130 t/h循环流化床锅炉冷态试验研究

曹兆军,卞伯明,史海红,张 君,董建聪,张 进,钱耀如

(1. 国家电投集团盐城热电有限责任公司, 江苏 盐城 224007;2. 南京工程学院能源研究院, 江苏 南京 211167)

与传统煤粉锅炉相比,循环流化床(CFB)锅炉具有煤种适应性强、燃烧阶段污染物排放低和负荷调节范围广等优点[1],在我国化工、供热和火力发电行业发挥出越来越重要的作用.由于循环流化床锅炉独特的炉膛结构和送风方式,其炉膛内配风及介质流动特性对锅炉燃烧效率、污染物生成乃至整个机组性能影响极大[2].锅炉冷态试验是掌握炉膛内配风和空气动力场的可行方法,已经成为新建和改造循环流化床锅炉在热态启动前最重要的试验之一[3].

近年来,许多学者采用不同方法对流化床锅炉炉膛内配风和流动特性开展了研究.文献[4]对一台新建300 MW循环流化床锅炉进行了布风板阻力特性、料层阻力特性及临界流化风量试验,并采用观察床料法对炉膛和外置床布风板开展了配风均匀性试验;文献[5]利用钟罩式风帽冷态试验台对循环流化床锅炉钟罩式风帽的流化特性进行了冷态试验,通过电阻法和高速摄像机研究不同流化风温对风帽周围介质流动特性的影响;文献[6]采用计算颗粒流体力学模型对循环流化床锅炉主循环回路流动特性进行数值计算,研究了炉内二次风喷口位置对其穿透性的影响.

本文对一台D级检修后的130 t/h循环流化床锅炉进行冷态试验,通过直接测量风速法研究不同锅炉负荷工况下炉膛内一次风布风特性和二次风配风特性,为后续燃烧优化控制策略的制定和锅炉热态调试工作的开展提供有利的数据参考.

1 锅炉概况

试验中130 t/h循环流化床锅炉为高温、高压自然循环锅炉,采用单炉膛、锅筒横卧式、全钢架悬吊π型布置.炉膛出口处安装2台蜗壳式汽冷旋风分离器,转向室后部的垂直烟道内依次布置两级过热器、两组省煤器和三组空预器,锅炉的主体结构和主要设计参数如图1和表1所示.

图1 锅炉主体结构

表1 锅炉主要设计参数

该台循环流化床锅炉炉膛采用膜式水冷壁结构,炉膛下部密相区前后墙水冷壁构成一个锥体,锥体底部是水冷布风板,其下为水冷风室;下部密相区前后墙水冷壁布置2排共计21个二次风喷口.布风板由水冷壁与扁钢焊制而成,布风板横断面尺寸为7.69×1.96,其上均匀布置11×48个风帽,风帽横向节距为160 mm,纵向节距为170 mm.布风板与二次风系统布置结构如图2所示.

(a) 布风板

2 冷态试验方法

本次循环流化床锅炉冷态试验包括一次风布风均匀性试验和二次风配风均匀性试验.试验风量选取50 000、40 000和30 000 Nm3/h,分别对应锅炉热态运行中的高、中、低三个负荷工况.

在一次风布风均匀性试验中,根据锅炉D级检修后的布风板结构特点,将布风板划分成80个测量区域(如图3所示),对每个区域进行风速测量,测量点位于每个网格的中心,测量人员手持加野KA23型热线风速仪进行风速测量.

图3 布风板测量区域划分

在二次风配风均匀性试验中,按照前、后墙顺序依次逐个测量上下二次风口流速,再根据各个二次风管风速分别调节二次风口阀门开度.阀门调节好后,再次测量二次风风速,直至各个喷口风速基本一致.

3 试验结果分析

3.1 一次风布风均匀性

沿布风板宽度方向上,从左墙至右墙一次风风速测量编号依次为1—16;沿布风板深度方向上,从前墙至后墙的测量编号依次为1—5.一次风风速测量结果如表2、表3所示,速度分布图如图4、图5所示.

表2 沿布风板宽度方向上的一次风平均风速 m·s-1

表3 沿布风板深度方向上一次风平均风速 m·s-1

图4 沿布风板宽度方向上的平均风速分布

图5 沿布风板深度方向上的平均风速分布

从图4可见,在高、中、低三种锅炉负荷工况下,沿炉膛宽度方向上的一次风风速分布呈现出不同的特点:低负荷时,靠近右侧墙一侧的风速比左侧墙一侧的风速高;中负荷时的风速分布为右侧墙一侧的风速低、左侧墙的高;在高负荷工况下,一次风风速的脉动性明显增强,这与循环流化床在高负荷工况下的炉内物料流化态情况一致.

由图5可见,中、低负荷工况下的一次风风速分布较为一致,均表现为靠近前墙一次的风速比后墙一侧的风速低,且最高一次风风速位置均为#4,最高风速分别为1.05 m/s和0.92 m/s;在高负荷工况下,前墙一侧的风速比后墙一侧的要高,且各排风速间的差异增加,#2风速接近1.4 m/s,#1风速最低,只有0.84 m/s.

通过计算不同负荷工况下一次风风速的标准差来分析其布风均匀性.高、中、低三种负荷工况的风速标准差分别为0.51、0.45和0.32.图6为不同负荷工况下的布风板风速分布图,可以看到,随着负荷的增加,一次风速的整体不均匀性不断增加.

(a) 高负荷工况

3.2 二次风配风均匀性

该130 t/h循环流化床锅炉二次风布置如图7所示.

在高、中、低负荷工况下,根据在炉内二次风喷口处测量得到的二次风风速调节炉外二次风风门挡板开度,可以得到不同负荷工况下的优化二次风风门挡板开度,见表4—表6.

表4 高负荷工况下二次风风门挡板开度 %

表5 中负荷工况下二次风风门挡板开度 %

表6 低负荷工况下二次风风门挡板开度 %

4 结语

本文对一台经检修后的130 t/h循环流化床锅炉进行冷态试验,通过直接测量风速法研究不同锅炉负荷工况下炉膛内一次风布风特性和二次风配风特性.在锅炉实际运行中,根据一次风分布特性在炉膛宽度方向上进行有针对性的投料;根据试验中得到的二次风挡板特性,给出不同负荷工况下的二次风风门挡板推荐开度.通过采取上述措施以保证炉膛内部物料分布和燃烧过程的均匀性.