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330MW四角切圓燃煤鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間:2013-10-19 09:02 來(lái)源:未知
四角切圓燃燒是燃燒器出口氣流的幾何軸線切于爐膛中心的假想圓,是目前電站鍋爐應(yīng)用最為廣泛的燃燒方式之一。四角切圓煤粉燃燒行程長(zhǎng)、爐內(nèi)混合強(qiáng)烈、燃燒效率高,其燃燒效果與爐內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)緊密相關(guān),做冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)便易行的試驗(yàn)方式,已有大量的試驗(yàn)表明,射流沿燃燒器噴口軸線進(jìn)入爐膛后,冷態(tài)時(shí)空氣動(dòng)力場(chǎng)與熱態(tài)時(shí)的空氣動(dòng)力場(chǎng)結(jié)構(gòu)相似。為進(jìn)一步了解和掌握鍋爐大修后的空氣動(dòng)力場(chǎng)特性,在機(jī)組啟動(dòng)前進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn),通過(guò)冷態(tài)試驗(yàn)?zāi)M爐內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng),為機(jī)組在熱態(tài)運(yùn)行及燃燒調(diào)整提供可靠的理論依據(jù)。
1、簡(jiǎn)介
湖北某發(fā)電有限公司為WG21004/18. 34 -1亞臨界自然循環(huán)鍋爐,系全鋼構(gòu)架,露天島式布置。鍋爐配鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng),直流百葉窗水平濃淡固定式燃燒器,四角布置,切向燃燒,在爐內(nèi)形成雙切圓燃燒。爐膛的寬度為13 260 mm,深度為12 625 mm。燃燒器共14層噴口,其中4層一次風(fēng)噴口,8層二次風(fēng)噴口,2層三次風(fēng)噴口,從下至上依次為2-1-2-1-2-2-2-1-2-1-2-3-3-2。每個(gè)噴口可分別由單獨(dú)的手動(dòng)裝置定位,14個(gè)噴口均可在±5°范圍內(nèi)固定,間隔為5。燃燒器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐,生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料,同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、試驗(yàn)條件
為保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行,試驗(yàn)前需要對(duì)就地腳手架及照明條件進(jìn)行檢查,對(duì)冷態(tài)測(cè)點(diǎn)位置及爐內(nèi)試驗(yàn)條件進(jìn)行確認(rèn)。
2.1、二次風(fēng)測(cè)點(diǎn)位置
由于管道阻力沿程變化,一次風(fēng)測(cè)點(diǎn)位置要靠近在線測(cè)量裝置,盡量避開(kāi)可調(diào)縮孔附近的紊流區(qū)域。考慮到本次試驗(yàn)的可靠性和方便性,一次風(fēng)測(cè)點(diǎn)安裝在距縮孔2m左右的垂直段上,如圖1。由于二次風(fēng)測(cè)量裝置在矩形風(fēng)箱內(nèi),風(fēng)箱內(nèi)氣體流動(dòng)分布狀況比較復(fù)雜,在垂直二次風(fēng)箱寬度方向開(kāi)設(shè)6個(gè)測(cè)孔,具體的測(cè)點(diǎn)位置按網(wǎng)格法進(jìn)行布置,如圖2。
2.2冷態(tài)檢查
檢查各風(fēng)門(mén)、煙氣擋板實(shí)際開(kāi)度與表盤(pán)指示值是否一致,四個(gè)角的燃燒器是否水平,噴口有無(wú)缺陷。除此之外,在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后,還要檢查爐膛負(fù)壓是否穩(wěn)定,DCS數(shù)據(jù)顯示是否合理,有無(wú)異常變化。
2.3爐內(nèi)模化條件
冷態(tài)模化試驗(yàn)研究可以較真實(shí)地反映鍋爐的空氣動(dòng)力場(chǎng)工況,能夠?qū)t內(nèi)燃燒過(guò)程作一些定性的描述。冷態(tài)模化必須要滿足相似原理,即滿足模型與實(shí)物幾何相似、邊界條件相似及保持氣流運(yùn)動(dòng)進(jìn)入自模化區(qū)。冷態(tài)流動(dòng)工況進(jìn)入自模化區(qū),爐內(nèi)氣流雷諾數(shù)Re臨要大于或等于熱態(tài)雷諾數(shù)Re熱,但由于冷態(tài)空氣的運(yùn)動(dòng)黏度小,爐內(nèi)氣流雷諾數(shù)Rers也較小,冷態(tài)試驗(yàn)風(fēng)量要遠(yuǎn)大于進(jìn)入自模化區(qū)風(fēng)量才能符合試驗(yàn)要求。經(jīng)簡(jiǎn)化后的計(jì)算公式為:式中,W表示平均速度;O、M分別表示原型和模型;1、2分別表示一、二次風(fēng);K、u分別表示煤粉,風(fēng)速不同系數(shù)和一次風(fēng)中燃料的質(zhì)量濃度;£表示風(fēng)的溫度;經(jīng)過(guò)計(jì)算后,冷態(tài)一次風(fēng)速為24 m/s,二次風(fēng)速為31 m/s時(shí),即可以保證冷熱態(tài)工況相似。
3、試驗(yàn)方法
3.1模化試驗(yàn)的測(cè)量方法
試驗(yàn)采用畢托管來(lái)測(cè)定模化風(fēng)速。在測(cè)量過(guò)程中,使用等截面的測(cè)量方法,即將圓形管道由內(nèi)到外分成面積相等的幾個(gè)圓環(huán),各圓環(huán)的中點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn),再用畢托管分別測(cè)出幾個(gè)等截面測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速,計(jì)算出幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速,作為模化試驗(yàn)風(fēng)速。
3.2鍋爐風(fēng)粉在線一次風(fēng)測(cè)量裝置的標(biāo)定
風(fēng)速和風(fēng)量是指導(dǎo)鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù),在風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置正式投用前,必須使用標(biāo)準(zhǔn)靠背管對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。在標(biāo)定期間,維持風(fēng)機(jī)運(yùn)行和爐膛負(fù)壓穩(wěn)定,使用標(biāo)準(zhǔn)靠背管和U型管壓力計(jì)對(duì)風(fēng)粉在線一次風(fēng)管道靠背管按等面積圓環(huán)法進(jìn)行標(biāo)定。
3.3二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置的標(biāo)定
二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置安裝在矩形管道內(nèi),且靠近風(fēng)門(mén)擋板較近,在不同的風(fēng)門(mén)開(kāi)度及不同的風(fēng)量下,其系數(shù)變化較大。因此,二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置要采用多工況標(biāo)定。
具體方法參照一次風(fēng)測(cè)量裝置標(biāo)定方法進(jìn)行。
3.4一次風(fēng)管道阻力冷態(tài)調(diào)平
每層4根從風(fēng)粉混合器到燃燒器的管道,因管道長(zhǎng)度、彎角等不同,使得各支路的總阻力系數(shù)不同,對(duì)每層4根管道進(jìn)行風(fēng)速調(diào)平,可以使各支管阻力達(dá)到平衡。試驗(yàn)過(guò)程中要保持一次風(fēng)管關(guān)斷擋板、可調(diào)縮孔全開(kāi),對(duì)風(fēng)量偏差大的風(fēng)管調(diào)節(jié)可調(diào)縮孔,使同層流量偏差在±5%范圍內(nèi)。
3.5爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)
鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性很大程度上取決于爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況。爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)的目的是測(cè)定切圓直徑的大小,氣流是否貼墻。本試驗(yàn)是在下一次風(fēng)中心高度用鐵絲在爐內(nèi)拉一個(gè)十字架,在中心高度以下1. 2~1.5 m標(biāo)高處鋪設(shè)“田”形跳板,從爐膛中心開(kāi)始每隔200 mm系一根白飄帶作試驗(yàn)標(biāo)記,調(diào)整一次風(fēng)二次風(fēng)速到冷態(tài)模化風(fēng)速,用風(fēng)速儀測(cè)量各點(diǎn)風(fēng)速,以了解假想切圓直徑的大小及是否處于爐膛中心位置。
4、試驗(yàn)結(jié)果及其分析
4.1風(fēng)粉在線測(cè)速管標(biāo)定及二次風(fēng)標(biāo)定結(jié)果
試驗(yàn)測(cè)量出平均風(fēng)量,將測(cè)得的平均風(fēng)量與相應(yīng)的測(cè)量裝置測(cè)量值進(jìn)行比較,從而計(jì)算出測(cè)量裝置的標(biāo)定系數(shù),表2~5為A、B、C、D四層風(fēng)粉在線測(cè)速標(biāo)定系數(shù),表6為二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置標(biāo)定系數(shù)。
從表2~6可知:風(fēng)粉在線上顯示的風(fēng)量都比標(biāo)定的風(fēng)量大,標(biāo)定系數(shù)均小于1,其中B層和D層標(biāo)定的結(jié)果與在線顯示的結(jié)果相差較大,需要在通人不同流量的一次風(fēng)后進(jìn)行復(fù)查。二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置系數(shù)標(biāo)定結(jié)果與一次風(fēng)標(biāo)定結(jié)果相反,DCS顯示的風(fēng)量均比標(biāo)定的風(fēng)量小,但甲乙兩側(cè)標(biāo)定結(jié)果相差較小,說(shuō)明二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置線型較好。
4.2 -次風(fēng)管道阻力冷態(tài)調(diào)平結(jié)果
在進(jìn)行冷態(tài)調(diào)平時(shí),爐膛負(fù)壓控制在- 50~-100Pa,并將標(biāo)定的數(shù)據(jù)輸入到一次風(fēng)檢測(cè)系統(tǒng),試驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)每根一次風(fēng)管上的縮孔門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn),表7~10為一次風(fēng)冷態(tài)調(diào)整前后各個(gè)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速測(cè)量及計(jì)算結(jié)果。
從表7~10可知,調(diào)整前各個(gè)風(fēng)管間存在偏差,最大偏差為10. 23%,對(duì)一次風(fēng)管縮孔進(jìn)行調(diào)整后,一次風(fēng)速同層偏差小于5%,避免一次風(fēng)速過(guò)小,造成粉管堵塞,一次風(fēng)速偏差過(guò)大,造成切圓偏離爐膛中心,火焰刷墻結(jié)焦,燃燒不穩(wěn)定的情況。冷態(tài)一次風(fēng)調(diào)平后,由于冷熱態(tài)的差異,在進(jìn)行熱態(tài)運(yùn)行時(shí),除了控制好一次風(fēng)壓,還要使同一層粉管對(duì)應(yīng)的給粉機(jī)下粉基本相同,保證同層四個(gè)角不出現(xiàn)火焰偏燒的情況。
4.3爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果
在爐內(nèi)下一次風(fēng)標(biāo)高處的十字架上,用風(fēng)速儀沿十字線方向由內(nèi)及外測(cè)量各點(diǎn)風(fēng)速而得到爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng),并根據(jù)空氣動(dòng)力場(chǎng)的分布特性而得到實(shí)際切圓直徑,如圖3。試驗(yàn)時(shí),一、二次風(fēng)保持調(diào)平風(fēng)速,三次風(fēng)全開(kāi)。
從圖3可以看出,在一、二、三次全投的情況下,沿十字線方向由內(nèi)及外測(cè)量各點(diǎn)風(fēng)速,根據(jù)空氣動(dòng)力場(chǎng)的分布特性而得到的實(shí)際切圓,爐內(nèi)切向空氣動(dòng)力場(chǎng)基本合理,爐內(nèi)氣流速度沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),實(shí)際切圓半徑約為4600 mm左右,切圓偏大,火焰中心不偏斜、氣流穩(wěn)定。但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)無(wú)風(fēng)區(qū),可以保證較大的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量,擾動(dòng)強(qiáng)烈,爐膛火焰充滿度良好,對(duì)加熱火焰根部、燃燼煤粉有利。另外,在爐內(nèi)下一次風(fēng)標(biāo)高處測(cè)得有輕微的貼壁氣流,最高風(fēng)速達(dá)到2.7 m/s,因而基本不會(huì)造成嚴(yán)重的氣流刷墻結(jié)焦現(xiàn)象。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
5、結(jié)論
(1)二次風(fēng)測(cè)風(fēng)裝置線性較好;B層和D層的一次風(fēng)在線顯示與標(biāo)定結(jié)果相差較大,要在不同工況下進(jìn)行復(fù)查。
(2)冷態(tài)一次風(fēng)調(diào)平后,由于冷熱態(tài)的差異,在進(jìn)行熱態(tài)運(yùn)行時(shí),除了控制好一次風(fēng)壓,還要使同一層粉管對(duì)應(yīng)的給粉機(jī)下粉基本相同,即可保證同層四個(gè)角不出現(xiàn)火焰偏燒的情況。
(3)爐內(nèi)切向空氣動(dòng)力場(chǎng)基本合理。爐內(nèi)氣流速度沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),實(shí)際切圓半徑約為4 600mm左右,切圓偏大,火焰中心不偏斜、氣流穩(wěn)定。
(4)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)無(wú)風(fēng)區(qū),可保證較大的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量,擾動(dòng)強(qiáng)烈,爐膛火焰充滿度良好,對(duì)加熱火焰根部、燃燼煤粉有利。
(5)在爐內(nèi)下一次風(fēng)標(biāo)高處測(cè)得有輕微的貼壁氣流,最高風(fēng)速達(dá)到2.7m/s,因而基本不會(huì)造成嚴(yán)重的氣流刷墻結(jié)焦現(xiàn)象。
(6)切圓偏大,在保證氧量的情況下開(kāi)大周界風(fēng),關(guān)小二次風(fēng),降低二次風(fēng)箱/爐膛差壓等措施來(lái)減小切圓。
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