四角布置切圆燃烧锅炉水平烟道内烟温分布的试验研究

　　动力工程四角布置切圆燃烧锅炉水平烟道内烟温分布的试验研究袁益超1，庄恩如2，冯景源2，陈朝晖2，陈之航（ 1.上海理工大学，上海200093 2.上海锅炉厂有限公司，上海200245）通过对某300MW四角布置切圆燃烧锅炉在变负荷工况下水平烟道内烟温分布的现场试验结果的分析，指出了四角布置切圆燃烧锅炉水平烟道内烟温分布的特点及其随负荷变化的规律。图13表4参5授。主要从事强化传热，气液两相流动和锅炉水动力等方面的研究。

　　0前言国内大容量电站锅炉大多采用四角布置切圆燃烧方式。这种燃烧方式的主要特点是每个燃烧器本身不会产生强烈的扰动，而且是借助邻角燃烧器气流的惯性力使燃烧火柱具有一定的旋转强度，对不均匀火焰进行掺混，因而它相当于将整个炉膛作为一个大型燃烧器，能对较多煤种实现稳定燃烧。但是，由于炉内旋转上升气流在炉膛出口还存在相当强的残余旋转，故会对水平烟道内的烟温分布与热负荷分布产生不利的影响，由此引起过热器和再热器系统出现汽温偏差，甚至导致受热面发生超温爆管。这些问题已在许多国产锅炉和进口锅炉中相继发生，而且随着机组容量的增大，偏差问题日趋严重。这已成为此类大容量电站锅炉急需解决的问题之一。

　　为了解决上述问题，不少学者分别从蒸汽侧和烟气侧对其进行了大量的理论分析与试验研究[1～5 ]，并提出了一些改进措施，也取得了一定的成效。但是，长期以来，由于种种原因未能对大容量电站锅炉实际运行过程中水平烟道内的烟温分布及其变化规律进行深入研究。本文正是基于此目的，在有关方面的支持和帮助下，对渭河电厂300M W四角布置切圆燃烧锅炉在不同工况下水平烟道内的烟温分布及受热面出口汽温分布进行了系统的试验研究。

　　1锅炉概况1. 1主要设计参数渭河电厂3号炉是上海锅炉厂生产的SG 1025 /16. 7M 型亚临界自然循环一次中间再热四角布置切圆燃烧单炉膛П型布置的固态排渣煤粉炉，于1991年7月投入运行。该锅炉主要设计参数示于表1，其设计煤质为铜川贫煤和焦坪烟煤以4∶1掺烧的混煤。

　　项目单位M CR负荷过热蒸汽流量过热蒸汽压力过热蒸汽温度再热蒸汽流量再热蒸汽进/出口压力再热蒸汽进/出口温度给水温度冷风温度（预热器进口/环境）热风温度排烟温度（修正值）锅炉热效率（低位热值）1. 2燃烧系统该锅炉制粉系统采用中储式热风送粉，配4台DTM350 /600Ⅲ型钢球磨煤机。4组直流摆动式燃烧器布置在炉膛下部四角，以实现切圆燃烧。

　　每组燃烧器由4层一次风、6层二次风和2层三次风组成。一、二次风间隔布置，在B、C和E、F层一次风间分别布置一层启旋二次风BC和EF，并偏离一、三次风轴线20°形成逆时针切圆。在燃烧器顶部布置一层消旋二次风Ⅱ，并反向偏离一、三次风轴线20°形成顺时针切圆。制粉系统乏气由排粉机升压后进入H、I二层三次风喷嘴，三次风喷嘴布置在一次风F与消旋二次风Ⅱ之间。每套制粉系统乏气对角进入一层三次风喷嘴。

　　1. 3汽水系统该锅炉采用自然循环，炉膛为模式水冷壁。过热器由辐射式和对流式2部分组成。蒸汽流程为：饱和蒸汽顶棚过热器尾部竖井周墙及隔墙过热器尾部竖井低温过热器分隔屏过热器后屏过热器高温过热器。后屏过热器出口集箱蒸汽导管左右交叉进入高温过热器入口集箱。分隔屏过热器前布置一级喷水，后屏过热器出口两侧均有二级喷水。

　　再热器均为对流受热面。再热蒸汽流程为：汽轮机高压缸排汽再热器入口集箱低温再热器高温再热器再热器出口集箱汽轮机中压缸。高温再热器布置在高温过热器后水平烟道内，低温再热器布置在尾部竖井靠前墙的烟道内。再热汽温主要靠尾部烟气档板调节，再热器入口还设有事故喷水装置。

　　2烟温测点布置为了比较全面地研究水平烟道内烟温分布情况，本试验根据网格法在高温过热器进口及高温再热器进口和出口截面沿水平烟道宽度方向均匀布置7点，上、中、下布置3层，每一截面共计21点，水平烟道区域共布置63个烟温测点，测点布置如图1所示。烟温采用带遮热罩的O5mm铂铑铂双支铠装热电偶与IM P数据采集系统巡回测量。

　　3试验结果及其分析3. 1试验工况主要运行参数试验时煤质特性及主要运行参数分别示于表负荷过热蒸汽过热蒸汽压力再热蒸汽温度再热蒸汽压力省煤器出口氧3. 2高温过热器进口区域区域烟温分布曲线，从中可看出：在300MW负荷时，水平烟道宽度方向烟温分布曲线呈M型，其中下层的烟温明显高于中层和上层，这主要是由于烟气沿折烟角壁面短路至以后各级受热面。在此区域*高烟温出现在下层中间约4°C，*高与*低烟温之差近250°C中层烟温分布较均匀，*高与*低烟温分别为1033°C和920°C上层的*高与*低烟温分别为965°C和829°C.此外，由图中可知：该区该中层烟温分布接近于高度方向的平均烟温分布。

　　当负荷降至240MW时，从图3可以看出：上、中、下3层的烟温分布变化不大，这时的*高烟温出现在下层右侧，下层的*高与*低烟温分别为1039°C和799°C.中层的烟温分布较均匀，且其烟温水平较接近于该区域高度方向的平均值。

　　从200M W负荷时水平烟道内烟温分布情况动力工程看（图4） ，此时烟温分布仍呈M型，其分布规律没有大的变化，下层烟温*高，*高与*低烟温分别为1027°C和846°C，中层的*高与*低烟温分别为969°C和787°C，上层的*高与*低烟温分别为922°C和777°C.中层烟温分布接近于高度方向平均烟温分布。

　　从图5所示不同负荷时该区域高度方向平均烟温分布情况看：随负荷降低，该区域烟温水平随之下降，而两侧烟温偏差系数相对增大，在300M W与240MW负荷时两侧烟温偏差分别为和9°C左右在200MW负荷时水平烟道内烟温偏差约为23°C.

　　3. 3高温再热器进口区域在300M W负荷时，从图6可看出：该区域上、中、下3层沿烟道宽度的烟温分布也呈M型，右侧烟温比左侧高，而烟道中间烟温相对较低，*高烟温出现在下层右侧，约1021°C*低烟温出现在上层右侧，约745°C.烟道左侧烟温变化较小，*高与*低烟温之差约130°C，而右侧烟温变化则达276°C左右。该区域高度方向的平均烟温分布与中层的烟温分布较接近，左右侧烟温偏由图7可知：在240M W负荷时，尽管负荷已降低，烟道内烟温分布规律仍与300MW负荷时相似，但烟温水平有所降低，该区域*高烟温为下层右侧的999°C左右，*低烟温为上层右侧的中层烟温分布也较接近于高度方向的平均烟温分布。

　　在200M W负荷时，从图8可以看出：这时烟道左右侧的烟温分布趋于均匀，*高烟温为下层的880°C，左右侧烟温偏差不大。

　　从图9所示的不同负荷时烟道高度方向的平均烟温看，随负荷变化烟温分布都呈M型。当负动力工程荷由300MW降至240MW时，烟道内烟温水平约降低50°C，但其分布规律变化不大，*高与*低平均烟温之差约°C，烟道中间的烟温仍相对较低。当负荷进一步降至200MW时，由于炉内燃烧工况发生变化，使右侧烟温比左侧略低。

　　3. 4高温再热器出口区域从图10可见：在300MW负荷时，高温再热器出口区域烟温分布也呈M型，该区域平均烟温比高温过热器进口区域下降近200°C，比高温再热器进口区域则低100°C左右，下层的烟温*高，中层次之，上层*低，右侧烟温高于左侧，*高烟温出现于下层中间约856°C，*低烟温出现于上层右侧约650°C.

　　从图11所示的240M W负荷时烟温分布看：此时烟道内烟温分布规律与300M W负荷时比较没有明显变化，也呈M型分布，右侧烟温略高于左侧，*高烟温出现在下层右侧，约821°C，*低烟温出现在上层右侧约605°C.

　　从图12可见：在200MW负荷时，烟道内烟温分布有所变化，左右侧偏差减小，*高烟温在下层中间约为792°C，*低烟温在上层右侧约543°C.而从图13可见：在不同负荷时烟道内烟温分布曲线基本呈M型，负荷降低烟温水平也随之下降，当负荷由300MW降至200M W时，烟道左侧烟温变化仅50°C，而右侧变化则达120°C.

　　试验参数测点位置高温过热器进口区域高温再热器进口区域高温再热器出口区域左侧平均烟温（°C）右侧平均烟温（°C）左右侧偏差（°C）注：右侧平均烟温t右/n，n―右侧测点数左侧平均烟温t左/m ， m―左侧测点数左右侧烟温偏差Δt= t右左。

　　动力工程从表4中可以看出：机组负荷为300MW、和200MW时，高温过热器进口区域烟温水平分别为970°C、881°C和880°C，其中当负荷由300MW降至240M W时烟温变化比较明显，负荷由240MW进一步降至200MW则不明显，右侧与左侧的烟温偏差分别为 3°C、 9°C和12°C高温再热器进口区域的烟温在300MW、和779°C，负荷降低烟温水平也随之下降，右侧的烟温高于左侧，这时的右侧与左侧的烟温偏差分别为 7°C、12°C和 11°C高温再热器出口区域烟温分别为770°C、730°C和720°C，右侧与左侧的烟温偏差分别为8°C、4°C和 18°C.

　　4结论（ 1）由于炉内旋转气流在炉膛出口处存在残余旋转，在水平烟道内形成了一个相对稳定的M形烟温分布规律。

　　（ 2）在高温过热器进口区域、高温再热器进口区域和高温再热器出口区域（即转向室入口区域）左右侧平均烟温偏差均小于35°C，且沿烟气流程偏差减小。

　　（ 3）随着锅炉负荷降低，水平烟道两侧的烟温偏差相对增大。

　　（ 4）在水平烟道内，烟温沿高度方向分布也不均匀，烟道中部的烟温分布较接近于高度方向的平均烟温分布。

　　上海锅炉厂科技论文选集[ C]， 1993.

　　及汽温特性研究[M ].上海理工大学，上海锅炉厂， 1994， 12.

　　平烟道烟温、汽温偏差原因分析及防止对策[ J].动力工程，流量分布的试验研究[ J].动力工程， 1996， 16（ 3） .

　　动力工程的现状和发展[ J].动力工程， 1993（ 11） .

　　东电力科学技术情报所， 1993（ 12）。

　　程的综合数值模拟及流场实验研究[ J].中国电机工程学报，差的数值模拟[ J].中国电机工程学报， 1996， 16（ 4）。

　　动力工程