冷態(tài)空氣動力場試驗

1、設備系統(tǒng)概述1.1內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電有限責任公司一期工程為2x600MW汽輪發(fā)電機組，其中鍋爐島為哈爾濱鍋爐廠引進美國ABB-CE技術設計制造HG-2008/17.4-YM5型亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、n型布置、四角切圓燃燒、平衡通風、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、強制循環(huán)汽包型燃煤鍋爐。1.2本鍋爐爐膛截面尺寸為：18542mm（寬）x17448mm（深），采用四角布置的雙切圓、擺動式燃燒器，兩個切圓直徑分別為91882和91458o其燃燒器采用水平濃淡煤粉燃燒技術，其原理就是利用煤粉進入燃燒器一次風噴嘴體后經(jīng)百葉窗的離心分離作用，將煤粉氣流分成濃淡兩部分，兩部分之間用隔板分開，濃相氣流著火特性好；另外燃燒器出口處設有帶波紋形的穩(wěn)燃鈍體，有助于高溫煙氣回流區(qū)的形成。這兩種結構的結合提高了低負荷穩(wěn)定運行的能力。1.3燃燒器采用ABB-CE技術的傳統(tǒng)大風箱結構，由隔板將大風箱分隔成若干風室，其中頂部燃盡風室三個，上端部輔助風室一個，煤粉風室六個，油風室四個，中間輔助風室三個，下端部輔助風室一個，共有五種18個風室。其中頂部燃盡風室噴嘴可作手動12°水平擺動以起到削弱爐膛上部的氣流旋轉(zhuǎn)減少爐膛出口煙溫偏差的作用，輔助風噴嘴及油配風噴嘴可作土30°上下擺動，6個煤粉一次風噴口可作±27°上下擺動。為防止通過燃燒器風箱的二次風產(chǎn)生過大的渦流，減少阻力損失，改善由于在燃燒器風箱內(nèi)氣流轉(zhuǎn)向所引起的偏斜，在燃燒器風室內(nèi)均設置了一塊或兩塊導流板，這些導流板和各個噴嘴內(nèi)設置的垂直和水平相交的導流板同爐膛的水冷壁大切角結構形成了對切向燃燒器系統(tǒng)一、二次風各股射流的綜合控制，以防止進入爐膛的氣流偏斜，從而保證爐膛內(nèi)形成良好的空氣動力場。另外在油燃燒器噴嘴中設置了專門的穩(wěn)燃葉輪，以在噴嘴處建立和維持一個回流區(qū)，從而得到穩(wěn)定的火焰，回流區(qū)里產(chǎn)生的熾熱光環(huán)給燃油提供了連續(xù)的點火熱源。1.4燃燒器設計熱力參數(shù)見下表：序號項目單位數(shù)值1一次風率%26.8752一次風速m/s303一次風溫°C76.74二次風率%67.7345二次風速m/s506二次風溫C3297二次風中周界風份額%14.38二次風中輔助風份額（包括燃盡風）%85.79二次風中燃盡風份額%20.32、試驗理論依據(jù)2.1鍋爐燃燒工況的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性對現(xiàn)代大型發(fā)電機組安全經(jīng)濟運行有著至關重要的作用，而燃燒工況的優(yōu)劣在很大程度上決定于燃燒器及爐膛的空氣動力工況，四角切圓燃燒器良好的空氣動力工況對爐內(nèi)燃燒過程的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：2.1.1從燃燒中心區(qū)域卷吸足夠的高溫煙氣回流至一次風粉混合物射流的根部，從而保證了一次風射流著火的穩(wěn)定性。2.1.2提供合理的一、二次風配比，使著火燃料能及時得到充分的空氣供應，并均勻擴散混合，使燃料充分燃燼。2.1.3使爐膛具有良好的火焰充滿度，并形成合適的燃燒火焰中心。2.1.4各燃燒器射流角度正確、剛性合理。從而可以避免射流的偏斜，沖刷水冷壁及各股射流的相互干擾和沖撞。2.2內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電有限責任公司1、2號鍋爐為新建機組，為了了解該鍋爐燃燒器空氣動力工況，應選擇一臺鍋爐進行冷態(tài)空氣動力場試驗，其目的是模擬爐膛及燃燒器熱態(tài)運行時的空氣流動狀況，從而全面的檢查燃燒器安裝的角度是否正確，了解氣流的混合和流動特性，形成切圓后火焰的旋轉(zhuǎn)情況及火焰中心是否偏斜，氣流是否有貼邊、刷壁情況以及火焰在爐膛的充滿度等，為機組熱態(tài)運行及燃燒調(diào)整提供可靠的理論依據(jù)。2.3鍋爐在實際運行時，爐膛內(nèi)的氣流工況屬于粘性流體不等溫的穩(wěn)定受迫運動，但對于大型電站鍋爐來講，因為無法準確地了解爐膛在熱態(tài)工況下的溫度場分布情況，故通常在爐膛模擬試驗時一般按等溫?；紤]。進行爐內(nèi)冷態(tài)等溫?；囼灂r，應遵守的原理是：2.3.1幾何相似：由于冷態(tài)試驗與熱態(tài)運行在相同爐子上進行，因此滿足幾何相似原理；2.3.2氣流運動狀態(tài)相似，即歐拉準則相等：當雷諾數(shù)Re大于一定值后，歐拉數(shù)保持恒定不變，流動狀態(tài)將顯示出不再隨Re數(shù)的增加而變化的特性，氣流速度和Re再增加時，只有空間各點速度的絕對值按比例增加，而其歐拉數(shù)和速度的分布圖形不再變化。因此，只要保證冷態(tài)試驗條件下采用的Re數(shù)超過進入自?；瘏^(qū)的臨界Re數(shù)或與熱態(tài)的Re數(shù)相等，即可達到冷態(tài)模擬熱態(tài)的相似性。通常，對于這種爐型當Re數(shù)達到或超過7.5x104時，爐膛及燃燒器出口的流場即能滿足進入自?；瘏^(qū)的條件。2.3.3邊界條件相似，主要考慮滿足燃燒器出口射流的相似性，首先保證燃燒器的風量分配方式要與熱態(tài)相仿，其次要求冷態(tài)時的各股射流的Re數(shù)應與熱態(tài)時相等或已進入自模化區(qū)，還必須維持冷態(tài)試驗與熱態(tài)運行各股射流的慣性力相等即動量比相等。3、編制依據(jù)3.1《火力發(fā)電廠基本建設工程啟動及竣工驗收規(guī)程（1996年版）》3.2《內(nèi)蒙古大唐托克托發(fā)電有限責任公司1、2號機組啟動調(diào)試大綱》3.3《火電工程調(diào)整試運質(zhì)量檢驗及評定標準（1996年版）》3.4華北電力集團公司關于《貫徹《火力發(fā)電廠基本建設工程啟動及竣工驗收規(guī)程》的實施規(guī)定和管理制度匯編》3.5哈爾濱鍋爐廠提供《托克托發(fā)電有限公司鍋爐說明書》3.6《工程流體力學》4、試驗方法及范圍4.1本次試驗綜合采用測速法及煙花示蹤法，將煙花置于燃燒器一次風噴口內(nèi)并點燃，通過照相及攝像記錄下煙花在一、二次風射流中的軌跡，以此觀察和分析該燃燒器及爐膛的空氣動力工況。試驗用的煙花是特制的，要求噴射的初速度小，火焰顏色為麥黃色，煙花顆粒度小且均勻，噴射時間約為一分鐘，采用電打火方式點燃，且同層燃燒器四角必須同時點燃。試驗中用熱線風速儀在爐內(nèi)對燃燒器噴口二次風速進行測量，記錄下各燃燒器出口的流場分布情況，并控制噴口處的一次風速和二次風速。4.2試驗控制參數(shù)根據(jù)相似原理，經(jīng)理論計算（雷諾數(shù)Re取1.0x105）冷態(tài)試驗時滿足進入自?；瘏^(qū)的試驗參數(shù)為：爐膛最小風速0.0845m/s，進入爐膛的最小風量為18.6t/h,一次風速32.86m/s,二次風速34.88m/s。試驗中可選擇大于上述計算風速的整數(shù)值，本試驗中取一次風速為33m/s，二次風速為35m/s。試驗中控制爐膛壓力為-50?一100Pa。5、組織與分工5.1生產(chǎn)單位：負責完成必要的生產(chǎn)準備工作，如運行規(guī)程及系統(tǒng)圖冊的編寫、運行人員培訓及有關設備的掛牌工作；在試驗中負責設備的啟停操作、運行調(diào)整、運行參數(shù)記錄及例行檢查并協(xié)助試驗人員進行有關試驗測試數(shù)據(jù)的記錄工作。5.2施工單位：負責完成本試驗要求的爐膛腳手架的搭設、后屏過處觀測平臺的搭設、試驗用照明的準備、煙花固定支架的加工及安裝、爐底試驗用對角線和定位燈的安裝固定等工作；負責配合各項相關試驗的閥門調(diào)整、安裝煙花及設備的監(jiān)管和消缺工作，負責試驗現(xiàn)場的安全、消防等工作。5.3調(diào)試單位：負責編制試驗措施；在試驗中的擔任技術總負責，組織協(xié)調(diào)試驗工作的開展，負責對所有參與試驗人員進行技術交底和測試培訓工作；負責試驗中的測試工作及試驗中的照相、工業(yè)攝像及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的調(diào)試與數(shù)據(jù)采集工作；負責對試驗結果進行分析并提出調(diào)整方案，整理所有試驗數(shù)據(jù)并編寫試驗報告。5.4監(jiān)理單位：參加試驗工作并檢督本措施的實施。6、試驗前應具備的條件6.1生產(chǎn)準備工作就緒，主、輔崗運行人員配備齊全，經(jīng)過培訓具備上崗條件；6.2通訊系統(tǒng)調(diào)試工作完成，通訊聯(lián)系暢通，爐內(nèi)外通迅手段完備；6.3試驗范圍內(nèi)廠房溝道蓋板齊全，樓梯、步道、護欄完好，所有雜物清理干凈；6.4循環(huán)水、閉式冷卻水水、儀用空氣、廠用空氣等公用系統(tǒng)調(diào)試完畢并能正常投入；6.5熱控DCS系統(tǒng)具備在CRT上啟、停操作設備的條件；6.6煙風系統(tǒng)所有煙、風道安裝完畢，內(nèi)部雜物清理干凈；爐膛、風道、煙道各處人孔門關閉；6.7爐底渣斗、水封清理干凈，具備上水條件；6.8電除塵器內(nèi)部清理干凈，升壓、振打試驗完畢，灰斗加熱具備投入條件；6.9相關煙風系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)擋板的檢查、傳動完畢，投運正常；6.10空氣預熱器、吸風機、送風機、一次風機、密封風機經(jīng)分部試運結束，試運結果符合要求，具備投運條件；6.11磨煤機及其系統(tǒng)按要求安裝完畢，與燃燒器連接可靠；磨煤機內(nèi)部清理干凈，無施工人員作業(yè)；有關表計能投運，已具備通風條件；6.12磨煤機出口分離器擋板內(nèi)部檢查完畢，所有擋板角度一致，且外部開度指示與內(nèi)部實際位置對應；將所有磨煤機分離器擋板位置預調(diào)至45；6.13擺動燃燒器冷態(tài)調(diào)整完畢，各燃燒器位置正確，擺動火嘴置水平位置；6.14FSSS相關部分檢查傳動完畢，磨煤機具備通風條件;6.15爐膛冷態(tài)通風試驗結束，與空氣動力場試驗有關的風壓、風量測點安裝校驗完畢，可投入使用；6.16爐膛內(nèi)部燃燒器區(qū)域腳手架按要求搭設完畢：6.16.1腳手架搭設應便于在爐膛四角燃燒器區(qū)域進行測量工作；6.16.2爐膛四角之間應設有人行過道，過道兩側必須設有護欄；6.16.3腳手架不能妨礙燃燒器出口氣流運動；6.17在爐膛上方中央后屏過熱器處按要求搭設好試驗用觀測平臺：6.17.1平臺應搭設牢固，并有安全護欄；6.17.2平臺可布置為1000mmx2000mm規(guī)格，不宜過大，否則將影響氣流流動；6.18爐膛內(nèi)部燃燒器區(qū)域及后屏過熱器區(qū)域準備好試驗用照明；6.19在爐膛出口，后屏過熱器及屏式再熱器之間拉好測試用的鐵絲，并作好標記；6.20在爐底拉好定位用的對角線,并在上掛好定位及照明用的指示燈（見附圖）；6.21準備好一次風調(diào)平所需的測速管并進行標定；6.22準備好數(shù)量足夠的試驗用的煙花及相關設備；7、試驗項目和程序7.1一次風冷態(tài)調(diào)平試驗由于現(xiàn)場條件的限制，同臺磨的四根輸粉管走向、行程都不同，造成阻力偏差，這一偏差若不予以消除，將造成同層四只燃燒器出口流速、煤粉均勻性的偏差，從而影響爐內(nèi)正常的空氣動力場及燃燒情況。因此，一次風調(diào)平是調(diào)試過程中的一項重要工作，同時也是進行空氣動力場試驗的前提；7.1.1首先應將所有磨煤機出口煤粉管上的可調(diào)縮孔放在全開位；7.1.2磨煤機出口分離器擋板放在45°位置；7.1.3啟動空預器、吸風機、送風機、密封風機、一次風機各一臺；7.1.4關閉給煤機出口落煤管擋板，開啟磨煤機出口門、入口隔絕門、入口冷熱風隔絕門、冷風調(diào)節(jié)門、熱風調(diào)節(jié)門、密封風門；7.1.5調(diào)整冷、熱風調(diào)節(jié)擋板，在的40%風量下通風5?10分鐘；7.1.6調(diào)整風量在100%、80%、60%額定風量下先進行測速裝置（靠背管）系數(shù)的標定工作。標定工作完成后將靠背管裝到各粉管上（靠背管應做好標記），然后進行一次風調(diào)平試驗，在不同風量下調(diào)整可調(diào)縮孔，使得各粉管的風量相同，然后進行下一套制粉系統(tǒng)的調(diào)平工作；7.2磨煤機一次風測速元件（機翼）的標定本鍋爐制粉系統(tǒng)采用的一次風測速元件是機翼型測速元件，安裝在磨煤機入口一次風管道上，為了使磨煤機投運后在準確風量下運行，以及掌握合理的風煤比，有利于調(diào)整燃燒,首先應對機翼型測速元件進行標定，標定方法采用出口標入口法，即在磨煤機出口測量四根粉管風量再考慮漏風量及密封風量的影響即為磨入口風量。7.2.1啟動空預器、吸風機、送風機、密封風機、一次風機各一臺；7.2.2關閉給煤機出口落煤管擋板，開啟磨煤機出口門、入口隔絕門、入口冷熱風隔絕門、冷風調(diào)節(jié)門、熱風調(diào)節(jié)門、密封風門;7.2.3維持一次風母管的風壓恒定,調(diào)整磨煤機風量分別為100%、70%、40%額定風量；7.2.4在上述三種通風狀態(tài)下進行磨煤機出口風量、靜壓、溫度、機翼差壓的測量，同時對CRT上的風溫、風量及風量計算等有關參數(shù)進行記錄和校對；7.3爐膛出口氣流分布均勻性試驗7.3.1測定A層一次風與相臨二次風混合時（未加入反切二次風）爐膛出口氣流速度場；7.3.2分別測定四層、五層一次風與相臨二次風混合時，反切二次風OFA水平擺動機構在中間位置時爐膛出口氣流速度場；7.3.3分別測定四層、五層一次風與相臨二次風混合時，反切二次風OFA水平擺動機構在12位置時爐膛出口氣流速度場；7.3.4通過對OFA不同位置時爐膛出口氣流速度場的比較，為空氣動力場試驗及鍋爐熱態(tài)運行時提供調(diào)整的依據(jù)；7.4冷態(tài)空氣動力場試驗7.4.1單層一次風射流冷態(tài)?；囼灒ü擦鶄€工況）7.4.1.1在試驗所在層煤粉燃燒器噴口放置好煙花，預先布置好點火用的導線,煙花要固定好，防止被風吹走。7.4.1.2開啟兩臺空預器、吸風機、送風機、一次風機及一臺密封風機，維持爐膛負壓-50?-100Pa；7.4.1.3關閉其余磨的出口擋板及所有二次風小風門；7.4.1.4調(diào)節(jié)磨的入口風量擋板控制燃燒器各出口一次風速達為33m/s；7.4.1.5同時點燃該層燃燒器噴口的煙花，觀察并記錄煙花在一次風射流中的運動軌跡、切圓的形成情況、火焰中心是否偏斜及射流是否偏離燃燒器中心幾何軸線。7.4.2單層一次風射流與相臨層二次風射流混合的冷態(tài)?；囼灒ū驹囼炦x擇A、C、E三層燃燒器，即分為三個工況）；7.4.2.1A層一次風射流與A層煤燃料二次風、下部輔助二次風及A層油燃料二次風射流混合的冷態(tài)?；囼?；C層一次風射流與C層煤燃料二次風、中部輔助二次風射流混合的冷態(tài)?；囼灒籈層一次風射流與E層煤燃料二次風、上部輔助二次風射流混合的冷態(tài)模化試驗；7.4.3四層一次風射流與相臨層二次風射流混合的冷態(tài)模化試驗（共三個工況）；7.4.3.1A、B、C、D層一次風射流與A層煤燃料二次風、B層煤燃料二次風、C層煤燃料二次風、D層煤燃料二次風、下部輔助二次風、中部輔助二次風、上部輔助二次風、A層油燃料二次風、OFA2層二次風、OFA1層二次風射流混合的冷態(tài)?；囼?；7.4.3.2C、D、E、F層一次風射流與C層煤燃料二次風、D層煤燃料二次風、E層煤燃料二次風、F層煤燃料二次風、中部輔助二次風、上部輔助二次風、OFA2層二次風、OFA1層二次風射流混合的冷態(tài)模化試驗;7.4.3.3A、B、E、F層一次風射流與A層煤燃料二次風、B層煤燃料二次風、E層煤燃料二次風、F層煤燃料二次風、A層油燃料二次風、D層油燃料二次風、下部輔助二次風、中部輔助二次風、上部輔助二次風、OFA2層二次風、OFA1層二次風射流混合的冷態(tài)?；囼?；7.4.4五層一次風射流與相臨層二次風射流混合的冷態(tài)模化試驗：即A、B、C、D、E層一次風射流與A層煤燃料二次風、B層煤燃料二次風、C層煤燃料二次風、D層煤燃料二次風、E層煤燃料二次風、下部輔助二次風、中部輔助二次風、上部輔助二次風、B層油燃料二次風、C層油燃料二次風、OFA1層二次風OFA2層二次風、OFA3層二次風射流混合的冷態(tài)?；囼灒?.4.5本試驗共安排13個工況，每個工況都要記錄相關的試驗參數(shù)；7.4