徑向濃淡旋流燃燒技術在燃用貧煤鍋爐上的應用

徑向濃淡旋流燃燒技術在燃用貧煤鍋爐上的應用齊勇1，白青云1，邊疆1，黃宣1，郭景州2，黃國成2，付建忠2，張國遠3，李農強（1 .河北省電力試驗研究所，河北石家莊050021 2.馬頭發電總廠，河北邯鄲056044　3 .石家莊熱電廠，河北石家莊050041）5鍋爐上，采用徑向濃淡分離技術將其雙蝸殼燃燒器改為徑向濃淡旋流煤粉燃燒器，提高了鍋爐額定負荷時的熱效率，低負荷穩燃能力也有了顯著提高。

　　隨著電網峰谷差的增大，電廠調峰任務的加重，鍋爐負荷變化范圍不斷增大，馬頭發電總廠（以下簡稱馬頭電廠）5鍋爐現有燃燒器已不適應機組b .在168 h試運期間燃燒設計煤種低氧量（2 .5～3 .5，設計值4 .4）運行，煤粉細度未達到設計值，飛灰含碳量仍在4 .5.因客觀因素影響，性能考核試驗未能達到168 h試運期間的水平。

　　c.鍋爐燃燒穩定，負荷波動平穩，爐膛溫度分布均勻，低負荷（149 M W）運行和煤質變化時，燃燒仍較穩定。

　　d .鍋爐過熱器、再熱器運行良好，再熱器壓降（0 .15 M Pa）低于設計值，各級對流受熱面均未出現超溫現象。

　　e .制粉系統能滿足3臺磨煤機運行、1臺備用的要求，制粉系統出力達到設計要求。

　　該爐存在的主要問題有：鍋爐火檢信號在低負荷時檢測效果差，影響負荷進一步降低制粉系統的4個粉倉用絞龍聯系，因絞龍運行不可靠而影響鍋爐運行。

　　4 .3燃燒器和制粉系統的選擇兩家在同型爐設計時采用不同燃燒器和制粉系統，顯示出各自的獨特風格。在選用W型火焰鍋爐時，應充分考慮安全可靠性和經濟性、鍋爐燃煤特性、設備投資費用。據筆者以上分析，從安全、經濟角度考慮，采用鋼球磨中間儲倉式制粉系統比較符合中國國情。

　　5對爐膛結渣的看法上安、岳陽、珞璜3家電廠的燃煤結渣特性多屬于中等水平，投產至今已運行3～8 a ，從爐膛實際結渣傾向來看，珞璜電廠鍋爐結渣比較輕微，岳陽電廠其次，上安電廠較嚴重。

　　珞璜電廠鍋爐下爐膛前后墻燃燒帶常粘附一定厚度的渣層，角隅也時有灰渣積結，但運行至今未發生過因結渣或大渣塌落砸壞水冷壁管的事故。

　　岳陽電廠鍋爐前后墻燃燒帶時有掛渣，一般不影響運行但也曾出現因燃燒調整不當而導致的大面積掛渣、流渣，并致大塊落渣堵塞排渣口，鍋爐被迫降負荷甚至停爐處理。

　　上安電廠2爐兩側墻結渣比較嚴重。

　　1993～1998年曾發生5次側墻燃燒帶上掉大渣砸壞水冷壁管被迫停爐處理事故。結渣嚴重的原因歸結如下：a .W型火焰鍋爐下爐膛煙溫普遍較高，為結渣提供了條件。

　　b .煤粉過粗，易于從旋流中分離出來粘附在爐壁上。

　　c.燃燒器出口射流擴展角可能偏大，以致火焰掃到側墻上。

　　d .燃燒帶敷設過多，岳陽和珞璜電廠敷設的燃燒帶較上安電廠少。

　　e.東方鍋爐廠按FW技術設計的鍋爐下爐膛過于狹小，造成下爐膛容積熱負荷過高，易于導致結渣。

　　調峰的要求，鍋爐在燃燒現有煤種（貧煤）時，能夠穩燃的最低負荷為160 MW（不投油）同時馬頭電廠5爐在高負荷下爐膛結焦較為嚴重，這樣嚴重影響了機組的調峰能力和安全經濟運行。為此，在1998年10月進行的大修中，采用徑向濃淡旋流煤粉燃燒技術對5爐燃燒器進行改造，以保證鍋爐在高負荷下爐膛不結焦和低負荷下的安全經濟運行。

　　1設備概況馬頭電廠140型、單汽包自然循環、旋流燃燒、對沖布置、固態排渣鍋爐，按貧煤設計，設計煤種。鍋爐呈T型布置，燃燒室兩側布置2個下行豎井煙道，燃燒室沿全高度由雙面水冷壁分成前后2部分，形成2個并列運行的半爐膛，在雙面水冷壁上留有菱形開口以平衡前后半爐膛的煙氣壓力。鍋爐制粉系統為中間儲倉式，煤粉燃燒器采用乏氣送粉。

　　鍋爐主要設計參數為：額定蒸發量：670 t/h汽包工作壓力：15 .2MPa再熱蒸汽量：590 t/h過熱器出口壓力：13 .7M Pa再熱器進/出口壓力：2 .65/2 .47 MPa過熱蒸汽溫度：545℃再熱蒸汽進/出口溫度：327/545℃給水溫度：243℃熱風溫度：342℃排煙溫度：156℃2徑向濃淡旋流煤粉燃燒器的機理徑向濃淡旋流燃燒器的原理見圖1.在燃燒器一次風通道中加入百葉窗式煤粉濃縮器，一次風粉混合物分成濃淡2股，濃煤粉氣流靠近中心經濃一次風通道噴入爐膛，淡煤粉氣流從濃一次風通道外側的淡一次風通道噴入爐膛。同時，二次風也分成了2部分：一部分經過旋流二次風通道以旋流的形式進入爐膛，另一部分經過直流二次風通道以直流的形式進入爐膛。旋流器為軸向彎曲葉片。

　　2 .1穩燃機理實驗室研究表明：在一定的煤粉濃度范圍內提1?爐墻2?直流二次風通道3?旋流器4?旋流二次風通道5?一次風通道6?中心管7?擋板軸8?擋板9?濃縮器10?淡一次風通道11?濃一次風通道高煤粉濃度，可以降低著火溫度，縮短著火時間，提高火焰傳播速度，降低煤粉氣流的著火熱。隨著煤粉濃度的提高，煤粉氣流的黑度增加，濃煤粉氣流吸收的高溫回流區及爐內高溫火焰的輻射量增加，溫升加快，有利于穩燃。

　　旋流燃燒器以高溫回流區作為穩定熱源，使煤粉及時著火并穩定燃燒。對雙蝸殼燃燒器，一次風經過旋流器后，在離心力的作用下，煤粉多被甩到靠近二次風處，使煤粉濃度分布與溫度分布不匹配，靠近高溫回流區處煤粉很少，而靠近二次風邊緣的低溫區卻集中了大量煤粉，沒有形成有利于火焰穩定的高溫、高濃度區域對一次風不經過旋流器直接進入爐膛的燃燒器，由于一次風粉混合物中煤粉濃度低，也不會形成高溫、高濃度區域，不能保證煤粉及時著火和火焰穩定。而在新型燃燒器出口，高濃度的煤粉氣流以直流形式在中心回流區四周噴入，形成了高溫、高濃度區域，煤粉氣流吸收的高溫回流區及爐內高溫火焰的輻射熱量增加，著火熱降低，著火溫度下降，著火時間縮短，火焰傳播速度提高，提高了火焰穩定性。

　　2 .2高效燃燒機理單純提高煤粉氣流的煤粉濃度，可能導致燃燒效率和燃盡率的降低，有些實驗室的研究已證明了這一點。在徑向濃淡燃燒的條件下，濃煤粉氣流能夠保證煤粉氣流及時著火濃煤粉氣流著火后，淡一次風及時混入，符合隨燃燒過程發展及時供風的原則。煤粉燃燒初期處于動力燃燒區，形成的高溫、高濃度區域能夠加快煤粉的初始燃燒速度。旋流燃燒器的特點是后期混合較弱，新型燃燒器的外環是直流風，一、二次風后期混合較強。因此，新型燃燒器具有較高的燃燒效率。

　　3改造內容燃燒器改造的主要內容有：將2層16只雙蝸殼燃燒器全部改為徑向濃淡旋流煤粉燃燒器將原衛燃帶去掉。

　　燃燒器改造前后的特性參數如表2所示。煤粉濃縮器參數如下：葉片數為3 ，濃縮比為5∶1 ，濃淡風比為2∶3.

　　項目原雙蝸殼燃燒器徑向濃淡旋流燃燒器一次風二次風一次風二次風旋流直流風率/ 風溫/℃4改造后熱態試驗結果4 .1200 MW負荷試驗鍋爐熱效率改造前后對比測試200 MW負荷時鍋爐運行穩定，汽溫、汽壓等參數正常，鍋爐燃燒穩定，燃燒器區域的爐膛溫度較高，表3列出了燃燒器改造前后機組帶200 M W負荷鍋爐運行記錄及計算結果。

　　項目主蒸汽壓力主蒸汽溫度再熱蒸汽溫度給水溫度主蒸汽流量排煙溫度氧量磨煤機運行方式熱效率改造前改造后燃燒器改造后鍋爐熱效率有了一定提高，測量結果表明：200 MW負荷時鍋爐熱效率由改造前的4 .2低負荷燃試驗鍋爐在120 M W負荷時連續穩定運行3 h ，在100 MW負荷時連續穩定運行2 h 40 min.在運行中，鍋爐燃燒工況穩定，爐膛火焰溫度較高，運行參數波動較小。低負荷試驗煤質見表4.

　　5爐低負荷試驗時的煤質分析為了考驗鍋爐在120 M W負荷時的抗干擾能力，在120 M W負荷下進行了擾動試驗，首先啟動乙制粉系統，然后停止甲制粉系統，在整個擾動試驗過程中爐膛負壓波動較小，火焰檢測正常。證明鍋爐在機組帶120 M W負荷時可以安全穩定運行。

　　為了進一步考驗鍋爐在100 MW負荷時的抗干擾能力，對5爐進行100 MW負荷下的擾動試驗，首先進行切換火嘴試驗：切3燃燒器，投9燃燒器再切7燃燒器，投3燃燒器。然后進行制粉系統倒換試驗：啟動甲制粉系統，停止乙制粉系統。

　　在整個擾動試驗過程中爐膛負壓波動較小，火焰檢測正常。證明鍋爐在機組帶100 MW負荷時可以安全穩定運行。

　　5結論a .燃燒器改造后，鍋爐熱效率提高了0 .89 .

　　b .燃燒器改造后，鍋爐低負荷穩燃能力有了較大幅度提高。低負荷試驗結果表明：在燃用貧煤的情況下鍋爐低負荷運行性能良好，在120 MW負荷和100 M W負荷下可以實現穩定運行，證明燃燒器改造后鍋爐具有在機組帶50 負荷時穩定燃燒的能力。

　　試驗表明：改造后的燃燒器具有良好的長時間低負荷穩燃性能，5爐燃燒器采用徑向濃淡低負荷穩燃技術的改造是成功的，達到了預期目的。？本刊聲明？