邹县电厂#4炉排烟温度偏差大原因分析 邹县电厂历任厂长

　　摘要：邹县电厂335MW机组采用四角切圆燃烧锅炉，目前#4机组锅炉存在烟气偏差大的问题，本文从热力学和理论力学的角度分析偏差产生的机理，提出了改进方向。　　关键词：四角切圆锅炉 烟气偏差 形成机理
　　一、概述
　　邹县电厂4台335MW机组锅炉为自然循环单炉膛汽包锅炉，采用倒U型布置、直流喷燃器、四角布置、切向燃烧、固态排渣、平衡通风。四角切向燃烧锅炉由于其着火稳定性好、炉内热负荷分布较均匀以及对煤种和负荷适应性强等优点而成为电站锅炉广泛采用的一种炉型。但是，在早期投产的锅炉机组中，发现采用四角切向燃烧方式大容量电站锅炉普遍存在较严重的烟气侧速度和温度偏差以及过热器、再热器汽温偏差，甚至于频繁发生超温爆管的事故。由于这个问题的普遍性和对锅炉运行安全性、可靠性的不利影响，已引起国内动力工程界、电站锅炉制造厂家和用户的高度关注。
　　二、烟气偏差形成的热力学分析
　　一般来说，炉膛出口处气流的残余旋转是引起烟速偏差的根本原因，而烟温偏差又与烟速偏差成正比关系。
　　1.残余旋转在炉内的形成过程
　　在炉膛内，从四角燃烧器喷口喷出的射流沿错动的燃烧喷口轴线进入炉膛后，在上游环流作用下向水冷壁偏转，此偏转射流尾端受下游邻角射流的拦截而弯曲，形成炉内旋转气流，这种旋转气流呈螺旋状上升一直到炉膛出口，对四角均匀投粉、配风的正常运行工况来讲，可以认为截止到分隔屏底，炉内气流的温度场和速度场是左右对称的，没有偏置现象存在。然而随着旋转气流离开垂直炉膛向后部水平烟道运动过程中，残余旋转的存在使气流在左右两侧烟道中形成偏差。
　　2.残余旋转对屏区烟气偏差的影响
　　在进入屏区后，由于残余旋流的存在，出现了烟气速度场、流量场及温度场的偏置现象。对逆时针切圆燃烧方式的锅炉，上炉膛左侧气室内烟气向炉后运动的阻力大于右侧，从而造成了左侧区烟气流量低于右侧区烟气流量，即左侧的烟气速度小于右侧的烟气速度。但是在左侧区气室中气流的运动机理比右侧气室中气流的运动机理复杂，气流在左侧气室中有一个速度衰减、滞止及反向加速过程，而已经反向加速的前锋气流又会涡流而造成较强的气流扰动，强化了左侧区的烟气对流换热；而右侧区气室内气流的运动情况则比较简明，气流进入屏区后，在两个基本同向的力的作用下，平稳地加速流向炉后。这样，在辐射条件等同的情况下，由于左侧受热面附加了上述对流强化效应，造成了工质吸热左多右少的分布现象，这是一个定性的可能因素。另外，由于残余旋流的存在，左侧区主烟气流的流向向前，而主烟气流方向是指向炉后的，因此，其主气流只经过分隔屏的下部区域（或不经过分隔屏）而直接短路流向炉后。后屏区的烟气流动情况也与之类似，对逆时针旋转的锅炉而言，炉膛出口处气流分布为右高左低，炉膛出口处的烟气相对速度分布，气流没有旋转时，炉膛出口速度为正态抛物线分布；当气流旋转时，在炉膛出口处左右侧气流会产生偏差，最大速度偏差可达1.8～2.0。
　　3.残余旋转对水平烟道烟气偏差的影响
　　水平烟道入口沿宽度方向的烟速偏差会引起烟温偏差，因为烟速低的烟气通过同一等长烟道的时间要比烟速高的长，所以每公斤烟气放热多，温降大，烟温自然就低烟气对管束的对流放热系数a∞V0.65，故烟速V低的a小，又因烟温低，温压△t也小，故烟速低的区域蒸汽吸热也少，因此炉膛出口烟速分布的不均匀（右高左低），将引起水平烟道受热面管束吸热不均匀，右侧管束的吸热量将比左侧高。
　　这样，由于烟气在水平烟道入口右侧区的体积流量高于左侧区的体积流量（即右侧烟速高于左侧烟速），导致右侧区烟温水平低于左侧区烟温水平的这一事实，强化了水平烟道内右侧区域受热面上的对流换热，使水平烟道中各级受热面比炉膛出口受热面右侧的汽温与管壁温度都高，所处的环境最恶劣，经常发生超温爆管的现象。
　　三、烟气偏差形成的理论力学分析
　　选炉膛为定系，烟气所形成的圆柱体为动系，圆柱体内任意一点为动点。动系相对定系的运动为牵连运动，认为是炉膛内气流的整体运行，其速度为牵连速度VQ表示，动点相对于动系的运动相对运动，其速度为相对速度，用VX表示，当燃烧器切向喷出的气流在炉内形成旋涡，除沿炉膛中心上下轴线外，任意一点的气流都在由气流组成的圆柱体内按各自的运动轨迹做旋转运动，并具有一定的切向速度。动点与定系之间的运动为绝对运动，其速度为绝对速度，用VJ表示。上述3个速度的矢量关系式为： VJ=VQ+VX
　　炉内烟气从下部旋转上升，各质点都有各自不同的绝对速度，因此可看成无数个质点遵循不同的运动轨迹旋转向上而行。在烟气上升过程中对于A、B两侧不同质点1，1ˊ来说，由于VX和VQ互为垂直，从理论上说质点1和质点1ˊ均有相等绝对值即|VJ1|=|VJ1’|，但A侧的质点VJ1水平方向的分量均指向水平烟道流向，而B侧的质点VJ1’水平方向的分量逆向水平烟道。当烟气升至折焰角上部烟道附近时，由于VQ从上下运动改为水平烟道。当烟气升至与VJ合成得到一个新的合成速度VW=VJ+VQ。显然处于A侧的质点VJ1与VQ迭加后其水平分量是增加的，而处于B侧的质点VJ1’与VQ迭加后其水平分量是减少的。这就是水平烟道右侧速度高于左侧的原因。同时由于右侧的烟速高，而管内蒸汽带走热量有限，烟气热量得不到有效释放，故右侧温高于左侧烟温。
　　四、 结束语
　　根据烟气偏差形成的原因，为解决水平烟道内烟速和烟温的偏差，一方面可以根据残余旋转产生的原因，从炉内着手，通过更好的组织炉内空气动力工况来削弱炉膛出口气流的残余旋转；另一方面可以从上部炉膛及水平烟道结构着手，通过改进布置在上部炉膛屏的结构和折焰角的结构，来使水平烟道入口的烟速分布均匀化。
　　参考文献
　　[1]《锅炉水平烟道温差大的原因分析及处理.湖南电力》.钟先良.2000
　　[2]《锅炉运行》 山东电力工业邹县发电培训中心
　　[3]《335MW机组集控运行规程》 修编人：刘合义.贾仰生.宋吉虎 吴建勋.
　　作者简介： 吴珍（1977-），女，山东宁阳人，助理工程师，目前在华电国际邹县发电厂从事集控运行工作。

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