330 MW煤粉炉SNCR喷枪点位的设计及选取

杨文生

（山西驰捷电力科技有限公司， 山西 太原 030032）

1 炉内温度场的重建

炉内温度场精准测量是SNCR脱硝效率高低的关键，但由于实际生产过程中的煤种、操作参数等与设计值存在差异，导致炉内温度场分布与锅炉出厂设计值存在偏差。故在锅炉原始温度场设计值的基础上，利用fluent软件对炉内温度场进行模拟，再通过专用的炉膛温度测量系统完成运行过程中的炉内温度场精准测量，实现炉内温度场重建及实时监视，为炉内SNCR脱硝控制提供依据，而在设计初期，则需要通过对炉膛区域进行手动测温，用测得的结果对模拟结果进行修正。

1.1 锅炉设计参数

锅炉原始设计参数如下表1所示。

表1 锅炉设计工况烟气温度分布表

1.2 温度场模拟

本炉膛断面尺寸为12800 mm×12800 mm，炉膛高度56.5 m。在BMCR工况下，锅炉燃用校核煤种，采用fluent软件对炉内温度场进行模拟，边界条件参数均来源锅炉实际操作参数。温度场模拟结果如下，截取炉膛沿炉宽方向和炉深方向的剖面等温线如下图1所示[1]。

图1 炉内温度场沿炉宽度方向和深度方向的等温线图（K）

由图1可知，炉膛内部从标高32 m燃尽风上方到标高40.5 m屏过入口处折焰角处，因为该段空间只有四周水冷壁吸收热量，炉内烟气温度在不同工况下变化较为缓慢，从32 m处的1584 K下降至40.5 m处的1466 K，下降值为177 K，沿炉膛高度方向温度变化幅度在13.88 K/m左右，但是进入屏过区域，随着炉膛辐射热的减弱及受屏式过热器吸热的影响，屏过内部烟气温度变化随炉膛高度变化明显增大，温度由40.5 m处的1466 K下降至43.3 m处的1407 K，温度变化在21 K/m左右。在BMCR工况，大屏过热器入口烟温约1466 K，较锅炉设计参数高100K左右，需要进行温度实测对模拟结果进行校正[2]。

1.3 现场实测温度

为验证流场模拟的准确性，针对不同负荷工况，对炉膛内部烟气温度进行了实测，测量采用K型热偶和高温红外线测温仪两种不同的测量原理的测试仪器进行测量，并对测量结果进行比对，不同负荷下测量结果如下。

图2 43.3 m标高前墙测温（300 MW）

图3 43.3 m标高前墙测温（250 MW）

图4 43.3 m标高前墙测温（180 MW）

测试过程中发现，受燃烧工况影响，红外测温仪测量值不稳定，K型热偶的测量精度及稳定性高于红外线测温仪测量值，从测量结果可以看出，红外测温仪测量结果较K型热偶测量结果低，而K型热偶与锅炉原始设计参数较为吻合。故本文中选取K型热偶测量数据进行相关计算。此外，从图2—图4中可以看出炉膛左右两端温度较炉膛中心温度偏低100℃左右，这是因为两侧烟气流动速度较中心明显减弱，烟温相对较低。选取靠近炉膛中心的4点平均温度值更接近炉膛中心真实温度。三种实测负荷下测量平均温度见表2。

表2 不同负荷前墙温度实测值

2 根据温度场选择开孔位置

根据实测所得的平均温度和流场模拟出的温度场变化梯度可计算出大屏过热器区域温度场的变化规律。再根据温度变化梯度计算出适合反应温度场即炉内脱硝喷枪的标高。根据温度梯度和修正后的屏过入口烟气温度计算出不同温度点对应的炉膛标高如表3所示，整个锅炉炉膛内适合反应的温度区间对应的标高范围为37.3~50.7 m。

表3 不同温度点对应的炉膛标高

3 根据负荷范围选择开孔位置

本对象负荷范围统计如下，小于60%负荷占总运行小时数的5%，大于90%负荷占总运行小时数的10%，60%~90%负荷占机组总运行小时数的85%左右。考虑到机组不同负荷的投运时间占比，选择60%~90%负荷区间作为最终的设计条件。相应地选取900~1000℃的温度区间作为设计依据。当机组处于中、高负荷时，需在标高41.5 m、44.5 m处设置两层喷枪，满足不同负荷的使用要求[3]。

表4 设计温度点对应的炉膛标高

4 根据烟气流速对停留时间的影响选择开孔位置

如果采用尿素作还原剂，要想获得较为理想的脱硝效率，停留时间应在0.5 s以上，由于炉膛内部烟气流速约6.8 m/s，在设计开孔位置时，需要考虑烟气流速对还原剂喷入区间的影响，在原设计基础上将开孔位置标高下移3.8 m的距离，得出修正后的开孔位置，如下表5。

表5 烟气流速修正后的开孔标高

5 炉型结构对开孔的影响

喷枪的开孔还需要考虑炉内受热管屏的布置情况，不论是前屏+后屏悬吊管过热器布置还是前大屏+后屏悬吊管过热器，每层喷枪布置及开孔数量均受限于前屏或前大屏之间的间隔数量，每个间隔同一标高只能架设一支喷枪，此外，在喷枪的选取上需要结合屏间距选择适合的喷射角度、喷射形状、喷射距离以及雾化粒径等参数，以适应不同炉型的要求，从而达到最佳的脱硝效果。

本文研究对象有6块前屏，一共形成7个间隔，但是左右两端屏与锅炉侧墙距离太近，不适合布置喷枪，可利用的间隔只有5个，因此，每层可以布置5支喷枪。

开孔位置还需结合原有锅炉平台、吹灰器布置、观察孔等布置情况，布置喷枪时可根据实际情况适当调整。

本对象42.1 m炉前已有平台，43.3 m炉前原有打焦孔，其中有4个打焦孔和喷枪布置位置相距较近，可适当调整喷枪开孔位置，让管时需注意避让。

最终确定41.5 m和44.5 m两层，每层开孔5处。

6 安装角度

为增大还原剂和烟气混合程度及还原剂在炉内停留时间，41.5 m层布置5只喷枪沿着水平方向炉膛内侧向下倾斜10°，44.5 m层布置5支喷枪采用水平布置的方式。

7 结语

上述计算均在理论计算的条件下进行，综合各方面因素，最终确定了四角切圆煤粉炉SNCR喷枪的布置位置、层数、数量、角度等参数，实际脱硝效果仍需要在工程应用中加以佐证。