四角切圆燃烧锅炉热偏差问题分析及消除措施

刘宣义

摘要： 随着电力生产的发展，安全、经济的运行一直是煤电机组追求的目标，但受热面超温爆管仍然是影响电站锅炉正常运行的主要问题之一。本文主要介绍了四角切圆燃烧锅炉热偏差产生的原因，以及热偏差的定义，并根据热偏差产生的原因，提出了相应的解决措施。

关键词：锅炉、热偏差 、原因、措施

0 引言：

大型电站锅炉受热管壁超温爆管的主要原因是热偏差的存在，而热偏差的产生与炉膛热负荷分布的不均匀密切相关。热负荷的分布取决于炉膛内烟气的速度场和温度场。自我国引进美国燃烧工程公司技术以来，大部分电站锅炉采用四角切圆燃烧形式，其主要特点是以炉膛作为一个大型燃烧器，炉内气流强烈旋转，煤粉和空气得以充分的混合，为煤粉提供良好的燃烧条件。但是大量的工程实例均表明，随着机组容量、参数的不断提高，由于炉膛高度的限制，炉膛下部的旋转气流并未衰减完，炉膛出口仍有部分残余旋转气流，会导致炉膛出口与水平烟道处，左右两侧的烟气存在较大的温度场和速度场的偏差，容易加速管壁的磨损和受热不均，使超温爆管的可能性大大增加[1]。

一、热偏差定义

受热面管组中每根管的结构尺寸、内阻系数和热负荷不同，各管道内蒸汽焓值不同，工质的温度也不同。这种现象称为热偏差。

二、热偏差形成原因分析

由于结构和运行中各种因素的影响，并排工作的过热器受热面管的热负荷和流量不同，每根管内蒸汽的增焓不一样，所以每根管内蒸汽的温度和管壁的温度是不同的。运行中，部分管道蒸汽焓增量超过整个管道组的平均值，称为热偏差。产生热偏差的原因如下：

（一）不均匀受热

受热不均匀是指并联管道热负荷不均匀。热负荷大的管子，蒸汽吸热量大，蒸汽焓增量大，蒸汽温度与管壁温度高，会产生热偏差。造成受热不均匀的具体因素有很多，主要包括以下几个方面：

1、炉膛出口气流的残余旋转是造成炉膛出口及水平烟道内烟温偏差的根本原因。四角切圆燃烧煤锅炉在运行过程中，煤粉气流以四角喷入炉膛，形成稳定的旋转火焰区。随着煤粉旋转气流的上升，旋转强度逐渐减小，但炉膛出口仍有较大的残余旋转。研究表明，从燃烧器区域形成的旋转气流，在离开燃烧器区域后的上升到炉膛出口的这段过程中仅旋转了1/4 ～ 1/2圈。因此，在炉膛出口及水平烟道两侧存在较大的速度偏差和烟温偏差[2]。

2、炉膛火焰中心倾斜，对流烟道两侧的烟温就会不同。当火焰倾斜向那一侧时，该侧的烟气温度高、管道受热强烈。

3、水冷壁局部结渣会导致对流烟道两侧烟温不同。结渣侧烟温较高，此侧管道受热强烈。

4、 烟道内的烟气流速不同也会导致受热不均匀。当烟道受热面管排列分布不均匀时 ，管与管之间形成较大的烟气通道，即所谓的“烟尘走廊”时，会使烟气阻力小、速度高，导致烟气对流换热增强;同时，烟气走廊处辐射层厚度较大、辐射传热增强，靠近烟道管的走廊两侧会受到强烈的加热[3]。

綜上所述，当烟气温度和烟气速度在整个烟道段分布不均匀时，过热器和再热器管道受热不均匀，会造成相当严重的热偏差，因此有必要减少受热不平衡。

（二）蒸汽流量不均

当并联管道内的蒸汽不均匀时，大流量的管道内蒸汽的吸热量小，管道内的蒸汽温度和壁温较低;小流量管道中，蒸汽的焓增量较大，管道内及周围的蒸汽温度较高。在同一过热器中，各管蒸汽流量是否均匀影响热偏差[4]。

（三）烟气温度场和速度场不均匀

受炉膛出口气流残余旋转的影响，四角切圆燃烧方式的锅炉水平烟道左右两侧会有一定的速度和温度偏差，这将导致两侧对流换热系数和温度压力的差异，这是造成烟道宽度左右两侧吸热偏差的主要原因。随着锅炉容量的增加，水平烟道内的速度偏差有增大的趋势[5]。

三、 减轻热偏差的方法

从以上对热偏差原因的分析来看，完全避免热偏差是不可能的。但是，严重的热偏差对锅炉的安全运行是一个威胁，因此应尽量降低热偏差程度，避免过热器和受热表面管道的过热损坏。在实际操作过程中，可以采取以下措施：

（一）在机组检修期间，开展磨煤机出口一次风速调平，调整磨煤机一次风管可调缩孔，保证同一台磨四根一次风管风速均匀，控制风速偏差在±5%以内，维持炉膛火焰充满并处于中心位置。

（二）在锅炉维护检查期间，清洗过热器底部之间的积灰，避免烟气走廊的产生。

（三）一次风速的大小会影响锅炉燃烧是否安全、稳定。当一次风速过高时，煤粉着火推迟，导致炉膛燃烧不稳;一次风速过低时，一次风刚性不足、气流偏斜，会造成燃烧器喷口结焦及烧损、煤粉气流刷墙，炉膛水冷壁受热不均。因此，通过调整磨煤机入口风门开度，选取合适的一次风速，实现锅炉安全、经济的运行[6]。

（四）合理的二次风量可以保证煤粉燃烧充分，燃烧生成的烟气也将分布更加均匀。锅炉总风量较高时，导致炉膛出口风速偏大，烟温偏差增大;锅炉总风量偏低时，炉膛内燃烧不完全，炉膛出口及水平烟道内受热不均，也会造成烟温偏差增大。通过调整送风机开度，维持炉膛二次风量处于合理水平，保证炉膛内煤粉燃烧完全。

（五）为进一步削弱炉膛出口及水平烟道的残余旋转，适当开大上层二次风的消旋风，减弱炉膛出口烟气的旋转气流强度，平衡水平烟道两侧的烟气流速，减小过热器和再热器的热偏差。

（六）调整SOFA风水平摆角，加大SOFA风反切角度;同时，在保证锅炉热效率及氮氧化物排放的前提下尽可能的开大SOFA风门开度，增强SOFA风射流刚性，削弱烟气旋转残余强度，减少受热面热偏差。

（七） 加强受热面吹灰，提高吹灰频率，防止受热面局部积灰、结渣 。

四、结语

四角切圆锅炉的燃烧特点是炉内气流旋转，炉内旋转中心卷吸高温烟气，气流充分混合，形成良好的着火条件和稳定的燃烧环境。但随着机组容量的增加，受限于炉膛高度，炉膛出口存在着残余旋转气流，导致炉膛出口及水平烟道处左右两侧出现烟温偏差和烟气流速偏差，造成管屏左右侧吸热不均匀，出现热偏差现象，严重时会导致受热面出现超温爆管事故。因此，研究如何消除热偏差对提高锅炉运行的安全经济可靠具有重要意义。在实际运行中，通过调整同层燃烧器一次风速偏差、优化制粉系统运行参数、调节SOFA风门开度及水平摆角，保证了燃烧效果，减少了锅炉热偏差，有效解决受热面管壁超温的问题，提高了主、再热蒸汽温度水平。

参考文献：

[1]黄二仙. 锅炉排烟温度偏差大原因分析及对策[J]. 重庆电力高等专科学校学报， 2021，126（1）：14-15.

[2]李洪义. 锅炉压力容器安全检验中的常见问题及解决措施分析[J]. 中国室内装饰装修天地， 2019，1000（008）：129-130.

[3]杜晶春，李静. 锅炉制造中问题的合理化解决措施[J]. 设备管理与维修， 2020，478（16）：63-64.

[4]何金海. 锅炉检验中安全问题及措施分析[J]. 工程技术：文摘版， 2021，34（214）：92-92.

[5]付贵平. 热电厂锅炉炉水二氧化硅超标原因分析及对策[J]. 住宅与房地产， 2019，557（34）：244-244.

[6]钮建忠. 浅析锅炉水处理存在的问题及解决措施[J]. 2021，56（210）：156-156.