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平电公司2008t/h锅炉热偏差情况及治理

发布时间：2011/4/12 阅读次数：1030 字体大小: 【小】【中】【大】

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平电公司2008t/h锅炉热偏差情况及治理

作者：朱伟明　方晓东

单位：平圩发电有限责任公司

1　设备概况

平电公司2×600MW机组系由哈尔滨锅炉厂引进美国燃烧工程公司（CE）制造技术生产的，HG-2008/86-M型亚临界中间再热强制循环炉。采用平衡通风以及直吹、四角切圆燃烧。燃烧器中心线分别与炉膛对角线成4.3°和4.6°夹角，相应的假想切圆直径各为φ1764mm和φ1886mm。

锅炉主要参数：

额定蒸发量 1815.3t/h

给水温度 272.2℃

过热蒸汽出口压力 17.25Mpa

过热蒸汽出口温度 540.6℃

再热蒸汽出口压力 3.29 Mpa

再热蒸汽出口温度 540.6℃

2　受热面过热爆管情况

平电公司两台2008t/h锅炉分别于1989年11月和到1992年12月投入运行，锅炉自运行以来受热面的过热爆管频繁。根据统计，从1993年至今两台炉因为长期过热导致的爆管共18次。

根据多年的试验和研究，分析造成锅炉受热面频繁过热爆管的根本原因是由于锅炉热偏差的存在，从爆管位置分布来看基本符合热偏差的分布即过热器爆管基本位于炉膛左侧，而再热器爆管位置多分布于水平烟道右侧。另外管材的选择档次偏低则加剧了过热爆管的发生。

根据上述的原因，平电公司多年以来一直逐步进行有针对性的管材升级。但要从根本上消除受热面的超温过热，则需要掌握热偏差产生的原因并彻底根治。

3　锅炉热偏差

热偏差是由烟气热偏差和蒸汽热偏差两方面组成的。

烟气热偏差是由于炉膛出口残余旋转形成的沿宽度方向的热偏差，具体表现为：一、炉膛上方左侧烟温大于右侧，造成分隔屏过热器、后屏过热器左侧出口汽温超温在40～80 ℃；二、水平烟道左右两侧烟温偏差达到150～300℃，右侧烟温高于左侧，左侧烟温一般在600 ℃左右，右侧烟温在750～900℃之间变化。

蒸汽热偏差的由两方面形成：一、分隔屏过热器和后屏过热器吸热左侧多于右侧，使后屏过热器出口汽温左侧相应高于右侧，而蒸汽由后屏过热器经过左右交叉进入末级过热器，而末级过热器右侧烟温高吸热量大，形成高高叠加效应，形成过热蒸汽热偏差；二、由于管屏结构、流量分配不均等因素产生的同屏热偏差。

3.1　烟气热偏差的形成

3.1.1　残余旋转

四角切圆燃烧煤粉锅炉具有火焰充满度高，风粉混合强烈，有利于煤粉燃尽；火焰温度与热流密度较均匀，NOX生成较少；且通过对单只燃烧器的设计和整个炉内空气动力场的组织，其煤种适应性好等优点。

但这种燃烧方式最大的缺陷就是在炉膛出口处留有强烈的残余旋转以及炉内燃烧实际切圆直径过大。

炉内旋转动量矩与炉膛容量的关系为：

M·E=M·(R/2)∝D^(4/3)

式中：M·E……炉膛旋转气流动量矩

M……四角射流的动量

R……假象切圆直径

D……炉膛宽度

从公式可以看出炉内旋转动量矩与锅炉宽度的4/3次方、炉膛切圆直径及四角射流的动量成正比。

按CE设计，一次风速基本不随锅炉容量变化，而二次风速与炉膛断面成正比。也就是说随着锅炉容量的增大，四角射流的动量相应增加。但由于没有等比例增加造成实际射流相对炉膛断面增加后的穿透能力，特别是一次风的穿透能力相对下降，造成气流切圆倾向贴壁，炉膛切圆实际直径较大。根据上述情况，随着锅炉容量的增加，炉内旋转动量矩的增长原大于炉膛结构的增大。旋转速度增加、到达炉膛出口的时间减少，最终在炉膛出口保留了强烈的残余旋转。

平电公司曾委托上海成套所对#2炉做过热态烟气偏差测试，西安热工院在#1炉作冷态空气动力场试验。测试和试验都表明：炉内燃烧切圆很大，旋转强烈。

3.1.2　残余旋转和烟气热偏差

烟气流在折烟角区域沿炉宽方向气流速度基本上是左右对称分布的，炉膛上方的分隔屏过热器将烟气流完全切割，所以残余旋转基本不会造成烟气流的左右流动，但屏区左右两侧烟气流的流动状况却由于残余旋转的影响而完全不同。

在屏区左侧烟气流经过折烟角后，其速度方向指向炉前上方而偏向炉前上方流动，而引风机吸力是指向炉后，造成向炉前上方流动的烟气流速度逐步下降最终反转，经屏区上方流入水平烟道。这样使在分隔屏、后屏过热器区域形成回流区，回流区烟气流速度相当低，使烟气流热量大量被左侧的过热器所吸收，进入左侧水平烟道的烟气流已被分隔屏和后屏过热器冷却。

屏区右侧烟气流本身速度指向和引风机吸力都指向炉后，直接快速进入水平烟道，烟气流没有被过热器冷却并且速度较快。结果在水平烟道位置，右侧烟气传热温压和放热系数都比左侧大。

由于残余旋转所造成的烟气流不同的流动状况，形成了沿炉宽方向的热量偏差。从平电公司实际热偏差情况和实际过热爆管的分布（过热器爆管集中在后屏过热器左侧管屏上部、再热器爆管集中在烟道右侧管屏下部）也符合上述的分析。

3.1.3　其它因素

⑴同层燃烧器或各角燃烧器之间摆动不同步，四角一次风速度偏差都会造成炉内空气动力场紊乱、燃烧效果变差，使得炉膛出口烟气能量偏差进一步加大。

⑵投用不同层燃烧器或不同角喷嘴、煤粉细度差异都会使煤粉燃尽程度及未燃尽部分所剩余的热量各不相同，以及水冷壁粘污程度的不同都会使炉膛出口温度升高，使燃烧相当部分热量转移至过、再热器吸收，加大烟气能量的偏差。

3.2　蒸汽热偏差

3.2.1　蒸汽热偏差叠加

如前面介绍的烟气热偏差的影响，分隔屏过热器和后屏过热器吸热是左侧多于右侧，造成后屏过热器出口汽温左侧高于右侧；末级过热器吸热则是右侧高于左侧。而后屏过热器出口导汽管采取交叉布置，后屏过热器左侧出口蒸汽引入末级过热器右侧进口联箱，右侧则相反。由于烟气热偏差造成的蒸汽热偏差形成了高－高叠加和低－低叠加的效应，形成了比较大的过热蒸汽热偏差。

3.2.2 其它因素

由于锅炉厂在设计时同屏管子采用不同的管径、烟气与管子换热量的不同、联箱上三通结构造成三通区域管屏流量分配不均等因素造成的蒸汽侧热偏差。

4　治理方案

4.1　消除过热蒸汽热偏差的叠加

根据蒸汽热偏差叠加产生过热蒸汽热偏差的成因，可以将原设计的后屏过热器出口导汽管的布置方式由交叉改为平行布置，消除过热蒸汽热偏差。

将原设计的二级三点喷水减温方式改为二级四点喷水减温，即将由低温过热器至分隔屏过热器的一只减温器改为二只，分别控制左右侧分隔屏过热器汽温。

通过同类型机组哈三电厂改造的实例来看，通过过热器减温水的改造可以将过热蒸汽出口汽温控制在5℃以内。

4.2　消除烟气热偏差

4.2.1　治理思路

采用可控涡强切向燃烧法，这种燃烧方式分为两大步：起旋和消旋。基本原则是在炉内起旋风作用下并达到一定强度的旋转后，通过逐步加入消旋风进行消旋，维持炉内的弱旋状态。这种“弱旋”可有效地控制气流不贴壁，减小水冷壁的结渣和磨损，并能充分发挥切向燃烧的优点，使燃烧中心易于形成，稳定燃烧。具体是在结合煤种、锅炉燃烧稳定性和炉内过程计算的结果，部分二次风喷咀采用不同角度进行反切。

4.2.2　治理方案

⑴一次风喷咀和CD层下二次风喷咀角度维持不变，维持原四角四角燃烧的优点，形成稳定的涡旋，达到起旋的作用。

⑵二次风反切

将一部分二次风以与主气流旋转方向相反的方向送入炉内（部分二次风反切），可以减弱炉内旋转程度，降低炉膛出口能量偏差。

通常用反切与正切射流的旋转动量矩之比R来作为炉内空气动力工况的判别依据。

R=Σ(ρQWR)_反切/Σ(ρQWR)_正切

式中：ρ为燃烧器射流密度；Q为燃烧器射流体积流量；W为燃烧器射流速度；R为射流的假想切圆半径。

改变正反切旋转动量矩之比的手段有调整反切风占总二次风的比例和改变反切风与主气流之间的夹角（也就是反切风的假想切圆半径）两种。

通过试验和计算，采取将CD层上部二次风逐级加大反切量，角度约为15o～22o。通过二次风的反切实现消旋的作用。

⑶过燃风喷咀水平摆动作为后续的调整手段，已保证炉内气流的弱旋状态。

通过可控涡强切向燃烧法最终实现炉膛出口处参与旋转强度在一定的范围内，理想状态可以将角动量调整至接近0。就可以基本消除由于参与旋转带来的烟气热偏差。

4.3　其它方面的治理

4.3.1　改进燃烧器摆动机构确保四角摆动同步

所有降低炉膛出口烟气能量偏差的措施的研究都是基于炉内空气动力场稳定有序，燃烧器四角摆动不同步会使炉内气流紊乱，降低各种改进措施的功效。因此，改进燃烧器摆动机构确保四角摆动同步是其他一切降低炉膛出口烟气能量偏差措施得以实施的基础。

4.3.2　四角煤粉浓度偏差和一次风速的偏差会影响炉内工况，造成炉内气流和火焰的偏斜，这也会导致热偏差的产生。

进行一次风调平试验和煤粉浓度测试，通过试验和调整可调缩孔来降低四角煤粉浓度偏差和一次风速偏差。

5　总结

通过上述的试验和改造，可以有效的降低锅炉热偏差，在此基础上进行有针对性的管材升级。就可以基本解决受热面由于热偏差原因造成的超温爆管。

上一篇：锅炉末级过热器爆漏原因分析下一篇：HG2008T/H锅炉炉膛出口烟气偏差产生原因及消除措施

我要评论

1 设备概况

2 受热面过热爆管情况

3 锅炉热偏差

4 治理方案

5 总结

1　设备概况

2　受热面过热爆管情况

3　锅炉热偏差

4　治理方案

5　总结