300 MW 机组 W 型火焰锅炉燃烧调整试验研究.PDF

第19卷 第1期 1999年2月 动 力 工 程 POW ER EN GI N EER I N G Vol . 19 No. 1 Feb.199923 300MW机组W型火焰锅炉燃烧调整试验研究 阎维平 高正阳 保定 华北电力大学 姜 平 山西阳泉第二发电厂 摘 要 针对山西阳泉第二发电厂300 MW机组W型火焰锅炉存在的过热器超温、 飞灰含碳量高、 结渣等问题, 进行了以二次风配风试验为主要内容的锅炉燃烧调整,通过在不同工况下检测炉内火焰温度分布等锅炉运 行参数,分析了各主要二次风对锅炉炉内燃烧工况的影响及其调节规律,并讨论了锅炉负荷变化时对炉内温 度分布和配风的影响。图6表2参1 主题词 电站机组 W型火焰 锅炉 燃烧 试验 1998205229来稿, 1998209222收到修改稿。 0 前言 W型火焰锅炉燃烧方式在组织无烟煤燃烧 方面具有优于传统的四角燃烧方式的性能,是解 决无烟煤着火困难、 燃烧效率低的一个重要技术 方案。 自90年代以来,大型W型火焰锅炉开始在 我国投入运行, 1996年东方锅炉厂采用引进美国 福斯特惠勒公司技术制造的国产首台300 MW 机组W型火焰锅炉在山西阳泉第二发电厂正式 投运,现已有十几台国产或进口机组投入运行或 在建之中。 由于W型火焰锅炉炉内流动和配风方式较 四角切圆燃烧炉复杂,燃烧运行技术存在显著的 差别,对习惯于传统的四角燃烧运行方式的运行 人员来说,普遍缺乏深入的认识和运行经验。因 此,锅炉运行中炉膛结渣、 过热器和再热器超温、 飞灰含碳量高、 变负荷运行困难等问题较为普遍。 本项工作针对国产首台300 MW机组W型 火焰锅炉在投产初期所存在的运行问题,对锅炉 的炉内配风、 运行调节及其对燃烧的影响进行了 初步的试验研究,所得出的结论对深入认识W型 火焰锅炉的设计原理、 燃烧配风技术和运行规律 有一定的参考价值。 1 国产300MW“W” 型火焰锅炉的 基本特点 该W型火焰锅炉采用美国福斯特惠勒公 司技术设计制造,亚临界参数、 一次中间再热、 自 然循环、 平衡通风、 固态排渣、 尾部双烟道布置,如 图1所示。锅炉额定出力1025t h, 计算燃料消耗 量123. 8th。炉膛宽度24. 765m ,下炉膛深度 13. 344m ,冷灰斗一半计起的高度为11. 4m;上炉 膛深度7. 239m ,至折焰角鼻部高度为14. 39m ,炉 膛水冷壁总辐射面积3113m 2, 炉膛出口设计烟温 1119C。按设计煤质计算,炉膛容积热负荷120. 8 kWm 3, 下部炉膛断面热负荷2475kWm 3, 上部 炉膛断面热负荷4563kWm 2。 由于下部炉膛截面 热负荷低于常规推荐值,因此,为使下部炉膛着火 区域内保持较高的温度水平,下炉膛水冷壁敷设 有约占炉膛水冷壁总辐射面积30的卫燃带。 图1 300MW“W” 型火焰锅炉整体示意图 1-炉膛 2-燃烧器 3-全大屏过热器 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表1 锅炉设计煤种分析 应用基 碳 应用基 氢 应用基 氧 应用基 氮 应用基 硫 可燃基 挥发份 应用基 水份 分析基 水份 应用基 灰份 应用基低位 发热量 kJkg 64. 52. 252. 01. 011. 659. 425. 441. 523. 1523750 表2 锅炉风量分配表 一次风 A二次风 B二次风 D二次风 E二次风 F二次风 占总风量比例20～259. 4～109. 4～106～7. 213～13. 8436～39 锅炉设计煤种为阳泉五矿洗末煤与地方原煤 的混煤表1,锅炉实际燃煤的煤质基本在设计 允许的变化范围内。燃烧系统采用双进双出球磨 机正压直吹式, 24只双旋风筒分离浓缩型煤粉燃 烧器交错布置在前后墙拱顶上,分离的乏气经乏 气喷口送入炉膛,调节乏气挡板的开度可改变一 次风的煤粉浓度。送入大风箱中的全部二次风采 取分级送风的配风方式,通过由上至下排列的6 只送风口送入炉膛依次称为A、B、C、D、E、F , 其中A、B为拱部二次风,布置于前后拱顶处 ; C 二次风用于油枪供风 ;D 、E、F水平布置于锅炉前 后墙,称为前后墙二次风 ,D 风量最小 , F 风量最 大 , E 风量居中,旨在组织无烟煤的高效燃烧并抑 制NOx的生成表 2 。风口布置方式如图2所 示。 图2 燃烧器区域示意图 2 运行中存在的问题和分析 “W” 型火焰锅炉在结构上具有炉膛高度较低 且较宽的特点,在组织无烟煤高效、 低污染燃烧中 采取了包括多级二次风分级配风,敷设大面积的 卫燃带等各种措施,因而增加了实际运行中调节 的复杂性和难度。 由于炉膛高度较低,且下部炉膛受热面吸热 量较少,炉膛出口烟温变化敏感且不易控制,所以 火焰中心位置的变化对炉膛上部过热器的辐射换 热量的影响相对较大[1]。当锅炉负荷、 煤质、 配风 发生变化时,若调节不当均可能引起火焰中心温 度和位置的变化。 若火焰中心上移,由于炉膛出口烟温升高和 辐射热强度增加,造成过热器、 再热器超温,并可 能引起炉膛上部结渣;同时火焰行程缩短,甚至火 焰发生短路,部分煤粉的燃烧推迟至截面积大大 减少的炉膛上部,使上部炉膛压力出现较大幅度 的脉动,正压明显,锅炉升负荷加风困难,而且煤 粉燃尽性能下降;当火焰中心偏下时,则易造成火 焰直接冲刷冷灰斗,造成冷灰斗严重结渣。 另外,“W” 火焰锅炉宽度较大,炉内中部的温 度较两侧高,在采用大风箱配风的情况下,中部二 次风的穿透能力较两侧弱,且横向混合较差,易出 现两侧风量过剩较多,而中间通常缺风的情况。 该机组在投运初期,锅炉飞灰含碳量达20 以上,最高超过40。过热器与再热器汽温超温 严重,并出现过炉膛冷灰斗或炉膛出口严重结渣 的情况。锅炉效率最低仅82 ,与锅炉设计效率 91有较大差距,平均发电标准煤耗达421gkW h。 3 燃烧配风调整试验 为了分析在各种工况时,不同二次风配风方 式下火焰中心位置和温度变化的规律及其对锅炉 炉内工况的影响,以沿炉膛壁面4个不同高度上 的18个看火孔作为炉内火焰温度的测点,采用高 温光学高温计测定不同负荷、 不同二次风配风方 式下炉膛内各点的火焰平均温度,推测火焰中心 位置的变化趋势,并记录飞灰含碳量、 省煤器后的 烟气氧量等运行数据。 3. 1 拱部二次风风量对炉膛内温度分布的影响 42 动 力 工 程第19卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图3是在机组负荷为300 MW时 ,A 、B风量 相应增加约4和17时炉膛温度沿高度变化的 测量结果。A、B风量增大时炉膛温度水平升高, 特别是在炉膛高度约 9m 附近处,温度升高尤为 明显。 图3 拱部二次风量变化对炉膛温度的影响 1- A挡板开度, 60;B挡板开度, 80 2- A挡板开度, 30;B挡板开度, 60 这表明,随A、B二次风量的增加,由锅炉拱 部送入的向下的一次风气流与A、B二次风混合 后的气流刚度增强,煤粉气流向炉膛下部穿透的 深度增加,煤粉在下炉膛内释放热量增加,炉膛火 焰中心的位置下降,导致炉膛下部的温度升高较 多。 在炉膛下部温度水平提高的同时,由于炉膛内 卫燃带面积较大,炉膛水冷避吸热量随炉膛温度 水平的提高增加不多,炉膛出口处的烟气温度也 有所上升。 但是,过大的A、B二次风量,将使煤粉 火焰继续下冲,火焰直接冲刷冷灰斗而导致结渣。 3. 2 前后墙二次风组织煤粉气流分级燃烧的作 用 D、E、F二次风从锅炉前后墙水平送入炉膛。 由于一次风经旋风分离后具有较高的浓度,既有 利于无烟煤着火但也需及时补充空气。距一次风 喷口较近的D、E二次风分批地与煤粉气流混合, 以供给煤粉在着火后燃烧所需的氧气,并控制火 焰的峰值温度,抑制NOx的生成。 图4为机组负荷300 MW时D二次风量变化 对炉膛温度的影响。在炉膛高度25m以下,随D 二次风量的增大,炉膛温度有所提高,在高于25m 的炉膛范围内影响不大。因此,一定范围内D二 次风量的变化对煤粉气流在炉膛内的穿透能力没 有显著的影响,但可通过调节风量补充煤粉气流 着火前期所必需的氧气,促进煤粉的着火和燃烧。 E二次风具有类似的作用。 由于条件的限制,未对 NOx的生成量进行测定。 图4 D二次风量变化对炉膛温度的影响 1- D挡板开度, 25 2- D挡板开度, 10 锅炉的F二次风设计风量占总二次风量的 48左右,从锅炉前后墙最下层喷口水平送入 , F 二次风一方面提供煤粉颗粒后期燃烧所需的氧 气;另一方面,由于其风量比例较大,对锅炉的总 送风量是否充足和火焰形状、 火焰中心的位置均 有较重要的影响。 图5中所示结果表明,当F二次风量增加约 35左右时,炉内的着火和燃烧整体得到强化,沿 炉膛高度温度水平提高幅度较大,省煤器后烟气 氧量由1. 8提高到5. 2 ,飞灰含碳量由30 降低为10 ,结果也说明F风量小的工况下炉膛 二次风总量有较明显的不足,导致煤粉后期燃烧 较差,煤粉颗粒的不完全燃烧损失增加。同时,炉 膛出口烟温也随之升高,必须相应地采取其它二 次风调节手段,来降低火焰中心的位置。因此,在 燃烧调整中应监视炉膛下部火焰温度,使火焰中 心处于比较适当的位置。 图5 F二次风量变化对炉膛温度的影响 1- F挡板开度大 2- F挡板开度小 3. 3 锅炉负荷变化的影响 在常规燃煤锅炉的运行中,当负荷变化时,往 52 第1期动 力 工 程 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 往通过送风调节改变二次风大风箱的风压或总风 压来增减二次风量,一般不对各二次风挡板进行 调节。 但对 “W” 型火焰锅炉来说,二次风配风系统 复杂,各二次风通流面积差别较大。譬如,当锅炉 负荷升高,二次风箱压力增加时 , F 二次风量增加 最多,其它各风量增加较少,沿炉膛宽度风量的变 化也较大,尤其是火焰中心温度与位置等锅炉运 行状况对各股二次风量的相对变化十分敏感。 图6所示为锅炉在不同负荷下炉内温度的测 量结果。当锅炉负荷从250 MW升到290 MW时, 若维持燃烧器各二次风挡板开度不变,炉膛温度 分布情况将发生较显著的变化。在低于20m左右 的炉膛范围内温度下降,而在高于20m左右的炉 膛范围内,炉膛温度随负荷的升高而上升。 表明随 锅炉负荷的升高,火焰中心上移。 由于炉膛高度较 低,火焰中心位置的改变影响相对较大,阳泉第二 发电厂1号机组 “W” 型火焰锅炉在投运初期,当 锅炉负荷接近额定负荷300 MW时,过热器超温 严重。 图6 锅炉负荷对炉膛温度的影响 1-锅炉负荷为250MW 2-锅炉负荷为290MW 因此,在 “W” 型火焰锅炉运行中,必须随负荷 的变化对炉膛的二次风配风进行适当调整。 譬如, 随锅炉负荷的升高,相对增加A、B二次风和减小 F二次风所占比例,使煤粉气流在炉膛内的穿透 能力增强,压低火焰中心,延长煤粉颗粒在炉膛内 的行程,增加煤粉颗粒在炉膛内的停留时间,降低 飞灰可燃物损失,并增加炉膛水冷壁吸热,避 免过热器的超温。 但是,根据实际运行的经验,若 A、B二次风量过高,易与一次风粉流较早混和, 造成煤粉浓度下降,对着火会产生不良影响。而 且,过高的A、B二次风量会造成煤粉火焰直接冲 刷冷灰斗。 因此,在运行调整中应控制炉膛下部火 焰温度。根据对本炉的实验结果,当炉膛下部约 9m 高度火焰温度低于1000C时,说明炉膛火焰 中心位置偏上,应增加A、B二次风量;当炉膛下 部温度达到1050C到1100C范围内时 ,A 、B二 次风量较为合适。同时,在锅炉运行中,应使二次 风箱压力维持在1000Pa左右,保证锅炉总的风 量需求。 4 结论 各二次风量的单独配风试验结果和分析表 明,拱部A、B二次风对形成正常的 “W” 型燃烧火 焰起着重要的作用 ;D 、E二次风主要起分级配风 的作用 ; F 二次风应满足锅炉总风量的要求,同时 与A、B二次风配合共同对火焰的中心位置有显 著影响。 但是,“W” 型火焰锅炉的正常工作取决于各 个二次风在炉内合理配风的综合效果,必须经过 对特定锅炉系统的燃烧调整试验得出各级二次风 配风的基本规律,在运行中或负荷变化时,通过监 视炉内某些特征点的温度水平和二次风箱的风压 等数据,及时调整各个二次风的风量,维持锅炉的 正常运行。 该项实验工作得到了东方锅炉厂有关技术人 员的协助。 参考文献 [ 1]阎维平.锅炉炉膛高度对过热汽温影响的研究.锅炉技术, 19979 第一作者简介 阎维平,男,生于1955年12月,现任华北电 力大学动力系教授。1992年7月毕业于西安交通大学能源与动 力工程系,获工学博士学位。近年来主要从事高效低污染煤粉燃 烧和洁净煤利用技术的研究课题,获得2项实用新型专利。在国 内外发表科研论文30多篇,合作编著 流化床锅炉燃烧技术 著 作1本。 62 动 力 工 程第19卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ing, 1999, 191 17～22 In our country all utility unitsw ith the capacity larger than 125 MW are equippedw ith reheat boil2 ers exclusively. The i mportantmeans for enhancing their operation economy are solving the problem of reheat steam temperature adjustmentRSTAand control . In this paper the development of reheat steam temperature adjusting devices used in domestic utility boilers is recalled firstly, then the linkage of steam temperature and the exhausting condition of steam turbine asw ell as the influence on pendant tube safety during adjustment are discussed. The situation,w hich show ing quite higher emergencyw a2 ter spray in reheat system in many large utility boilers is unacceptable, should be corrected effectively. The test on a 300 MW controlled circulation boiler for RSTA by titable burners ismore detailed men2 tioned,meanw hile the phenomena called“temperature abnormal variation”and it’s reason are analyzed basically. Some requirements on automatic control circuit configuration for RSTA are also review ed. Figs 4, tables 7 and refs 5. Yan W ei-pingBaoding, North China Un iversity of Electric Power, Gao Zheng-yang, Jiang Ping. Combustion Experi ments of the 300 MW“W”Type Flame Boiler. Power Engineering, 1999, 191 23～ 26 W ith the objective of solving the problem s of superheater overheating, high carbon carry over and furnace slagging of the 300 MW“W”type flame boilers since it w as put into operation, the combustion experi mentsw ere carried out, emphasized on the secondaryair regulating behaviors. The flame temper2 ature distributiopns w ere measured under the different operating conditions . The effects of different combination of secondary2air flow rates on combustion perance are analyzed. The influence of boil2 er load variation is also discussed. Figs 6, tables 2 and ref 1. Luo Yong-haoShangha i, Shangha i Jiaotong Un iversity,WangM eng-hao.Study of the Opti mum De- sign of Construction for Reheater of Large Capacity Utility Boiler.Power Engineering, 1999, 191 27～29 The overheating tube burst accidents occurred w idely in reheaters of large capacity utility boilers . One of the main reasons causing fault design is the error calculation s for determ ining the flow deviation of steam. A n i mproving calculation is proposed in this paper. The opti mum designs of constructions are suggested for two typical real examples by using the new . Figs 5 and refs 5. L iu Jian-xinTianjin, Tianjin Un iversity, Jin Ha i- bo. Experi mental Study of Boiling Heat Transfer on Porous Tube.Power Engineering, 1999, 191 30～33 The heat transfer perance of the porous tube sintered metallic coating has been tested. The results show ed that the porous tube could enhance the boiling heat transfer. Compared w ith that of smooth tube, its boiling heat transfer coefficients on the porous surface increased 5～6 ti mes . Figs 8 and refs 6. Guan L i-junJiamosi,College of Technology, Jiamosi Un iversity, Tian De-yun.rgy Analysis Ap- plied to Heat Exchangers . Power Engineering, 1999, 191 34～36 Heat balancing s are generally used in design and analysis of heat exchangers . This paper makes use of rgy efficiency to analyse the thermal perance of heat exchangers and, based on this ,provides relationships betw een rgy efficiency heat exchangers and its heatload, its heat exchanging tube diameters as w ell as its velocity of the heat and cold media. Figs 5 and refs 8. Chen Ha i-pingBaoding, North-China Un iversity of Power Engineering, Zhang Shu-fang, Zhang Chun-fa, Zhou Jian. The Thermal Un itMatrix M ethod on the Thermodynam ic System of a Power Plant . Power Engineering, 1999, 191 37～40, 16 The heat economy analysis of the thermodynam ic system is an i mportant technicalmens of ener2 87 动 力 工 程第19卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.