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大型煤粉鍋爐減小鍋爐熱偏差的爐內(nèi)措施

文檔作者：潘紅秋文檔來源：浙江百能科技有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月28日
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余熱鍋爐 2013．3
大型煤粉鍋爐減小鍋爐熱偏差的爐內(nèi)措施
浙江百能科技有限公司潘紅秋
摘要采用四角切圓燃燒技術(shù)的大型煤粉鍋爐，由于爐內(nèi)燃燒熱偏差而導(dǎo)
致的事故在電廠事故中占很大比例，本文總結(jié)了國內(nèi)幾種防止鍋爐爐內(nèi)熱偏差的
措施，希望對行業(yè)內(nèi)同仁能有所幫助。
關(guān)鍵詞煤粉鍋爐 熱偏差措施
1．前言
目前在大型煤粉鍋爐中，爐膛燃燒大多
采用四角切圓燃燒方式，由于四角切圓燃燒
本身所固有的特點，鍋爐爐膛出口氣流將存
在殘余旋轉(zhuǎn)，并因此導(dǎo)致煙道氣流的速度偏
差。如果煙氣體積流量和煙溫均高于左側(cè)區(qū)
域，那么位于煙道右側(cè)的對流受熱面由于煙
氣側(cè)對流換熱得到強化造成其左右側(cè)出口
工質(zhì)的較大溫差，從而使兩側(cè)的金屬壁溫造
成較大偏差，威脅到鍋爐的安全運行。若使?fàn)t
膛出口氣流殘余旋轉(zhuǎn)強度減弱，則可降低四
角切圓燃燒鍋爐煙道整個流程的氣流速度偏
差。下面總結(jié)了國內(nèi)幾種防止鍋爐爐內(nèi)熱偏
差的措施。
2．水平煙道前消旋技術(shù)
上海理工大學(xué)張長魯?shù)热颂岢鲈跔t膛出
口加裝十字形受熱面(圖1)的方法削旋。他
們在爐膛出口屏式過熱器下面(如圖2)安
裝了十字型消旋器，進行冷模試驗，發(fā)現(xiàn)十字
型消旋器不會對爐內(nèi)氣流主旋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影
響，若消旋器結(jié)構(gòu)尺寸適當(dāng)，則在較大程度上
可以降低爐膛出口處及水平煙道中氣流速度
偏差，同時也使水平煙道的顆粒濃度分布更
均勻。但采用消旋器并不能明顯地消除截面
流量偏差。并指出：對于同一形狀的消旋器
其消旋效果并非隨著其高度的增加就一定更
好，而是隨高度增加消旋效果先變好后變差；
存在著一個最佳消旋高度[1】。
圖1 十字型消旋器
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余熱鍋爐2013．3 29
圖2 消旋器安裝位置
加消旋器消除熱偏差，不用改變?nèi)紵?
風(fēng)方式，也不用改變受熱面，改造簡單，不影
響著火、燃燼和鍋爐效率，但消旋器暴露在高
溫?zé)煔庵?，條件惡劣，其冷卻問題應(yīng)該引起重
視
3．采用好的燃燒、配風(fēng)方式
上面已經(jīng)提到，四角切圓燃燒鍋爐爐膛
出口產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)殘余是產(chǎn)生熱偏差的主要原
因，而扭轉(zhuǎn)的產(chǎn)生就是源于燃燒配風(fēng)。如果我
們能夠在不顯著影響著火、燃燒的前提下，通
過改善燃燒、配風(fēng)方式減小扭轉(zhuǎn)殘余，不失為
一個好辦法。
可以嘗試采用“V”形體的一次風(fēng)噴嘴。
由于“V”形體的作用，使煤粉氣流分成兩部
分，增加高溫?zé)煔饣亓?，具有穩(wěn)定火焰和提高
煤粉適應(yīng)性的作用。同時也使一次風(fēng)混合物
剛性降低，有利于減小煙氣流的旋轉(zhuǎn)強度。燃
燒器出口加裝其他形狀的盾體也可起到這樣
的效果。
劉泰生等研究發(fā)現(xiàn)，配風(fēng)方式偏離均等
配風(fēng)程度越深，爐內(nèi)旋流數(shù)越大；一二次風(fēng)
風(fēng)速相等時將使得爐內(nèi)旋流數(shù)越小[2]。而我
們一般的電廠鍋爐，一、二、三次風(fēng)一般是依
次增大的，而且相差很大。所以，在總風(fēng)量一
定時，盡量減小一、三次風(fēng)風(fēng)量，可以減小爐
內(nèi)旋流數(shù)，但我們必須提供足夠的一、三次
風(fēng)，以保證制粉系統(tǒng)安全運行。
當(dāng)爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流沿爐膛沿螺旋線向上流
動時，其旋轉(zhuǎn)強度會逐漸減弱(雖然到達爐
膛出口時仍然存在扭轉(zhuǎn)殘余)，如果我們把各
風(fēng)噴口盡量下移，整個火焰也隨之下移，增大
旋轉(zhuǎn)氣流的行程，靠氣流的流動阻力削弱扭
轉(zhuǎn)，減小爐膛出口煙溫。一方面，減小爐膛出
口扭轉(zhuǎn)殘余，降低飛灰含碳量，提高燃燼率。
例如：采用正塔型配風(fēng)方式(二次風(fēng)上小下
大)，可以強化爐內(nèi)燃燒，降低爐膛上部旋流
強度，降低爐膛出口煙溫及煙氣殘余旋轉(zhuǎn)強
度，均勻出口煙溫；另一方面，使著火區(qū)熱負
荷增大，溫度升高，有利于著火和穩(wěn)燃。但同
時也惡化著火區(qū)水冷壁換熱，要密切關(guān)注著
火區(qū)受熱面的沾污、結(jié)渣情況。
另外，三次風(fēng)的投運方式對熱偏差也有
很大影響。三次風(fēng)的風(fēng)量過多和風(fēng)速過大的
三次風(fēng)的投入，尤其是當(dāng)其以較小直徑的切
圓加入時，將引導(dǎo)爐內(nèi)高溫火焰過分集中在
爐膛斷面中心部位，進而導(dǎo)致水平煙道中間
煙溫升高。制粉系統(tǒng)運行方式變化等原因，將
使各三次風(fēng)噴口風(fēng)量量不相同，加之三次風(fēng)
壓高，風(fēng)速大，使火焰中心偏斜，增強了爐膛
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余熱鍋爐2013．3
火焰中心的旋轉(zhuǎn)強度，使?fàn)t膛出口甲、乙側(cè)煙
氣出現(xiàn)偏差[3】。
貴陽發(fā)電廠鐘廣驥提出兩個引風(fēng)機機組
的理論，可以采用引風(fēng)機非對稱運行嗍。但本
人認為，由于從水平煙道到引風(fēng)機，煙氣行程
很長，來自引風(fēng)機的非對稱作用對水平煙道
的作用不會很大，這種方法有待考證。
4．改善屏式受熱面和折焰角的結(jié)構(gòu)
由于分割屏是爐內(nèi)氣流進入水平煙道前
的要經(jīng)過的第一道屏障，其結(jié)構(gòu)對改善煙氣
的流速偏差有顯著的影響。我們希望屏式受
熱面能起到削旋作用。但高溫?zé)煔庋芈菪€
旋轉(zhuǎn)上升，并存在貼壁旋轉(zhuǎn)的跡象，進入屏區(qū)
中心部位的煙氣量較少，分隔屏并不能很好
消除殘余扭轉(zhuǎn)。對于右旋鍋爐，在屏區(qū)左側(cè)存
在明顯的低速回流區(qū)，而右側(cè)煙氣流經(jīng)過折
焰角后，部分煙氣流未經(jīng)過充分換熱而直接
進入水平煙道，其煙氣行程最短，煙氣溫度最
高。這就是所謂的煙氣短路超溫。所以，屏和
折焰角的結(jié)構(gòu)改進，有很大的潛力。
前墻和折焰角之間盡可能布滿屏式過熱
器，利用他們切割煙氣，達到消旋的目的。在
煙氣進入屏式受熱面后，其旋轉(zhuǎn)動量可以被
消除，但為時以晚，各個分割通道內(nèi)的煙氣流
速并不相等，即煙氣速度偏差【5]。我們可以增
加后屏過熱器與后分隔屏之間的距離，使左
右側(cè)煙氣有交換動量的機會，降低水平煙道
入口處的速度分布的不均勻性。
后屏與折焰角之間有間隙，必然導(dǎo)致有
扭轉(zhuǎn)的煙氣進入水平煙道，導(dǎo)致右側(cè)煙溫、流
速都較高。合理改善折焰角結(jié)構(gòu)可以減小這種
影嗨。當(dāng)折焰角角度、高度與深度分別增加時，
水平煙道左右兩側(cè)的速度偏差較原設(shè)計工況
均有所減小，尤其是折焰角加深后，其左右兩
側(cè)的速度偏差最小，這是由于折焰角前伸后，
使上部爐膛右側(cè)進入水平煙道的一部分氣流
受到阻礙而造成。另外，采用左右不等深度的
折焰角結(jié)構(gòu)和顯著增加折焰角高度，也可以減
少水平煙道內(nèi)的煙氣速度的偏差嘲。
另外，屏區(qū)吸熱不均，也會加劇爐膛出口
煙氣溫度左右偏差。對于逆時針旋轉(zhuǎn)機組，在
爐膛左側(cè)，切向速度原指向爐前，氣流在流向
水平煙道的過程中，速度由一個衰減、滯止、
再往爐后加速的過程，形成了強烈的擾動，因
此阻力較大，換熱強烈，因此煙溫下降較大，
右側(cè)氣流的切向速度原本就指向爐后，在此
速度的基礎(chǔ)上，煙氣幾乎穩(wěn)定地向爐后加速，
阻力較小，因此在進入水乎煙道后，左側(cè)煙氣
溫度低，而右側(cè)煙氣溫度高圈。而且，由于煙
氣速度的差異，相應(yīng)地流經(jīng)同一截面的不同
區(qū)域的煙氣的飛灰攜帶量也就不同，這會對
其后受熱面的輻射和對流吸熱量產(chǎn)生影響，
在流速較高的區(qū)域，飛灰通流量增加，由于飛
灰顆粒的輻射屏蔽作用，將使某些受熱面的
輻射吸熱量降低【5]。
5．結(jié)論
目前，國內(nèi)四角切圓燃燒的大型煤粉鍋
爐主要通過受熱面的交差布置(工質(zhì)側(cè)左右
交差)來減輕煙氣側(cè)熱偏差對鍋爐受熱面壁
溫的影響。如果我們能重視煙氣側(cè)消除熱偏差
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余 熱鍋爐2013．3 31
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圖3 十字型消旋器
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圖4右側(cè)墻煙氣速度場
圖5 左側(cè)沿爐膛高度方向流動示意 圖6 右側(cè)沿爐膛高度方向流動示意
的措施，將其與受熱面交差部置的方法相結(jié)
合，這將會使我們的鍋爐設(shè)計、運行更加完美。
參考文獻：
[1] 1張長魯、朱珍錦等．四角切圓燃燒爐
膛出口煙氣消旋技術(shù)研究．能源研究與信息．
2002-2．
[2]劉泰生、沈凌等．爐內(nèi)旋流數(shù)對熱偏
差影響的理論和試驗研究．熱能動力工程．
2003．4．
[3]范西川．SG．1025／16．7-M315望鍋爐
熱偏差分析及處理．西北電力技術(shù)．2001．I．
[4]鐘廣驥．淺析鍋爐熱偏差的原因．貴
州電力技術(shù)．2003．4．
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32 余熱鍋爐2013．3
[5]王勝．切向燃燒鍋爐煙氣熱偏差形成
的原因及對策．安徽電力科技信息．2003．3．
鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)
8月伊始，環(huán)保部為落實國務(wù)院批復(fù)實施的《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》的相關(guān)要求，決
定修改《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)。
據(jù)了解，本次修訂增加了燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)限值和汞污染物排放限值，規(guī)定了大氣污染物
特別排放限值；同時取消了按功能區(qū)和鍋爐容量執(zhí)行不同排放限值的規(guī)定以及燃煤鍋爐煙塵初始排放濃度限
值；此外，還提高了各項污染物排放控制要求。
工業(yè)鍋爐低效、能耗大
環(huán)保部表示，《標(biāo)準(zhǔn)》在2011年8月曾根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的制訂情況進行了調(diào)整，隨
后又根據(jù)“十二五”環(huán)境保護規(guī)劃、總量控制規(guī)劃、聯(lián)防聯(lián)控規(guī)劃等相關(guān)的大氣環(huán)境保護政策規(guī)劃經(jīng)過了三次
討論和完善。
據(jù)統(tǒng)計，截至2011年，我國有各種容量的在用鍋爐62．o3萬臺。目前，我國工業(yè)鍋爐排放煙塵160．1萬噸，
排放二氧化硫718．5萬噸，排放氮氧化物271萬噸。
環(huán)保部數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)鍋爐集中在供熱、冶金等行業(yè)，主要分布在工業(yè)和人口集中的城鎮(zhèn)及周邊等人口密
集地區(qū)，對城市大氣污染貢獻率高達45％-65％。同時，我國工業(yè)鍋爐熱效率較低，能耗大，設(shè)計經(jīng)濟運行熱效率
為72％．83％，實際運行效率600／'0-65％，遠低于設(shè)計水平和國際平均水平。我國工業(yè)鍋爐燃煤多為沒有經(jīng)過洗選
的原煤，灰分硫分較高，且粒度較差，尤其是遇到煤炭供應(yīng)緊張的局面時，煤炭供應(yīng)多不能滿足工業(yè)鍋爐的設(shè)計
要求，導(dǎo)致燃燒效率差，污染物排放水平較高。
執(zhí)行新標(biāo)后減排效果顯著
根據(jù)環(huán)保部公告(2013年第14號)納入《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》中的重點控制區(qū)，共
涉及京津冀、長三角、珠三角等“三區(qū)十群”19個省市(區(qū)、市)47個地級以上城市，燃煤鍋爐新建項目執(zhí)行大
氣污染物特別排放限值，現(xiàn)有燃煤鍋爐項目執(zhí)行煙塵特別排放限值。
《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》中指出，到2020年，現(xiàn)有工業(yè)鍋爐中20t以下(含20t)都將被
集中供熱替代，保留的現(xiàn)有工業(yè)鍋爐總臺數(shù)為3606臺，總?cè)萘繛?5．4萬蒸噸，耗煤量為0．54億噸。
對此，環(huán)保部認為2001年版的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》存在兩大問題：一是沒有燃煤鍋爐氮氧化
物標(biāo)準(zhǔn)；二是煙塵和二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)不能滿足環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善的要求。

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