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1、1江苏省电力行业职业技能鉴定中心技师技术总结或(论文) 利港电厂三四期 600MW 切圆燃烧锅炉烟温偏差原因及措施工作单位：江苏利港电力有限公司 姓 名：徐光宇2利港电厂三四期 600MW 切圆燃烧锅炉烟温偏差原因及措施徐光宇(江苏利港电力有限公司 214444)摘 要： 本文针对利港电厂三四期机组 4 X 600MW 超临界压力直流炉的运行特性为研究对象，分析切圆燃烧锅炉影响烟温偏差的因素，并 结合实际运行中的 调节经验，提出改善烟温偏差的措施，以保证切圆燃烧锅 炉安全、 经济的运行。关键词： 四角切圆、烟温偏差、烟速、残余旋转、切 圆直径一 引言600MW 级燃煤机组是世界多数工业发达国家
2、重点发展的火电主力机组，在一些国家火力发电机组标准系列中是一个重要的级别。江苏利港电力有限公司 4 X 600MW 超临界锅炉是在引进美国ALSTOM 公司超临界锅炉技术的基础上，结合上海锅炉厂有限公司燃用神府东胜煤的经验进行设计的。四角切圆燃烧方式由于其能形成稳定的火焰中心，有利于燃烧、燃尽，煤种是适应能力强等优势而被广泛采用。然而在实际运行中，由于炉内气流的旋转到炉膛出口仍不能消除，残余旋转的存在，使炉膛出口烟窗存在着高度和宽度方向的速度和温度偏差，从而导致了主再汽温偏差大的问题，这种情况不但严重影响锅炉的经济运行，甚至会导致局部超温爆管的后果，危害甚大。通过烟温偏差影响因素的分析结合利港
3、电厂 4 X 600MW 直流炉的实际运行经验，探讨减小切圆燃烧锅炉烟温偏差的有效措施。二 系统概述江苏利港电厂超临界 4 X 600 MW 机组锅炉是超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构 型锅炉。燃用神华混煤、淮南煤。最大连续出力1950T/H。燃烧方式采用从美国阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。本燃烧设备燃煤为神华混煤、淮南煤，采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统设计，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。燃烧器共设置六层煤粉喷嘴，锅炉配置 6 台 HP1003 型中速磨煤机，每台磨的
4、出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一3层煤粉喷嘴，锅炉 MCR 和 ECR 负荷时均投五层，另一层备用。煤粉细度 R75=25%。利港电厂 600MW直流炉采用从美国阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。6 台 HP 中速磨煤机，按A/B/C/D/E/F 的顺序从下往上排列。每角主燃烧器除了 A、B、C 、D 、E、F 层为煤粉风室喷嘴外，其余各层均为二次风喷嘴。在每相邻 2 层煤粉喷嘴之间布置有 1 层辅助风喷嘴，包括上下 2 只偏置的 CFS 喷嘴，1 只直吹风喷嘴。在主燃烧器上部设有 2 层 CCOFA（Closed-coupled OFA，紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有 1
5、层 UFA（Underfire Air，火下风）喷嘴。在主风箱上部布置有SOFA 风箱，布置有 5 层为分离燃尽风（反切风） 。偏转二次风(CFS)，射流相对于一次风煤粉气流向水冷壁偏离 22。5 层 SOFA 风喷嘴的摆角可水平调整+15 到15，主要消除残余旋转，减小炉膛出口烟温的偏差。主燃烧器喷嘴采用摆动结构，由内外连杆组成一个摆动系统，由一台气动执行集中带动作上下摆动，二次风喷嘴的摆动范围为30，煤粉喷嘴的摆动范围为20。SOFA 燃烧器同样由一台气动执行器集中带动作上下摆动，SOFA 风喷嘴的摆动范围也为30。主燃烧器垂直布置图见附图一。主燃烧器平面布置图见附图二。三 烟温偏差影响因
6、素的分析锅炉过热器、再热器各管存在汽温偏差的根本原因在于各管的传热、流动特性不同。通常，引起汽温偏差的因素包括：吸热偏差、流量偏差、结构偏差及进口汽温偏差。在四角布置切圆燃烧的锅炉中，沿烟道宽度各管之间的吸热偏差是造成汽温偏差的最主要的原因之一。切圆燃烧方式的锅炉，由于炉膛出口气流残余旋转的影响，会引起在水平烟道左右两侧存在一定的速度偏差及温度偏差，从而造成两侧对流传热系数及温压的不同，这是沿烟道宽度左右两侧存在吸热偏差的最主要原因。随着锅炉容量的增加，水平烟道中的速度偏差及烟温偏差有增大的趋势。通过对国产 200MW 、300MW 及 600MW 机组锅炉炉内空气动力场的模化实验发现，水平烟
7、道左右两侧平均速度之比分别可达 124、20 和 215。这一增加趋势是锅炉从小容量向大容量发展过程中的内在因素造成的。随着锅炉容量的增大，炉膛出口水平烟道左右侧烟气流速及烟温偏差增加，引起烟道中过热器及再热器各管传热温压及对流传热系数的不同，造成过热器与再热器的吸热偏差。因而，对于大容量电站锅炉，特别是 600MW 机组锅炉，如何减少过热器与再热器的吸热偏差是个非常重要的问题。如前所述，沿烟道宽度各管的吸热偏差是由于炉膛出口气流的残余旋转导致了水平烟道左右侧烟气流速和温度偏差所引起。因此，降低沿烟道宽度各管之间的吸热偏差的根本途径在于削弱炉膛出口气流的残余旋转。通过适当控制一、二次风动压比和
8、使部分射流风反切，将一次风或部分二次风、燃尽风射流与主体旋转气流反切，可以削弱炉膛出口气流残余旋转，降低水4平烟道左右侧烟气流速偏差。另外，在两级过热器、再热器之间安装混合联箱或左右交叉系统也是十分必要的，特别是对于再热器(因为再热蒸汽压力低、比热小，汽温偏差更大)更有必要。3.1. 烟温偏差的空气动力学成因分析炉膛出口的残余旋转引起的水平烟道中烟气速度分布不均匀。当炉内高温火焰气流在作顺时针（俯视）旋转时，将经折焰角至炉膛出口而进入水平烟道。如图 1 所示。假设炉膛出口处气流的旋转动量为 M1,烟道宽度方向上阻力系数可近似认为不变，而引风机作用下的差压牵引动量 M2沿烟道宽度作等值分布，则高
9、温烟气从炉内运动至水平烟道内，气流动量 M3 在水平烟道宽度方向的分布如图 1 所示。由此在烟道左、右两侧形成较大的烟速偏差。炉膛出口处的残余旋转强度越大，则水平烟道内烟速偏差也越大。而存在烟速偏差，必然导致烟温偏差。因为烟速大的区域，单位质量的烟气通过等长传热通道时放热减少，所以烟温也就高 3。由此可见，炉膛出口烟温偏差的成因就是炉膛出口的残余旋转。炉膛水平烟道牵引动量M1M3M2后烟道图 1 水平烟道的烟气偏差成因示意图3.2. 炉膛内实际切圆直径从烟气侧方面讨论引起热偏差的主要因素是炉膛内火炬旋转动量的大小，而旋转动量的大小与实际切圆的直径大小有直接的关系。直流燃烧器射流喷出后，产生偏转
10、的主要原因是：射流卷吸高温烟气引起射流偏转；受邻角气流的冲击、挤压而偏离轴线；射流燃烧器结构对射流偏转的影响。炉内实际切圆直径决定与设计假想切圆直径大小和射流的偏转程度，因此影响实际切圆直径的主要反映在燃烧器结构和运行因素方面的主要参数有：假想切圆直径 d0；燃烧器高宽比 h/b；燃烧器喷口总面积与炉膛截面积之比Ai/A；燃烧器的间隙率 s/h；一、二次风动量比；燃烧器摆角 。有关上述因素对实际切圆直径的影响，国内外许多研究者开展了较多的试验及数值模拟研究，归纳如下：a) 假想切圆直径 d0 越大，实际的切圆直径越大；5b) 燃烧器高宽比 h/b 越大，实际切圆直径越大；c) 燃烧器喷口总面积
11、与炉膛截面积之比Ai/A 增大，在炉膛热态工作时，实际切圆直径变小，在冷态条件下，实际切圆直径变化不大；d) 燃烧器的间隙率 s/h 过小，可能对煤粉着火不利并容易加剧气流偏斜，是实际切圆直径增大，而燃烧器的间隙率 s/h 过大，也不利于上下两股气流之间的混合，对煤粉气流的燃烧及其燃尽不利。e) 一、二次风动量比（m22/ m11）越大，则一次风射流偏转程度越大，炉内实际切圆直径越大；f) 燃烧器摆角 下摆时，炉内实际切圆直径增大，摆角上摆时，炉内实际切圆直径减小。3.3. 燃烧器摆角的影响燃烧器摆角处在下摆和水平时，炉膛出口残余旋转较大。从燃烧器下摆的最低位置，随着不断地上摆，炉膛出口处的残
12、余旋转逐渐减小。这是由于燃烧器上摆时，水平分速度与切向旋转动量矩减小，射流的初始切向动量矩减小，炉内气流的切圆直径较水平布置明显减小，有利于改善炉膛出口的烟温偏差。3.4. 烟气温度场分布的影响由于炉内旋转的不是一般气流，而是燃烧着的射流火焰，在锅炉不同的运行工况下，炉膛热负荷、磨组的运行方式等都不相同，这些都会影响炉内温度场的分布，故这个不均匀的受许多因素影响的温度场也是导致烟温偏差的重要因素。四 实际运行中烟温偏差的调节与分析因为烟速大的区域，单位质量的烟气通过等长传热通道时放热减少，所以烟温较高。然而烟速高的区域虽然单位质量的烟气放热量少于烟速低的区域，但烟速高的区域烟气流量大，烟温高，
13、烟速高的区域烟气总体放热量却多于烟速低的区域 3。所以两侧换热器内蒸汽的温升大小可以间接的反映烟温偏差，蒸汽温升高的区域烟温也高。利港电厂 600MW 直流炉在实际的运行过程中，水平烟道右侧（以图 1 中左侧为前方）的换热器的蒸汽温升明显高于左侧，这也证实了上述的分析，而在调整过程中，在送风量不变的情况下，增加 SOFA 风挡板开度或减少偏转二次风挡板开度都有利于减少这种吸热量的偏差。然而这对于水平烟道内纯对流的换热器而言是比较有效的调节方法，但对于半辐射半对流的分隔屏而言，由于它所在的位置是炉膛的顶部，以上的分析并不适用于这一区域，这一区域的烟温偏差产生的原因是炉膛内不均匀的温度场。所以在锅
14、炉热负荷下降、送风量过大、两层 CCOFA 风挡板开度过大、燃烧器摆角过度上摆等情况下，分隔屏出口的汽温偏差就会增大。五 改善烟温偏差的措施1. 适当增加反切风（SOFA 风）的动量，合理选择主燃烧器区二次风和反切（SOFA）风风6量的比例。2. 在保证炉内燃烧工况稳定的前提下，依据左右侧对流换热器汽温的温升，增减偏转二次风的动量，调节炉内煤粉燃烧射流的旋转动量，以此来调节炉膛出口烟温3. 减小燃烧器摆角的摆动幅度，尽量维持在水平方向，这样既保证了炉内合理的切圆直径，也有利于炉内煤粉射流的充分燃烧和提高炉膛内温度场的均匀性。4. 合理控制 CCOFA 风的风量，尤其是在低负荷工况下，减少 CC
15、OFA 风挡板的开度，保证炉内主燃烧区的区域热负荷，提高主燃烧区域气流的湍动度，进而提高炉内温度场的均匀性。5. 合理选择二次风风量，以达到合理的风煤比例，是炉内燃烧更加充分，进而提高炉内温度场的均匀性。6. 在低负荷下增加运行磨周界风的开度，提高火焰射流的刚度，防止炉内火焰中心偏斜，有助于改善炉膛出口的烟温偏差。7附图一：主燃烧器垂直布置图8附图二：主燃烧器平面布置图9参考文献1. 陆葑莳，江阴利港发电股份有限公司 600MW 机组锅炉运行规程， 2006.12。2. 刘泰生，姚本荣，许晋源，切向燃烧锅炉水平烟道中烟速偏差成因的试验研究，中国电机工程学报,2002.22。3. 朱珍锦，张长鲁，方志成，一种消除切圆锅炉残余旋转新技术的模型试验研究，中国电机工程学报，2002.22。4. 吴凤廷，鲁学农，曾汉才，聂明局，大型锅炉水平烟道左右两侧烟温偏差的研究，燃烧科学与技术，第 4 卷（1998）第 3 期。5. 陈刚，四角切向燃煤锅炉炉内实际切圆的计算，电站系统工程，第 18 卷（2002）第 4 期。6. 周俊虎，宋国良，陈寅彪，曹欣玉，刘建忠，岑可法2008t/h 四角切圆燃烧锅炉炉膛出口烟温偏差的试验研究，热力发电，2003。
