CN111256109B - 一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法 - Google Patents

一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，包括在二次风风箱管道的弯头处设置导流板；在燃烧器的外二次风道进风口处设置第一聚风装置；在燃烧器的内二次风道的进风口处设置风向转向装置；在靠侧墙的第一、二只燃尽风外二次风道的进风口处设置第二聚风装置；在靠侧墙的第一、二只燃尽风内二次风道的进风口处设置第三聚风装置。本发明提出了二次风风箱流场改造结合靠近侧墙燃烧器（含燃尽风）二次风道改造的方案，通过对二次风风箱、燃烧器和燃尽风风道内的关键位置进行导流、扩口、汇流等优化，平顺风道内的气流流动，从而提升靠侧墙区域的二次风量，以进一步缓解炉内管壁超温，能有效地控制超温爆管的发生。

Description

一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法
技术领域
本发明涉及锅炉改造领域，特别是涉及一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法。
背景技术
《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》为新建机组设计优化指明了方向，给出了燃煤电厂节能减排主要参考技术，其中提高蒸汽参数和二次再热技术较为成熟。提高蒸汽参数即将主蒸汽压力提高至27MPa～28MPa，主蒸汽温度维持在600℃，热再热蒸汽温度提高至610℃或620℃。随着蒸汽参数的提高，尤其是热再热蒸汽温度提高至620℃，对材料的要求越来越高，高温合金材料的研制是一个重要的方向；如何在再热器管壁不超温的前提下提升再热蒸汽温度亦是当前的一项重大课题。
研究表明，对冲燃煤锅炉受热面管壁温度与烟气中CO排放浓度存在正相关，如图1～图2所示，即烟气中CO排放浓度高的位置，相应的受热面管壁温度高。
对于对冲燃煤锅炉，为缓解受热面管壁温度偏差，可采取开大两侧燃烧器风门开度、关小中间燃烧器风门开度的方式，提高两侧的氧量、降低两侧烟气中CO排放浓度，进而降低两侧受热面管壁温度值。但由于燃烧器结构特性，将中间燃烧器风门关至30％以下时，会造成中间燃烧器二次风量刚性不足，导致燃烧火焰刷墙结焦并烧损喷口。因此，在深度优化调整过程中，将两侧燃烧器风门全开、中间燃烧器风门关至30％后，即使两侧氧量低、CO排放浓度仍较高，燃烧优化调整的手段已无法满足平衡配风的需要。同时，机组深度燃烧优化调整可以缓解管壁超温情况，但由于炉内燃烧过程是一个动态的过程，受煤种、炉内沾污等影响较大，燃烧优化效果稳定性不够。
发明内容
本发明的目的是提供一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，包括设置以下中的一个或多个或全部：
1)、在二次风风箱管道的弯头处设置导流板；
2)、a：在燃烧器的外二次风道进风口处设置第一聚风装置；
b：在燃烧器的内二次风道的进风口处设置风向转向装置；
3)、a：在靠侧墙的第一、二只燃尽风外二次风道的进风口处设置第二聚风装置；
b：在靠侧墙的第一、二只燃尽风内二次风道的进风口处设置第三聚风装置。
优选地，在2)、3)中所述的燃烧器为靠墙侧的燃烧器。
优选地，所述的导流板设置多个；所述的导流板为弧形导流板。
优选地，所述的第一聚风装置包括第一聚风通道，所述的第一聚风通道具有进风口、出风口，所述的第一聚风通道的进风口的口径大于所述的第一聚风通道出风口的口径，所述的第一聚风通道的进风口朝向外二次风道的上游，所述的第一聚风通道的出风口朝向外二次风道的下游。
进一步优选地，所述的第一聚风通道从其进风口至出风口逐渐缩小。
优选地，所述的风向转向装置包括转向风道，所述的转向风道具有进风口、出风口，所述的转向风道的进风口的方向与所述的转向风道的出风口的方向相垂直，所述的转向风道的出风口连接内二次风道的进风口。
优选地，所述的第二聚风装置包括相对设置的环体、连接在所述的环体之间的多个片体，多个所述的片体均匀分布在所述的环体之间，所述的片体向环体的中心方向延伸，相邻两个所述的片体之间形成具有进风口、出风口且其所述的进风口口径大于其出风口口径的扇形风道，所述的第二聚风装置套设在燃尽风上且所述的扇形风道出口连接燃尽风外二次风道的入口。
进一步优选地，多个所述的片体均匀分布在所述的环体之间。
优选地，所述的第三聚风装置包括第三聚风通道，所述的第三聚风通道具有进风口、出风口，所述的第三聚风通道的进风口的口径大于所述的第三聚风通道出风口的口径，所述的第三聚风通道的进风口朝向燃尽风道的上游，所述的第三聚风通道的出风口连接第一、二只燃尽风内二次风道的进风口。
进一步优选地，所述的第三聚风通道从其进风口至出风口逐渐缩小。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明提出了二次风风箱流场与靠近侧墙燃烧器(含燃尽风)二次风道相结合的改造方案，通过对二次风风箱、燃烧器和燃尽风风道内的关键位置进行导流、扩口、汇流等优化，平顺风道内的气流流动，从而提升靠侧墙区域的二次风量，以进一步缓解炉内管壁超温，能有效地控制超温爆管的发生。
附图说明
附图1为对冲燃煤锅炉末级再热器管壁温度分布图；
附图2对冲燃煤锅炉省煤器出口截面CO排放浓度分布图附图3为本实施例中二次风风箱管道的示意图；
附图4a为本实施例中第一聚风装置的示意图；
附图4b为本实施例中风向转向装置的示意图；
附图5a为本实施例中第二聚风装置的示意图；
附图5b为本实施例中第三聚风装置的示意图；
附图6为1000MW负荷下省煤器出口截面氧量分布图；
附图7为1000MW负荷下CO浓度分布图；
附图8为改造前后1000MW负荷末级再热器壁温分布图。
其中：1、二次风风箱管道；10、弯头；11、导流板；2、第一聚风装置；20、进风口；21、出风口；3、风向转向装置；30、进风口；31、出风口；4、第二聚风装置；40、环体；41、片体；42、扇形风道；5、第三聚风装置；50、进风口；51、出风口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，包括设置：
1)、在二次风风箱管道1的弯头10处设置导流板11；导流板11设置多个，且均为弧形导流板。设置导流板11主要是针对由弯头10带来的流场分布不均，从而从二次风的源头上就起到平顺风道内气流流动的作用，为层二次风量的平衡分配奠定良好的基础，如图3所示。
2)、a：对靠侧墙的单只燃烧器的外二次风道进风口处设置第一聚风装置2。其中：第一聚风装置2包括第一聚风通道，第一聚风通道具有进风口20、出风口21，第一聚风通道的进风口20的口径大于第一聚风通道出风口21的口径，且第一聚风通道从其进风口20至出风口21逐渐缩小，也就是说第一聚风装置2为渐缩式聚风装置。第一聚风通道的进风口20朝向外二次风道的上游，第一聚风通道的出风口21朝向外二次风道的下游，从而将二次风引至燃烧器外二次风通道内，如图4a所示。
b：对靠侧墙的单只燃烧器的内二次风道的进风口处设置风向转向装置3。其中：风向转向装置3包括转向风道，转向风道具有进风口30、出风口31，转向风道的进风口30的方向与转向风道的出风口31的方向相垂直，转向风道的出风口31连接内二次风道的进风口。即将内二次风道侧面进风方式该为迎风进风方式从而增加内二次风量，如图4b所示。
3)、a：在靠侧墙的第一、二只燃尽风外二次风道的进风口处设置第二聚风装置4。其中：第二聚风装置4包括相对设置的环体40、连接在环体40之间的多个片体41，多个片体41均匀分布在环体40之间，片体41向环体40的中心方向延伸，相邻两个片体41之间形成具有进风口、出风口且其进风口口径大于其出风口口径的扇形风道42，第二聚风装置4套设在燃尽风上且扇形风道42出口连接燃尽风外二次风道的入口，如图5a所示。
b：在靠侧墙的第一、二只燃尽风内二次风道的进风口处设置第三聚风装置5。其中：第三聚风装置包括第三聚风通道，第三聚风通道具有进风口50、出风口51，第三聚风通道的进风口50的口径大于第三聚风通道出风口51的口径，第三聚风通道从其进风口50至出风口51逐渐缩小，也就是说第三聚风装置5也为渐缩式聚风装置。第三聚风通道的进风口50连接燃尽风内二次风道的入口，如图5b所示。
通过上述改造，提升靠侧墙区域的二次风量，基本能解决对冲燃煤锅炉侧墙燃烧器和燃尽风缺风的问题，进而降低侧墙烟气中CO排放浓度，达到缓解受热面管壁温度偏差的目的。
对比例及实施例：
某百万对冲燃煤机组按照现有的风道布置方式下，通过数值模拟得出的风道风速分布数据如表1所示。
表1原风道布置下的测量截面风速统计：
Figure BDA0002388083930000041
数值模拟结果表明，原风道布置下A/B侧二次风量测量截面的流场分布极为不均匀，速度分布的相对标准差达36％(平均速度为18.27m/s)，且截面出现了明显的快慢分离。
层二次风箱内各只燃烧器的风量分配如表2所示。
表2层二次风箱内各只燃烧器的风量分配情况汇总：
Figure BDA0002388083930000051
燃烧器和OFA二次风喷口风量的数值模拟结果表明，1)燃烧器区：炉膛宽度方向上，靠侧墙的二次风流量明显低于炉膛中间的二次风流量，平均偏低6.5％，预计满负荷时，当炉膛中间氧量为2.7％时，靠侧墙的氧量约为1.7％。热态下，尤其要注意靠侧墙区域的煤粉不完全燃烧。2)燃尽风区：炉膛宽度方向上，靠侧墙的二次风流量明显低于炉膛中间的二次风流量，平均偏低8.3％，尤其要注意靠侧墙区域的CO不完全燃烧，可能导致部分高温受热面金属壁温超温。
经过流场优化改造后的测试截面风速统计和层二次风箱内各只燃烧器的风量分配情况汇总如表3和表4所示。
表3优化后测量截面风速统计：
Figure BDA0002388083930000052
流场优化结果表明，A/B侧总二次风量测量截面的流场分布均匀性明显提升，速度分布的相对标准差从36.0％减小至17.9％，明显有所改善。
表4流场优化后，层二次风箱内各只燃烧器的风量分配情况汇总：
Figure BDA0002388083930000053
Figure BDA0002388083930000061
优化后的燃烧器和OFA二次风喷口风量的数值模拟结果表明，1)燃烧器区域：炉膛宽度方向上，靠侧墙的二次风流量明显提高，与炉膛中间的二次风流量的比值从优化前的93.5％提升至优化后的102.0％，提升了8.5个百分点。2)燃尽风区域：炉膛宽度方向上，靠侧墙的OFA风流量也得到了明显提升，第一只提升了11.0个百分点，第二只提升了3.5个百分点。
热态下，在1000MW负荷、ABCDE磨煤机组合运行方式下，在省煤器出口截面进行烟气成分分布的测试，测试结果如图6、7所示。
流场优化改造后，省煤器出口截面的氧量分布更均匀，1000MW负荷下，氧量不均匀性指数降至11.9％，两侧的CO排放浓度明显下降，且分布的更均匀；进而管壁温度分布的更均匀，1000MW负荷下，在管壁不超温的前提下，再热蒸汽温度整体提升了3.5℃，达到了预期的效果，如图8所示。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：包括设置以下中的全部：
1）、在二次风风箱管道的弯头处设置导流板；
2）、a：在燃烧器的外二次风道进风口处设置第一聚风装置；
b：在燃烧器的内二次风道的进风口处设置风向转向装置，所述的风向转向装置包括转向风道，所述的转向风道具有进风口、出风口，所述的转向风道的进风口的方向与所述的转向风道的出风口的方向相垂直，所述的转向风道的出风口连接内二次风道的进风口；
3）、a：在靠侧墙的第一、二只燃尽风外二次风道的进风口处设置第二聚风装置；
b：在靠侧墙的第一、二只燃尽风内二次风道的进风口处设置第三聚风装置。
2.根据权利要求1所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：在2）、3）中所述的燃烧器为靠墙侧的燃烧器。
3.根据权利要求1所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：所述的导流板设置多个；所述的导流板为弧形导流板。
4.根据权利要求1所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：所述的第一聚风装置包括第一聚风通道，所述的第一聚风通道具有进风口、出风口，所述的第一聚风通道的进风口的口径大于所述的第一聚风通道出风口的口径，所述的第一聚风通道的进风口朝向外二次风道的上游，所述的第一聚风通道的出风口朝向外二次风道的下游。
5.根据权利要求4所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：所述的第一聚风通道从其进风口至出风口逐渐缩小。
6.根据权利要求1所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：所述的第二聚风装置包括相对设置的环体、连接在所述的环体之间的多个片体，多个所述的片体均匀分布在所述的环体之间，所述的片体向环体的中心方向延伸，相邻两个所述的片体之间形成具有进风口、出风口且其所述的进风口口径大于其出风口口径的扇形风道，所述的第二聚风装置套设在燃尽风上且所述的扇形风道出口连接燃尽风外二次风道的入口。
7.根据权利要求6所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：多个所述的片体均匀分布在所述的环体之间。
8.根据权利要求1所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：所述的第三聚风装置包括第三聚风通道，所述的第三聚风通道具有进风口、出风口，所述的第三聚风通道的进风口的口径大于所述的第三聚风通道出风口的口径，所述的第三聚风通道的进风口朝向燃尽风道的上游，所述的第三聚风通道的出风口连接第一、二只燃尽风内二次风道的进风口。
9.根据权利要求8所述的一种缓解对冲燃煤锅炉管壁温度偏差的方法，其特征在于：所述的第三聚风通道从其进风口至出风口逐渐缩小。
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