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锅炉烟风道优化技术应用华能海门电厂锅炉烟风道优化技术应用目录一、概述二、项目立项的背景三、项目研究的主要内容四、研究后的优化方案五、优化应用的经济性评价六、总结锅炉烟风道优化技术应用锅炉烟风道优化技术应用在电厂的烟风道设计中普遍存在弯头多、路径长等问题，增加了烟风道阻力及对应风机的电耗。故海门电厂对已运行的1、2号机组进行系统分析，通过相应的技术研究，提出了3、4号机组烟风道设计优化的设想，并最终付诸实施，取得显著的技术和经济效益，每台机组可降低初投资115.9万元，每年每台机组节约的运行费用210万元，为节能工作树立新的典范。一、概况1、目前电厂的烟风道设计，主要依据是设计规程，由于受工程进度要求和设计理念的影响，设计工作往往停留在能满足规程要求的层面上，而没有进行细化、优化设计。2、另一方面，烟风道阻力的计算一般是参照规程的经验公式进行逐个核算，并最终累加，这可能使得核算出来的阻力不能实际反应烟风系统的总体情况。二、项目立项的背景锅炉烟风道优化技术应用二、项目立项的背景3、电厂的烟风系统整体上来说更加具体，各个系统相互联系，同一系统的各个零件也互相影响，目前为止关于整个电厂烟风系统节能降耗的研究相对较少。随着计算流体力学数值模拟软件的成熟和发展，完全可以对整个电厂烟风系统进行流场的数值模拟，比较择优。随着计算流体力学数值模拟软件的成熟和发展，完全可以对整个电厂烟风系统进行流场的数值模拟，比较择优。因此，本项目采用烟风系统数值模拟和现场测试工作以验证设计优化的合理性，确定其经济效益。烟风煤粉管道的节能降耗主要体现在降低三大风机（一次风机、送风机、引风机）的能耗和降低材料初投资上：1）锅炉送粉管道：其阻力损失较大，并且因为弯头需要采用耐磨弯头，故初始投资成本相对较高。主要优化思路：调整管道整体布置，尽量减少弯头，用锐角弯头替代直角弯头，并合理平衡磨煤机出口粉管之间的阻力。三、项目研究的主要内容锅炉烟风道优化技术应用2）锅炉冷风道：风机的吸风口布置不仅会影响到风机的运行压头，而且会影响到风机吸入气流的规则性。风机出口风道的布置也会影响到气流的均布。主要优化思路：优化风机吸风口，尽量减少阻力，使气流均布；减少风道弯头，优化零部件内撑杆，最大限度减少阻力。三、项目研究的主要内容3）锅炉热风道：风道的布置会影响到送风机的运行功率。消耗材料量和阻力损失在二次风系统中均占有较大的比例，故应从两个方面着手优化。主要优化思路：尽量采用圆角，减少阻力损失；优化零部件内撑杆，最大限度减少阻力；进炉膛支管需要详细设计，以使进入炉膛的气流组织的更优。三、项目研究的主要内容4）除尘器前、后烟道：前烟道因含有飞灰，故阻力损失所占引风机压头的比例相对较大，且除尘器对入口烟道气流的均匀分布要求较高。后烟道的阻力损失对引风机的运行压头也有较大影响。两台引风机的入口烟道应该尽量保持阻力均衡。主要优化思路：减少烟道弯头并采用锐角弯头代替直角弯头，最大限度减少阻力；使每个除尘器入口的三根烟道阻力尽量匹配。对烟道内撑杆的设置进行合理调整，减少损失；对特定的弯头设置导流板，使气流组织均匀并降低阻力。三、项目研究的主要内容四、研究后的优化方案3、4号机组采用的冷一次风道布置简图原1、2号机组冷一次风道布置简图1、冷一次风道的优化方案四、研究后的优化方案冷一次风道的优化方案3、4号机组优化方案的主要特点如下：1）将风机放在空预器前，一次风机出口风道直接穿过锅炉构架K5柱，减少一个90°弯头；2）将一次风机出口风道由方形（4000x2800）改为圆形（Φ3820），优化风机出口风道的流场分布，适当减少风道运行阻力，并减少风道振动；3）风机吸入口由原来的垂直周向吸风口改为圆弧形收缩吸风口，可减少风道吸入口阻力；4）将压力冷风道母管由方形（2000x1800）改为圆形（Φ2120），减少风道耗用钢材量；5）降低压力冷风道母管标高（22.17降为18.50），则每根调温风支管均可以减少一个弯头及相应直段，减少风道耗用钢材量；6）每台风机对应的压力冷风道接入管由原来的直角弯改为斜向布置，减少风道耗用钢材量。3、4号机组冷一次风道优化成果汇总表项目内容数值节约的材料量冷一次风道（一）t23.3冷一次风道（二）t17.4节约总重量t40.7共降低初投资万元36.9阻力降低值Pa100%THA50.875%THA35.050%THA20.3注：钢材价格按照技经数据，为9061元/t。四、研究后的优化方案冷一次风道现场测试结果与理论计算值对比表由上表可以看出，现场实测的压降显著下降，达到了优化效果。四、研究后的优化方案工况项目一次风机出口截面空预器入口截面100%THA温度(℃)设计值31312号机组实测值38.538.63号机组实测值38.538.1流量（t/h）设计值498.62号机组实测值576.93号机组实测值715.5全压（Pa）2号机组实测值11004.610874.63号机组实测值11666.111578.7全压降（Pa）2号机组实测值——130.02号机组实测值（折算到设计流量和设计温度）——123.73号机组实测值——87.43号机组实测值（折算到设计流量和设计温度）——40.53号机优化效果（实测值,折算到设计流量和设计温度）——-83.22、送粉管道的优化方案原1、2号机组送粉管道布置简图3、4号机组送粉管道布置简图3、4号机组优化方案的主要特点如下：1）磨煤机出口部分，管道布置由原来的横平竖直走向改为斜管，减少弯头数目。2）燃烧器入口部分，将燃烧器入口的90°弯头改为锐角弯头，减少管材耗量及沿程阻力。四、研究后的优化方案3、4号机组送粉管道优化成果汇总表项目内容A磨B磨C磨D磨E磨F磨节约的材料量φ762管道长度m36φ530管道长度m26折合管道重量t10折合材料成本万元9.1耐磨弯头规格为Φ762的减少10件，规格为Φ530的减少2件耐磨弯头合同额万元7.23共降低初投资万元16.33阻力降低值Pa100%THA0259.2309.1491.5345.3435.675%THA0246.1293.5466.7327.9413.650%THA0214.5255.8406.8285.8360.5注：钢材价格按照9061元/t计算送粉管道的优化方案3、除尘器前烟道优化方案原1、2号机组除尘器前烟道布置简图3、4号机组除尘器前烟道布置简图3、4号机组优化方案的主要特点如下：1）原垂直管段部分改为斜管，减少了一个90°弯头；2）进入除尘器3个接口的管道布置阻力差异进一步减小，使得进入除尘器的烟气更容易分布均匀；四、研究后的优化方案3、4号机组除尘器前管道优化成果汇总表项目内容数值节约的材料量节约总重量t33.3节约的补偿器4个，计投资万元4共降低初投资万元34.3阻力降低值Pa100%THA49.2175%THA29.9850%THA15.903、4号机采用优化方案后，现场实测的优化效果优于理论计算值，阻力下降值最高达146pa。除尘器前烟道优化方案为了减少热二次风道的阻力，3、4号机组的热二次风道在1、2号机组的基础采取了以下措施：1）通过对风道部分内部支撑桁架的优化设计、减少了支撑管的数量和节点板的面积，从而增加桁架处的热二次风的流通截面积，有效地减少了局部阻力。经过优化，仅支撑管的面积就减少了约27.4m2。4、热二次风道优化方案四、研究后的优化方案2）在空间允许的地方，将直角弯头改为圆角弯头，降低风道阻力，如：预热器出口的直角弯头改为R1600的圆角弯头。3)在尽可能的情况下，尽量将热二次风道内的内撑管的节点板方向布置成与二次风的流动方向一致，以减少节点板在风道内所占流通截面，达到降低风道阻力的目的。热二次风道优化方案五、优化应用的经济性评价项目冷一次风道冷二次风道热一次风道送粉管道除尘器前烟道热二次风道累计减少初投资（万元）36.915.41316.3334.30115.93100％THA工况阻力节约值（Pa）理论值50.824175.6491.549.21318.41109.51实测值240.5142.1533.64111112591697.2减少风机轴功率（kW）理论值6.88.523.565.838.2112.9255.7实测值32.250.471.455.086.191.9386.9减少发电机输出功率（kW）理论值7.49.225.571.441.4122.6277.5实测值34.954.777.559.793.499.7420.0每台机组减少运行费用（万元/年）理论值2.122.657.3220.5011.8935.1979.7实测值17.4327.3538.7529.8546.549.85210按锅炉年利用小时数为5500h，电价为0.50元/kW.h计算。六、项目产生的主要成果1）对烟风道进行了系统的设计优化，首次采用流场计算分析软件并结合工程实际对烟风道的流场特性进行数值模拟计和研究分析。2）国内首次对烟风道设计的不同思路进行了理论和实际论证，可对现有的设计规范进行细化和修正，并建立新的设计手段3）通过数值模拟与实际运行相结合，国内首次采用了风道吸风口采用入口导流板的设计思路，不但可以减少振动，更可以降低阻力，带来经济效益。4）结合数值模拟软件，首次对烟风煤粉管道进行三维立体化布置，不但可以节省材料和阻力，并且对送粉管道的煤粉分布模拟对于均匀入炉煤粉分布，提高炉膛燃烧效率，有着非常明显的意义。5）通过流场特性的研究，总结出对设计初期烟风道布置具有指导意义的布置优化思路。6）结合现场的实际运行数据，进行优化成果的验证，确认海门3、4号机组烟风道节能降耗效果。六、项目产生的主要成果七、总结海门电厂3、4号机组在1、2号机组的基础上对烟风道进行了大量的优化设计。设计过程将理论计算与数值模拟相融合，并通过现场测试进行了优化节能效果的验证。结果显示，采用优化措施后，每台机组可降低初投资115.9万元，3、4号机组共可以降低约232万元；同时，根据现场实测的效果，每年每台机组节约的运行费用也高达210万元，具有很可观的经济和节能效益。锅炉烟风道优化技术应用目前基于计算流体力学的烟风道优化设计在发达国家已开始得到应用，道由于技术保密等原因公开发表的文献极少。海门电厂烟风道优化设计项目首次采用数值计算，论证了烟风道布置的系统优化设计思路即设计方案，对于节能减排具有较大意义，并具有一定的市场竞争力，值得相关工程项目的设计参考。该项目的实施已基本掌握了相关的理论和方法，在实际设计方面也积累了经验，为今后的工程优化设计提供了思路，也有利于现有设计规程的改进。锅炉烟风道优化技术应用