宝鸡热电厂1065t/h亚临界锅炉炉膛斜坡积灰预测控制

摘 要：火电厂燃煤锅炉运行过程中，受热面沾污不可避免，折焰角斜坡及水平烟道很容易积灰。文章应用FLUENT软件对锅炉炉膛内空气动力特性进行数值模拟，基于对炉内空气动力场的分析预测折焰角斜坡积灰，并提出相应的解决对策。

关键词：折焰角；积灰；数值模拟；解决对策

0 引言

大唐宝鸡热电厂锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1065/18.4-M746型一次中间再热、亚临界压力滑亚运行的自然循环锅炉。通过停炉时冷态下的空气模拟，了解炉膛中一二次风量及燃尽风的分配情况，通过对各风机进行冷态调整和标定，掌握炉内的空气流动规律，可为锅炉的启动、热态燃烧调整及锅炉稳定运行提供参考依据，保证燃烧器配风均匀，同时通过调节SOFA的角度使燃烧充分。通过冷态数值模拟为热态提供一定的依据，使锅炉在热态状况下有良好的空气动力场和温度场，使得煤粉尽可能最大化的在炉内燃烧降低煤耗，提高燃烧效率，避免炉膛内管壁结渣，保障锅炉管壁能够安全、稳定、经济的运行。

1 积灰的主要原因

锅炉折焰角由于几何形状因素流体在本部分存在回流区，该厂折焰角倾角小、在折焰角区域分隔屏布置不合理、烟速低和吹灰器存在吹灰盲区等，则是造成积灰的主要原因。

1.1 折焰角的存在

折焰角的存在使得炉膛内烟气在水平烟道屏式过热器斜坡处空气动力场发生迅速的变化，烟气回流现象明显。并且随着折焰角倾角的变化，回流区中心位置也发生显著的变化，如回流区的高度减小，中心位置后移等现象。因此，回流区和靠近管壁速度减小是造成折焰角斜坡积灰的主要原因，然而积灰的多少与折焰角角度有关。

1.2 受热面布置不合理

由于屏式再热器在折焰角顶部同时靠近火焰中心较近，烟气在该处流场发生急剧的变化时积灰贴到屏式再热器。由于在该区域靠近炉前离燃尽风较近，由于温度场的影响，冷态的流场计算模拟与热态流场有较大差异，使得受热面在整体上会削弱回流作用。烟气速度越快、折焰角倾斜度越大，回流区高度就（厚度）越小，烟气携带的灰粉就越容易积落在斜坡处。在折焰角倾角不能改变的情况下，若炉内受热面布置合理、烟气流速设计选取得当，贴璧低速区域沉积的飞灰是很薄的，其积灰是大大可以减少。

1.3 吹灰器刚性不足吹扫存在盲区

由于吹灰器刚性不足，导致存在吹灰盲区。该锅炉宽度约达13.2m，这就要求吹灰器的有效吹灰行程应为6米多，这就对吹灰器的刚性要求高。由于吹灰器长，蒸汽的冷却效果差，热态时使吹灰器蒸汽产生的扰动，使得流场在该处发生的变化最大。

2 数值模拟

利用FLUENT来模拟炉膛内空气流动。选择典型平面Y=11和Y=15。

数值模拟结果表明：在屏式过热器折烟角处，压强场分布均匀；但在回流沿高度方向流体速度分布不太均匀。沿炉膛的中上的位置流体的速度高，靠近折焰角区域的水冷璧由于流场变化渐扩现象明显，这就使得流体的速度降低；折焰角倾角的变化如折焰角增大，即会产生回流区中心位置后移的，回流区几何高度减小。因此，回流区和贴壁低速区是造成折屏式再热器焰角斜坡积灰的重主要原因，积灰程度与折焰角倾角的大小有关。

3 斜坡积灰预测

我国电厂都进入高参数、燃煤量大，在水平烟道和折焰角斜坡处容易积灰。由于分隔屏与屏式再热器最靠近炉前，这就使得吸热量占的份额最大，在分隔屏和屏式再热器受热面的布置上存在较多困难。锅炉折焰角斜坡积灰区布置了屏式再热器和后屏过热器。前后斜坡角35度和20度分界点，也正好在屏式在热器和后屏过热器之间。含尘烟气流速较低的部分在经过屏式再热器和后屏过热器的空阁时，气流速度会显著下降。导致该折焰角斜坡回流区极容易积落飞灰，特别是在负荷较低的情况下运行时，积灰现象就会显得越加明显。

4 斜坡积灰控制方案

①解决好折焰角斜坡积灰的问题，提出方案为进行折焰角重新设计和受热面布置大面积调整，以适合燃烧时的流场。但因工作量大放弃。在此情况下，在焰角斜坡处加喷嘴或破环流场的装置可以被应运。通过这种装置破坏烟气回流区、从而让吹扫装置产生的风吹起积灰。为此，可开发破环烟气流场的吹扫装置：在折焰角斜坡处分布上与斜面平行的吹扫管井。通过高速压缩空气对受热面积灰进行吹扫。

尽可能减少吹扫器投入次数，达到对锅炉受热面磨损同时节约吹扫介质。减少吹灰次数会减轻对锅炉负压的影响。为实现最大化的经济安全吹扫，采取了以下技术措施：把吹扫装置分成若干小组，由电动阀控制远程进行分组吹扫；其次，安装热电偶通过测璧温来判断积灰的程度。同时依据锅炉的负荷高低进行迅速吹扫。

②经常性的进行热力测试，并提供精准的测试报告。这一措施是保证锅炉不积灰的重要防范手段。在负荷不同的情况下记录一二次风的配比，燃尽风的流量调整制粉系统，保持适当的煤粉颗粒和煤粉的品质，也可起到提高煤粉燃烬程度、降低炉膛出口烟气温度的作用。

③在一定的溫度区内，采用鳍片管组成膜式内螺纹水冷壁作为受热面将全部由保温材料遮盖起来。尽可能的在观火孔、一二次风处应用弧形过渡，减少流场的急剧变化。

参考文献：

[1]王瑞金.FLUENT技术基础与应用实例[M].清华大学出版社，2007.

[2]陈一平.火电厂锅炉折焰角斜坡积灰原因及对策.长沙：湖南省电力公司试验研究院，2011，2.

[3]时洪宇.600MW超临界CFB锅炉含灰气体流动力学模拟[D].重庆：重庆大学，2010，5.

[4]武淑平.锅炉空气预热器螺旋线圈插入物抗积灰机理分析.南京；南京电力专科学校，1996，9.

[5]李军.再生烟气余热锅炉积灰成因及防止措施.抚顺：抚顺石油机械有限责任公司，2011，6.

作者简介：

王亚飞（1990—），男，陕西宝鸡人，助理工程师，研究方向为亚临界锅炉系统优化与检修。