超大型单体64MW链条炉排供风系统冷态性能试验.doc

超大型单体64MW链条炉排供风系统
冷态性能试验

张甦1 张书忱2 余德祖3 宁国强2 吉正柳5 金明义2 张元忠4
1—辽宁能源总公司 2—沈阳惠天热电股份有限公司
3—上海工业锅炉研究所 4—上海跃龙有色金属有限公司 5—上海理工大学

摘 要：本文是在64MW链条炉排锅炉实炉试验的基础上，用数据表明超大型单体横梁式链条炉排供风系统的冷态性能具有较好的炉排横向配风均匀性、密封性、风量调节性能和相应足够的风室平均风压，以及该炉排燃烧供风的技术性能和今后提高改进方向。
关键词：横梁炉排 冷态试验 配调风 窜漏风 密封

0 前言
64MW链条炉排是在引进美国Roley公司Harrington大型链条炉排的成套技术基础上开发研制的当今单体炉排面积最大的机械化层状燃烧装置[1]。链条炉排供风系统的冷态性能试验方法是我国近年来工业锅炉的有关研究成果，已被国家经贸委发布的JB-T3271-2002《链条炉排技术条件》[2]行业标准所采纳、实施。全国最大型供热公司之一的惠天热电股份有限公司的沈东热源厂是拥有6台64MW大型热水锅炉的当今全国最大供暖热水锅炉房。对超大型单体64MW链条炉排进行供风系统冷态性能试验，可进一步了解、认识该型炉排的燃烧供风性能，找到提高改进的方向，完善和充实国内最大供暖热源厂锅炉房的建设和运行经验，并响应和促进了《链条炉排技术条件》行业标准的实施。

1 炉排结构简介
图1所示，炉排由支架、上下炉链导轨、轴系、密封装置、炉链及炉条、炉排片、放灰和加煤装置等组成。

炉排的特性及参数如下:
炉排有效长度×宽度: 9165×8518 mm ；
炉排有效面积: 78.08 m2 ；
炉排最大可见热强度: 1256kw/m2 ；
最高热风温度：不大于200℃；
炉排通风截面比：6 %；
供风系统的进风方式为九个分风室双侧进风外置总风道；
密闭风室底部为手动格栅式铸铁滑板放灰装置。
炉排片采用了Roley公司的A型炉排片，参见图2，其特点是通风间隙小（6%）、布风均匀和漏煤少。整个炉排由置于密封炉链导轨中的九根炉链装置中的2700个边滚轮和中心导向滚轮的滚动而轻松运作，因无滑动摩擦故炉排运动平稳可靠。

横梁式重型链条炉排具有不掉片、不漏煤、不跑偏和不爬高的特点。图3所示为尾部滑块式导轨，它装于炉排后部横梁上，可将炉链由上部炉链导轨平稳精确地导入下部炉链导轨中。由于炉排不设后轴而使炉排尾部结构简化，不仅使制造、安装简单，且也彻底解决炉排运行中因轴承润滑不良过热膨胀卡死等故障。

2 试验概述
2.1 试验规范和试验方法及测点布置。
试验遵照JB/T3271-2002《链条炉排技术条件》[2]中的有关要求，可参见该标准中的附录A（规范性附录）——链条炉排供风系统冷态性能试验方法。
试验在沈东热源厂锅炉房64MW 3#锅炉的横梁式链条炉排上进行。用特制的测压钟罩置于无煤层的炉排面上，配以倾斜式微压计可测得风室内炉排面下的风压分布。风室炉排面上测点的布置如图4所示：沿炉排纵向布置三排测压点第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ排，排距为145mm（炉排片长度），第Ⅱ排为风门中心线位置，每排测点沿炉排横向布置24列。
2.2 试验项目工况
（1）炉排横向配风均匀性试验；
（2）风室平均风压试验；
（3）风室窜漏风试验；
（4）风门全关时的流量率和调风门流量特性试验；
（5）总风道流量分配试验；
（6）燃料燃烧（空气）特性曲线试验。
（7）炉排密封性能试验

图4 测点布置示意图

3 试验数据整理
3.1 风室平均风压（）
（1）计算公式
风室平均风压为衡量无煤层时炉排风室所有测点测得的风压平均值，其计算公式为：
（1）
式中 ——风室列平均风压， Pa；
为无煤层时，风室沿炉排纵向测压点布置m排（），每排有n列个测点（）第j列在所有m排的风室平均风压（即风室列平均风压）的计算公式为：
（2）
式中 ——第j列中第i排的风室风压测量值， Pa；
（2）试验值汇总
① 最大负荷工况时的风室平均风压
即为无煤层炉排时将风量集中送入一个调风门全开的风室时测得的风室平均风压，测试值计算整理后列于表1。

表1 最大负荷工况的风室平均风压
项目
风室
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
风门开度
左
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
右
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
（Pa）
左
37.1
66.1
30.7
64.0
83.3
56.7
36.2
48.4
44.8
右
46.1
70.3
30.2
67.0
87.2
58.6
37.1
46.1
52.8
（Pa）
左
60.7
100.7
82.7
84.0
110.0
72.8
50.7
66.7
70.7
右
68.7
100.0
82.7
80
114.0
81.3
56.7
72.7
76.7
（Pa）
—
517
462
376
356
389
386
387
372
460
（Pa）
左
507
450
362
336
375
373
373
359
448
右
503
453
363
333
376
371
371
353
451
注：——风室列平均风压的最大值，Pa； ——鼓风机出口处风压，Pa；
——空气预热器出口处风压，Pa。
② 调风门不同开度时的风室平均风压
无煤层炉排时将风量集中送入某个风室，在调风门不同开度情况下测得的风室平均风压，测试值经计算整理后列于表2。
③ 多风室窜漏风工况时的风室平均风压
无煤层炉排时将风量集中送入二个或三个风室（调风门均全开）时测得的风室平均风压，参见表3和表4。
表2 风门不同开度时的风室平均风压
项目
风室
6#
6#
6#
6#
6#
6#
6#
6#
6#
风门开度
左
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°
右
0°
11.25
25°
37.25
45
56.25
67.5
78.75
90°
（Pa）
左
0
0
0
0
0
0
0
0
0
右
0
11.0
4.2
12.3
23.1
30.6
32.4
59.7
62.9
（Pa）
左
0
0
0
0
0
0
0
0
0
右
0
1.7
8.3
26.0
38.7
46.7
50.0
95.3
100.0
（Pa）
—
844
832
792
759
704
675
632
582
557
（Pa）
左
840
821
783
754
689
671
626
570
545
右
837
819
782
752
702
656
626
550
530

表3 二个风室窜漏风工况时的风室平均风压
项目
风室
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
风门开度
左
0°
0°
0°
全开
全开
0°
0°
0°
0°
右
0°
0°
0°
全开
全开
0°
0°
0°
0°
（Pa）
左
0
0
2.0
37.1
51.4
0.7
0
0
0
右
0
0
2.0
30.7
50.3
1.7
0
0
0
（Pa）
左
0
0
2.7
51.3
64.0
1.0
0
0
0
右
0
0
2.3
50.7
65.3
2.0
0
0
0
注：为240 Pa，为197 Pa，为206 Pa。
表4 三个风室窜漏风工况时的风室平均风压
项目
风室
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
风门开度
左
0°
0°
0°
全开
全开
全开
0°
0°
0°
右
0°
0°
0°
全开
全开
全开
0°
0°
0°
（Pa）
左
0
0
1.7
27.8
31.9
26.6
7.2
0
0
右
0
0
1.5
22.8
32.1
34.8
6.2
0
0
（Pa）
左
0
0
2.3
36.0
38.7
34.5
10.3
0
0
右
0
0
2.0
33.3
38.7
35.2
8.7
0
0
注：为165 Pa，为116 Pa，为206 Pa。
3.2 炉排横向配风不均匀系数
（1）计算公式
炉排横向配风不均匀系数的计算公式为：
，% (3)
式中 、——风室列平均风压的最大值和最小值，Pa。
（2）试验值汇总
① 运行工况时的炉排横向配风不均匀系数
即将双侧各风室调风门的开度大小，完全模拟按照热态运行状况时的开度情况下所测得各风室的炉排横向配风不均匀系数，列于表5。

表5 运行工况时风室的炉排横向配风不均匀系数
项目
风室
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
风门开度
左
1/12
4/9
全开
全开
全开
全开
6/9
3/9
0
右
1/12
4/9
全开
全开
全开
全开
6/9
3/9
0
（%）
左
342.86
35.16
61.6
56.51
54.47
48.23
63.62
72.12
94.12
右
480.00
45.11
54.38
52.75
47.39
52.13
72.29
78.69
96.00
流量百分比（%
左
2.51
10.93
14.57
17.24
17.55
16.46
12.15
6.27
3.32
右
2.14
10.62
14.66
17.01
17.33
15.61
11.84
6.17
4.62
平均
2.325
10.775
14.615
17.125
17.44
15.535
11.995
6.22
3.97
注：流量百分比：， %

② 全炉均风工况时的炉排横向配风不均匀系数
即将炉排双侧各风室风门全开时，试验测得的各风室的炉排横向配风不均匀系数。通过该工况的试验还可了解和测知总风道对各风室供风的性能情况。试验测值经计算整理后列于表6。
表6 全炉均风工况时风室的炉排配风不均匀系数
项目
风室
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
风门开度
左
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
右
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
（%）
左
—
—
—
—
—
—
—
—
—
右
123.36
96.59
81.18
47.71
47.74
54.55
60.63
30.87
69.84
流量偏差
左
—
—
—
—
—
—
—
—
—
右
0.7234
0.8859
1.0729
1.1437
1.1589
1.0315
1.0729
0.8660
0.9615
相对流量（%）
左
—
—
—
—
—
—
—
—
—
右
62.42
76.45
92.58
98.69
100.00
89.00
92.58
74.73
82.96
注：流量偏差为各风室流量与风室平均流量的比值；相对流量 为。
③ 窜漏风工况时各风室的炉排横向配风不均匀系数
窜漏风工况时某风室风门全开，其他各风室风门全关时该风室的炉排横向配风不均匀系数列于表7。
④ 调风特性试验时各风室的炉排横向配风不均匀系数可参见表11。
表7 窜漏风工况时各风室的值
项目
风室
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
风门开度
左
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
右
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
全开
（%）
左
160.06
113.95
79.15
84.36
93.66
84.66
118.02
110.15
128.04
右
103.05
113.88
86.08
66.65
92.54
70.11
132.88
134.62
100.95
3.3 风室的窜风率及保风率
（1）计算公式
设炉排共有n个风室,当其中第i风室风门全开而其他风室风门全关时，第i风室向其他风室的窜漏风量的窜风率记为，则第i风室向第一风室、第二风室、……的窜漏风率记为、、……，其中即为第i风室的保风率，即有如下关系式：
（4）
（5）
第i风室向其他风室的窜漏风的窜风系数的计算公式为：
， % （6）
式中 ——第i风室的空气流量，m3/s。
（2）试验值汇总
① 主风室是指主燃烧区的风室。本次试验按单个主风室（3#、4#、5#、6#及7#）和多个风室（3#与4#，3#、4#和5#）窜漏风试验分别进行。
② 付风室的窜漏风试验
为全面了解各风室的窜漏风情况，还对付风室1#、2#及8#、9#风室进行了窜漏风试验。
窜漏风试验测值经计算整理后列于表8、表9和表10中。
表8 主风室窜漏风试验值（%）
风室号（i）

Si-1
Si-2
Si-3
Si-4
Si-5
Si-6
Si-7
Si-8
Si-9
3#
左
36.66
4.45
7.70
左
11.48
8.11
7.27
8.11
8.11
8.11
右
36.97
5.58
7.06
右
10.89
7.90
7.90
7.90
7.90
7.90
4#
左
39.08
8.03
7.08
10.36
左
11.03
5.35
5.98
4.63
8.46
右
38.54
7.39
6.82
9.65
右
1.32
5.16
6.32
7.74
8.16
5#
左
41.97
3.56
5.63
6.63
9.08
左
12.59
6.17
5.63
8.73
右
44.13
4.48
6.34
6.85
9.69
右
11.86
3.66
3.66
9.33
6#
左
63.92
0
0
4.58
6.47
10.23
B6左
11.21
4.58
0
右
60.86
0
0
0
4.35
17.96
B6右
10.67
6.16
0
7#
左
42.98
0
3.91
5.53
6.78
8.75
9.58
B7左
14.64
7.83
右
43.39
3.90
3.90
5.52
7.80
7.80
9.56
B7右
10.32
7.80
表9 付风室窜漏风试验值（左侧风室没测）（%）
风室号（i）

Si-1
Si-2
Si-3
Si-4
Si-5
Si-6
Si-7
Si-8
Si-9
1#
右
85.48
B1右
14.52
0
0
0
0
0
0
0
2#
右
60.14
9.77
B2右
10.55
9.77
9.77
0
0
0
0
8#
右
43.35
3.45
4.89
6.91
5.98
6.91
6.91
9.14
B8右
12.46
9#
右
63.90
0
0
0
7.08
8.68
7.09
3.23
10.02
B9右
表10 多风室窜漏风试验值（%）
风 室 号（i）
Bi
B4
B5
B6
Si-1
Si-2
Si-3
4#+5#
左
85.49
39.27
46.02
—
0
0
9.12
右
83.95
36.82
47.13
—
0
0
9.40
4#+5#+6#
左
80.13
26.28
8.15
25.70
0
0
6.50
右
81.48
23.81
28.25
29.42
0
0
6.11
续表10 多风室窜漏风试验值（%）
风 室 号（i）
Si-4
Si-5
Si-6
Si-7
Si-8
Si-9

4#+5#
左
B4左
B5左
5.39
0
0
0

右
B4右
B5右
6.65
0
0
0

4#+5#+6#
左
B4左
B5左
B6左
13.37
0
0

右
B4右
B5右
B6右
12.41
0
0

3.4 调风特性和风门全关时的流量率
调风特性是指风室调风门的开度与流量间的关系。本试验以6#右侧风室为试验风室，调风门开度分为八挡，以11.25°来等分，所测数据可参见表11所示。
表11 调风试验特性值
风门开度
项目
0
11.25
22.5
33.75
45
56.25
67.5
78.75
90
ηp（%）
0
126.32
197.37
211.53
164.23
143.80
139.73
141.90
139.93
η19p（%）
0
118.22
155.68
125.75
85.97
76.72
69.52
82.74
74.47
P（Pa）
0
1.1
4.2
12.3
23.1
30.6
32.4
39.7
62.9
相对流量Ma(%)
0
13.2
25.8
44.2
60.6
69.8
71.8
97.4
100

图9所示为调风门不同开度时相对流量的调风特性曲线。
当风门全关时的流量率M0的计算公式为：
(7)
式中：Q0——风门全关时的空气流量，m3/s；
Qmax——风门全开时的空气流量，m3/s。
从表11的测值可知，本试验中M0=0，说明该风室调风门的密封性能良好。
3.5 全炉密封试验
目前的方法是将双侧各风室风门全部关上，测试各风室的平均风压，以此对炉排密封性能进行分析比较。试验目的主要是了解供风系统和整个炉排尤其是各调风门的密封性能情况。
本试验测值显示：各风室平均风压在全炉密封试验时都趋近于零。说明全炉排供风系统的整体密封性能良好。当然，更应该认为各风室调风门的密封性能良好。
至于个别风室进风管垂直段底部与总风道的接口处，因联接松动裂缝而出现局部明显漏风的现象，应加强设备的日常维修。

4 试验结果浅析
分析试验结果有如下几点看法：
4.1 超大型单体64MW横梁式链条炉排具有较好的炉排横向配风均匀性能
从表5可知：主燃风室2#～7#的炉排横向配风不均匀性系数ηP在35.16%～72.29%之间，其总平均值为46.95%。这是在下述测试条件下进行的：无煤层的空炉排上；风室内无任何均风装置；风室长度为4208.5mm；数据整理ηP值时没剔除任何异常点的测值（如图5中第9列测值）；也没区分或剔除侧密封区的低压测值。
风室中的炉排横向配风的理想风压曲线，在侧密封区的风压应该比燃料均匀燃烧区的风压低一些，以能与侧密封区域减薄的呈微倾斜不等厚的煤层阻力相吻合。因而，若将侧密封区5列低压测值剔除，按19列测值算得的炉排横向配风不均匀系数值，将明显低于ηP值降幅达到40%~50%.如运行工况主燃风室2#~7#的在17.76%~45.51%之间,其总平均值仅为28.59%。这对无煤层和无任何均风装置的超长风室来说，已能使燃料在炉排横向均衡地燃烧。
4.2 超大型单体64MW横梁式链条炉排具有较好的密封性能
① 右侧6#风室调风门试验表明：风门全关时的漏风率M0接近零（参见表11），说明该风室调风门的密封性能良好。
② 全炉密封试验也表明各风室调风门的密封性能良好。
③ 风室间窜漏风试验表明：风室间的窜漏风情况差别颇大，有待进一步深入探索；对保风率Bi较低和窜风率Si-n较大的风室，应进行检查维修和改进。
分析窜漏风试验结果，统计保风率Bi值的分布情况可知：Bi低于45%的主风室有四个之多，3#左侧风室仅为36.66%，有待检查、维修和改进、提高。
多风室窜漏风试验表明，多风室总的保风率Bi都大于80%。
1#风室的炉前侧与9#风室的炉后侧都有长度较大的横向密封填块，以保证炉排整体炉前与炉后的良好密封性能。因而1#与9#风室窜漏风有一定的单向性，其Bi值理应较大。试验证实，炉排整体的炉前密封性能更优于炉后密封性能，炉后密封性能尚可进一步予以改进提高。
保风率Bi与窜风率Si-n是相互牵连的和相互制约的。本炉风室之间的窜风率Si-n为3%~11%之间占82%左右，其中8%左右即7%~9%之间的为40%。最大窜风率S6-5达到17.96%，说明窜漏风还相当严重。
总之，影响Bi或Si-n的因素很多，情况纷繁复杂。然而，通过试验发现异常的Bi或Si-n值后，就表明炉排和风室密封结构尚有需要检查维修和改进的必要。
4.3 超大型单体64MW横梁式链条炉排具有较好的风量调节性能。
链条炉排的风量调节性能主要是：风量调节的线性度、风门全关时的漏风率、风门开度对炉排横向配风均匀性的影响和双侧进风同组风室风门调节的同步性，风门结构特性等等。
图7是6#右侧风室风门的调风特性曲线，可见该调风门具有较好的风量线性调节特性，而且风门全关时的密封性能良好，漏风率很小。从表11可知，调风门不同开度时对炉排横向配风均匀性的影响较大，这是气流经调风门后的扰动，使流场扭曲变形的缘故。
风门开度模拟热态时的运行工况试验，有如图8所示的燃料沿炉排纵向分室送风调节的特性曲线。

总风道对多个风室分风道的供风均匀性问题会对炉排纵向调风特性有所影响。从表6全炉均风工况试验中，可查明总风道对各风室分风道的供风情况。其流量偏差特性曲线如图9所示。

可见1#、2#和8#、9#风室的流量偏小了一些。虽然这与1#、2#和9#风室的分风道宽度小80mm有关，也与6#、8#风室分风道垂直段与总风道接口处漏风有关。
4.4 超大型单体64MW横梁式链条炉排具有相应足够的风室平均风压
无煤层时炉排风室平均风压主要与炉排通风截面比和炉排型式有关，也与影响炉排和风室密封性能的众多因素有关。
本次供风系统冷态性能各工况的试验中，因自然拨风足够，所以引风机没启动，但鼓风机开足（变频调节设定值SV为100%，反馈值PV达97.9 %）。试验中的鼓风机出口风压，则随着试验工况要求的风室调节门在不同开度时的供风系统总阻力的改变而改变。表2为右侧6#风室调风门不同开度时风压平均值、最大列平均风压、鼓风机出口风压 和气预热器出口风压的汇总表，风门全关时的为844 Pa，为各试验中的最大值。风门全关时的另一次全炉密封试验时，仅为830 Pa。表1为最大负荷工况时各风室风压的汇总表，可知以5#风室的风压为最高，风室平均风压为85.25 Pa，最大列平均风压 为112 Pa。
综观表1～表４中不同工况的风室平均风压值似乎偏低了些。然而，二个采暖期的热态运行表明，燃烧炽烈、稳定、出力足、效率高，炉渣含碳量Ch较低，优于其他炉排（调峰负荷常在８０％以上时，锅炉运行效率在81%左右，Ch在8%～9%之间占52%，在9%～10%之间占33%）。这种状况的因果关系值得进一步探索和研讨。

5 结语
(1) 这是首次对超大型单体64MW横梁式链条炉排供风系统冷态性能进行实炉现场试验。
(2) 是对JB/T3271《链条炉排技术条件》新标准颁布实施的尝试。
(3) 希对世界上最大链条炉排增添新的了解、认识和试验旁证。试验数据结果能对今后锅炉运行、自控燃烧等有所帮助。
(4) 相信对本试验中显现状况（如风室平均风压ηP、值等）的进一步探讨，有助于JB/T3271《链条炉排技术条件》新标准的充实和完整。
(5) 首次试验，缺少借鉴和经验，考虑不周、安排不够和疏漏错误之处，恳请批评指正，以待改进、完善和提高。

参考文献
[1] 顾兆龙、张务勋 北京锅炉厂引进美国大型链条炉排的特点及其应用情况 北京锅炉厂，1991年。
[2] JB/T3271-2002 《链条炉排技术条件》 中华人民共和国国家经济贸易委员会发布。
[3] 张元忠、余德祖等 链条炉风室配风均匀性的试验研究 动力工程学会工业锅炉暨工厂供热系统节能学术会议论文，1983年5月。
[4] 张元忠、吴克功 上海农药厂5#锅炉供风优化节能技术改造实炉冷态对比实验报告 上海机械学院，1994年1月。

【作者简介】
张甦,女,1982年毕业于沈阳化工学院化工机械专业，1995年毕业于上海机械学院热能动力工程专业，工学硕士学位。曾在沈阳锅炉总厂工作，现在辽宁能源总公司工作，高级工程师，多年从事锅炉设计及项目投资管理工作。
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