CN111289278B - 一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法 - Google Patents

一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：包括：热态下，测试改造前后预先安装的测孔截面处截面速度场分布的相对标准偏差；测试改造前后主要受热面管壁温度，并形成对比分布图；测试改造前后省煤器出口截面烟气成分，并形成对比分布图；测试改造前后炉内水冷壁壁面还原性气氛。本发明采用管壁温度的分布曲线来评判管壁温度的均匀性；采用停炉时检查管壁厚度和热态下炉内水冷壁还原性气氛等来评判腐蚀程度；采用温度和速度分布相对标准偏差来判断流场的均匀性，为同类型机组二次风箱流场改造后评价方法提供参考，丰富了原有的评价方法。

Description

一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法
技术领域
本发明涉及锅炉改造领域，特别是涉及一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法。
背景技术
随着机组参数的逐步提高，尤其是热再热蒸汽温度提高至620℃的机组，在各个负荷下的管壁超温爆管和炉内高温腐蚀问题尤其突出，也引起了大家的广泛关注。针对受热面爆管的材料分析的研究表明，爆管除了与管材本身性能和焊接工艺有关外，管壁超温也是一个重要的诱因。因此，加强管壁温度的监测尤为重要，几大锅炉厂均采取了增加在线温度测点的方式全面掌握壁温分布和超温情况；此外，研发长寿命、抗烟气干扰的壁温测量装置也是一个重要的方向。
与此同时，炉内高温腐蚀的问题也日益凸显。东方锅炉厂有限公司生产的前后墙对冲燃烧方式机组，通过燃烧器配风方式的调整能缓解中高负荷下烟气中CO含量高的问题，进而缓解了炉内管壁超温和高温腐蚀。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。
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。
同时，对冲燃烧方式锅炉炉内水冷壁高温腐蚀速率与侧墙还原性气体CO排放浓度也存在正相关，如图3～图4所示。
发明内容
本发明的目的是提供一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其中，对对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造包括设置以下中的一个或多个或全部：
a)、在二次风风箱管道的弯头处设置第一导流板；
b)、在中层主燃烧器层风箱的入口处设置第二导流板；
c)、在中层主燃烧器风箱的入口设置扩口结构；
d)、将贴壁风进风口的面积由0.18m2增加0.216m2；
e)、在靠墙侧燃烧器的外二次风道进风口处设置第一聚风装置；
f)、在靠墙侧燃烧器的内二次风道的进风口处设置风向转向装置；
g)、在靠墙侧第一、二只燃尽风外二次风道的入口处设置第二聚风装置；
h)、在靠墙侧第一、二只燃尽风内二次风道的入口处设置第三聚风装置，
所述的评价方法包括：
1)、热态下，测试改造前后按照GB/T 10184-2015标准规定预先安装的测孔截面处截面速度场分布的相对标准偏差；
2)、热态下，测试改造前后主要受热面管壁温度，并形成对比分布图；
3)、热态下，测试改造前后省煤器出口截面烟气成分，并形成对比分布图；
4)、热态下，测试改造前后炉内水冷壁壁面还原性气氛。
优选地，在1)中：在改造前后的同等条件下采用等截面网格法测试截面速度场分布。
进一步优选地，通过如下公式计算相对标准偏差，进而判断二次大风箱流场改造的效果：
相对标准计算公式如下：
Figure BDA0002388169230000021
Figure BDA0002388169230000022
Figure 3
式中：
Xi——测试截面处各点温度值或速度值；
Figure BDA0002388169230000024
——测试截面处温度或速度的平均值；
δ——温度或速度分布标准偏差；
CV——温度或速度分布相对标准偏差％。
优选地，在2)中：在改造前后的同等条件下采用SIS数据采集系统采集要受热面管壁温度的分布数据，并作出其对比图做比较分析单层二次风箱改造前后的效果。
优选地，所述的主要受热面管壁包括屏式过热器、高温过热器和高温再热器受热面。
优选地，在3)中：在改造前后的同等条件下采用等截面网格法测试省煤器出口截面的烟气成分，并作出其对比图来评判单层二次风箱流场改造前后的效果。
优选地，在3)中：省煤器出口截面烟气成分的分布情况的分析采取旋流燃烧器调试法。
优选地，在4)中：在改造前后的同等条件下采用预先在水冷壁壁面安装测试孔，测试测试孔内的壁还原性气体成分，进而在未有停炉机会时判断水冷壁管的腐蚀速率。
进一步优选地，根据还原性气氛与腐蚀性气体H2S成正比这一原则，通过测试壁面还原性气氛，判断侧墙缺风程度和腐蚀性气体H2S的含量，进而掌握炉内水冷壁管高温腐蚀的改善情况。
针对对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造，具体包括：
a)、在二次风风箱管道的弯头处设置第一导流板。第一导流板设置多个，且均为弧形导流板。设置第一导流板主要是针对由弯头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10所示。
b)、三层主燃烧器区域中间层燃烧器风箱的入口处设置第二导流板。第二导流板前后墙各设置有1个，且导流板的导向根据气流的来流方向的不同而设置不同。
c)、三层主燃烧器区域中间层主燃烧器风箱的入口设置扩口结构。扩口结构包括外口部、内口部、连接外口部和内口部的连接壁，外口部的口径大于内口部的口径，连接壁从外口部至内口部平滑过渡，如图11、12所示。
d)、将贴壁风进风口的面积由0.18m2增加0.216m2。
e)、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。其中：第一聚风装置包括第一聚风通道，第一聚风通道具有进风口、出风口，第一聚风通道的进风口的口径大于第一聚风通道出风口的口径，且第一聚风通道从其进风口至出风口逐渐缩小，也就是说第一聚风装置为渐缩式聚风装置。第一聚风通道的进风口朝向外二次风道的上游，第一聚风通道的出风口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13所示。
f)、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。其中：风向转向装侧面进风方式该为迎风进风方式从而增加内二次风量。转向装置包括转向风道，转向风道具有进风口、出风口，转向风道的进风口的方向与转向风道的出风口的方向相垂直，转向风道的出风口连接内二次风道的进风口，如图14所示。
g)、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。其中：第二聚风装置包括相对设置的环体、连接在环体之间的多个片体，多个片体均匀分布在环体之间，片体向环体的中心方向延伸，相邻两个片体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，第二聚风装置套设在燃尽风上且扇形风道出口连接燃尽风外二次风道的入口，如图15所示。
i)、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。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、出风口，第三聚风通道的进风口的口径大于第三聚风通道出风口的口径，第三聚风通道从其进风口至出风口逐渐缩小，也就是说第三聚风装置也为渐缩式聚风装置。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，如图16所示。
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：
本发明采用管壁温度的分布曲线来评判管壁温度的均匀性；采用停炉时检查管壁厚度和热态下炉内水冷壁还原性气氛等来评判腐蚀程度；采用温度和速度分布相对标准偏差来判断流场的均匀性，为同类型机组二次风箱流场改造后评价方法提供参考，丰富了原有的评价方法。
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为对冲燃煤锅炉省煤器出口截面CO排放浓度分布图；
附图3为腐蚀速率与H2S浓度的关系图；
附图4为H2S气体浓度与CO浓度的关系图；
附图5为改造前后1000MW负荷高温再热器壁温分布图；
附图6为改造前1000MW负荷下省煤器出口O2分布图；
附图7为改造前1000MW负荷下省煤器出口CO分布图；
附图8为改造后1000MW负荷下省煤器出口O2分布图；
附图9为改造后1000MW负荷下省煤器出口CO分布图；
附图10为二次风风箱管道的示意图；
附图11为中间层燃烧器风箱前墙的示意图；
附图12为中间层燃烧器风箱后墙的示意图；
附图13为第一聚风装置的示意图；
附图14为风向转向装置的示意图；
附图15为第二聚风装置的示意图；
附图16为第三聚风装置的示意图；
其中：1、二次风风箱管道；10、弯头；11、第一导流板；20、第二导流板；21、外口部；22、内口部；23、连接壁；3、聚风装置；30、进风口；31、出风口；4、风向转向装置；40、进风口；41、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。
一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：包括：
1)、测试改造前后按照GB/T 10184-2015标准规定预先安装的测孔截面处截面速度场分布的相对标准偏差。具体为：在改造前后的同等条件下采用等截面网格法测试截面速度场分布，通过如下公式计算相对标准偏差，进而判断二次大风箱流场改造的效果：
相对标准计算公式如下：
Figure BDA0002388169230000051
Figure BDA0002388169230000052
Figure 4
式中：
Xi——测试截面处各点温度值或速度值；
Figure BDA0002388169230000054
——测试截面处温度或速度的平均值；
δ——温度或速度分布标准偏差；
CV——温度或速度分布相对标准偏差％。
2)、测试改造前后主要受热面管壁温度，主要受热面管壁包括屏式过热器、高温过热器和高温再热器，并形成对比分布图。具体为：在改造前后的同等条件下采用SIS数据采集系统采集要受热面管壁温度的分布数据，并作出其对比图做比较分析单层二次风箱改造前后的效果。
3)、热态下，测试改造前后省煤器出口截面烟气成分(O2和CO)。在改造前后的同等条件下采用等截面网格法测试省煤器出口截面的烟气成分，并作出其对比图来评判单层二次风箱流场改造前后的效果。省煤器出口截面烟气成分的分布情况的分析采取旋流燃烧器调试法进行。
4)、热态下，测试改造前后炉内水冷壁壁面还原性气氛。在改造前后的同等条件下采用预先在水冷壁壁面安装测试孔，测试测试孔内的壁还原性气体成分(O2、CO和H2S)，进而在未有停炉机会时判断水冷壁管的腐蚀速率。根据还原性气氛与腐蚀性气体H2S成正比这一原则，通过测试壁面还原性气氛，判断侧墙缺风程度和腐蚀性气体H2S的含量，进而掌握炉内水冷壁管高温腐蚀的改善情况。
实施例
某百万对冲燃煤锅炉实施针对管壁超温和水冷壁高温腐蚀的二次风箱改造后，其改造前后的数据对比如表1～表2所示。
表1原风道布置下的测量截面风速统计：
Figure BDA0002388169230000061
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。
表2优化后测量截面风速统计：
Figure BDA0002388169230000062
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％，有所改善。
改造前后，1000MW负荷、ABDEF磨煤机组合方式下，高温再热器管壁温度分布对比图如图5所示。
改造前后，1000MW负荷、ABDEF磨组合方式下，省煤器出口截面烟气成分分布图如图6～图9所示。
同时，热态下，1000MW负荷下的测试结果表明，水冷壁近壁CO排放浓度和H2S 含量由改造前的86000μL/L和199μL/L分别降低至56000μL/L和142μL/L。
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 (7)

1.一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其中，对对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造包括设置以下中的一个或多个或全部：
a)、在二次风风箱管道的弯头处设置第一导流板；
b)、在中层主燃烧器层风箱的入口处设置第二导流板；
c)、在中层主燃烧器风箱的入口设置扩口结构；
d)、将贴壁风进风口的面积增加至至少0.2m2；
e)、在靠墙侧燃烧器的外二次风道进风口设置第一聚风装置；
f)、在靠墙侧燃烧器的内二次风道的进风口处设置风向转向装置；
g)、在靠墙侧第一、二只燃尽风外二次风道的进风口处设置第二聚风装置；
h)、在靠墙侧第一、二只燃尽风内二次风道的进风口处设置第三聚风装置。
其特征在于：所述的评价方法包括：
1)、热态下，测试改造前后预先安装的测孔截面处截面速度场分布的相对标准偏差，通过如下公式计算相对标准偏差，进而判断二次大风箱流场改造的效果：
相对标准计算公式如下：
Figure FDA0003300951060000011
Figure FDA0003300951060000012
Figure FDA0003300951060000013
式中：
Xi——测试截面处各点速度值；
Figure FDA0003300951060000014
——测试截面处速度的平均值；
δ——速度分布标准偏差；
CV——速度分布相对标准偏差％；
2)、热态下，测试改造前后主要受热面管壁温度，并形成对比分布图，所述的主要受热面包括屏式过热器、高温过热器和高温再热器受热面；
3)、热态下，测试改造前后省煤器出口截面烟气成分，并形成对比分布图；
4)、热态下，测试改造前后炉内水冷壁壁面还原性气氛。
2.根据权利要求1所述的一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其特征在于：在1)中：在改造前后的同等条件下采用等截面网格法测试截面速度场分布。
3.根据权利要求1所述的一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其特征在于：在2)中：在改造前后的同等条件下采用SIS数据采集系统采集主要受热面管壁温度的分布数据，并作出其对比图做比较分析单层二次风箱流场改造前后的效果。
4.根据权利要求1所述的一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其特征在于：在3)中：在3)中：在改造前后的同等条件下采用等截面网格法测试省煤器出口截面的烟气成分，并作出其对比图来评判单层二次风箱流场改造前后的效果。
5.根据权利要求4所述的一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其特征在于：省煤器出口截面烟气成分的分布情况的分析采取旋流燃烧器调试法。
6.根据权利要求1所述的一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其特征在于：在4)中：在改造前后的同等条件下采用预先在水冷壁壁面安装测试孔，测试测试孔内的壁面还原性气体成分，在未有停炉机会时判断水冷壁管的腐蚀程度。
7.根据权利要求6所述的一种对冲燃煤锅炉二次风箱流场改造后的效果评价方法：其特征在于：根据还原性气氛与腐蚀性气体H2S成正比，通过测试壁面还原性气氛，判断侧墙缺风程度和腐蚀性气体H2S的含量，掌握炉内水冷壁管高温腐蚀的改善情况。
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