CN113324774B - 一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法，为满足新型超超临界对冲旋燃烧流锅炉检修后启动要求，也可针对锅炉部分燃烧器烧损问题，针对锅炉冷态通风试验技术的不足，进行锅炉冷态通风试验研究，为锅炉热态运行及调整提供建议。该方法中，开展磨煤机冷态通风阻力特性试验，在制粉系统热态不同工况下，可提供磨煤机进出口阻力特性基础数据；对于炉内贴壁风及冷却风特性测试，能掌握贴壁风挡板及燃烧器冷却风挡板调节特性，以及贴壁风及冷却风风速大小，有利于合理控制贴壁风挡板及燃烧器冷却风挡板开度；开展燃烧器飘带试验，有利于控制和调整燃烧器外二次风挡板角度，防止外二次风旋流强度过大导致的燃烧器烧损问题。

Description

一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法

技术领域

本发明涉及一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法，属于燃煤发电技术领域。

背景技术

煤燃烧过程直接影响电站锅炉安全经济运行水平，炉内煤粉颗粒混合、着火及燃尽情况与锅炉冷态通风特性关联性较大，会直接影响炉膛内风粉混合物与受热面的热交换、磨损及腐蚀特性等，开展锅炉冷态通风试验，可用于检查锅炉烟风、制粉及燃烧系统等设备状况，同时能为锅炉热态运行提供有效的参考及指导。

锅炉冷态通风试验相关研究中，四角切圆型锅炉冷态模拟及试验研究文献较多，还包含部分亚临界对冲锅炉冷态通风及空气动力场试验相关研究报道，对于新型超超临界对冲旋流燃烧锅炉，其作为我国燃煤发电行业先进型商业化炉型之一，锅炉冷态特性通风相关文献报道甚少，不利于全面掌握该炉型燃烧特性；当炉内燃烧工况不正常时，通过冷态通风试验研究，可帮助发现和分析问题，从而有利于设备和运行方式改进。

发明内容

为满足新型超超临界对冲旋燃烧流锅炉检修后启动要求，也可针对锅炉部分燃烧器烧损问题，本发明提出一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法，进行锅炉冷态通风试验研究，为锅炉热态运行及调整提供建议。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法，其特征在于：在超超临界对冲旋流燃烧锅炉上开展冷态通风试验，完成锅炉风速、风量测量装置标定及一次风速调平，所述冷态通风试验包括磨煤机冷态通风阻力特性试验、炉内贴壁风特性测试、燃烧器冷却风特性测试、燃烧器内外二次风特性测试及燃烧器飘带示踪试验，风速测试仪器采用热式风速仪。

在磨煤机冷态通风阻力特性试验中，确定需要开展该试验的磨煤机，表征磨煤机冷态通风阻力的参数为磨煤机进出口差压；当磨煤机配置静态分离器时，通过调整磨煤机入口一次风压，得到不同磨煤机入口一次风压下磨煤机进出口的差压数据，磨煤机入口一次风压分别选取3.0kPa、4.0kPa、5.0kPa；当磨煤机配置动态分离器时，通过正交试验的方法，将磨煤机动态分离器频率、磨煤机入口一次风压两个参数设计不同的试验工况，磨煤机动态分离器频率分别选取A1、A2、A3，A1＝30Hz，A2＝40Hz，A3＝50Hz；磨煤机入口一次风压分别选取B1、B2、B3，B1＝3.0kPa，B2＝4.0kPa，B3＝5.0kPa；试验工况组合包括A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3，在以上9种试验工况下，得到磨煤机进出口的差压数据；磨煤机进出口差压、磨煤机入口一次风压及磨煤机动态分离器频率数据均取自锅炉分布式控制系统。

对于炉内贴壁风特性测试，确定需要开展炉内贴壁风特性测试的燃烧器层高，表征炉内贴壁风特性测试的参数为贴壁风喷口风速及侧墙水冷壁贴壁风风速分布(距水冷壁垂直距离为10mm)；通过正交试验的方法，将该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压、该层燃烧器二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板开度两个参数设计不同的试验工况，该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压分别选取C1、C2，C1＝0.20kPa，C2＝0.30kPa；该层燃烧器二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板开度分别选取D1、D2、D3，D1＝20％，D2＝60％，D3＝100％；试验工况组合包括C1D1、C1D2、C1D3、C2D1、C2D2、C2D3，在以上6种试验工况下，得到贴壁风喷口风速及侧墙水冷壁贴壁风风速分布数据；炉膛与燃烧器二次风箱差压数据取自锅炉分布式控制系统，二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板开度数据就地读取，贴壁风喷口风速及侧墙水冷壁贴壁风风速分布数据由热式风速仪测得。

对于燃烧器冷却风特性测试，确定需要开展该测试的燃烧器，表征燃烧器冷却风的参数为燃烧器喷口冷却风风速；测试期间每支冷却风管道上的气动冷却风阀开度为100％，通过正交试验的方法，将该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压、该层燃烧器二次风箱入口手动冷却风挡板开度两个参数设计不同的试验工况，该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压分别选取E1、E2，E1＝0.20kPa，E2＝0.30kPa；该层燃烧器二次风箱入口手动冷却风挡板开度分别选取F1、F2、F3，F1＝20％，F2＝60％，F3＝100％；试验工况组合包括E1F1、E1F2、E1F3、F2F1、F2F2、F2F3，在以上6种试验工况下，得到燃烧器喷口冷却风风速数据；炉膛与燃烧器二次风箱差压数据取自锅炉分布式控制系统，二次风箱入口手动冷却风挡板开度数据就地读取，燃烧器喷口冷却风风速数据由热式风速仪测得。

对于燃烧器内外二次风特性测试，确定需要开展该测试的燃烧器，表征燃烧器内外二次风的参数为燃烧器内二次风风速(对称布置上、下、左、右测试点位)及燃烧器外二次风风速(对称布置上、下、左、右测试点位)；测试期间保持该燃烧器二次风箱入口挡板开度为60％，燃烧器中心风手动挡板开度为100％，外二次风风门手动调节挡板角度为45°，内二次风风门手动调节挡板转动角度为90°，通过调整该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压，得到燃烧器内、外二次风风速数据(对称布置上、下、左、右测试点位)，该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压选取分别为0.2kPa及0.3kPa。

对于燃烧器飘带试验，确定需要开展该测试的燃烧器，并在上述燃烧器内外二次风特性测试的测试工况下进行，所述飘带一端系于燃烧器喷口圆形截面中心点，另一端呈自由状态；试验所用飘带为丝质或纱织材料，形状为长条形，长度为2-3mm，宽度为10mm，厚度为1-1.5mm；试验中，观察燃烧器喷口处气流状态，飘带出现卷吸至燃烧器喷口的情况，如存在该情况，说明燃烧器外二次风旋流强度较大，应增大燃烧器外二次风挡板角度，降低燃烧器外二次风的旋流强度；每次增大燃烧器外二次风挡板角度为5°，完成操作后观察飘带形态，直至未出现卷吸至燃烧器喷口的情况后，停止燃烧器外二次风挡板角度调节操作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：该方法中，开展磨煤机冷态通风阻力特性试验，在制粉系统热态不同工况下，可提供磨煤机进出口阻力特性基础数据；对于炉内贴壁风及冷却风特性测试，能掌握贴壁风挡板及燃烧器冷却风挡板的调节特性，以及贴壁风及冷却风风速大小，有利于合理控制贴壁风挡板及燃烧器冷却风挡板开度；开展燃烧器飘带试验，有利于控制和调整燃烧器外二次风挡板角度，防止外二次风旋流强度过大导致的燃烧器烧损问题。

附图说明

图1是本实施例中燃烧器的布置示意图。

图2是本实施例中燃烧器的配风示意图。

图3是本实施例中A、F磨煤机冷态通风阻力测量结果图。

图4是本实施例中贴壁风喷口风速测量结果图。

图5是本实施例中C、F层燃烧器贴壁风测量结果图。

图6是本实施例中燃烧器冷却风风速测量结果图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

本实施例中，超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法具体如下：660MW锅炉由东方锅炉股份有限公司生产制造，型号为DG1929.7/28.25-II13，超超临界参数、变压直流炉、对冲燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢架悬吊结构π型炉。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧器布置如图1所示。燃烧器采用前后墙对冲分级燃烧技术，在炉膛前墙分三层，后墙分三层布置新型低NO_x旋流式煤粉燃烧器，每层布置6只燃烧器，全炉共布置36只燃烧器。在最上层燃烧器上部布置两层燃尽风喷口。为了防止燃烧区域结焦，在燃烧器靠近水冷壁侧布置3层贴壁风。

煤粉燃烧器将燃烧用空气被分为五部分：即一次风、内二次风、外二次风、中心风和冷却风。煤粉及其输送用风(即一次风)经煤粉管道、燃烧器一次风管、煤粉浓缩器后喷入炉膛；燃烧器二次风箱为运行燃烧器提供内二次风和外二次风，为停运燃烧器提供冷却风。旋流煤粉燃烧器必须通过调整才能达到最佳运行状态，燃烧器的内、外二次风风门均需要进行调节。

内二次风门档板在0～90°范围内调节，外二次风门的转动角度为0～75°。将外二次风门关小时，可减小外二次风量、增加外二次风旋流强度；将外二次风门开大时，可增加外二次风量、减小外二次风旋流强度。燃烧器首次投运时，可将内二次风门置于90°开度位置，外二次风门置于50°位置，燃烧器配风示意图如图2所示。

除等离子层外的燃烧器内均设有中心风管，其中布置油枪、高能点火器等设备。每个燃烧器的中心风直接由各支管从二次风箱引出，中心风支管设有风门挡板用以调节风量。除等离子层外的燃烧器入口前端均设置冷却风管道，冷却风由冷却风母管提供，取自热二次风。当某个燃烧器停运的时候，打开对应的冷却风阀，冷却风通过冷却风管道进入燃烧器一次风管，对燃烧器进行冷却保护作用，当有煤粉投运时，不得开启冷却风阀。

锅炉制粉系统采用中速磨煤机正压直吹式冷一次风机系统，中速磨煤机由北京电力设备总厂生产制造，型号为ZGM95N-II，每台锅炉配6台磨煤机，五运一备，磨煤机主要性能参数见表1。

表1单台磨煤机的性能参数表

在660MW超超临界对冲旋流燃烧锅炉上，开展冷态特性试验研究，将锅炉风速及风量测量装置标定后，主要开展一次风速调平、磨煤机冷态通风阻力、炉内贴壁风、燃烧器冷却风及内外二次风测量及燃烧器飘带试验，试验仪器主要采用热式风速仪(KANOMAX，0～50m/s)。对一次风风速调平试验时，启动两台一次风机、两台引风机及一台密封风机，调整风机出力保证一次粉管在线风速在25m/s左右，维持风机稳定运行。一次风调平采用实时测量调平的方法，调平前记录所有一次粉管的可调缩孔的开度，调平时用热线风速仪同时测量每台磨煤机出口粉管风速，根据所测得的风速，调整可调缩孔开度，使同台磨各粉管风速均满足偏差在±5％以内的要求；调平后再实时对各一次粉管在线风速进行标定。

磨煤机冷态通风阻力测量中，选取A、F磨煤机进行冷态通风阻力测量，分别调整两台磨煤机分离器频率30Hz，研究磨煤机入口一次风风压变化对磨煤机通风阻力及一次风量的影响。

对于炉内贴壁风特性测试，选取C、F层燃烧器，调整风机出力，炉膛与C、F层燃烧器二次风箱差压分别在0.20kPa、0.30kPa两种工况下维持稳定，同时调整C、F层二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板分别在20％、60％、100％开度下，测量C、F层左右侧共四个贴壁风喷口风速，同时对左、右侧墙水冷壁附近贴壁风风速分布进行测试。

对于燃烧器冷却风特性测试，选取C1、C4、C6、F1、F6共五支燃烧器，调整风机出力，炉膛与C、F层燃烧器二次风箱差压分别在0.20kPa、0.30kPa两种工况下维持稳定，同时调整C、F层二次风箱入口处四个手动冷却风挡板分别在20％、60％、100％开度下，分别测量C1、C4、C6、F1、F6燃烧器喷口冷却风风速。试验期间每支冷却风管道上的气动冷却风阀开度100％。

对于燃烧器喷口风速测试及飘带试验，保持C、F层燃烧器二次风箱入口挡板开度60％，燃烧器中心风手动挡板开度100％，外二次风风门手动调节挡板角度45°，内二次风风门手动调节挡板转动角度90°，调整风机出力，使炉膛与C、F层燃烧器二次风箱差压分别在0.20kPa、0.30kPa两种工况下维持稳定，分别对C1、C4、C6、F1、F6共五支燃烧器中心风、内外二次风速进行测试。同时选取F6燃烧器，通过飘带示踪法观察燃烧器喷口内外二次风旋流情况。

1、磨煤机冷态通风阻力特性试验

选取A、F磨煤机进行冷态通风阻力测量，两台磨煤机分离器频率30Hz下，入口一次风压为3.0、4.0及5.0kPa，图3为A、F磨煤机冷态通风阻力测量结果，试验表明，在磨煤机出口分离器频率30Hz、入口一次风压3.0～5.0kPa工况下，磨煤机冷态通风阻力约为1.8～3.0kPa，该冷态参数可为磨煤机热态运行提供参考。

2、炉内贴壁风特性测试

在C、F层燃烧器二次风箱与炉膛差压分别为0.20kPa、0.30kPa两种工况下(命名为工况1和2)，同时调整C、F层二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板分别在20％、60％、100％开度下，测量C、F层燃烧器左右侧共四个贴壁风喷口风速，图4为贴壁风喷口风速测量结果，由结果可知，贴壁风挡板具有良好的调节性，在贴壁风挡板开度达到60％以上后，随着挡板开度的增加，贴壁风喷口风速调节逐渐变缓慢。

另外在不同挡板开度下，同时对C、F层左右侧墙水冷壁附近贴壁风风速分布进行测试，结果见图5。从结果可以看出，C、F层左右侧墙水冷壁贴壁风整体偏小，风速基本均处在1.0m/s以内，建议在机组运行时，将各层贴壁风挡板开度开至100％，尽可能增大贴壁风风速，避免水冷壁附近因缺氧形成较强的还原性氛围，从而加剧水冷壁高温腐蚀。

3、燃烧器冷却风特性测试

锅炉新投产后首次大修时，防磨防爆检查发现C、F层全部燃烧器存在严重烧损问题，烧损燃烧器与完好燃烧器对比烧损程度基本一致，均为燃烧器稳焰环、一次风喷嘴环、一次风管、中心风管和油抢的前端稳燃罩，以上燃烧器均不能正常投入使用，需要更换或者修复燃烧器一次风组件和油抢机架。燃烧器换新后进行锅炉冷态通风试验。

试验期间，停运C、F层燃烧器一次风停止送入，燃烧器入口端冷却风管道气动冷却风阀100％全开，冷却风由冷却风管道进入燃烧器内。维持C、F层二次风箱与炉膛差压分别为0.2kPa、0.3kPa两种工况下(命名为工况1和2)，调整二次风箱处冷却风手动挡板开度分别为20％、60％及100％三种开度，选取C1、C4、C6、F1、F6等燃烧器对冷却风速进行测试，图6为各工况下选取的燃烧器冷却风风速测量结果。由图可知，在炉膛与风箱差压稳定的情况下，选取燃烧器的冷却风风速随挡板开度调整具有一定的调节性，随着风门挡板开度的增大，冷却风风速整体上增长缓慢，当冷却风挡板开度开至100％时，最高风速约3.0m/s，建议机组运行时将燃烧器层冷却风挡板开大至80％-100％，以防止磨停运时冷却风量不足，导致燃烧器烧损。

4、燃烧器内外二次风特性测试及燃烧器飘带示踪试验

针对C、F燃烧器烧损问题，对其进行喷口内外二次风速测试，保持锅炉投产后燃烧调整试验燃烧器各挡板开度推荐参数，C、F层燃烧器二次风箱入口挡板开度60％，中心风手动挡板100％全开，外二次风风门手动调节挡板角度45°，内二次风风门手动调节挡板转动角度90°。调整风机出力，使炉膛与C、F层燃烧器二次风箱差压维持0.20kPa工况下，分别对C、F层燃烧器内外二次风速进行测试，结果见表2，由结果可知，整体上内、外二次风环形喷口出口风速均匀性较好。

表2 C、F燃烧器喷口内、外二次风测试结果表

燃烧器更换完成后，冷态通风试验中还进行了F6燃烧器飘带示踪试验，观察F6燃烧器喷口处内外二次风气流状态，飘带出现明显卷吸至燃烧器喷口的情况，说明燃烧器外二次风旋流强度较大，外二次风风门手动调节挡板设置角度为45°，外二次风门的转动角度为0～75°，存在较大调节空间，建议适当增大外二次风挡板角度，降低外二次风的旋流强度。

5、总结

(1)对于该对冲旋流燃烧型锅炉，由于一次粉管均匀布置在锅炉前或后墙同层燃烧器的结构特点，仅可通过调节较少一次粉管可调缩孔，就能满足一次风速调平要求；选取A、F磨煤机冷态通风阻力特性试验，在磨煤机出口分离器频率30Hz及入口一次风压3.0～5.0kPa工况下，磨煤机冷态通风阻力约为1.8～3.0kPa，测试数据为磨煤机热态运行提供参考。

(2)选取锅炉C、F层左右侧墙水冷壁附近贴壁风速分布进行测试，贴壁风挡板具有良好调节特性，而在不同挡板开度下水冷壁贴壁风速整体偏小，建议机组运行时将各层贴壁风挡板开度开至100％，尽可能增大贴壁风风速，改善水冷壁还原性气氛，以防水冷壁高温腐蚀。

(3)针对C、F燃烧器烧损问题，选取该两层部分燃烧器进行冷却风速、内外二次风速测试及飘带试验，当冷却风挡板开度开至100％时，最高风速约3.0m/s，建议机组运行时将燃烧器冷却风挡板开大至80％-100％，以防止磨停运时冷却风量不足；燃烧器内、外二次风环形喷口出口风速均匀性较好；F6飘带示踪试验表明，飘带易卷吸至燃烧器喷口处，建议适当增大各燃烧器外二次风挡板角度，以降低外二次风旋流强度，防止燃烧器烧损。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种超超临界对冲旋流燃烧锅炉冷态通风试验方法，其特征在于：在超超临界对冲旋流燃烧锅炉上开展冷态通风试验，完成锅炉风速、风量测量装置标定及一次风速调平，所述冷态通风试验包括磨煤机冷态通风阻力特性试验、炉内贴壁风特性测试、燃烧器冷却风特性测试、燃烧器内外二次风特性测试及燃烧器飘带示踪试验，风速测试仪器采用热式风速仪；

在磨煤机冷态通风阻力特性试验中，确定需要开展该试验的磨煤机，表征磨煤机冷态通风阻力的参数为磨煤机进出口差压；当磨煤机配置静态分离器时，通过调整磨煤机入口一次风压，得到不同磨煤机入口一次风压下磨煤机进出口的差压数据；当磨煤机配置动态分离器时，通过正交试验的方法，将磨煤机动态分离器频率、磨煤机入口一次风压两个参数设计不同的试验工况，磨煤机动态分离器频率分别选取A1、A2、A3；磨煤机入口一次风压分别选取B1、B2、B3；试验工况组合包括A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3，在以上9种试验工况下，得到磨煤机进出口的差压数据；磨煤机进出口差压、磨煤机入口一次风压及磨煤机动态分离器频率数据均取自锅炉分布式控制系统；

对于炉内贴壁风特性测试，确定需要开展炉内贴壁风特性测试的燃烧器层高，表征炉内贴壁风特性测试的参数为贴壁风喷口风速及侧墙水冷壁贴壁风风速分布；通过正交试验的方法，将该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压、该层燃烧器二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板开度两个参数设计不同的试验工况，该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压分别选取C1、C2；该层燃烧器二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板开度分别选取D1、D2、D3；试验工况组合包括C1D1、C1D2、C1D3、C2D1、C2D2、C2D3，在以上6种试验工况下，得到贴壁风喷口风速及侧墙水冷壁贴壁风风速分布数据；炉膛与燃烧器二次风箱差压数据取自锅炉分布式控制系统，二次风箱入口处四个手动贴壁风挡板开度数据就地读取，贴壁风喷口风速及侧墙水冷壁贴壁风风速分布数据由热式风速仪测得；

对于燃烧器冷却风特性测试，确定需要开展该测试的燃烧器，表征燃烧器冷却风的参数为燃烧器喷口冷却风风速；测试期间每支冷却风管道上的气动冷却风阀开度为100%，通过正交试验的方法，将该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压、该层燃烧器二次风箱入口手动冷却风挡板开度两个参数设计不同的试验工况，该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压分别选取E1、E2；该层燃烧器二次风箱入口手动冷却风挡板开度分别选取F1、F2、F3；试验工况组合包括E1F1、E1F2、E1F3、F2F1、F2F2、F2F3，在以上6种试验工况下，得到燃烧器喷口冷却风风速数据；炉膛与燃烧器二次风箱差压数据取自锅炉分布式控制系统，二次风箱入口手动冷却风挡板开度数据就地读取，燃烧器喷口冷却风风速数据由热式风速仪测得；

对于燃烧器内外二次风特性测试，确定需要开展该测试的燃烧器，表征燃烧器内外二次风的参数为燃烧器内二次风风速及燃烧器外二次风风速；通过调整该燃烧器层高下炉膛与燃烧器二次风箱差压，得到燃烧器内、外二次风风速数据；

对于燃烧器飘带试验，确定需要开展该测试的燃烧器，并在上述燃烧器内外二次风特性测试的测试工况下进行，所述飘带一端系于燃烧器喷口圆形截面中心点，另一端呈自由状态；试验中，观察燃烧器喷口处气流状态，飘带出现卷吸至燃烧器喷口的情况，如存在该情况，说明燃烧器外二次风旋流强度较大，应增大燃烧器外二次风挡板角度，降低燃烧器外二次风的旋流强度；每次增大燃烧器外二次风挡板角度为5°，完成操作后观察飘带形态，直至未出现卷吸至燃烧器喷口的情况后，停止燃烧器外二次风挡板角度调节操作。

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