1、前言
我国2000年3月发电装机容量达到3亿kW．300MWe级机组已经成为主力机组，600MWe即将成为电网的主力机组。截止到1999年，大陆地区已经投产600MWe级机组21台，在建600MWe级机组21台。我国大容量电站锅炉80%以上采用四角切圆燃烧方式，四角切圆燃烧锅炉普遍存在烟、汽温度偏差现象，导致过热器、再热器的超温、结焦、爆管。正如四角切圆燃烧锅炉的优点一样，烟气偏差现象也早已为人们所认识和高度重视K，并为此展开了一系列研究工作，富通新能源生产销售
生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧
颗粒机、
木屑颗粒机、
秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料。
姜义道等人分析了大容量四角切圆燃烧煤粉炉中烟气温度偏差的成因，认为炉内气流沿炉膛高度方向的旋转流动逐渐减弱，在炉膛出口仍有残余旋转存在，使得水平烟道人口沿宽度方向烟气流量分布不均匀，一侧烟气流量较大，一侧烟气流量较小，因而烟气温度场亦随之变化，故认为残余旋转是引起四角切圆燃烧方式锅炉水平烟道烟温偏差的主要原因。
曾瑞良等人认为，燃烧器的布置和火焰射流引起烟气流量场、温度场分布的不均匀性是烟温偏差的根本原因。烟气中不均匀分布的残碳量在屏区的燃烧，加重了烟温偏差的程度。汽侧管道之间汽水介质的流量分布不均匀与烟气侧烟气场参数偏差状态在换热过程中相偶合，加重了烟、汽温偏差的程度，由此引发个别管屏的超温爆管现象，因此，改变燃烧器的位置和形状可改善烟温偏差。
目前治理四角切圆燃烧锅炉烟温偏差多采用顶部过燃风（最上排二次风）乃至上层辅助风喷口反切布置或采用冷烟气再循环反切，以削弱主烟气流的旋转强度，减轻上炉膛及水平烟道中烟气流场偏置现象。这种方法只要对反切气流燃烧器单独进行设计或改造即可，方便简单，不仅可强化烟流的自搅拌强度，在一定条件下，还有利于燃料的充分燃烧，在国内300MWe机组上得到了广泛应用，并且取得了明显减少左右侧烟温偏差的效果。大夹角同心反切燃烧技术和设置分隔屏，对大多数200MWe、300MWe级锅炉烟温偏差情况而言得到了改善，但对于600MWe级机组锅炉未得到预期的改善效果，或改善不多。
在温度偏差问题的研究中，大多研究视野集中于炉膛出口炉宽水平方向上，对炉膛上部大屏区域缺少实际运行的数据。研究表明，四角切圆锅炉温度偏差的产生源头涉及到了最高层燃烧器上部的所谓燃尽区，炉膛上部以辐射特征为主的屏区势必受到影响，相关各级受热面也将受到屏区参数变化的影响∞：。目前在国产优化设计600MWe机组上的实炉检验经历中，各种理论比较缺乏。本文针对2 008t/h采用顶部二次风反切的四角切圆燃烧煤粉炉的烟气温度和受热面壁温进行测量，以期了解流动与烟、汽温度偏差的关系。在实际运行的锅炉上通过测量研究，对进一步优化设计具有借鉴。
2.2008t/h锅炉简介
国产2 008t/h锅炉是引进CE公司技术生产的，600MW亚临界压力参数，一次中间再热锅炉采用平衡通风、直吹式制粉系统、摆动式燃烧器、四角切圆燃烧方式。炉膛上部前墙及二侧墙的水冷壁外面布置壁式辐射再热器，炉宽方向悬挂6组大节距分隔屏过热器，将上炉膛靠炉前部分分为7个室，分隔屏下沿达折焰角下部，后屏过热器布置在分隔屏后，共24片，其下缘也已达到折焰角下，这种布置方式在强化过热器与再热器的辐射传热的同时，起到切割旋转的烟气流以减小进入过热器炉宽方向的烟温偏差作用。各级过热器、再热器集箱之间采用单根或数量很少的大直径连接管连接，使蒸汽能良好地混合以期消除流量偏差。]。在低温过热器出口与分隔屏入口连接管上设一级喷水减温，在后屏过热器出口与末级过热器入口之间左右侧连接管上各设一点二级减温。再热器采用了以辐射式为主的布置方式，由三级组成，墙式再热器、屏式再热器和末级再热器。墙式再热器布置在水冷壁前墙和侧墙靠近前墙部分，按高度约占炉膛高度的l／3左右，分为左侧、前左、前右、右侧4个部分，分别以4个连通管引至屏式再热器入口，未作交叉。屏式及末级再热器布置在水平烟道入口，中间没有联箱。燃烧器采用CE传统大风箱结构，顶部二次风反切22。角，见图1。投运以来，锅炉存在着再热汽温偏低，过热汽温两侧偏差较大等问题。为此，在过热器、再热器各屏均加装金属壁温测点。在炉前墙相对高出折焰角上部穿插6组分隔屏，在位置标高55. 57m处设置8个测量孔，以测定屏间烟气速度和温度分布。在炉膛上部布置了各屏金属壁温监视测点，测点详细位置见图2。
根据测点位置上炉瞠温度可达1200～1 350℃的实际情况，考虑到其它方面的制约条件，选用手持式RH-6325红外辐射测温仪。为此，首先进行了屏间烟气黑度的计算与选择。参照1973年版《锅炉机组热力计算标准方法》的相关内容。
3、测量结果与讨论
3.1分隔屏区烟气温度
机组4个负荷工况下分隔屏区烟温测试结果如图3所示。随着负荷的增加，分隔屏区烟温上升，在炉膛宽度方向上呈现出越来越明显的M形。由于两侧近墙测点位置四周均为壁式再热器，根据汽机侧高排温度的推断，此处再热汽温在330℃左右，冷源辐射作用使所测烟气温度偏低。为了防止黑度选择不当，造成测量误差，对这8个测点进行了多次变参数测量，尽管测量值上存在一些出入，但是各工况温度分布的总体趋势没有发生根本性的改变。
从烟温测量曲线中，还反映出在炉左侧2号、3号以及炉右侧5号、6号测点位置温度最高，左右侧在低负荷时呈现左低右高，随着负荷的提高，高温点趋于两侧一致。但在58IMWe负荷投入第6层燃烧器时，左侧明显高于右侧。总体上左侧高温点分布位置有逐渐向上提高的趋势，两侧的最高温度点的温度倾向趋于相同。
图3反映出烟气在炉膛上部区域的各屏区之间存在温度分布上的差异，距炉侧墙5m为最高温度点、呈现出低一高一低分布、左右形态对称相似的温度分布态势；各测点的温度随着烟气量的增加而提高，温度分布的峰谷状态随负荷的增加而愈加明显；图中58IMWe负荷工况下的温度分布表明，在投入最上一层煤粉燃烧器后，烟气左右侧温度分布呈现较大的偏差。这表明提高燃烧器层数，致使炉内切圆燃烧旋转动量沿炉高方向加强，同时烟气距炉膛出口的行程相对其它工况变短，烟气在燃尽区的分布不均进一步加重。
3.2屏区烟温与壁温的比较分析
烟侧偏差对汽温状态具有直接的影响。对不同工况下的分隔屏、后屏及末级过热器壁温和特征烟温进行测量，结果如图4所示。
上部受热面处于炉膛火焰中心区以上，烟气与屏式过热器的热交换主要以辐射换热方式进行。对于2号（距炉左5m左右）、5号(距炉左13. 5m)分隔屏所占据的两部分屏间通道而言，屏区空间容量、受热面汽水侧结构基本相同，在屏区的换热过程中，烟气温度成为影响受热面接受辐射热量的主要因素。从放热量对壁温的宏观影响效果角度考虑，壁温高表明了烟气对屏壁放热量大的状况。
对于炉右侧5号屏区，由于烟温高，烟气辐射放热量大，5号屏壁温相应较高；而炉左侧2号屏区烟温低，壁温相应较低，但是实际情况却与此相反，是左高右低。这一现象表明受热面在与烟气换热过程中，烟气放热量左侧高于右侧。作者推断，对于右侧屏区而言，辐射换热是主要的换热形式，烟气放热总量中辐射放热量占主要份额，换热效果主要受烟温的影响；对于左侧屏区而言，除具有辐射换热特性外，对流换热条件得到了极大的改善，换热效果不仅与辐射换热有关，而且对流换热也对其产生了积极影响，宏观上烟气流量的增大可以加强对流换热效果，造成烟气的对流放热量提高，烟气总放热量增大。对于2号、5号屏区的烟气通道，烟气流量存在着左高右低的情况，使得左侧换热效果强于右侧，致使左侧烟气放热量中增加了右侧表现不显著的对流放热成分，造成左侧总放热量多于右侧，壁温左高右低的现象。遗憾的是，工程现场不具有实测烟气流量的条件，无法实际验证烟气量差别的推测。在烟气上行过程中，旋转动量的下降使切圆直径扩大，贴壁气流增大，进入屏区后由于屏区的存在限制了气流沿炉宽方向发展；同时在向上流动及离心惯量的作用下，使原本流量偏大的贴壁烟气流更倾向于沿炉高方向向两侧聚集，并向上发展�；谏鲜龇治�，依次可以推测出左右侧对应屏区的烟气量偏差概念性分布状态，如图5所示。
在炉膛上部屏区，宏观上烟气流动方向表现为先向上再向炉后流动的特点，在与屏区受热面的接触中，烟气首先冲刷屏式受热面底部区域，后冲剧距炉顶较近的上部区域，因此屏式受热面在高度方向上形成了热交换效果不同的区域。对于烟气量大的屏区，屏间烟气的惯性加大，冲刷范围变大，冲刷效果提高，致使屏式受热面受强烈冲刷的面积相对提高，换热效果加强，受热面温升提高；烟气量小的屏区情况与之相反。对于壁温较高的受热面，如图5中分析一样，表现为屏区流过较多的烟气，受热面强烈，换热面积也相应加大，因此壁温的高低与强烈冲刷换热面积的大小表现出相关关系。对比图5炉膛上部区域不同受热面壁温分布的情况，发现总体上在左侧屏区的后屏壁温温升趋势较右侧明显，在烟气没有变化的条件下，可以推测出左侧后屏受热面受强烈冲刷的面积较右侧为大。结合分隔屏在与烟气热交换过程中受热面受强烈冲刷的面积分布情况，可以推测出烟气流动在屏区空间中沿炉高方向存在差异的情况，用图6来描述沿炉深方向烟气这一流动状态的发展情况。上述分析通过炉内流场状态数值模拟得到进一步证实。
综合分析屏温与屏区烟温分布特点，受热面壁温都呈左高右低的W型趋势分布，而壁温分布与其呈峰谷反向对应M型，作者认为屏区烟气流量在各屏间分布不均，呈左侧高于右侧、两侧高于中间的分布，受热面的壁温偏差以及烟气温度偏差源于屏间烟气量分配上的差异。从换热角度来看，低烟气温度对应的受热面的传热温差较低，传热面积相同，而蒸汽温度较高，说明传热系数较高；而烟气温度较低，烟气辐射相对较小，因此较高的传热系数源于对流冲刷的效果的贡献．据此推断烟气流速较高，烟气量较大。即烟气以较高的速度冲刷受热面，受热面壁温由于换热加强、换热效果得以提高而上升，在总体壁温分布中显示偏高；对于烟气而言，烟气换热充分，烟气换热效果得以加强，烟气总放热量增大，烟气温度下降，在总体烟温分布中显示偏低。相反情况烟温显示偏高，壁温显示偏低。
3.3烟温偏差成因分析
对于逆时针旋转的锅炉，烟气在进入屏区后，由于残余旋流的存在及分隔屏的切割导流作用，烟气在旋转惯性的作用下贴墙上行，由于折焰角的前推及挤压，分成左右侧两大流动集团，左侧区气流方向指向前上，在流动惯力的作用下其主流进入屏区，遇前墙阻挡后受炉膛上部结构的限制及水平烟道高负压区的吸引作用折向炉后；右侧区气流的方向指向后上，由于水平烟道的高负压区吸引作用及指向炉后的流动惯性，主流只经过分隔屏下部区直接短路流向炉后，从而出现了烟气速度场、流量场及温度场的偏置。
由于左右侧烟气流动过程的不一致，气流在左侧屏区流动行程加长，同时流向突变，产生较大的扰动，加大了该区域的湍流强度，强化了左侧区的烟气对流换热；而右侧气流在惯性和负压吸引2个同向力的作用下平稳加速流向炉后，烟气换热空间及时间相对减少，从而右侧比左侧的对流传热强化效应弱，造成换热效果左强右差，烟温左低右高分布的现象。
该锅炉已经根据经验对屏间汽水分布经过了优化设计；现场试验条件的限制没有进行屏间汽量分配的测量比较，在上述分析中，认为屏间蒸汽流量分布均匀，没有考虑汽水工质流量偏差对烟气温度偏差的影响。屏区烟气流场分布的测量有待于进一步研究。
4、结 论
(1)烟温偏差现象普遍发生在四角切圆燃烧方式的锅炉上。炉膛上部空间，烟气流动尚存残余旋转，炉内燃烧动力场引起残余旋转，导致炉膛上部烟气流场各参数分布上的差异，在与汽侧换热过程中，造成各部位热交换状态的差异，从而产生烟温偏差。
(2)炉膛上部屏区过热器的分布，在很大程度上起到了消旋整流的作用，但是依然存在烟气分布沿屏区宽度、屏区高度发生变化的情况，烟气对受热面的冲刷强度不同，炉左侧屏区与汽侧的换热较右侧区充分，使屏间烟气换热量存有差异，造成汽温左高右低大致成W型分布形态，烟温呈M型分布形态，与汽温分布状态峰谷反向对应。
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