锅炉炉膛出口烟温偏差处理实例

【摘 要】煤粉炉炉膛出口烟温偏大现状介绍，通过理论、实验分析，得出四角切圆燃烧炉膛出口气流的残余旋转，是形成炉膛出口和水平烟道两侧烟温偏差的主要原因。提出采用将部分燃烧器配风反切，来消弱炉膛出口残余旋转。综合考虑锅炉燃烧器的运行特点，确定了燃烧器上层二次风反切改造方案。改造后运行实践证明，合理的二次风反切角度 ，可有效地抑制和削弱炉膛出口的烟速和烟温偏差 ，且燃烧器上摆一定角度有利于减小炉膛出口的烟温偏差，缓解了高温受热面的热偏差情况，保证了锅炉设备的安全运行，为同类型锅炉的改造提供了参考。

【关键词】锅炉；燃烧器；烟温偏差；原因分析；二次风反切

1 前言

大型四角切圆燃烧煤粉锅炉具有火焰充满度高，风粉混合强烈，有利于煤粉燃尽，火焰温度与热流密度较均匀等优点，但在实际运行中也出现不少问题。大唐河北马头发电公司#8机组锅炉为东方锅炉厂设计制造的DG670-13.7-8型锅炉，系超高压中间再热、单汽包自然循环、固态排渣煤粉炉，单炉膛布置，平衡通风。该锅炉燃烧器采用直流式煤粉燃烧器，热风送粉四角布置，其#1、#3角对冲，#2、#4角对冲，形成φ736mm的逆向假想切圆。

2 原因分析

2.1 理论分析

在四角切向燃煤锅炉中，由于烟气作螺旋上升运动，当烟气到达折烟角时，仍然存在相当大的残余旋转，造成水平烟道区出现相当大的气流不均匀，从而产生烟温偏差。随着锅炉容量的增加，炉膛出口残余旋转气流也将增加。燃烧器喷嘴出口气流几何轴线切于炉膛中心的假想圆，造成气流在炉膛内强烈旋转。炉膛四周是强烈的螺旋上升气流，在中心则是速度很低的微风区，各股射流相互影响，形成一个强烈的炉内旋涡，实际的切圆直径变大。

2.2 试验分析

为了摸清#8锅炉炉膛内的动力场特性和燃烧工况，马头发电公司分别进行了锅炉动力场冷模试验和热态燃烧测试：

通过冷模试验发现，炉内空气动力场的切圆直径约为7800mm，是假想切圆直径的十倍左右，切圆基本位于炉膛中心。一、二次风射流在距燃烧器喷嘴2000mm左右处开始混合，对燃烧器喷嘴附近着火段的影响很小。从炉内空气动力场的测试结果来看，切圆位于炉膛中部，气流在炉内的充满度比较好，在炉膛燃烧器区域不存在气流偏转的现象。

通过对锅炉热态运行中的烟温、壁温进行测试，分析、对比了左右两侧的烟温和壁温，测试结果显示水平烟道内右侧烟温均高于左侧约100℃；从锅炉工质侧来看，主汽减温水量左、右两侧互有高低，再热减温水量左侧小于右侧，从再热汽温和再热蒸汽减温用水情况看，如果左、右两侧蒸汽流量完全相同，也说明右侧烟温比左侧偏高，说明在锅炉实际运行中炉膛燃烧器上部区域存在着较强的烟气偏差。

3 改造方案

3.1反切风方案

消弱炉膛出口残余旋转较为有效的方法是采用将部分燃烧器配风反切，特别是对于已投运的锅炉机组，可以在锅炉设备改造量较小的情况下达到理想的效果。

采用反切风的方法削弱炉膛出口气流的旋转残余，降低水平烟道内左右侧烟气偏差时，可供选择的方案一般有如下几类：

（1）部分一次风反切，其余二、三次风正切；

（2）部分二次风反切，其余一、二、三次风正切；

（3）三次风反切。

无论采取何种反切方案，包括反切喷口位置、层数、反切动量和角度等参数的确定应考虑以下原则：

（1）有效减弱炉膛出口旋转残余；

（2）考虑炉内气流混合强度和对飞灰混合物损失及炉膛出口烟温的影响；

（3）考虑对炉内结渣的影响。

3.2 上二次风反切角度计算

在马头发电公司DG670-13.7-8型锅炉燃烧器改造中采用了美国ABB-CE公司的炉内旋流数Sw计算公式来计算反切风角，ABB-CE公司认为：采用四角切向燃烧技术的锅炉，可以将其炉膛看成一个大型的旋流燃烧器，其旋流数Sw的数学定义式就是气流相对于旋转轴线的旋转动量矩M与气流的轴向动量K及定性尺寸RH的乘积的比值，这与我们所熟悉的旋流燃烧器的旋流强度n的定义式是一致的。

3.3 改造后试验情况

在2009年3月机组状态检修投运后，进行了燃烧器改造后的性能试验，试验结果表明，燃烧器进行上层二次风反切改造后水平烟道左、右两侧烟温在高过前偏差由改造前的102℃降低至38.7℃（平均值），高过后（高再前）偏差由改造前的86℃降低至35℃（平均值）；各高温受热面管的最大壁温值较改造前也都有了明显降低。可见对DG670-13.7-8型锅炉进行燃烧器上层二次风反切的改造消弱了烟气流的旋流强度，减轻了水平烟道中烟气流场的偏置，使炉膛出口和各对流受热面前的烟温偏差问题得到了改善，各高温受热面的壁温偏差都有明显降低。

4 结论

（1）四角切向燃烧锅炉由于炉内旋转气流在炉膛出口处存在残余旋转，在水平烟道内存在左、右两侧烟温偏差现象。

（2）对于四角切向燃烧锅炉，采用部分二次风反切技术可以对削弱炉膛出口残余旋转、降低汽温和壁温偏差以及消除不安全因素起到了一定的作用，收到了较好的效果。

（3）采用反切风技术虽然可以取得较好的烟气消偏效果，但由于炉内气流的旋转强度将减弱，火焰中心将会上移，飞灰可燃物及炉膛出口烟温将会明显增加，因此在采用反切风技术时必须结合燃用煤种及燃烧结构等实际情况，通过计算确定反切层、反切角度及反切动量等重要参数。

参考文献：

[1]屈卫东，李建刚.大型电站锅炉炉膛出口气流偏差的形成. 锅炉制造.2000（3）.

[2]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术.中国电力出版社.2003.

[3]马玉峰.670t/h四角切圆锅炉燃烧器反切消旋改造及其运行.热力发电，2001（05）.