[發明專利]一種安裝在超臨界W火焰鍋爐減小水冷壁溫度偏差的裝置

有效

• 申請號: 201610339798.1
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN106016345B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 宋民航;曾令艷;劉一波;李曉光;陳志超;李爭起
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F23M5/08
• 分類號: F23M5/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 王大為

技術領域

本發明涉及一種W火焰鍋爐減小水冷壁溫度偏差的裝置，具體涉及一種安裝在超臨界W火焰鍋爐減小水冷壁溫度偏差的裝置，屬于鍋爐燃燒設備技術領域。

背景技術

隨著國民經濟快速發展，我國對電力需求迅速增長，燃用貧煤、無煙煤電站容量劇增，W型火焰鍋爐在燃用無煙煤、貧煤方面具有其他爐型沒有的優勢，主要體現在穩燃能力強、燃燒效率高、對負荷變化適應性強。而隨著機組容量的增大和節約燃料的需要，超臨界鍋爐技術被廣泛應用，超臨界機組具有鍋爐蒸汽參數高、發電煤耗低、機組循環熱效率高等優點。超臨界W火焰鍋爐將W火焰燃燒技術與超臨界技術結合起來，綜合了W型火焰鍋爐能夠高效燃燒無煙煤及超臨界供電效率高兩方面的優勢，實現了低揮發分煤燃燒鍋爐的高參數化和大容量化。目前我國的超臨界W火焰鍋爐機組已占有一定的市場份額。

然而在超臨界W火焰鍋爐運行中，當水冷壁內工質的壓力達到超臨界及其以上時，水轉化為蒸汽的汽化潛熱為零，水冷壁管內不存在汽液兩相區，即水在吸收足夠的熱量而達到汽化點時直接變為過熱蒸汽，這種情況下，每根水冷壁管內工質由于吸熱不均而出現不同的汽化點，使水冷壁熱偏差現象更為嚴重，水冷壁熱偏差將導致流量偏差擴大，致使偏差管內工質熱物理特性劇烈變化，進而產生流量偏差和傳熱特性惡化，使水冷壁壁溫偏差增大。其危害比亞臨界自然循環鍋爐的程度嚴重得多。同時較大的熱偏差會致使水冷壁局部超溫，產生較大的溫差應力，在水冷壁溫度梯度最高的薄弱處發生水冷壁開裂甚至爆管等水動力事故。發生事故后需要停爐檢修，重新啟動時，為保證給水品質，要對水冷壁管道進行沖洗，鍋爐啟停、沖洗管道、更換及焊接管子都需要耗費大量的人力、物力，不但降低經濟效益，使國民經濟遭受巨大的損失，且嚴重影響鍋爐的安全運行和使用壽命。以一臺600MW超臨界機組為例，無論水冷壁爆管面積大小，均需停爐檢修，每停爐一天，給電廠造成的直接經濟損失為80萬元，整個維修更換過程大約需要10天左右，停爐造成的直接損失高達800萬元。因此，解決超臨界W火焰鍋爐水冷壁溫度偏差的問題迫在眉睫。

現有技術中W火焰鍋爐運行過程中會出現如下問題：1、由于燃燒器對稱均勻布置于爐拱上且靠近前后墻側，而左右墻上并未布置燃燒器，煤粉氣流噴入爐內后在靠近前后墻著火放熱，此時前后墻受到高溫火焰的直接熱輻射，造成前后墻側的整體熱負荷要高于左右墻，使前墻、后墻水冷壁與左墻、右墻水冷壁之間產生較大的熱偏差；2、由于燃燒器是對稱等間距布置于前后拱上，相鄰燃燒器之間存在一定距離，煤粉氣流由燃燒器噴入爐內后，在燃燒器下方著火放熱，使燃燒器下方的熱負荷較高，而相鄰燃燒器之間，由于存在較大空間，并未有煤粉氣流噴入燃燒，導致該區域熱負荷較低。因此造成燃燒器下方水冷壁與相鄰燃燒器間水冷壁之間產生較大的熱偏差；3、鍋爐實際運行中，每只燃燒器的給煤量及一、二次風溫和風速均存在一定波動，直接影響到下射煤粉氣流的著火位置，使每只燃燒器下方煤粉氣流的著火位置有高有低，造成煤粉燃燒放熱有早有晚，繼而每只燃燒器下方水冷壁熱負荷分布不同，造成每只燃燒器下方水冷壁之間的熱偏差；4、對于靠近左右側墻的燃燒器而言，高速二次風攜帶一次風煤粉氣流下射，由于在燃燒器與左右側墻及翼墻之間存在較大的空間，高速下射火焰容易造成該區域負壓增大，使高溫火焰容易被卷吸到左墻、右墻及翼墻近水冷壁區域，使這部分區域水冷壁熱負荷偏高。同時對于靠近左墻/右墻附近的兩只燃燒器而言，下射火焰在爐膛中心處相遇后折轉向上，相遇過程中產生相互擠壓，部分火焰被擠壓到左墻/右墻水冷壁附近，也會造成該區域水冷壁熱負荷偏高，產生熱偏差；5、鍋爐實際運行中，不同程度上存在爐內結焦現象，被焦塊覆蓋位置水冷壁吸熱量小，而未被焦塊覆蓋位置水冷壁吸熱量大，這樣也會產生水冷壁管間的熱偏差。而在低負荷運行情況下，還會出現相應的問題：6、低負荷運行時，會停掉部分拱上燃燒器，被停掉燃燒器并不投煤粉而僅投二次風，且沿爐膛寬度方向燃燒器投運數量并不均勻，投運燃燒器下方煤粉著火放熱量大，而未投運燃燒器下方沒有火焰，造成投運與未投運燃燒器下方水冷壁之間產生熱偏差；7、由于前后拱上燃燒器非對稱投運，爐內氣流穩定性差，鍋爐運行人員需不斷進行燃燒調整，而燃燒調整過程中會使爐內火焰擺動劇烈，且當某只燃燒器下方火焰穩定性很差時，會在該燃燒器附近投油以穩定燃燒，使投油處附近水冷壁吸熱量大，均會造成水冷壁吸熱不均勻，產生熱偏差；8、水冷壁內工質流率降低，吸熱能力減弱，會使水冷壁熱偏差進一步增大。由于上述問題的存在導致W火焰鍋爐運行過程中：下爐膛前墻、后墻水冷壁與左墻、右墻水冷壁之間，燃燒器下方水冷壁與相鄰燃燒器間水冷壁之間，每只燃燒器下方水冷壁之間，左墻、右墻及翼墻被下射火焰沖刷位置水冷壁與其它位置水冷壁之間，被焦塊覆蓋水冷壁與未被焦塊覆蓋水冷壁之間，投運燃燒器下方水冷壁與未投運燃燒器下方水冷壁之間，投油區域附近水冷壁與未投油區域附近水冷壁之間存在熱偏差。可以概括為同一面墻水冷壁的不同區域之間存在熱偏差，而不同墻水冷壁之間也會存在熱偏差。