锅炉低氮燃烧调整中减少热偏差和热惯性的几点建议时权

锅炉低氮燃烧调整中减少热偏差和热惯性的几点建议时权

时权

(大唐长春第三热电厂吉林长春130103)

摘要：锅炉在运行过程中，容易产生热偏差和热惯性问题，本文主要探讨减小锅炉膛出口热偏差的方法，通过对比对称方位燃烧器连线上的速度分布，调整速度分布不对称的直线两端的燃烧器出口速度，使边界条件不对称，重新进行数值模拟，如此重复直至速度分布对称。结果表明，经过速度调整后所得的温度场和流场分布更加对称，可以达到减小炉膛出口热偏差的目的。

关键词：锅炉；低氮燃烧；热偏差；热惯性

引言

随着锅炉容量的增大及蒸汽参数的提高,在锅炉烟道中可供布置受热面的相对空间相应减小,因而大容量锅炉目前普遍采用墙式过热器,屏式过热器和对流过热器联合组成的方式,同时过热器每片蛇形管束所采用管圈数也相应增多造成整个管组不仅存在屏间热偏差,同时还存在同屏的管间热偏差。此外,由于屏式过热器位于炉膛出口的烟气高温区,该处受热面的热负荷很高,如屏间或同屏管间的热偏差过大时,很可能导致局部管子发生过热而损坏。一般来说,热力不均和水力不均是造成过热器和再热器热偏差的主要原因。

1炉内烟气流场分析

1.1物理模型

为了深入研究锅炉的烟气温度偏差，建立了包括过热器系统在内的全炉膛流动计算数学模型。根据锅炉的原有尺寸，按照1:1比例建立模型并对模型进行了网格划分，采用非均分网格。由于左右炉膛在结构上完全对称，为了节约运算成本，笔者只对右炉膛建立模型。

1.2过热器系统

过热器系统按蒸汽流程分为五级,分别为包覆墙过热器、低温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器和末级过热器;炉膛出口水平烟道及尾部烟道为包覆墙过热器,分隔屏过热器和后屏过热器布置炉膛上部,末级过热器布置在折焰角上方,炉膛后墙水冷壁悬吊管之前,低热过热器布置在后尾部烟道中。过热器各级受热面布置见图1。过热器系统设置三级喷水减温,每级减温水各有四路分支,一级减温器布置在低温过热器与分隔屏过热器之间,二级减温器布置在分隔屏过热器与后屏过热器之间,三级减温器布置在后屏过热器与末级过热器之间。

图1锅炉过热器受热面的布置

1.3燃烧系统

锅炉燃烧系统按中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统设计，配６台ＭＰＳ２７５型磨煤机。每台磨煤机带一层燃烧器；磨煤机出口由４根煤粉管接至锅炉前、后墙的４个煤粉分配器，再一分为二接至炉膛同一层８个煤粉燃烧器，在炉膛中呈双切圆方式燃烧（见图2），锅炉左侧采取顺时针切圆燃烧方式，锅炉右侧采取逆时针切圆燃烧方式。锅炉采用低ＮＯｘ同轴燃烧系统，根据煤粉分级燃烧原理，在炉膛不同高度布置紧凑燃尽风和离散燃尽风，将炉膛划分为三个相对独立的区域（初始燃烧区、ＮＯｘ还原区、燃料燃尽区）；通过优化控制每个区域的过量空气系数，保证较低的ＮＯｘ生成量和较高的锅炉效率。在设计上，紧凑燃尽风和离散燃尽风切圆方向与主燃烧器二次风切圆方向一致，离散燃尽风采取可水平摆动式设计，能有效地降低炉膛出口的烟温偏差（热态调整确定后不再调整）。

图2燃烧器平面布置（单位：ｍｍ）

2原因分析

第一，热偏差影响。低负荷时再热蒸汽流量降低，由于管道阻力特性不同造成个别管子内通过的蒸汽流量偏小，造成局部管壁得不到有效冷却，而低负荷时烟气流量相应降低，炉膛及烟道内烟气充满度不均匀，通过烟气流量高区域的管壁吸热增强而容易发生超温。第二，煤种偏离设计的影响。低氮燃烧器改造方案主要针对于原设计煤种，在燃用现有煤种条件下，低负荷时一次风的比例升高，二次风的比例下降，二次风箱差压只能维持在0.2KPa左右，造成二次风速大幅度降低，不能与一次风粉及时掺混，煤粉着火滞后，火焰中心上移，容易造成管壁超温。第三，一次风温低的影响。燃煤水分大，磨煤机干燥出力明显不足，在热风门全开、冷风门全关的情况下，磨煤机出口温度仅在60℃左右，远低于中速直吹式磨煤机经验出口温度值(73～81℃)。磨煤机出口温度低，煤粉着火推迟，容易造成管壁超温。

3关于锅炉低氮燃烧调整中减少热偏差和热惯性的几点建议

3.1对燃烧器进行调整

将部分燃烧器一、二次风喷口改为顺时针，可以达到消旋的效果。减小假想切圆的直径对减小热偏差也有一定效果，但切圆直径的减小不利于着火，会使火焰的充满程度变差。二次风反切可以使烟温的偏差减小，但在使末级过热器汽温偏差减小的同时，可能会使分隔屏汽温偏差增大。

3.2关于锅炉风量调整

锅炉通过调整两台送风机动叶开度保持总风量与燃料量匹配,当由于煤种变化燃烧器配风不良或其它原因导致总风量与给煤量不匹配时,省煤器出口的氧量值将超过设定值,通过氧量矫正调整总风量使之与燃料量相匹配,但最大调整幅度不能超过±10%的总风量。燃烧器的辅助风量通过位于各燃烧器两端的辅助风挡板来进行控制。各台燃烧器的内外辅助风的比例通过调整燃烧器面板上的拉杆来确定,正常运行中不允许随意调整。一次风通过调整两台一次风机动叶开度来保证一次风母管压力在规定值范围内,以适应磨煤机一次风量的需要,一次风系统应力和风量匹配应符合风机特性,以防止发生风机喘振问题。当锅炉增加负荷时,先增加风量,随之增加给煤量。反之,锅炉减负荷时应先减给煤量,后减少风量,并注意风量与燃料量的协调配合。

2.3锅炉设计上采取减少受热面热偏差的措施

为有效降低受热面热偏差,锅炉制造厂在设计制造上采取了以下措施:1)采取单炉膛双切圆燃烧布置方式;2)离散燃烬风采取可水平摆动式设计;3)采取螺旋管+垂直管的水冷壁布置方式;4)过热器减温水采用三级布置;5)低温过热器和分隔屏过热器之间、后屏过热器和末级过热器之间连接蒸汽管路采取单侧小交叉布置;6)分隔屏过热器布置在炉膛上部,可分隔烟气流,减弱切向燃烧时炉膛出口烟气残余旋转的作用;7)过热器采取五级布置,降低各段受热面蒸汽烩升,降低受热面管屏之间热偏差。

结语

该锅炉采取双切圆燃烧方式，在炉膛上部和水平烟道区域，沿炉膛宽度方向上受热面屏间存在热偏差。通过改变锅炉分隔屏过热器与后屏过热器连接管道形式（由平行改为交叉）和后屏过热器与末级过热器的连接形式（由交叉改为平行），可大幅度减轻过热器受热面热偏差的叠加问题，减少减温水使用量，提高减温器的调节裕度，保证锅炉运行安全。

参考文献:

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