1 000 MW燃煤鍋爐一次風道復雜流場優化

徐龍飛，陳士群

(江蘇新海發電有限公司，江蘇 連云港 222023)

0 引言

隨著技術改進及提升，燃煤鍋爐日趨大型化，而其結構空間布置趨于緊湊化，出現鍋爐熱一次風道流場明顯紊亂的現象，致使一次風測量難度加大及風道阻力顯著增大，造成一次風控制自動無法投入，影響機組AGC協調控制。

當前大型燃煤鍋爐一次風道以方形煙道為主，在非常緊湊的空間內布置了多個變徑及轉向風道，加之冷一次風道在其位置會合，加劇了一次風道熱風流場紊亂、冷熱風混合不均、風道阻力增大的問題。國內采用流場優化設計來優化風道設計并不常見，某電廠聯合東南大學梁志明教授提出了低阻型風道優化設計及更換新型防堵型測點建議，結合數值模擬進行電站鍋爐風道設計優化。該技術最大的特點是將冷、熱風混合風道變徑趨于平緩化設計，解決了混合不均及流場紊亂等問題，大大提高了流量測量的穩定性和調節線性。

1 問題分析

磨煤機入口一次冷風和熱風混合后的速度和溫度分布不均勻，會導致一次風量測量不準，影響鍋爐燃燒工況的組織和調整，也影響鍋爐運行的安全經濟性，且磨煤機入口一次風量精確測量是實現鍋爐精細化控制的前提。

實際熱態運行時，磨煤機入口一次風量存在風量顯示值在冷風擋板開度小于熱風擋板開度時，同時冷風擋板開度不高于30 %的狀態下，均呈現出風量顯示與風門開度反趨勢現象。通過風門特性試驗、現場管道布置及實際測試數據分析判斷，現場冷一次風和熱一次風混合后當量直徑較短，僅依靠冷一次風自身速度很難穿透熱風，需要較長的直管段才能混合均勻，現有的直管段長度無法滿足測量要求，導致被測斷面處風場分布偏差較大，出現較為明顯的高速區、中速區和低速區。冷風流場對熱風流場的干擾導致主要提供流量的熱風流場因冷風作用，流場分布整體較大位移，同時局部產生紊流或渦流現象，上述因素是造成目前風量反趨勢的主要原因。原風量測量測點布置及安裝位置等不太合理，未能充分考慮風道短、流場受冷風擾動大等因素影響。從現場情況看，原安裝位置在防爆門后方，為渦流區。

2 優化方案

針對磨煤機混合一次風量測量存在的問題，在保持原冷、熱風道主體布置形式不變的前提下，通過流體動力場調平手段和優化在線測點布置位置的路線，為在線測量單元提供一個較為穩定均勻的流場，實現磨煤機混合一次風量的精確測量。

2.1 改造目標

(1) 通過一次風量改造，解決風量測量不穩定，調節線性不好等問題。

(2) 通過一次風道流場優化改造，減小風道系統阻力，使得冷熱風混合較為充分。

2.2 改造方案

結合了計算流體動力學(computation fluid dynamics，CFD)數值模擬分析云圖及現場實際多工況測試數據，同時充分考慮冷、熱風混合不均等問題，制定了一次風道流場的均流技術方案，具體為：以矩形大小頭與矩形管道連接處為起點，斜拉30°，導流板與防爆門相切即可，將此處變徑改為斜面導風結構，此舉既不影響防爆門又改善了風道流場(見圖1)。

圖1 一次風道流場均流技術方案

拆除管道內原風量測量裝置，同時對原風道加裝導流板裝置進行流場優化改造，在指定區域安裝東南大學研制生產的自清灰防堵矩陣式流量測量裝置，如圖2所示。

圖2 新型防堵型風量流量測量裝置

導流板裝置改造分為兩個部分，分別為風道上部導流改造(見圖3)和風道側面導流部分改造(見圖4)。

圖3 風道上部導流板

圖4 風道側面導流板安裝示意

經此改造優化后，可降低風阻，減少渦流的形成，同時也進一步提高風量測量的準確性和穩定性。

2.3 改造后一次風標定差壓比對數據

改造完成后對其進行冷態標定實驗，每個風道開設4個標定孔，用標準畢托管進行等截面多點取壓，每截面取16個差壓數據進行比對和計算(見表1)。從取壓數據大小及分布情況得出結論，改造后風道內流場紊流現象有較大改善。

表1 2號爐磨煤機入口熱一次風標定差壓采集統計單位：Pa

2.4 標定結果

一次風道流場優化改造及在線測點布置位置擇優選擇后，磨煤機混合風量精確測量的研究達到了預期效果(標定結果見表2)，解決了困擾已久的風量反趨勢無法投自動、震蕩幅度大、穩定性差等多方面的問題。各個工況下，磨煤機混合風量與熱一次風擋板、冷一次風擋板開度，均呈現出良好的線性關系，風量的顯示值輸出穩定，實測風量值與顯示值偏差較小，吻合度較高，完全可以滿足現場投運的需要。

表2 磨煤機一次風流量標定結果

3 結束語

以上采用CFD模擬計算手段，對1 000 MW磨煤機入口風道進行了流場診斷分析，針對現有煙道阻力偏大及流場分布存在的問題，在各轉向后及變徑段設置導流板，將部分直角變徑風道優化設計成斜面導風結構，有效降低了風道阻力，同時改善了風道流場分布均勻性，在此基礎上進行了風量在線測點布置位置擇優選擇并采用新型防堵型風量流量測量裝置。優化改造方案具有改造量小、方案靈活可靠、改造風險低，同時收益較好等特點。