300MW锅炉结焦和飞灰高冷态动力场试验研究

王承亮，姜仕涛

（华电国际技术服务中心，济南 250014）

300MW锅炉结焦和飞灰高冷态动力场试验研究

王承亮，姜仕涛

（华电国际技术服务中心，济南 250014）

某300MW燃贫煤锅炉低氮燃烧改造后，燃烧器区域部分受热面出现高温腐蚀严重、受热面结焦和飞灰可燃物含量偏高等问题，为掌握炉膛内部动力场情况，特组织冷态动力场试验，进行了三层粉强风环直径测试、变二次风量测试和单独一次风强风环测试。通过对试验数据的分析，基本确定了导致出现以上问题的主要原因，提出了设备治理和运行调整建议。

锅炉结焦；动力场试验；强风环；风量；试验分析；调整建议

1 锅炉设备概况

某300MW燃贫煤锅炉为上海锅炉厂有限公司引进美国CE公司技术并在优化基础上设计制造的亚临界、中间一次再热、控制循环汽包炉，型号为SG－1025／17.47－M878。该锅炉为单炉膛、平衡通风、四角切圆燃烧煤粉锅炉，炉膛宽11 970mm，深11760mm。采用直吹式制粉系统，配置3台BBD4060C型双进双出球磨机，每台磨煤机的两端各接一层煤粉喷嘴，3台共6层；设计燃煤为贫煤。

燃烧器四角布置，切向燃烧，每角燃烧器布置20层喷嘴（包括6层一次风喷嘴、3层油枪辅助风喷嘴、6层辅助风喷嘴、1层消旋燃尽风（OFA）喷嘴、4层分离燃尽风（SOFA）喷嘴），最上排燃烧器喷口中心线标高26540mm，距分隔屏屏底17860mm，最下排燃烧器喷口中心线标高19660mm，至冷灰斗转角距离为4530mm；在主燃烧器上方标高33650mm左右布置4层共16个燃尽风喷口，将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来1.20%变为0.84%～0.90%，燃尽风量约占总空气量的25%～40%。

低氮燃烧改造后，燃烧器区域部分受热面出现高温腐蚀严重、受热面结焦和飞灰可燃物含量偏高等问题，为掌握炉膛内部动力场情况［1］，特组织冷态动力场试验。

2 试验研究依据及仪器

2.1 试验研究依据

《电站锅炉性能试验规程》［2］；《锅炉设计说明书》；《电业安全工作规程》热力机械部分［3］。

2.2 试验研究依据测试仪器

试验采用的主要测试仪器为电子风速仪，其他有关风压、风温的数据来自机组分散控制系统（DCS）。冷态动力场试验主要仪器及数量见表1。

表1 冷态动力场试验仪器

3 试验研究项目及方法

3.1 试验研究项目

（1）测量A2／B2／C23层燃烧器强风环情况。

（2）测量在不同总风量下B2层强风环变化情况。

（3）测量一次风系统单独投运下，B2层强风环变化情况。

3.2 试验研究方法

（1）试验要求。测量期间保持各风门挡板开度不变，锅炉各风机稳定运行，记录表盘风压、风机电流和挡板开度。

（2）A2／B2／C23层燃烧器强风环测定。调整锅炉总风量达到100%风量（约1 170 t／h），调整一次风速在19～21m／s，二次风速在22～24m／s，在各层二次风均匀配风条件下，使煤粉燃烧器出口气流进入自模化区［4］，分别在炉内A2／B2／C2层一次风喷口中心线进行强风环测量，用风速仪每隔300mm进行一次风速测定，确定燃烧器出口气流在炉内形成的强风环大小。

（3）在不同总风量下B2层强风环变化情况。调整锅炉总风量分别为950，800 t／h，保持一次风量不变，在炉内B2层一次风喷口中心线进行测量，用风速仪每隔300mm进行一次风速测定，确定燃烧器出口气流在炉内形成的强风环大小。

（4）在一次风系统单独投运情况下，B2层强风环变化情况。将送风机出力调整为零，保持一次风量不变情况下，在炉内B2层一次风喷口中心线进行测量，用风速仪每隔300mm进行一次风速测定，确定燃烧器出口气流在炉内形成的强风环大小和方向。

4 冷态动力场试验结果研究

4.1 A2／B2／C23层燃烧器强风环测定

在总风量1175 t／h时，调整一次风压和各二次风门挡板开度，一次风速19～21 m／s，二次风速22～24m／s，进行各层强风环测试。

4.1.1 A2层强风环试验结果及分析

（1）A2层强风环试验结果。A2层强风环直径为8.5～8.7m，基本居中；前墙、左墙及后墙贴壁风速偏高，分别达到6.8，7.5，7.3m／s；A2层强风环风速动力场分布如图1所示。平面直角坐标系横、纵坐标轴上的数字表示炉膛A2层截面风量测量位置对应的横、纵坐标，每个单位表示0.3m，如第二象限内坐标（－7，11），表示由距离炉膛截面中心点向西7×0.3＝2.1m为横坐标和由距离炉膛截面中心点向北11×0.3＝3.3m为纵坐标确定的位置点，曲线图上数字表示A2层截面横、纵坐标确定的位置点的风速，虚线圆代表风速最高点画出的强风环（实际上不存在），下同。

图1 A2层强风环测试风速分布

（2）A2层强风环试验结果分析及建议。结果分析：A2层强风环此种运行情况，虽有助于提高锅炉底层燃烧稳定性，但底层强风环直径偏大，贴壁风速偏高，受其间接带动影响，上层燃烧器强风环直径会向大的方向扩展，从而加剧锅炉受热面结焦或高温腐蚀倾向。整改建议：在机组检修中适当缩小底层AA层和A2层假想切圆直径。

4.1.2 B2层强风环试验结果及分析

（1）B2层强风环试验结果。B2层强风环直径4.5～5.5m，偏向右侧墙。B2层强风环风速分布如图2所示。

图2 B2层强风环测试风速分布

（2）B2层强风环试验结果分析。B2层强风环直径4.5～5.5m，较正常情况偏小2.5～3.3m，此种情况因强风环直径小，不仅会降低锅炉燃烧稳定性，而且会因强风环覆盖率低而导致上升火焰出现“烟气走廊”，使锅炉飞灰可燃物含量升高。

（3）B2强风环直径偏小原因分析及建议。原因分析：就地检查B2层燃烧器＃1角燃烧器摆角上倾100%，导致四角燃烧器一次风射流不在同一平面内，使得四角切圆燃烧锅炉四角相互引燃机制不能正常发挥作用［5］，即＃1角射流对＃2角射流的补气作用减弱，使得＃2角向火侧与背火侧压差变得较正常值减小，导致＃2角射流偏转角度缩小，同理也导致＃3，＃4角射流偏转角度缩小，四角射流综合动力场表现效果为强风环直径减小且偏向右墙。整改建议：将B2层燃烧器＃1角燃烧器摆角调整至正常位置。

4.1.3 B2层＃1角调平后强风环试验结果及分析

（1）B2层＃1角调平后强风环试验结果。将B2层＃1角燃烧器位置调至正常位置后，B2层强风环直径为7.8～8.0m，基本居中。左墙贴壁风速偏高，达到5.8m／s。B2层强风环风速动力场分布如图3所示。

图3 B2层＃角调平后强风环测试风速分布

（2）B2层＃1角调平后强风环试验结果分析及建议。结果分析：根据B2层强风环情况，锅炉正常运行中可能出现导致左墙发生结焦或高温腐蚀加剧的情况。整改建议：为减弱此种趋势，建议在确保锅炉燃烧稳定基础上增加＃2角和＃1角二次风和周界风动量（以调节二次风动量为主），同时适当减少＃3角和＃4角二次风动量，以纠偏强风环。

4.1.4 C2层强风环试验结果及分析

（1）C2层强风环试验结果。C2层强风环直径在8.0～8.5m，前墙和右墙贴壁风速偏高，分别为4.4，3.8m／s；强风环稍偏向右墙。C2层强风环风速动力场分布如图4所示。

图4 C2层强风环测试风速分布

（2）C2层强风环试验结果分析及建议。结果分析：此种运行工况，锅炉正常运行中前墙和右墙易发生结焦或高温腐蚀，故在实际运行中应进行强风环纠偏调整。整改建议：通过试验适当增加＃1角和＃4角二次风动量［6］，以适当纠偏强风环作用。

4.2 B2层强风环在不同总风量的试验结果及分析［7］

4.2.1 B2层强风环在不同总风量的试验结果

保持一次风量不变，总风量由1 175 t／h降至950 t／h，BC1二次风速降低约4.9m／s，B2层强风环直径增加约0.8m左右；总风量进一步降低至805 t／h，BC1二次风速降低约3.3m／s，B2层强风环基本保持不变。强风环风速动力场分布如图5、图6所示，详细数据见表2。

图5 B2层强风环测试风速分布（总风量950 t／h）

图6 B2层强风环测试风速分布（总风量805 t／h）

4.2.2 B2层强风环在不同总风量的试验结果分析及建议

结果分析：二次风量降低225 t／h后，二次风喷口风速降低约4.9m／s，即二次风动量明显降低，二次风喷口气流抵抗偏转能力降低，在二次风气流两侧补气差异而产生的压差下，二次风偏转加剧，使得强风环直径增加约0.8m／s；但当二次风量进一步降低145 t／h后，二次风喷口风速降低约3.3m／s，即二次风动量进一步降低，二次风喷口气流抵抗偏转能力降低，同时二次风气流两侧补气差异而产生的压差也降低，两方面综合作用结果，强风环直径基本不变。

整改建议：为增强锅炉燃烧稳定性和降低锅炉结焦或高温腐蚀倾向，在炉膛出口氮氧化物满足控制要求的情况下，尽量减少SOFA风量，增加主燃烧器区域二次风量，以增强强风环旋转动量和降低强风环直径。

4.3 一次风系统单独运行时B2层强风环试验结果及分析［8－10］

4.3.1 一次风系统单独运行时B2层强风环试验结果

降送风机出力为零，测试B2层强风环风速分布，最大贴壁风速为0.6m／s，最大切向风速4.1 m／s，强风环直径6.0～7.5m，逆时针旋转，基本居中。强风环风速动力场分布如图7所示。

表2 不同总风量下B2层强风环变化情况

图7 强风环风速测试分布情况

4.3.2 一次风系统单独运行时B2层强风环试验结果分析

一次风系统单独运行时，一次风强风环为逆时针旋转，与二次风强风环旋转方向一致，表明锅炉正常运行中，锅炉一、二次风系统相互加强，共同形成炉膛内部热态动力场，即炉膛内热态强风环旋转动量充足，锅炉正常运行中燃烧稳定性较好。

5 结束语

通过对试验数据的分析确定：B2层＃1角燃烧器摆角与其他3个角不同步是导致飞灰可燃物升高的主要原因；A2层强风环直径偏大和B2，C2层强风环偏烧是导致锅炉受热面结焦和高温腐蚀加剧的主要原因。据此提出的设备治理和运行优化调整建议，为锅炉停运后检修治理和运行优化调整提供了方向和依据。

［1］杨恒军.＃2炉冷态空气动力场试验及分析［J］.华北电力技术，2007（3）：3－5.

［2］电站锅炉性能试验规程：GB／T 10184—1988［S］.

［3］电业安全工作规程：GB 26164.1—2010［S］.

［4］刘勇，魏凤，唐必光.四角切圆锅炉冷态空气动力场流动特性的实验研究［J］.武汉大学学报（工学版），2002，35（6）：52－55.

［5］于杨，郭健捷.锅炉冷态空气动力场试验中的注意事项［J］.电站系统工程，2013（1）：17－21.

［6］沙龙.1000MW超超临界褐煤锅炉冷态空气动力场试验研究［D］.哈尔滨工业大学，2009：4－84.

［7］欧阳伟基，湛志钢，曾庭华.国内首台自主开发300MW循环流化床锅炉的冷态动力场试验［C］／／全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第七届年会论文集.黄山：中国电力企业联合会，2008.

［8］邵伟，孔海洋，刘强.440 t／h循环流化床锅炉的冷态动力场试验［C］／／山东煤炭学会2010年工作会议暨学术年会论文集.薛城：山东煤炭学会，2010.

［9］张家元，周孑民，闫红杰.煤粉锅炉膜法富氧局部助燃技术［J］.中南大学学报（自然科学版），2007，38（5）：857－862.

［10］何立明，车刚，徐通模，等.炉膛喉口面积对W型火焰锅炉炉内空气动力场的影响［J］.西安交通大学学报，2000，34（7）：12－15.

（本文责编：白银雷）

TK 224.1

B

1674－1951（2016）02－0014－04

王承亮（1971—），男，山东淄博人，高级工程师，工学硕士，从事锅炉和节能技术管理方面的工作（E-mail：lwwcl＠sohu.com）。

2015－10－14；

2016－01－20

姜世涛（1973—），男，山东青岛人，工程师，从事节能技术管理方面的工作（E-mail：2678915545＠qq.com）。