电厂锅炉二次风箱内部积灰探讨及治理论文_何林光

前言：二次风箱是锅炉燃烧系统中不可或缺的重要组成部分,它是将燃料燃烧所需要的空气集中收集,并均匀分配给各个燃烧器,使燃料在锅炉中充分燃烧。但在锅炉实际运行过程中,时常会发现大量的飞灰沉积在二次风大风箱内,严重影响了锅炉安全、经济运行。因此,本论文针对某台660MW前后墙对冲燃烧锅炉的二次风大风箱进行了数值模拟研究,具有一定的理论意义和工程应用价值。首先,进行现场测试粒径分布,并对大风箱内的速度流场进行数值模拟,在此基础上,采用离散相随机轨道模型和相互耦合模拟的方法对大风箱内部的飞灰颗粒进行模拟,得到的计算结果与实际情况吻合较好,说明该网格模型的可行性和正确性。其次,对影响大风箱内速度流场分布和飞灰颗粒沉积的因素(包括钢架结构、飞灰粒径和负荷等)进行了数值模拟,得到大风箱内存在低速区(特别是底板附近的低速区)是造成积灰的主要原因,模拟结果对大风箱结构的优化具有一定的指导作用。最后,对大风箱结构提出两种优化方案,并对优化后大风箱内的流场分布和颗粒沉积进行数值模拟,将得到的模拟结果与优化前大风箱模拟结果进行比较分析,证明优化方案的可行性;在此基础上,优化方案相互比较分析,得到最优优化方案。本文尝试用数值模拟的方法来预测二次风大风箱内颗粒沉积问题,下一步可以将优化方案运用到工程实践中,进一步验证了优化方案的可行性。研究结果可为二次风箱积灰问题提供参考。

一、二次风箱内部积灰形成原因及危害

在对冲燃烧方式锅炉中，二次风风箱是燃烧系统中不可缺少的重要组成部分，它是将燃料燃烧所需要的空气集中收集，使空气均匀通过每个燃烧器进入炉膛，与煤粉混合后在炉膛内完成燃烧过程。但在锅炉实际运行过程中，经常会发现大量的灰尘沉积在二次风风箱内，严重影响了锅炉的安全运行。

风箱内飞灰颗粒的主要米源是:二次风是由风机将空气引入锅炉尾部回转式空气预热器中:锅炉燃烧煤粉产生的大量烟气通过空气预热器的烟气侧，空气预热器吸收烟气中的热量，同时烟气中的飞灰颗粒会沉积在空预器的蓄热体上。当空气预热器旋转至空气侧，空气预热器上的热量会使空气温度升高，形成热风，而热风会携带蓄热体上较细的飞灰颗粒经过风道进入到大风箱内。飞灰颗粒进入到大风箱后，大部分都会随着二次风经过燃烧器进入炉膛内再次燃烧，只有一小部分的飞灰颗粒会沉积在大风箱内。但众所周知，电厂锅炉无时无刻都在运行着，随着时间的增加，飞灰颗粒会在风箱底部沉积的越来越多。对与某些机组运行时间较长的电用，若不定时清理风箱内的积灰，飞灰在风箱底部沉积的厚度可达1-2m，即便是一些运行时间较短的电厂，其大风箱内的积灰厚度也有10.20cm左右。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在锅炉运行过程中，风箱内的积灰若不能及时进行清理，飞灰的大量沉积会使得二次风风箱内的气流受到严重影响，造成以下间题:

风箱内积灰高度的不断增大，造成燃烧器二次风的流通部分通道发生阻塞，进入燃烧器的二次风量不足，二次风点流速度沿周向分布不均匀，不能很好的组织燃烧器出口流场形态，二次风与煤粉气流不能充分混合，燃烧不充分，造成锅炉的飞灰和灰渣增多，锅炉效率下降，影响锅炉机组的经济运行;

大风箱内扬起的飞灰颗粒进入燃烧器，可能造成对火检探头的遮挡而发生火检的丢失;

随着大风箱内积灰数量的不断增加，大风箱重量也随着增大，造成大风箱结构的不稳定，増加安全隐患。自前，对于风箱积灰清除的问题尚无有效的解决办法，现有的技术方案主要是利用每半年锅炉停炉检修的机会将风箱打开，采用人力将风箱内的积灰清楚并运往指定地点。该清理工作花费大量人力、物力、财力、且容易发生人身安全事故。

根据上述对冲燃烧锅炉大风箱运行中出现的主要问题和产生的后果，因此有必要对大风箱进行更深一步的研究，从而指导其实现安全、稳定、高效运行的目。

二、改进措施简述

在大风箱底板上开设若干个直径为100um的小孔，在风箱外部布置一个吹风器，吹风器是由一个圆管、时间继电器、电磁阅和截止阀组成。圆管的一端连接在风箱系统上，从该风箱获得吹灰气源圆管上设置若千个与风箱底板小孔相对应的吹风孔，为了防止飞灰颗粒堵塞吹风孔和布风更加均匀性，在现场进行结构优化的过程中，可以在底板小孔上安装导向风相:管子的一段装有电磁阀和截止阀，电磁于圆管中间，用于隔断圆管在电磁阀上安装一用于控制电磁阀启闭用的时间继电器，时间继电器在电磁阀的下端，时间继电器与电磁阀一端接电源:在电磁阀前部安装截止阀，其目的是方便设备检修。这样只需要在风箱的实际运行过程中设置好吹风间隔时间，控制电磁阀开启、关闭，有效控制吹灰次数，就可以实现自动吹风，节约人力成本。此方案的优点是可以増大风箱底板附近风速，减少低速区，使飞灰颗粒不那么容易沉积下来，同时也可以将沉积在底板上的飞灰颗粒再次吹起，使其进入炉膛，从而提高燃烧效率。

结语：本文以河南周口隆达电厂660Mw前后对冲燃烧锅炉二次风大风箱为研元对象，利用计算流体动力学CFD商业软件 FLUENT对其内部的气相流场，气固两相流场进行数值模拟，得到风箱内流场分布和颗粒流动规律，在此基础上模拟研究了多个因素对风箱内飞灰沉积的形影响，进而对大风箱的结构进行了优化。通过本文的模拟研究得出以下结论:

(1)大风箱内存在的大量钢架会导致风箱内整体风速的降低，特别是底板附近低速区特别多，同时也会在钢架附近形成涡流区，这一系列的现象就会直接造成大量随二次风进入风箱的飞灰颗粒沉积下来，长时间如此，则会影响锅炉安全运行。

(2)同时根据现场测得的颗粒径，选取3种不同粒径的飞灰颗粒进行数值模拟，结果表明:不同粒径的飞灰颗粒对气流的跟随性都比较好。小颗粒的迹线比较复杂，运动时间和路程都比较长，大颗粒受重力影响比较大，迹线在底板附近的较多;底板上颗粒的沉积浓度随着粒径的増大而增大。

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论文作者:何林光

论文发表刊物:《中国电业》2019年20期

论文发表时间:2020/3/10

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