徑向濃淡旋流燃燒技術(shù)在燃用貧煤鍋爐上的應(yīng)用

徑向濃淡旋流燃燒技術(shù)在燃用貧煤鍋爐上的應(yīng)用齊勇1，白青云1，邊疆1，黃宣1，郭景州2，黃國(guó)成2，付建忠2，張國(guó)遠(yuǎn)3，李農(nóng)強(qiáng)（1 .河北省電力試驗(yàn)研究所，河北石家莊050021 2.馬頭發(fā)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(shù)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(fù)荷時(shí)的熱效率，低負(fù)荷穩(wěn)燃能力也有了顯著提高。

　　隨著電網(wǎng)峰谷差的增大，電廠調(diào)峰任務(wù)的加重，鍋爐負(fù)荷變化范圍不斷增大，馬頭發(fā)電總廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)馬頭電廠）5鍋爐現(xiàn)有燃燒器已不適應(yīng)機(jī)組b .在168 h試運(yùn)期間燃燒設(shè)計(jì)煤種低氧量（2 .5～3 .5，設(shè)計(jì)值4 .4）運(yùn)行，煤粉細(xì)度未達(dá)到設(shè)計(jì)值，飛灰含碳量仍在4 .5.因客觀因素影響，性能考核試驗(yàn)未能達(dá)到168 h試運(yùn)期間的水平。

　　c.鍋爐燃燒穩(wěn)定，負(fù)荷波動(dòng)平穩(wěn)，爐膛溫度分布均勻，低負(fù)荷（149 M W）運(yùn)行和煤質(zhì)變化時(shí)，燃燒仍較穩(wěn)定。

　　d .鍋爐過(guò)熱器、再熱器運(yùn)行良好，再熱器壓降（0 .15 M Pa）低于設(shè)計(jì)值，各級(jí)對(duì)流受熱面均未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

　　e .制粉系統(tǒng)能滿(mǎn)足3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行、1臺(tái)備用的要求，制粉系統(tǒng)出力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　該爐存在的主要問(wèn)題有：鍋爐火檢信號(hào)在低負(fù)荷時(shí)檢測(cè)效果差，影響負(fù)荷進(jìn)一步降低制粉系統(tǒng)的4個(gè)粉倉(cāng)用絞龍聯(lián)系，因絞龍運(yùn)行不可靠而影響鍋爐運(yùn)行。

　　4 .3燃燒器和制粉系統(tǒng)的選擇兩家在同型爐設(shè)計(jì)時(shí)采用不同燃燒器和制粉系統(tǒng)，顯示出各自的獨(dú)特風(fēng)格。在選用W型火焰鍋爐時(shí)，應(yīng)充分考慮安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性、鍋爐燃煤特性、設(shè)備投資費(fèi)用。據(jù)筆者以上分析，從安全、經(jīng)濟(jì)角度考慮，采用鋼球磨中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)比較符合中國(guó)國(guó)情。

　　5對(duì)爐膛結(jié)渣的看法上安、岳陽(yáng)、珞璜3家電廠的燃煤結(jié)渣特性多屬于中等水平，投產(chǎn)至今已運(yùn)行3～8 a ，從爐膛實(shí)際結(jié)渣傾向來(lái)看，珞璜電廠鍋爐結(jié)渣比較輕微，岳陽(yáng)電廠其次，上安電廠較嚴(yán)重。

　　珞璜電廠鍋爐下?tīng)t膛前后墻燃燒帶常粘附一定厚度的渣層，角隅也時(shí)有灰渣積結(jié)，但運(yùn)行至今未發(fā)生過(guò)因結(jié)渣或大渣塌落砸壞水冷壁管的事故。

　　岳陽(yáng)電廠鍋爐前后墻燃燒帶時(shí)有掛渣，一般不影響運(yùn)行但也曾出現(xiàn)因燃燒調(diào)整不當(dāng)而導(dǎo)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(fù)荷甚至停爐處理。

　　上安電廠2爐兩側(cè)墻結(jié)渣比較嚴(yán)重。

　　1993～1998年曾發(fā)生5次側(cè)墻燃燒帶上掉大渣砸壞水冷壁管被迫停爐處理事故。結(jié)渣嚴(yán)重的原因歸結(jié)如下：a .W型火焰鍋爐下?tīng)t膛煙溫普遍較高，為結(jié)渣提供了條件。

　　b .煤粉過(guò)粗，易于從旋流中分離出來(lái)粘附在爐壁上。

　　c.燃燒器出口射流擴(kuò)展角可能偏大，以致火焰掃到側(cè)墻上。

　　d .燃燒帶敷設(shè)過(guò)多，岳陽(yáng)和珞璜電廠敷設(shè)的燃燒帶較上安電廠少。

　　e.東方鍋爐廠按FW技術(shù)設(shè)計(jì)的鍋爐下?tīng)t膛過(guò)于狹小，造成下?tīng)t膛容積熱負(fù)荷過(guò)高，易于導(dǎo)致結(jié)渣。

　　調(diào)峰的要求，鍋爐在燃燒現(xiàn)有煤種（貧煤）時(shí)，能夠穩(wěn)燃的最低負(fù)荷為160 MW（不投油）同時(shí)馬頭電廠5爐在高負(fù)荷下?tīng)t膛結(jié)焦較為嚴(yán)重，這樣嚴(yán)重影響了機(jī)組的調(diào)峰能力和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此，在1998年10月進(jìn)行的大修中，采用徑向濃淡旋流煤粉燃燒技術(shù)對(duì)5爐燃燒器進(jìn)行改造，以保證鍋爐在高負(fù)荷下?tīng)t膛不結(jié)焦和低負(fù)荷下的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　1設(shè)備概況馬頭電廠140型、單汽包自然循環(huán)、旋流燃燒、對(duì)沖布置、固態(tài)排渣鍋爐，按貧煤設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)煤種。鍋爐呈T型布置，燃燒室兩側(cè)布置2個(gè)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(gè)并列運(yùn)行的半爐膛，在雙面水冷壁上留有菱形開(kāi)口以平衡前后半爐膛的煙氣壓力。鍋爐制粉系統(tǒng)為中間儲(chǔ)倉(cāng)式，煤粉燃燒器采用乏氣送粉。

　　鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：額定蒸發(fā)量：670 t/h汽包工作壓力：15 .2MPa再熱蒸汽量：590 t/h過(guò)熱器出口壓力：13 .7M Pa再熱器進(jìn)/出口壓力：2 .65/2 .47 MPa過(guò)熱蒸汽溫度：545℃再熱蒸汽進(jìn)/出口溫度：327/545℃給水溫度：243℃熱風(fēng)溫度：342℃排煙溫度：156℃2徑向濃淡旋流煤粉燃燒器的機(jī)理徑向濃淡旋流燃燒器的原理見(jiàn)圖1.在燃燒器一次風(fēng)通道中加入百葉窗式煤粉濃縮器，一次風(fēng)粉混合物分成濃淡2股，濃煤粉氣流靠近中心經(jīng)濃一次風(fēng)通道噴入爐膛，淡煤粉氣流從濃一次風(fēng)通道外側(cè)的淡一次風(fēng)通道噴入爐膛。同時(shí)，二次風(fēng)也分成了2部分：一部分經(jīng)過(guò)旋流二次風(fēng)通道以旋流的形式進(jìn)入爐膛，另一部分經(jīng)過(guò)直流二次風(fēng)通道以直流的形式進(jìn)入爐膛。旋流器為軸向彎曲葉片。

　　2 .1穩(wěn)燃機(jī)理實(shí)驗(yàn)室研究表明：在一定的煤粉濃度范圍內(nèi)提1?爐墻2?直流二次風(fēng)通道3?旋流器4?旋流二次風(fēng)通道5?一次風(fēng)通道6?中心管7?擋板軸8?擋板9?濃縮器10?淡一次風(fēng)通道11?濃一次風(fēng)通道高煤粉濃度，可以降低著火溫度，縮短著火時(shí)間，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣�，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(qū)及爐內(nèi)高溫火焰的輻射量增加，溫升加快，有利于穩(wěn)燃。

　　旋流燃燒器以高溫回流區(qū)作為穩(wěn)定熱源，使煤粉及時(shí)著火并穩(wěn)定燃燒。對(duì)雙蝸殼燃燒器，一次風(fēng)經(jīng)過(guò)旋流器后，在離心力的作用下，煤粉多被甩到靠近二次風(fēng)處，使煤粉濃度分布與溫度分布不匹配，靠近高溫回流區(qū)處煤粉很少，而靠近二次風(fēng)邊緣的低溫區(qū)卻集中了大量煤粉，沒(méi)有形成有利于火焰穩(wěn)定的高溫、高濃度區(qū)域?qū)σ淮物L(fēng)不經(jīng)過(guò)旋流器直接進(jìn)入爐膛的燃燒器，由于一次風(fēng)粉混合物中煤粉濃度低，也不會(huì)形成高溫、高濃度區(qū)域，不能保證煤粉及時(shí)著火和火焰穩(wěn)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(qū)四周?chē)娙�，形成了高溫、高濃度區(qū)域，煤粉氣流吸收的高溫回流區(qū)及爐內(nèi)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(shí)間縮短，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣�，提高了火焰穩(wěn)定性。

　　2 .2高效燃燒機(jī)理單純提高煤粉氣流的煤粉濃度，可能導(dǎo)致燃燒效率和燃盡率的降低，有些實(shí)驗(yàn)室的研究已證明了這一點(diǎn)。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(shí)著火濃煤粉氣流著火后，淡一次風(fēng)及時(shí)混入，符合隨燃燒過(guò)程發(fā)展及時(shí)供風(fēng)的原則。煤粉燃燒初期處于動(dòng)力燃燒區(qū)，形成的高溫、高濃度區(qū)域能夠加快煤粉的初始燃燒速度。旋流燃燒器的特點(diǎn)是后期混合較弱，新型燃燒器的外環(huán)是直流風(fēng)，一、二次風(fēng)后期混合較強(qiáng)。因此，新型燃燒器具有較高的燃燒效率。

　　3改造內(nèi)容燃燒器改造的主要內(nèi)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(wèi)燃帶去掉。

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

　　項(xiàng)目原雙蝸殼燃燒器徑向濃淡旋流燃燒器一次風(fēng)二次風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)旋流直流風(fēng)率/ 風(fēng)溫/℃4改造后熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果4 .1200 MW負(fù)荷試驗(yàn)鍋爐熱效率改造前后對(duì)比測(cè)試200 MW負(fù)荷時(shí)鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，汽溫、汽壓等參數(shù)正常，鍋爐燃燒穩(wěn)定，燃燒器區(qū)域的爐膛溫度較高，表3列出了燃燒器改造前后機(jī)組帶200 M W負(fù)荷鍋爐運(yùn)行記錄及計(jì)算結(jié)果。

　　項(xiàng)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(jī)運(yùn)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(cè)量結(jié)果表明：200 MW負(fù)荷時(shí)鍋爐熱效率由改造前的4 .2低負(fù)荷燃試驗(yàn)鍋爐在120 M W負(fù)荷時(shí)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行3 h ，在100 MW負(fù)荷時(shí)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行2 h 40 min.在運(yùn)行中，鍋爐燃燒工況穩(wěn)定，爐膛火焰溫度較高，運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)較小。低負(fù)荷試驗(yàn)煤質(zhì)見(jiàn)表4.

　　5爐低負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)的煤質(zhì)分析為了考驗(yàn)鍋爐在120 M W負(fù)荷時(shí)的抗干擾能力，在120 M W負(fù)荷下進(jìn)行了擾動(dòng)試驗(yàn)，首先啟動(dòng)乙制粉系統(tǒng)，然后停止甲制粉系統(tǒng)，在整個(gè)擾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中爐膛負(fù)壓波動(dòng)較小，火焰檢測(cè)正常。證明鍋爐在機(jī)組帶120 M W負(fù)荷時(shí)可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　為了進(jìn)一步考驗(yàn)鍋爐在100 MW負(fù)荷時(shí)的抗干擾能力，對(duì)5爐進(jìn)行100 MW負(fù)荷下的擾動(dòng)試驗(yàn)，首先進(jìn)行切換火嘴試驗(yàn)：切3燃燒器，投9燃燒器再切7燃燒器，投3燃燒器。然后進(jìn)行制粉系統(tǒng)倒換試驗(yàn)：?jiǎn)��?dòng)甲制粉系統(tǒng)，停止乙制粉系統(tǒng)。

　　在整個(gè)擾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中爐膛負(fù)壓波動(dòng)較小，火焰檢測(cè)正常。證明鍋爐在機(jī)組帶100 MW負(fù)荷時(shí)可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　5結(jié)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(fù)荷穩(wěn)燃能力有了較大幅度提高。低負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明：在燃用貧煤的情況下鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行性能良好，在120 MW負(fù)荷和100 M W負(fù)荷下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，證明燃燒器改造后鍋爐具有在機(jī)組帶50 負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定燃燒的能力。

　　試驗(yàn)表明：改造后的燃燒器具有良好的長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷穩(wěn)燃性能，5爐燃燒器采用徑向濃淡低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)的改造是成功的，達(dá)到了預(yù)期目的。？本刊聲明？