我國(guó)2000年3月發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3億kW．300MWe級(jí)機(jī)組已經(jīng)成為主力機(jī)組，600MWe即將成為電網(wǎng)的主力機(jī)組。截止到1999年，大陸地區(qū)已經(jīng)投產(chǎn)600MWe級(jí)機(jī)組21臺(tái)，在建600MWe級(jí)機(jī)組21臺(tái)。我國(guó)大容量電站鍋爐80%以上采用四角切圓燃燒方式，四角切圓燃燒鍋爐普遍存在煙、汽溫度偏差現(xiàn)象，導(dǎo)致過(guò)熱器、再熱器的超溫、結(jié)焦、爆管。正如四角切圓燃燒鍋爐的優(yōu)點(diǎn)一樣，煙氣偏差現(xiàn)象也早已為人們所認(rèn)識(shí)和高度重視K，并為此展開了一系列研究工作，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)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
姜義道等人分析了大容量四角切圓燃燒煤粉爐中煙氣溫度偏差的成因，認(rèn)為爐內(nèi)氣流沿爐膛高度方向的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)逐漸減弱，在爐膛出口仍有殘余旋轉(zhuǎn)存在，使得水平煙道人口沿寬度方向煙氣流量分布不均勻，一側(cè)煙氣流量較大，一側(cè)煙氣流量較小，因而煙氣溫度場(chǎng)亦隨之變化，故認(rèn)為殘余旋轉(zhuǎn)是引起四角切圓燃燒方式鍋爐水平煙道煙溫偏差的主要原因。
曾瑞良等人認(rèn)為，燃燒器的布置和火焰射流引起煙氣流量場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布的不均勻性是煙溫偏差的根本原因。煙氣中不均勻分布的殘?zhí)剂吭谄羺^(qū)的燃燒，加重了煙溫偏差的程度。汽側(cè)管道之間汽水介質(zhì)的流量分布不均勻與煙氣側(cè)煙氣場(chǎng)參數(shù)偏差狀態(tài)在換熱過(guò)程中相偶合，加重了煙、汽溫偏差的程度，由此引發(fā)個(gè)別管屏的超溫爆管現(xiàn)象，因此，改變?nèi)紵鞯奈恢煤托螤羁筛纳茻煖仄睢?br /> 目前治理四角切圓燃燒鍋爐煙溫偏差多采用頂部過(guò)燃風(fēng)（最上排二次風(fēng)）乃至上層輔助風(fēng)噴口反切布置或采用冷煙氣再循環(huán)反切，以削弱主煙氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，減輕上爐膛及水平煙道中煙氣流場(chǎng)偏置現(xiàn)象。這種方法只要對(duì)反切氣流燃燒器單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)或改造即可，方便簡(jiǎn)單，不僅可強(qiáng)化煙流的自攪拌強(qiáng)度，在一定條件下，還有利于燃料的充分燃燒，在國(guó)內(nèi)300MWe機(jī)組上得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了明顯減少左右側(cè)煙溫偏差的效果。大夾角同心反切燃燒技術(shù)和設(shè)置分隔屏，對(duì)大多數(shù)200MWe、300MWe級(jí)鍋爐煙溫偏差情況而言得到了改善，但對(duì)于600MWe級(jí)機(jī)組鍋爐未得到預(yù)期的改善效果，或改善不多。
在溫度偏差問(wèn)題的研究中，大多研究視野集中于爐膛出口爐寬水平方向上，對(duì)爐膛上部大屏區(qū)域缺少實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)。研究表明，四角切圓鍋爐溫度偏差的產(chǎn)生源頭涉及到了最高層燃燒器上部的所謂燃盡區(qū)，爐膛上部以輻射特征為主的屏區(qū)勢(shì)必受到影響，相關(guān)各級(jí)受熱面也將受到屏區(qū)參數(shù)變化的影響∞：。目前在國(guó)產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)600MWe機(jī)組上的實(shí)爐檢驗(yàn)經(jīng)歷中，各種理論比較缺乏。本文針對(duì)2 008t/h采用頂部二次風(fēng)反切的四角切圓燃燒煤粉爐的煙氣溫度和受熱面壁溫進(jìn)行測(cè)量，以期了解流動(dòng)與煙、汽溫度偏差的關(guān)系。在實(shí)際運(yùn)行的鍋爐上通過(guò)測(cè)量研究，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)具有借鑒。
2.2008t/h鍋爐簡(jiǎn)介
國(guó)產(chǎn)2 008t/h鍋爐是引進(jìn)CE公司技術(shù)生產(chǎn)的，600MW亞臨界壓力參數(shù)，一次中間再熱鍋爐采用平衡通風(fēng)、直吹式制粉系統(tǒng)、擺動(dòng)式燃燒器、四角切圓燃燒方式。爐膛上部前墻及二側(cè)墻的水冷壁外面布置壁式輻射再熱器，爐寬方向懸掛6組大節(jié)距分隔屏過(guò)熱器，將上爐膛靠爐前部分分為7個(gè)室，分隔屏下沿達(dá)折焰角下部，后屏過(guò)熱器布置在分隔屏后，共24片，其下緣也已達(dá)到折焰角下，這種布置方式在強(qiáng)化過(guò)熱器與再熱器的輻射傳熱的同時(shí)，起到切割旋轉(zhuǎn)的煙氣流以減小進(jìn)入過(guò)熱器爐寬方向的煙溫偏差作用。各級(jí)過(guò)熱器、再熱器集箱之間采用單根或數(shù)量很少的大直徑連接管連接，使蒸汽能良好地混合以期消除流量偏差。]。在低溫過(guò)熱器出口與分隔屏入口連接管上設(shè)一級(jí)噴水減溫，在后屏過(guò)熱器出口與末級(jí)過(guò)熱器入口之間左右側(cè)連接管上各設(shè)一點(diǎn)二級(jí)減溫。再熱器采用了以輻射式為主的布置方式，由三級(jí)組成，墻式再熱器、屏式再熱器和末級(jí)再熱器。墻式再熱器布置在水冷壁前墻和側(cè)墻靠近前墻部分，按高度約占爐膛高度的l／3左右，分為左側(cè)、前左、前右、右側(cè)4個(gè)部分，分別以4個(gè)連通管引至屏式再熱器入口，未作交叉。屏式及末級(jí)再熱器布置在水平煙道入口，中間沒(méi)有聯(lián)箱。燃燒器采用CE傳統(tǒng)大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，頂部二次風(fēng)反切22。角，見(jiàn)圖1。投運(yùn)以來(lái)，鍋爐存在著再熱汽溫偏低，過(guò)熱汽溫兩側(cè)偏差較大等問(wèn)題。為此，在過(guò)熱器、再熱器各屏均加裝金屬壁溫測(cè)點(diǎn)。在爐前墻相對(duì)高出折焰角上部穿插6組分隔屏，在位置標(biāo)高55. 57m處設(shè)置8個(gè)測(cè)量孔，以測(cè)定屏間煙氣速度和溫度分布。在爐膛上部布置了各屏金屬壁溫監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)詳細(xì)位置見(jiàn)圖2。
根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置上爐瞠溫度可達(dá)1200～1 350℃的實(shí)際情況，考慮到其它方面的制約條件，選用手持式RH-6325紅外輻射測(cè)溫儀。為此，首先進(jìn)行了屏間煙氣黑度的計(jì)算與選擇。參照1973年版《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法》的相關(guān)內(nèi)容。
3、測(cè)量結(jié)果與討論
3.1分隔屏區(qū)煙氣溫度
機(jī)組4個(gè)負(fù)荷工況下分隔屏區(qū)煙溫測(cè)試結(jié)果如圖3所示。隨著負(fù)荷的增加，分隔屏區(qū)煙溫上升，在爐膛寬度方向上呈現(xiàn)出越來(lái)越明顯的M形。由于兩側(cè)近墻測(cè)點(diǎn)位置四周均為壁式再熱器，根據(jù)汽機(jī)側(cè)高排溫度的推斷，此處再熱汽溫在330℃左右，冷源輻射作用使所測(cè)煙氣溫度偏低。為了防止黑度選擇不當(dāng)，造成測(cè)量誤差，對(duì)這8個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了多次變參數(shù)測(cè)量，盡管測(cè)量值上存在一些出入，但是各工況溫度分布的總體趨勢(shì)沒(méi)有發(fā)生根本性的改變。
從煙溫測(cè)量曲線中，還反映出在爐左側(cè)2號(hào)、3號(hào)以及爐右側(cè)5號(hào)、6號(hào)測(cè)點(diǎn)位置溫度最高，左右側(cè)在低負(fù)荷時(shí)呈現(xiàn)左低右高，隨著負(fù)荷的提高，高溫點(diǎn)趨于兩側(cè)一致。但在58IMWe負(fù)荷投入第6層燃燒器時(shí)，左側(cè)明顯高于右側(cè)。總體上左側(cè)高溫點(diǎn)分布位置有逐漸向上提高的趨勢(shì)，兩側(cè)的最高溫度點(diǎn)的溫度傾向趨于相同。
圖3反映出煙氣在爐膛上部區(qū)域的各屏區(qū)之間存在溫度分布上的差異，距爐側(cè)墻5m為最高溫度點(diǎn)、呈現(xiàn)出低一高一低分布、左右形態(tài)對(duì)稱相似的溫度分布態(tài)勢(shì)；各測(cè)點(diǎn)的溫度隨著煙氣量的增加而提高，溫度分布的峰谷狀態(tài)隨負(fù)荷的增加而愈加明顯；圖中58IMWe負(fù)荷工況下的溫度分布表明，在投入最上一層煤粉燃燒器后，煙氣左右側(cè)溫度分布呈現(xiàn)較大的偏差。這表明提高燃燒器層數(shù)，致使?fàn)t內(nèi)切圓燃燒旋轉(zhuǎn)動(dòng)量沿爐高方向加強(qiáng)，同時(shí)煙氣距爐膛出口的行程相對(duì)其它工況變短，煙氣在燃盡區(qū)的分布不均進(jìn)一步加重。
3.2屏區(qū)煙溫與壁溫的比較分析
煙側(cè)偏差對(duì)汽溫狀態(tài)具有直接的影響。對(duì)不同工況下的分隔屏、后屏及末級(jí)過(guò)熱器壁溫和特征煙溫進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如圖4所示。
上部受熱面處于爐膛火焰中心區(qū)以上，煙氣與屏式過(guò)熱器的熱交換主要以輻射換熱方式進(jìn)行。對(duì)于2號(hào)（距爐左5m左右）、5號(hào)(距爐左13. 5m)分隔屏所占據(jù)的兩部分屏間通道而言，屏區(qū)空間容量、受熱面汽水側(cè)結(jié)構(gòu)基本相同，在屏區(qū)的換熱過(guò)程中，煙氣溫度成為影響受熱面接受輻射熱量的主要因素。從放熱量對(duì)壁溫的宏觀影響效果角度考慮，壁溫高表明了煙氣對(duì)屏壁放熱量大的狀況。
對(duì)于爐右側(cè)5號(hào)屏區(qū)，由于煙溫高，煙氣輻射放熱量大，5號(hào)屏壁溫相應(yīng)較高；而爐左側(cè)2號(hào)屏區(qū)煙溫低，壁溫相應(yīng)較低，但是實(shí)際情況卻與此相反，是左高右低。這一現(xiàn)象表明受熱面在與煙氣換熱過(guò)程中，煙氣放熱量左側(cè)高于右側(cè)。作者推斷，對(duì)于右側(cè)屏區(qū)而言，輻射換熱是主要的換熱形式，煙氣放熱總量中輻射放熱量占主要份額，換熱效果主要受煙溫的影響；對(duì)于左側(cè)屏區(qū)而言，除具有輻射換熱特性外，對(duì)流換熱條件得到了極大的改善，換熱效果不僅與輻射換熱有關(guān)，而且對(duì)流換熱也對(duì)其產(chǎn)生了積極影響，宏觀上煙氣流量的增大可以加強(qiáng)對(duì)流換熱效果，造成煙氣的對(duì)流放熱量提高，煙氣總放熱量增大。對(duì)于2號(hào)、5號(hào)屏區(qū)的煙氣通道，煙氣流量存在著左高右低的情況，使得左側(cè)換熱效果強(qiáng)于右側(cè)，致使左側(cè)煙氣放熱量中增加了右側(cè)表現(xiàn)不顯著的對(duì)流放熱成分，造成左側(cè)總放熱量多于右側(cè)，壁溫左高右低的現(xiàn)象。遺憾的是，工程現(xiàn)場(chǎng)不具有實(shí)測(cè)煙氣流量的條件，無(wú)法實(shí)際驗(yàn)證煙氣量差別的推測(cè)。在煙氣上行過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)動(dòng)量的下降使切圓直徑擴(kuò)大，貼壁氣流增大，進(jìn)入屏區(qū)后由于屏區(qū)的存在限制了氣流沿爐寬方向發(fā)展；同時(shí)在向上流動(dòng)及離心慣量的作用下，使原本流量偏大的貼壁煙氣流更傾向于沿爐高方向向兩側(cè)聚集，并向上發(fā)展。基于上述分析，依次可以推測(cè)出左右側(cè)對(duì)應(yīng)屏區(qū)的煙氣量偏差概念性分布狀態(tài)，如圖5所示。
在爐膛上部屏區(qū)，宏觀上煙氣流動(dòng)方向表現(xiàn)為先向上再向爐后流動(dòng)的特點(diǎn)，在與屏區(qū)受熱面的接觸中，煙氣首先沖刷屏式受熱面底部區(qū)域，后沖劇距爐頂較近的上部區(qū)域，因此屏式受熱面在高度方向上形成了熱交換效果不同的區(qū)域。對(duì)于煙氣量大的屏區(qū)，屏間煙氣的慣性加大，沖刷范圍變大，沖刷效果提高，致使屏式受熱面受強(qiáng)烈沖刷的面積相對(duì)提高，換熱效果加強(qiáng)，受熱面溫升提高；煙氣量小的屏區(qū)情況與之相反。對(duì)于壁溫較高的受熱面，如圖5中分析一樣，表現(xiàn)為屏區(qū)流過(guò)較多的煙氣，受熱面強(qiáng)烈，換熱面積也相應(yīng)加大，因此壁溫的高低與強(qiáng)烈沖刷換熱面積的大小表現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。對(duì)比圖5爐膛上部區(qū)域不同受熱面壁溫分布的情況，發(fā)現(xiàn)總體上在左側(cè)屏區(qū)的后屏壁溫溫升趨勢(shì)較右側(cè)明顯，在煙氣沒(méi)有變化的條件下，可以推測(cè)出左側(cè)后屏受熱面受強(qiáng)烈沖刷的面積較右側(cè)為大。結(jié)合分隔屏在與煙氣熱交換過(guò)程中受熱面受強(qiáng)烈沖刷的面積分布情況，可以推測(cè)出煙氣流動(dòng)在屏區(qū)空間中沿爐高方向存在差異的情況，用圖6來(lái)描述沿爐深方向煙氣這一流動(dòng)狀態(tài)的發(fā)展情況。上述分析通過(guò)爐內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)數(shù)值模擬得到進(jìn)一步證實(shí)。
綜合分析屏溫與屏區(qū)煙溫分布特點(diǎn)，受熱面壁溫都呈左高右低的W型趨勢(shì)分布，而壁溫分布與其呈峰谷反向?qū)?yīng)M型，作者認(rèn)為屏區(qū)煙氣流量在各屏間分布不均，呈左側(cè)高于右側(cè)、兩側(cè)高于中間的分布，受熱面的壁溫偏差以及煙氣溫度偏差源于屏間煙氣量分配上的差異。從換熱角度來(lái)看，低煙氣溫度對(duì)應(yīng)的受熱面的傳熱溫差較低，傳熱面積相同，而蒸汽溫度較高，說(shuō)明傳熱系數(shù)較高；而煙氣溫度較低，煙氣輻射相對(duì)較小，因此較高的傳熱系數(shù)源于對(duì)流沖刷的效果的貢獻(xiàn)．據(jù)此推斷煙氣流速較高，煙氣量較大。即煙氣以較高的速度沖刷受熱面，受熱面壁溫由于換熱加強(qiáng)、換熱效果得以提高而上升，在總體壁溫分布中顯示偏高；對(duì)于煙氣而言，煙氣換熱充分，煙氣換熱效果得以加強(qiáng)，煙氣總放熱量增大，煙氣溫度下降，在總體煙溫分布中顯示偏低。相反情況煙溫顯示偏高，壁溫顯示偏低。
3.3煙溫偏差成因分析
對(duì)于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的鍋爐，煙氣在進(jìn)入屏區(qū)后，由于殘余旋流的存在及分隔屏的切割導(dǎo)流作用，煙氣在旋轉(zhuǎn)慣性的作用下貼墻上行，由于折焰角的前推及擠壓，分成左右側(cè)兩大流動(dòng)集團(tuán)，左側(cè)區(qū)氣流方向指向前上，在流動(dòng)慣力的作用下其主流進(jìn)入屏區(qū)，遇前墻阻擋后受爐膛上部結(jié)構(gòu)的限制及水平煙道高負(fù)壓區(qū)的吸引作用折向爐后；右側(cè)區(qū)氣流的方向指向后上，由于水平煙道的高負(fù)壓區(qū)吸引作用及指向爐后的流動(dòng)慣性，主流只經(jīng)過(guò)分隔屏下部區(qū)直接短路流向爐后，從而出現(xiàn)了煙氣速度場(chǎng)、流量場(chǎng)及溫度場(chǎng)的偏置。
由于左右側(cè)煙氣流動(dòng)過(guò)程的不一致，氣流在左側(cè)屏區(qū)流動(dòng)行程加長(zhǎng)，同時(shí)流向突變，產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，加大了該區(qū)域的湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化了左側(cè)區(qū)的煙氣對(duì)流換熱；而右側(cè)氣流在慣性和負(fù)壓吸引2個(gè)同向力的作用下平穩(wěn)加速流向爐后，煙氣換熱空間及時(shí)間相對(duì)減少，從而右側(cè)比左側(cè)的對(duì)流傳熱強(qiáng)化效應(yīng)弱，造成換熱效果左強(qiáng)右差，煙溫左低右高分布的現(xiàn)象。
該鍋爐已經(jīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)屏間汽水分布經(jīng)過(guò)了優(yōu)化設(shè)計(jì)；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件的限制沒(méi)有進(jìn)行屏間汽量分配的測(cè)量比較，在上述分析中，認(rèn)為屏間蒸汽流量分布均勻，沒(méi)有考慮汽水工質(zhì)流量偏差對(duì)煙氣溫度偏差的影響。屏區(qū)煙氣流場(chǎng)分布的測(cè)量有待于進(jìn)一步研究。
4、結(jié) 論
(1)煙溫偏差現(xiàn)象普遍發(fā)生在四角切圓燃燒方式的鍋爐上。爐膛上部空間，煙氣流動(dòng)尚存殘余旋轉(zhuǎn)，爐內(nèi)燃燒動(dòng)力場(chǎng)引起殘余旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致?tīng)t膛上部煙氣流場(chǎng)各參數(shù)分布上的差異，在與汽側(cè)換熱過(guò)程中，造成各部位熱交換狀態(tài)的差異，從而產(chǎn)生煙溫偏差。
(2)爐膛上部屏區(qū)過(guò)熱器的分布，在很大程度上起到了消旋整流的作用，但是依然存在煙氣分布沿屏區(qū)寬度、屏區(qū)高度發(fā)生變化的情況，煙氣對(duì)受熱面的沖刷強(qiáng)度不同，爐左側(cè)屏區(qū)與汽側(cè)的換熱較右側(cè)區(qū)充分，使屏間煙氣換熱量存有差異，造成汽溫左高右低大致成W型分布形態(tài)，煙溫呈M型分布形態(tài)，與汽溫分布狀態(tài)峰谷反向?qū)?yīng)。
相關(guān)顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)產(chǎn)品：
1、秸稈顆粒機(jī)
2、木屑顆粒機(jī)
3、秸稈壓塊機(jī)
