2102t-h超临界锅炉汽温偏差试验研究及分析

第24卷第2期电站系统工程Vol.24No.22008年3月PowerSystemEngineering17文章编号：1005-006X(2008)02-0017-042102t/h超临界锅炉汽温偏差试验研究及分析赵晴川1吴晓武1陈方高2胡代军2孙兆勇2咸来辉2沈引根3（1.山东电力研究院，2.山东黄岛发电厂，3.上海锅炉有限公司）摘要：通过对2102t/h锅炉汽温偏差的现场试验，了解过热器分隔屏区域存在的汽温偏差和烟温偏差分布情况，并分析了产生这种偏差的原因。关键词：锅炉；切圆燃烧；汽温偏差；烟温偏差中图分类号：TK223.25文献标识码：ASteamTemperatureDeviationTestandAnalysisfor2101t/hSuperCriticalBoilerZHAOQing-chuan,WUXiao-wu,CHENFang-gao,etal.Abstract:Bysitetestson2102t/hsupercriticalboiler,thesteamtemperaturedeviationandthegastemperaturedeviationinthedivisionpanelsareaisdescribed,andthecausesareanalyzed.Keywords:boiler,tangentialfiring;steamtemperaturedeviation;gastemperaturedeviation对于四角切圆燃烧锅炉，在炉膛出口区域普遍存在烟温和汽温分布的不对称现象，并且锅炉容量越大，这种不对称情况越明显。一般认为，四角切圆燃烧锅炉中存在汽温、烟温偏差的主要原因是由于炉膛出口处存在烟气流残余扭转，在上炉膛及水平烟道中产生烟气速度场、温度场、颗粒分布场偏差所致[1～4]。如果这种汽温偏差和烟温偏差过大，将导致减温水大量投入和局部管材超温等问题，不但严重影响锅炉的经济运行，更威胁到机组的安全运行。通过在SG2102/25.40-M953超临界锅炉上的燃烧调整试验，对汽温偏差和烟温偏差情况进行了测试和分析，包括过燃风反切角度、煤质、残余扭转强度等因素改变对偏差的影响，为分析和解决汽温偏差和烟温偏差问题提供了参考和借鉴。1设备概况黄岛电厂5号锅炉为上海锅炉厂生产的SG2102/25.40-M953型超临界直流锅炉。锅炉为单炉膛，采用四角布置摆动燃烧器。设计燃用兖州地区烟煤。锅炉配置6台ZGM113G型中速辊式磨煤机，每台磨煤机供一层4只燃烧器。一、二次风均可上下摆动，最大摆角一次风为±20°，二次风为±30°。在主风箱上部布置5层可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴，摆角可水平调整＋15°到－15°，使SOFA达不同的反切角度，使进入燃烧器上部区域的气流旋转强度得到减弱乃至被消除。锅炉总体布置图见图1，主燃烧器垂直布置图见图2，主燃烧器平面布置图见图3。炉膛内气流旋转方向为顺时针（图3）。过热器系统按照蒸汽流程分为4级（图4）：顶棚及包墙过热器、分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器。在分隔屏与后屏之间布置第一级喷水减温器；后屏与末过之间布收稿日期:2007-11-09赵晴川(1972-)，男，高级工程师，硕士。济南，250002置第二级喷水减温并左右交叉。分隔屏沿炉深方向布置两排，每排沿炉宽方向6片，共12片。后屏共20片，布置在炉膛折焰角的前方（图1）。图1锅炉总体布置图图2主燃烧器垂直布置图图3主燃烧器平面布置图图4过热蒸汽流程图2汽温偏差和烟温偏差分布情况表1为不同负荷下汽温和烟温测量数据。测试结果表明，过热汽温在分隔屏出口存在明显偏差，规律是右高左低，偏差幅度达到20～30℃。为了纠正此汽温偏差，过热器I18电站系统工程2008年第24卷级减温水量右侧明显大于左侧，经过喷水减温在后屏出口汽温达到左右一致。随后蒸汽经过II级减温器，在II级减温水量右侧高于左侧的调节方式下，使末级过热器出口汽温达到一致。由于蒸汽在II级减温器后左右交叉进入末级过热器，右侧减温水量比左侧大，说明末级过热器左侧吸热量大于右侧。如果两支II级减温器喷水量相同，末级过热器出口汽温分布应该是左高右低。总之，在分隔屏区域吸热量是右高左低，而在末过区域吸热量是左高右低；假设没有减温水的调节作用，分隔屏区域汽温分布将为右高左低，末过区域为左高右低。试验期间在左右炉墙屏过出口附近的观察孔（图1）用远红外测温仪测量烟温表明，烟温左高右低，偏差大小随运行操作方式有所变化。该锅炉再热蒸汽温度偏低，再热喷水不投入，并且末再沿炉宽方向每片屏上布置有壁温测点，因此末再壁温分布规律大致可以反映末再区域烟温的分布情况，见图5。可以看到各660MW负荷的工况下在末再区域沿炉宽方向烟温分布为M型，烟温左高右低，中间有一低谷。表1不同负荷下汽温和烟温偏差对比表分隔屏出口汽温过热器I级减温水量过热器II级减温水量屏过出口烟温机组电负荷/MW左/℃右/℃偏差/℃左/t·h-1右/t·h-1偏差/t·h-1左/t·h-1右/t·h-1偏差/t·h-1左/℃右/℃偏差/℃664.3476.58493.9917.412.954441.067.9525.4517.511050880170663.68477.38498.8727.2225.664.8839.282.142.870.73997.75887.75110661.44469.69491.1921.50.2246.1345.921.6319.0117.38100294458658.32470.33493.9523.630.0856.7756.690.4517.6517.211004894110658.19473.53490.8117.28044.0444.0414.2927.8713.57989881108581.83476.96495.6618.6923.5361.9738.45013.6613.6687981168551.88475.07492.2417.1715.2754.7139.440.529.859.3391284171455.85461.94496.6834.750.5250.5950.084.4410.846.49479461图5末级再热器管壁温度分布3偏差产生的原因根据国内相关文献[1～4]对四角切圆燃烧锅炉烟温偏差的研究，认为四角切圆锅炉汽温偏差和烟温偏差是普遍存在的，在分隔屏区域汽温偏差与烟温偏差趋势相反，在水平烟道的对流受热面二者趋势一致。分析认为原因如下：炉膛出口存在残余扭转，对于切圆为顺时针的锅炉，左侧分隔屏处的烟气直接通过折焰角上部，形成“烟气走廊”，向后进入水平烟道。而右侧分隔屏处的烟气则首先有流向前墙的趋势，然后折返向后流入水平烟道。左侧烟气阻力小、流量大；但是烟气在折焰角上部存在“烟气走廊”，直接进入水平烟道，分隔屏间的混合不强烈、充满程度及紊流程度小，对流换热不强烈；右侧烟气阻力大、流量小，但是由于有折向流动，存在强烈混合、扰动，对流换热也因此非常强烈。对于顺时针旋转切向燃烧方式的锅炉而言，分隔屏内工质温升呈右高左低的分布特性；而在上炉膛出口之后的对流受热面（末级再热器、末级过热器及低温再热器）以对流换热为主，由于左侧烟气流量大，烟温高，对流换热比右侧强烈，汽温呈左高右低，与烟温偏差趋于一致。4SOFA反切角度改变对汽温偏差的影响图1所示燃烧器区域上部有5层SOFA风喷口，SOFA设计风量占二次风量的30%。SOFA喷口可水平摆动角度。分图6SOFA水平角度对后屏入口烟温的影响图7SOFA水平角度对高再出口壁温的影响图8SOFA水平角度对末过壁温的影响图9SOFA水平角度对分隔屏出口汽温的影响第2期赵晴川等：2102t/h超临界锅炉汽温偏差试验研究及分析19别将SOFA风水平摆角反切15°及反切5°，其他主要运行参数保持不变，对比不同的SOFA水平摆角对后屏出口烟温及其偏差、分隔屏出口汽温及其偏差、高再壁温偏差及末过壁温偏差的影响。试验结果见图6～图8。反切角度由15°减小到5°后，烟温偏差增加约70℃（图6），说明SOFA反切角度减小时，炉膛出口烟气的残余旋转趋于强烈，烟温偏差随之增加。SOFA水平摆角具有改变炉膛出口烟气残余旋转，调节烟温偏差的作用。反切角度减小到5°后，分隔屏出口汽温略有上升，其偏差没有明显变化；高再出口壁温偏差有所增加，末过出口壁温偏差增加明显。5SOFA风反切动量改变的影响为了减小炉膛出口烟温偏差，在额定负荷下，保持SOFA反切角度15°不变，对燃烧器区域二次风的配风方式进行改变，增大了燃烧区域风门开度，而SOFA风门开度基本不变，从而减小SOFA风量，减小了反切动量。对改变前后的两种配风方式进行对比试验，将SOFA风量改变前的工况称为工况1，减小SOFA风量后的工况称为工况2。两工况的二次风门开度见图10。两工况下对比见图11～图16。图10二次风门配风方式图11配风方式试验——高再出口烟温趋势图图12配风方式试验——分隔屏出口汽温趋势图图13配风方式试验——Ⅰ级减温水流量趋势图图14配风方式试验——Ⅱ级减温水流量趋势图图15配风方式试验——高再出口壁温趋势图图16配风方式试验——末过出口壁温趋势图减小反切风量后，高再出口烟温偏差升高了约50℃（图11），分隔屏出口汽温偏差没有明显变化（图12），但是I、II级过热减温水流量偏差有明显减小的趋势（图13、14），说明分隔屏出口汽温偏差有减小的趋势。减小反切风量后，高再出口壁温偏差、末过出口壁温偏差升高(图15、16)。试验说明减小反切风量，烟温偏差增大，高再、末过（对流受热面）的汽温偏差增大，而分隔屏、后屏的汽温偏差反而有减小的趋势。6掺烧贫煤与纯烧烟煤运行情况的对比该炉设计燃烧兖州烟煤。但曾在B、C磨燃烧贫煤。选取燃烧贫煤的工况1与燃烧烟煤工况2的工况进行对比，了解不同煤质对汽温偏差和烟温偏差的影响情况。两工况运行方式类似，且稳定运行在额定工况下。在运行调整方式相近的情况下，燃烧贫煤烟温偏差较20电站系统工程2008年第24卷小。在分隔屏出口观察孔用红外测温仪实测数据表明，燃烧贫煤时烟温偏差为60℃左右，而同样运行条件下，燃烧烟煤时的烟温偏差可达到110℃（图17）。分隔屏出口汽温偏差燃烧贫煤时比烟煤要小（图18）。分析认为燃烧贫煤时，炉膛火焰中心上移，分隔屏接受炉膛火焰辐射份额增加，而对流换热份额相对减小，两侧吸热的偏差减小了，因而汽温偏差减小了。图17贫煤、烟煤对比——分隔屏出口汽温偏差图18贫煤、烟煤对比——烟温偏差7结论(1)对于炉内气流顺时针旋转的锅炉，炉膛出口的烟温偏差为左高右低，而分隔屏出口汽温偏差规律是右高左低，与烟气侧偏差趋势相反。炉膛出口之后的对流受热面汽温偏差与烟温偏差趋于一致。(2)改变反切风角度或风量时，烟温偏差减小，对流受热面汽温偏差减小，而分隔屏汽温偏差却有所增加。(3)分析认为：分隔屏吸热包括炉膛辐射、屏间烟气辐射、烟气对流3种热量，其汽温特性是这3种吸热的综合结果。由于炉膛出口烟气存在残余扭转，左侧烟气直接通过折焰角上部的烟气走廊向后进入水平烟道，阻力小、流量大。但是屏间的混合不强烈、充满程度及紊流程度小，对流换热不强烈，汽温升高小、吸热量低，烟温下降少；而右侧烟气则首先有流向前墙的趋势，然后折返向后流入水平烟道，右侧烟气阻力大、流量小，但是由于有折向流动，存在强烈混合、扰动，对流换热也因此非常强烈，汽温升高大、吸热量大，烟温下降多。因此，经过分隔屏后，汽温右高左低，烟温左高右低。在分隔屏后的对流受热面基本以对流换热为主导，由于左侧烟气流量大，烟温高，汽温呈左高右低，与烟温偏差逐步趋于一致。当炉膛残余扭转增强时，左侧烟气量、烟温均更加高于右侧，屏间烟气辐射吸热影响增强，左侧吸热量增加；同时右侧因烟气量减小、“折返”作用减弱，对流换热量减小，对流吸热量减小。综合结果是分隔屏出口偏差有所减小，而分隔屏后的对流受热面由于烟温、烟气流量的偏差增大，汽温偏差增加。(4)对于反切风量和角度的调整，应兼顾分隔屏和末级受热面的汽温偏差情况