锅炉冷态空气动力场试验.docx

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锅炉冷态空气动力场试验

1、设备系统概述

天津国投津能发电有限公司一期工程#2机组锅炉为上海锅炉厂引进美国ALSTOM公司的技术生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，型号为SG-3102/27.46-M532，单炉膛双切圆燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、半露天Π型布置。

设计煤种为平朔安太堡煤，校核煤种I为晋北烟煤，校核煤种II为云峰混煤。

采用中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统，配6台MPS275辊盘式磨煤机，正常运行，5运1备，其中A磨采用微油点火方式。

燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS），48只直流燃烧器分6层布置于炉膛下部四角和中部，在炉膛中呈双切圆方式燃烧。

炉膛宽度34290mm，深度15544.8mm。

炉膛由膜式壁组成，炉底冷灰斗角度为55°，从炉膛冷灰斗进口集箱（标高7500mm）到标高51996.5mm处炉膛四周采用螺旋管圈，在此上方为垂直管圈。

螺旋管圈与垂直管圈过渡采用中间混合集箱。

炉膛上部及水平烟道从前至后分别布置分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器、末级再热器，后烟井分成前后两个分隔烟道，前烟道布置有低温再热器和省煤器，后烟道布置有低温过热器和省煤器，在前后烟道中省煤器下部布置调温挡板，用于调节再热汽温。

锅炉采用机械干式出渣系统。

锅炉启动系统采用带循环泵的内置式启动系统，锅炉炉前沿宽度方向垂直布置4只汽水分离器和2个贮水箱。

当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷30%BMCR时，蒸发受热面出口的介质流经分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部管接头进入炉顶过热器，而饱和水则通过每个分离器下方连接管道进入贮水箱中，贮水箱上设有水位控制。

贮水箱下疏水管道引至一个三通，一路疏水至炉水循环泵入口，另一路接至大气扩容器疏水系统中。

过热器汽温通过煤水比调节和三级喷水来控制，第一级喷水布置在低温过热器出口管道上，第二级喷水布置在分隔屏过热器出口管道上，第三级喷水布置在后屏过热器出口管道上，过热器喷水取自省煤器进口管道。

再热器汽温采用尾部挡板调节，燃烧器摆动仅作为辅助调节手段，另外低温再热器出口管道上设置微量喷水，微量喷水取自给水泵中间抽头。

锅炉一次汽系统采用100％高压旁路（三用阀）＋65％低压旁路配置，过热器系统不设安全阀，再热器出口设有4只带有控制安全功能的安全阀。

每台锅炉配有两台上海锅炉厂有限公司制造的2/34-VI（T）–2080型容克式三分仓空气预热器、两台豪顿华工程有限公司生产的ANT-2100/1400F型动叶可调轴流一次风机、两台上海鼓风机厂有限公司生产的FAF28-14-1型动叶可调轴流送风机、两台上海鼓风机厂有限公司生产的SAF40-20-2型动叶可调轴流引风机、两台MDNARCH火检冷却风机、两台M600-2型密封风机。

机组热控设备采用美国西屋公司生产的分散控制系统（DCS）。

锅炉主要设计参数如下表所示：

表格1

项目

单位

BMCR

BRL

锅炉规范

过热蒸汽流量

t/h

3102

2940

过热器出口蒸汽压力

MPa（g）

27.46

27.33

过热器出口蒸汽温度

℃

605

再热蒸汽流量

t/h

2563

2420

再热器进口蒸汽压力

MPa（g）

6.31

5.94

再热器出口蒸汽压力

MPa（g）

6.11

5.75

再热器进口蒸汽温度

℃

378

367

再热器出口蒸汽温度

℃

603

给水温度

℃

299

295

热平衡

锅炉计算热效率（低位）

％

93.80

93.86

排烟温度（修正前）

℃

131

129

排烟温度（修正后）

℃

127

125

燃料消耗量

t/h

392.1

377.0

热损失

干烟气热损失

％

4.48

4.41

氢燃烧生成水的损失

％

0.18

燃料中水份引起热损失

％

0.03

空气中水分热损失

％

0.07

未完全燃烧热损失

％

0.62

散热损失

％

0.17

0.19

不可测量热损失

％

0.30

制造厂裕度

％

0.35

总热损失

％

6.20

6.14

过热器一减喷水量

t/h

156.5

148.8

汽水系统

过热器二减喷水量

t/h

52.6

49.4

过热器三减喷水量

t/h

39.0

36.7

再热器喷水量

t/h

过热器减温水温度

℃

299

295

再热器减温水温度

℃

192

风烟系统

省煤器出口过量空气系数

──

1.2

出空预器烟气量

kg/s

1066.62

1025.57

出空预器一次风量

kg/s

106.13

105.77

出空预器二次风量

kg/s

737.63

702.67

一次风调温风量

kg/s

84.12

81.67

空预器进口烟气温度

℃

363

356

空预器进口一次风温度

℃

空预器进口二次风温度

℃

空预器出口热一次风温度

℃

328

323

空预器出口热二次风温度

℃

336

330

燃烧系统

投运磨煤机台数

台

投运燃烧器个数

个

煤粉细度R90

％

表格2

燃烧器设计数据（按设计煤种THA工况）

项目

单位

数值

一次风温

℃

二次风温

℃

355

二次风率

％

75.5

一次风率

％

19.5

一次风速度（喷口速度）

m/s

28.9

二次风速

m/s

53.6

燃烧器一次风阻力

kPa

0.5

燃烧器二次风阻力

kPa

1.00

单只煤粉喷嘴输入热

kJ/h

226.4×106

相邻煤粉喷嘴中心距

2309

油枪工作油压

MPa

2.4

单根油枪出力

kg/h

1400

燃料油

──

＃0轻柴油

粘度

cst

3.0~8.0（20℃时）

灰份

％

≤0.02

水份

％

痕迹

闭口闪点

℃

凝固点

℃

≤0

低位发热量

kJ/kg

42570

含硫量

％

≤0.2

磨煤机投运台数

台

点火型式

－

高能点火

进退装置

－

气动

2、试验目的

天津国投津能发电有限公司一期工程#2机组的锅炉为新建锅炉，为了摸清锅炉燃烧设备设计安装的实际状况，检查和发现燃烧设备尚存的缺陷，以便及时处理；了解锅炉及配套辅机的冷态工作特性和预见热态工作特性，为机组热态运行及燃烧调整提供可靠的理论依据。

故在锅炉安装完毕后点火前要进行冷态空气动力场试验，冷态空气动力场试验是锅炉运行和热态试验的基础，是锅炉顺利点火及稳定运行的保证。

冷态空气动力场试验是依据相似理论和流体动力学理论，模拟炉膛及燃烧器热态运行时的空气流动状况，从而全面的检查燃烧器安装的角度是否正确，测量各角燃烧器射流沿轴线速度衰减情况；了解气流的混合和流动特性，观测各角燃烧器射流形成切圆后气流的旋转情况切圆中心的大小和位置，一、二次风气流离喷口的混合距离，以及各射流的相对偏离程度的影响等；检查气流是否刷壁贴壁情况以及火焰在炉膛的充满度等，观测一、二次风混合后，燃烧器出口气流的相互影响及扰动情况。

通过冷态空气动力场试验，可以用来：

1）确定燃烧系统的配风均匀程度；

2）确定燃烧器的流体动力特性：

一、二次风的混合情况、双切园燃烧方式下俩组四角喷燃器切圆的大小；

3）确定燃烧器的阻力特性；

4）确定影响炉膛充满度的各种因素；

5）探讨炉内结渣的空气动力原因；

6）得出降低炉膛出口烟速和烟温扭转残余的各种措施；

7）找出合理的运行方式：

如低负荷的运行办法、燃烧中缺角运行的影响、停用个别燃烧器的方式。

3、理论依据

炉内模化技术及冷炉试验方法主要依据相似理论和流体动力学理论，并遵守以下原则：

1）模型与实物需几何相似

2）保证气流运动状态进入自模化区

3）边界条件相似

进行冷炉试验不存在模型或试验台的问题，自动满足了几何相似的条件；通过计算，保证冷、热态各工况下一、二次风的动量比相等，即保证了冷态试验工况下边界条件的相似；对于双切园燃烧方式下燃烧器，控制炉膛流体的雷诺数Recr=1.8×105，此时粘性力的作用可以忽略不计，惯性力是决定因素，气流质点的运动轨迹主要受惯性力支配，流动状态将显示出不再随雷诺数Re的增加而变化的特性，即保证试验进入了所谓的自模化区。

应当指出，冷态模化是通过冷炉试验模拟没有燃烧升温状态下的炉内流动情况，这当然与炉内实际热态情况是有差别的，只对燃烧器出口附近着火段前较为符合，此外，冷态模化试验技术也不可能完全准确地描绘燃料在炉内燃烧的复杂物理化学过程，只能对炉内流动过程提供一些定性的结果。

4、编制依据

1）《电力建设施工及验收技术规范》（锅炉机组篇）

2）《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程（1996年版）》

3）华北电力集团公司关于《贯彻〈火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程〉的实施规定和管理制度汇编》

4）《火电工程调整试运质量检验及评定标准（1996年版）》

5）《天津北疆电厂一期工程2×1000MW二号机组超超临界火电机组调试大纲》

6）《天津北疆电厂一期工程2×1000MW超超临界机组锅炉技术协议书》

7）《天津北疆电厂一期工程2×1000MW超超临界机组锅炉说明书》

8）《天津北疆电厂一期工程2×1000MW超超临界机组锅炉使用说明书》

9）《天津北疆电厂一期工程2×1000MW超超临界机组锅炉热力计算汇总》

10）《锅炉燃烧试验研究方法及测量技术》

11）《电站磨煤机及制粉系统性能试验DL/T467-2004》

12）《电站锅炉性能试验规程GB10184-88》

13）《燃烧设备说明书》

14）空预器、引风机、送风机、一次风机、磨煤机、密封风机、火检风机等辅机附属设备说明书

5、试验方法及范围

5.1粉管风量偏差的校验

同台制粉系统的四根输粉管道走向、行程、长度各不相同，造成沿程阻力的偏差，这一偏差若不予以消除，将造成同层各燃烧器出口流速、煤粉均匀性的偏差，从而影响炉内正常的空气动力工况及稳定燃烧，导致热负荷不均，严重时甚至破坏正常的水循环。

由于本工程每台磨带一层燃烧器，每根一次风管道均装有一分为二的煤粉分配器，供至两只燃烧器，经厂家计算及设计，在B5-8，C1-4，C5-8，D1-4，D5-8，E1-4，E5-8此8支煤粉管道上增加节流圈，节流圈位于煤粉分配器前，可保证各一次风管最大风量相对偏差（相对平均值的偏差）不大于±5％。

故本次试验采用在煤粉分配器后的煤粉管道的竖直管段上加装临时测点，校验每层燃烧器的8支粉管之间的风量偏差是否满足设计要求。

根据伯努利方程式可知：

△P=K×ρ×V2/2

通过背靠背管和U形管测量动压△P，通过校正系数可以准确的获得一次风管道内的风速。

在标准的工况下（磨煤机风量调至额定通风量范围内），测量各煤粉管道的一次风速，计算最大风量相对偏差，确定是否满足设计要求。

5.2磨入口一次风量标定试验

准确的一次风量是制粉系统安全运行的重要保障，也是保持炉内良好的燃烧工况、提高锅炉效率的基本条件。

在对所有磨进行粉管风量偏差校验后，开始进行磨入口风量标定，标定在三个工况下进行，分别对各磨入口流量测量装置进行标定，从而给出测量装置流量系数，并对DCS磨入口一次风量计算回路的风量量程进行调整，以保证磨入口风量的准确性。

磨入口风量开始标定前，要求对测量装置进行吹扫和找漏，从而保证机装置的严密性。

5.3二次风量标定试验

准确的二次风量是保持炉内良好的燃烧工况、提高锅炉效率的基本条件。

采用等面积法分别对两侧二次风流量测量装置进行标定，开始标定前，要求对测量装置进行吹扫和找漏，从而保证测量装置的严密性。

5.4锅炉冷态空气动力场试验

本次试验的重点在于了解B层燃烧器的空气动力特性。

主要掌握射流的刚性情况、射流有无贴壁和冲刷水冷壁现象、气流均匀性、一、二次风混合特性等内容；通过测量喷口附近速度场分布和观察射流形态，测绘出切圆的大小和切圆所处的位置。

试验在燃烧器静态检查、一次风调平试验、磨入口风量标定试验结束后进行。

采用热线风速仪测速结合飘带示踪，得出切圆直径及喷口射流角度。

5.5试验控制参数

根据相似原理，经理论计算冷态试验时满足进入自模化区的试验参数为：

空气温度：

20℃

一次风速（管道）：

27m/s

二次风速：

37m/s

6、组织与分工

6.1生产单位

负责完成必要的生产准备工作，如运行规程及系统图册的编写、运行人员培训及有关设备的挂牌工作；在试验中负责设备的启停操作、运行调整、运行参数记录及例行检查并协助试验人员进行有关试验测试数据的记录工作。

6.2施工单位

负责完成本试验要求的炉膛脚手架的搭设、试验用照明的准备等工作；负责配合各项相关试验的阀门调整消缺工作，完成试验所需要的建筑和安装工程及试验临时脚手架固定架的安装与恢复工作，编审临时系统的方案和措施，负责锅炉启动前烟风系统、炉膛、及各辅机的大检查；负责现场的安全、消防、消缺检修、治安保卫和文明启动等工作。

6.3调试单位

负责编制试验措施；在试验中的担任技术总负责，组织协调试验工作的开展，负责对所有参与试验人员进行技术交底和测试培训工作；负责试验的理论计算、数据测试及整理工作；负责对试验结果进行分析并提出调整方案，整理所有试验数据并编写试验报告。

6.4监理单位

负责监理各自责任范围内的调试过程及调试过程中施工单位进行的各项工作（如安全措施审查和临时脚手架合理性、安全性的检查及验收等）；参与分部试运和整套启动试运工作；负责组织分部试运及整套试运的质量验收、检查评定和签证工作；负责完成监理总结。

7、调试前应具备的条件

1）生产准备工作就绪，主、辅岗运行人员配备齐全，经过培训具备上岗条件；

2）通讯系统调试工作完成，通讯联系畅通，炉内外通迅手段完备；

3）试验范围内厂房沟道盖板齐全，楼梯、步道、护栏完好，所有杂物清理干净；

4）循环水、闭式冷却水水、仪用空气、厂用空气等公用系统调试完毕并能正常投入；

5）热控DCS系统具备在CRT上启、停操作设备的条件；

6）烟风系统所有烟、风道安装完毕，内部杂物清理干净；炉膛、风道、烟道各处人孔门关闭；

7）炉底渣斗、水封清理干净，具备上水条件；

8）电除尘器内部清理干净，升压、振打试验完毕，灰斗加热具备投入条件；

9）相关烟风系统、制粉系统、燃烧系统挡板的检查、传动完毕，投运正常；

10）空气预热器、引风机、送风机、一次风机、密封风机经分部试运结束，试运结果符合要求，具备投运条件；

11）磨煤机及其系统按要求安装完毕，与燃烧器连接可靠；磨煤机内部清理干净，无施工人员作业；有关表计能投运，已具备通风条件；

12）磨煤机旋转分离器试转完毕；

13）摆动燃烧器冷态调整完毕，各燃烧器位置正确，摆动火嘴置水平位置；

14）FSSS相关部分检查传动完毕，磨煤机具备通风条件；

15）炉膛冷态通风试验结束，与空气动力场试验有关的风压、风量测点安装校验完毕，可投入使用；

16）炉膛内部燃烧器区域脚手架按要求搭设完毕：

●脚手架搭设应便于在炉膛燃烧器区域进行测量工作；

●炉膛八角之间应设有人行过道，过道两侧必须设有护栏；

●脚手架不能妨碍燃烧器出口气流运动。

17）炉膛内部燃烧器区域准备好试验用照明；

18）以B层喷燃器中心为基准拉好定位用的双米字线（见附图）,并在上挂好飘带；

19）准备好一次风调平所需的测速管并进行标定；

20）准备好与试验相关的设备。

8、调试项目及程序

8.1粉管风量偏差的校验

故本次试验采用在煤粉分配器后的煤粉管道的竖直管段上加装临时测点，校验每层燃烧器的8支粉管之间的风量偏差是否满足设计要求。

Ø依次启动空预器、引风机、送风机、密封风机、一次风机；

Ø启动磨煤机旋转分离器、转速750rpm/min左右；

Ø关闭给煤机出口落煤管挡板，开启磨煤机出口门、入口隔绝门、入口冷热风隔绝门、冷风调节门、热风调节门、密封风门；

Ø调整冷、热风调节挡板,在的40%风量下通风5～10分钟；保持磨煤机额定通风量不变，进行风量偏差的校验工作；

Ø测点装设位置：

磨煤机出口输粉管“V”型分配器后，燃烧器前竖立直管段上；

Ø通过背靠背管和U形管测量动压△P，通过校正系数可以准确的获得一次风管道内的风速。

在标准的工况下（磨煤机风量调至额定通风量范围内），测量各煤粉管道的一次风速，计算最大风量相对偏差，确定是否满足设计要求。

8.2磨煤机一次风测速元件的标定

本锅炉制粉系统采用的一次风测速元件安装在磨煤机入口一次风管道上,为了使磨煤机投运后在准确风量下运行,以及掌握合理的风煤比,有利于调整燃烧,首先应对测速元件进行标定，标定方法采用出口标入口法，即在磨煤机出口测量八根粉管风量再考虑漏风量及密封风量的影响即为磨入口风量。

Ø依次启动空预器、引风机、送风机、密封风机、一次风机；

Ø启动磨煤机旋转分离器、转速750rpm/min左右；

Ø关闭给煤机出口落煤管闸板，开启磨煤机出口门、入口隔绝门、入口冷热风隔绝门、冷风调节门、热风调节门、密封风门；

Ø维持一次风母管的风压恒定,调整磨煤机风量分别为100%、70%、40%额定风量；

Ø在上述三种通风状态下进行磨煤机出口风量、静压、温度的测量，同时对CRT上的风温、风量及风量计算等有关参数进行记录和校对。

8.3冷态空气动力场试验

Ø开启两台空预器、引风机、送风机、一台一次风机及密封风机，维持炉膛负压-50～-100Pa；

Ø保持B磨煤机一次风和B层二次风、周界风通风，其余磨的出入口挡板及其它所有二次风小风门保证总风量不小于900t/h；

Ø调节磨的入口风量挡板控制B磨燃烧器各出口一次风速达到27m/s；相应控制二次风速在37m/s；

Ø本试验共安排6个工况，每个工况都要记录相关的试验参数；

冷态模化试验工况如下：

表格3

工况

一次风速

二次风速

周界风开度

m/s

100

测试内容：

分别在锅炉内1、2、3、4、5、6、7、8号喷燃器附近用飘带观察测绘一次风和二次风射流与炉膛水冷壁的夹角的形成情况，并记录夹角的度数。

以米字交点按500mm间距向八个方向捆扎飘带。

飘带捆扎完毕后应保留有250mm指示长度，并在每个点上采用风向示标器（采用飘带）观察射流的旋向，并用热线风速仪在风向示标器所示的各座标点测出射流的轴向速度分布（工况1～6进行此项试验），从而测绘出一二次风射流混合情况及炉内各个切圆的大小和位置。

试验完成后，按电厂运行规程停止相应的辅机，至此试验结束。

9、调试质量的检验标准

1.《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程（1996年版）》

2.《火电工程调整试运质量检验及评定标准（1996年版）》

3.《电站锅炉性能试验规程GB10184-88》

4.《电站磨煤机及制粉系统性能试验DL/T467-2004》

10、安全注意事项

1）在试验过程中，如发生测量系统故障或运行设备故障，应及时终止试验，待处理正常后再继续进行；

2）炉内搭设的临时平台应有可靠的安全防护装置比如护拦，安全网；

3）所有进入炉内人员要带好防护眼镜并挂好安全带，试验准备及测试过程中应注意人身安全；

4）试验开始后，无关人员一律不得擅自进入炉内；

5）在试验现场准备好足够的消防器材。

11、附录

表格4：

试验所需仪器、材料

序号

项目

数量

提供单位

电子微压计

4台

电科院

1、2米标准毕托管

2支

电科院

BS-Ⅲ型靠背管

8支

电厂

数字温度计

2台

电科院

大气压力表

1块

电科院

对讲机

3对

电科院

U型管

12支

电厂

胶皮管

80米

电科院

记录板

10个

电科院

标号笔

5支

电建

安全带

8条

电建

防护眼镜

10个

电科院

防尘口罩

10个

电科院

热线风速仪

1台

电科院

飘带

电科院

细铁丝

60米

电建

附图：

试验布置示意图

图1

1.8米

B层燃烧器

A──A

试验平台

A──A

炉后

炉前

视图中首先将各个切圆的对角用铁丝相连，然后以米字交点按500mm间距向八个方向捆扎飘带。

飘带捆扎完毕后应保留有250mm指示长度。

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