管，負(fù)荷調(diào)節(jié)擋板開度調(diào)整至60，快關(guān)擋板全開，一次風(fēng)壓分別為6.0KPa、8.0KPa時，用標(biāo)準(zhǔn)靠背管和非標(biāo)準(zhǔn)靠背管、微壓計分別測量標(biāo)定位置的動壓值，根據(jù)公式計算出出口風(fēng)速和一次風(fēng)測速管的修正系數(shù)。測量結(jié)果見表2，結(jié)果表明，6根非標(biāo)準(zhǔn)靠背管修正系數(shù)在1.021.09，之間，說明靠背管的制作和安裝良好，

11、可以作為一次風(fēng)速調(diào)平風(fēng)速測量。表2 非標(biāo)準(zhǔn)靠背管修正系數(shù)測量結(jié)果一次風(fēng)壓項 目單 位測量數(shù)據(jù)及計算結(jié)果6KPa標(biāo)準(zhǔn)靠背管動壓值mmH2O26.4標(biāo)準(zhǔn)靠背管編號123456非標(biāo)準(zhǔn)靠背管動壓值mmH2O222422232324非標(biāo)準(zhǔn)靠背管修正系數(shù)1.11.051.11.071.071.038KPa標(biāo)準(zhǔn)靠背管動壓值mmH2O34標(biāo)準(zhǔn)靠背管編號123456非標(biāo)準(zhǔn)靠背管動壓值mmH2O313434283333非標(biāo)準(zhǔn)靠背管修正系數(shù)1.051.01.01.11.021.02修正系數(shù)平均值1.071.021.051.091.041.03負(fù)荷擋板開度調(diào)整至60，分別進行A、B、C、D磨煤機出口一次風(fēng)管風(fēng)速的調(diào)平

12、。一次風(fēng)壓分別維持7.0KPa、8.0KPa、9.0KPa，用以上標(biāo)定過的靠背管和微壓計測量每臺磨煤機出口的一次風(fēng)管的風(fēng)速，對一次風(fēng)管風(fēng)速偏離平均風(fēng)速較大的，調(diào)整其縮孔開度，直到每臺磨煤機出口的六根一次風(fēng)管風(fēng)速偏差值小于5%時，這臺磨煤機出口的六根一次風(fēng)管風(fēng)速調(diào)平完成，一次風(fēng)速調(diào)平前后的測量數(shù)據(jù)及計算結(jié)果見表3、4。表3 10爐冷態(tài)一次風(fēng)速調(diào)平前試驗數(shù)據(jù)表項目單位123456平均速度磨煤機出口溫度25.525.525.525.525.525.5A磨測量動壓值mmH2O303228363848管內(nèi)風(fēng)速m/s18.117.817.120.119.82219.14偏差值%-5.63-6.8-10.8

13、4.863.4215B磨測量動壓值mmH2O303831614146管內(nèi)風(fēng)速m/s18.119.41826.120.62120.62偏差值%-12.4-5.71-12.926.7-0.264.51C磨測量動壓值mmH2O524746715861管內(nèi)風(fēng)速m/s23.821.621.928.224.524.824.12偏差值%-1.41-10.4-9.316.91.392.85D磨測量動壓值mmH2O423532333645管內(nèi)風(fēng)速m/s21.318.618.319.319.221.319.66偏差值%8.58-5.51-7-1.96-2.38.2表4 10爐冷態(tài)一次風(fēng)速調(diào)平后試驗數(shù)據(jù)表項目一次風(fēng)

14、壓7kPa一次風(fēng)壓8kPa一次風(fēng)壓9kPa動壓值風(fēng)速偏差率動壓值風(fēng)速偏差率動壓值風(fēng)速偏差率mmH2Om/s%mmH2Om/s%mmH2Om/s%A磨1管2516.54.613018.13.293218.76.642管2816.73.473217.84.53819.42.723管2516.16.713017.75.423418.85.894管29184.213319.44.123920.94.545管3117.93.433619.33.164120.62.96管3418.57.1538.819.85.934621.57.81B磨1管2616.810.43820.32.873820.35.392管

15、3217.85.424019.94.714220.44.893管3017.76.343819.95.013819.97.484管4121.413.564622.78.39562516.495管3117.95.23920.14.184120.64.316管4621.514.235122.78.385122.75.57續(xù)表4 10爐冷態(tài)一次風(fēng)調(diào)平后試驗數(shù)據(jù)表項目一次風(fēng)壓7kPa一次風(fēng)壓8kPa一次風(fēng)壓9kPa動壓值風(fēng)速偏差率動壓值風(fēng)速偏差率動壓值風(fēng)速偏差率mmH2Om/s%mmH2Om/s%mmH2Om/s%C磨1管4822.92.965624.71.826025.51.422管4220.47.9

16、15022.38.015523.47.153管4220.95.825022.85.915523.95.044管4622.72.235324.40.4756250.625管5423.66.336325.55.166826.55.136管5122.72.226625.86.477126.86.26D磨1管2416.28.823018.14.363318.97.222管3217.80.673518.71.224220.40.083管2817.13.693218.23.43819.92.644管29181.663419.53.273920.92.35管3318.44.113619.32.024321.

17、13.126管3518.86.063819.63.684521.34.35 從試驗結(jié)果看，A磨#3管風(fēng)速偏低，偏差率-5.42-6.71,#6管風(fēng)速偏高，偏差率5.937.81，其余各風(fēng)管風(fēng)速較均勻，偏差率合格為61。由于B1、B4、B6一次風(fēng)縮孔存在缺陷，不能滿足調(diào)節(jié)要求，B磨在一次風(fēng)7KPa時，一次風(fēng)速偏差率全部不合格，三個工況偏差率合格僅為28。由于C2、C3、C5、C6一次風(fēng)縮孔存在缺陷，不能滿足調(diào)節(jié)要求，C磨三個工況一次風(fēng)速偏差率合格僅為33.3。D磨#1管風(fēng)速偏低，偏差率-7.228.82,6管風(fēng)速偏高，偏差率6.06，其余各風(fēng)管風(fēng)速較均勻,一次風(fēng)速偏差率合格為83.3。A、B、C

18、、D磨冷態(tài)一次風(fēng)量偏差率合格（正負(fù)偏差小于5為合格）分別為61、28、33.3和83.3，偏差率不合格的一次風(fēng)縮孔開度已經(jīng)全開或全關(guān)，或存在缺陷沒法調(diào)整?？傮w來說，B、C磨一次風(fēng)縮孔存在缺陷較多，不能滿足調(diào)節(jié)要求，是冷態(tài)一次風(fēng)速偏差率合格偏低的主要原因。2.4煙花試驗工況在取得有關(guān)標(biāo)定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進行爐內(nèi)冷態(tài)空氣動力場煙花試驗。啟動引、送風(fēng)機，調(diào)節(jié)各風(fēng)機的檔板、各二次風(fēng)門檔板；各工況的一次風(fēng)管風(fēng)速調(diào)整至30m/s，調(diào)節(jié)進入爐膛的風(fēng)速模擬熱態(tài)滿負(fù)荷工況，按額定工況進行爐內(nèi)空氣動力場試驗，采用煙花形式實際加以觀察，并進行攝像和拍照。表5 煙花施放順序及擋板的設(shè)置工況燃燒器A擋板B擋板D擋板E擋板

19、F擋板消旋桿開度乏氣檔板開度開度開度開度開度開度工況一C1燃燒器1010101530650B1燃燒器1010101530650工況二D1燃燒器1015152030670A1燃燒器1015152030650工況三C2燃燒器1020202530630B2燃燒器1020202530630工況四D2燃燒器1020253540650A2燃燒器1020253540650工況五C3燃燒器10152025501040B3燃燒器10152025501040由于二次風(fēng)箱積灰嚴(yán)重和制粉系統(tǒng)積粉較多，爐膛吹掃時間短等原因，爐內(nèi)灰塵多，能見度極低，給攝像和拍照帶來了一定困難，攝像對光線要求相對較低，攝像效果比相片稍好一

20、些。所以煙花氣流軌跡分析是根據(jù)相片和攝像資料進行分析。圖2、工況一煙花圖片第一工況為C1、B1燃燒器，設(shè)定一次風(fēng)管速度為30m/s，乏氣擋板為50，相應(yīng)煤種為差煤。從相片的煙花氣流軌跡看，氣流沒有飛邊刷墻的現(xiàn)象，前后墻氣流不對稱，由于E、F擋板開度過小，氣流下托作用力不夠，使主氣流下沖。見圖2。圖3、工況二煙花圖片 第二工況為D1、A1燃燒器，設(shè)定一次風(fēng)管速度為30m/s，乏氣擋板D1為70，A1為50，相應(yīng)煤種為差煤。從相片的煙花氣流軌跡看，氣流沒有飛邊刷墻的現(xiàn)象，前后墻氣流不對稱，前墻因乏氣擋板相對大，乏氣氣流壓向主氣流，使主氣流偏向前墻，前主氣流射程比后墻短。見圖3。 圖4、工況三煙花圖片第三工況為C2、B2燃燒器，設(shè)定一次風(fēng)管速度為30m/s，乏氣擋板為30，B、D、E擋板開度比工況一增大10，相應(yīng)煤種為設(shè)計