煤粉燃烧过程的要求

                                                   • 着火稳定

                                                   • 燃烧完全

                                                   • 煤种适应性好

                                                   • 不结渣、腐蚀小

                                                   • NO_Ｘ排放低

 直流燃烧器切圆布置燃烧系统燃烧优化

1）优化燃烧运行特性

1．经济性方面

（1）煤粉的燃尽程度

（2）过量空气系数

（3）煤粉细度

（4）煤种和负荷适应性（包括低负荷燃烧的稳定性）

2．安全性方面

（1）炉内结渣和积灰的的控制

（2）受热面磨损和腐蚀的控制

（3）四管爆漏的控制

（4）防止燃烧器长期运行时的过热和烧坏

    

2）炉膛内的流动特性

1．四角切圆燃烧的主要特点

1） 四角射流着火后相交，相互点燃，使煤粉着火稳定，是煤粉着火稳定性较好的炉型。

2） 由于四股射流在炉膛内相交后强烈旋转，湍流的热量、质量和动量交换十分强烈，故能加速着火后燃料的燃尽程度。

3） 四角切向射流有强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构，炉膛充满系数较好，炉内热负荷均匀。

4） 切圆燃烧时每角均由多个一、二次风喷嘴所组成，负荷变化时调节灵活，对煤种适应性强，控制和调节手段也较多。

5） 炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置。

6） 采用摆动式直流燃烧器时，运行中改变上、下摆动角度即可改变炉膛出口烟温，达到调节过热蒸汽的温度的目的。

7） 便于实现分段送风，组织分段燃烧，从而抑制NO_x的排放等。

8）残余扭转导致水平烟道热偏差大。

9）一次风容易偏斜冲墙。

10）四角风粉的均匀性难以保证，火焰容易偏斜。

2．表征炉内过程的重要参数

假想切圆；实际切圆；切圆放大倍数；炉内气流充满程度；切圆的不圆度；炉膛出口残余扭转；水平烟道中速度不均匀系数；燃烧器高宽比；

炉内气流的旋转强度；炉膛容积热负荷；炉膛截面热负荷；燃烧器区域热负荷；煤粉在炉内平均停留时间。

3．炉内实际切圆的变化规律及其影响因素

炉内实际切圆比假想切圆大是由于燃烧器射流在炉内发生偏转引起的。造成炉内气流偏转的原因主要有两个：一是炉内旋转气流对射流的横向撞击，另一个是射流两侧补气条件不同形成的压力差。

对偏转进行研究时，还需要考虑射流自身的抗偏转能力和射流的初始位置。

4．实际切圆大小对炉内运行的影响

炉内切圆大，对炉内燃烧肯定是有利的，但是容易造成火焰冲墙，引起水冷壁的结渣。

切圆大的好处：

（1）火焰中心接近一次风喷口，煤粉着火条件好。

（2）旋转动量大，混合作用好。

问题：

（1）火焰容易冲墙

（2）高挥发份的燃料，喷口容易烧坏

（3）炉膛出口参与扭转大，形成出口速度场、温度场不均，热偏差大。

3）结构参数的影响

1．假想切圆直径

通过实际切圆直径的变化体现。

假想切圆直径增大，实际切圆直径增大。

2．燃烧器高宽比

燃烧器高宽比大的切圆放大系数比高宽比小的切圆放大倍数大。

3．加钝体的影响

钝体使射流的扩展角加大，实际切圆直径加大。冷态实验表明增大20~25%。

4．周界风的影响

周界风的作用：

（1）冷却一次风喷口，防止烧坏；

（2）煤质和负荷变化时，调节着火点；

对着火不利。

增大射流刚性。

4）运行参数的影响

1．燃烧器出口速度改变（负荷改变）的影响

负荷下降，总风量减少，一、二次风速普遍降低。炉膛温度下降，炉内燃烧稳定性边差。

随着风速的增加，实际切圆直径明显减少，减少幅度与燃烧器高宽比有关，高宽比小，减少幅度大。

2．一次风、二次风动量变化的影响

增加一次风动量，保持二、三次风动量，一次风实际切圆直径减少；增加二次风动量，实际切圆增大。

3．停运部分燃烧器的影响

停运部分燃烧器一般是因为负荷降低或炉内结渣。

（1）停用上部一、二次风

最常用的方法，此时中、下部一次风相对集中，对稳定着火有利，火焰行程较长，停留时间多，有利于燃尽，但汽温较低。

（2）停用中部一次风

燃料分散，不利于稳定燃烧；有利于提高汽温。

（3）停下部一、二次风

火焰集中，有利于稳定燃烧；有利于提高汽温；停留时间稍少，燃尽不利。相对较好的一种运行方式，特别是对于欠温的锅炉。

燃烧器高宽比较大的锅炉，中部一次风偏斜最大，停用部分中间二次风，拉开喷口间距，改善补气条件，可以使实际切圆明显减小，对防止结渣有利。

4．四角风粉不均的影响

对于四角切圆燃烧系统的锅炉，保证四角风粉分配的均匀是取得安全稳定运行的前提。如果四角风粉分配不均，容易产生炉内结渣，热负荷分配不均匀，风粉混合效果差，飞灰含碳量增大。

（1）1角风速低时：1角射流偏转大，贴尽墙壁，2角射流偏转减小，3角射流偏转加大，形成两侧冲墙，特别是左侧（1角后方）

（2）1、2角射流风速降低：2角射流对3角射流的推力作用小，使3角射流对4角射流推力大，使4角射流偏转大，1角射流偏转并不很大。

使前后墙容易受火焰冲刷，由于3角射流风速未降低，火焰中心向前墙偏的可能性加大。

（3）1、3角射流风速下降：2、4角射流偏转少，1、3角射流偏转大，两侧墙容易受到火焰冲刷。

（4）1角射流上翘：2角射流偏转减小，3角射流偏转加大，4角射流偏转小，是上部火焰贴后墙，下部火焰中心偏向右侧。

（5）缺角运行时：炉内燃烧火焰中心严重偏斜，切圆中心沿炉膛高度做偏心螺旋运动。

保证风粉均匀性的方法：

（1）一次风管道流动阻力相同（长度或节流，采用节流方法，由于磨损的影响，需要经常标定）

（2）煤粉分配均匀：

1）给粉机：转速和工作特性；最好进行标定，以了解各给粉机的差异。

2）直吹：煤粉分配器的特性；一般高风速，携带能力强，煤粉在制粉系统输送气流中的浓度分布趋于均匀，分配的均匀性好。

5）着火稳定

1．着火稳定的研究

传统影响着火因素的理论：燃料特性（挥发分、煤粉细度、灰分、水分）、一次风特性（风量、风速、风温）、二次风混入的时间、炉膛热力特性（燃烧器区域热负荷、截面热负荷、燃烧温度）。

70年代的研究：对流换热对煤粉气流获得着火热的意义。各种煤粉燃烧器：钝体、大速差、多功能、稳燃腔燃烧器。提出了“三高”理论。

传统的直流燃烧器：均等配风（相间和侧二次风）、分级配风（一次风集中布置）。

80年代300ＭＷ引进型锅炉燃烧器：ＷＲ（宽调节比摆动燃烧器）直流燃烧器，波形钝体、弯头形浓淡分离装置、喷口摆动。技术特点为：

1）波形扩锥的内钝体产生回流区；

2）弯头型浓淡分离器形成一次风的浓淡分离，造成一股浓相煤粉气流；

3）燃烧器喷口可以上下摆动，可以调节再热汽温；

4）一次风喷口四周设有周界风；

5）可抽出的一次风管结构，有利于检修、更换。

90年代，浓淡燃烧理论，各种煤粉浓缩装置的研究，百叶窗、撞击块。

主要着火稳定技术：

• 炉膛：合适的截面热负荷，卫燃带（容易造成结渣）

• 燃烧器：热烟气的回流，直流燃烧器采用钝体、旋流燃烧器调整旋流强度等；煤粉浓缩技术；将浓煤粉与热回流配合，造成高煤粉浓度与高温区的重合。

2．ＷＲ（宽调节比摆动燃烧器）适应中国国情的改进

进一步提高稳燃能力，需要提高浓淡分离效果。

但是弯头后加装百叶窗的效果：不能得到累积的分离效果，相对位置不合适时，反而效果降低，而阻力大大增加。

周界风的可调，提高煤种和负荷的适应性。

6）燃烧优化

燃烧调整的目的是保证燃烧的稳定性，提高燃烧的经济性，同时使炉膛热负荷分配均匀，减少热偏差，保证锅炉机组各运行参数正常。

根据煤质，确定适宜的一、二次风及周界风的配比，组织良好的炉内燃烧工况。

经常检查炉内燃烧工况，观察煤粉的着火情况，正常燃烧时炉膛火焰呈明亮的金黄色，具有良好的火焰充满度，火焰居中。

正常运行中保持省煤器出口含氧量在正常范围。

及时调整送、引风量，保持炉膛力在正常范围。

根据炉前煤的分析，及时了解煤质变化，并采取相应的措施。

一次风的调节，必须大于满足最低一次风速，以保证管道中不沉积煤粉，冷风量调整根据给煤机的转速而定，磨煤机出口的热风温度应由热风门开度而定。

二次风的调节，根据满足省煤器出口最佳空气系数及辅助风、燃料风和顶部二次风的分配进行。

改变锅炉负荷时、应注意风煤比的的匹配，当负荷变化不大时，可调整给煤机的转速，调整幅度不宜过大，以防一次风管的堵塞，并尽量减少对燃烧的影响。当负荷变化幅度大时，应启、停磨煤机。

燃烧调整时，应注意各段过热器蒸汽和再热器蒸汽工质温度的变化，以防管壁超温，注意炉膛结渣情况，定期进行水冷壁吹灰，如发现结渣应及时消除，当结渣严重时，应降低锅炉负荷。

当燃烧不稳定时，应停止水冷壁吹灰及打焦。低负荷时，如锅炉燃烧不稳定，应及时投入油枪，稳定燃烧。

调整粗粉分离器的挡板开度，保持合理的煤粉细度。

低负荷时要少投燃烧器，保持较高的煤粉浓度。高负荷时，要多投燃烧器，使炉内热负荷均匀，燃烧稳定。

经常检查燃烧器的工作状况及时除渣。高负荷时，在保证气温符合要求的情况下，燃烧器不要向上摆动，防至止火焰中心上移太多，使炉膛出口烟温过高，造成结渣。

锅炉正常运行中尽量按推荐的层数和相邻层磨煤机运行。

锅炉燃烧器至少需有两层相邻喷嘴在运行，若少于两层喷嘴，应有油喷嘴助燃。

锅炉在低负荷运行中尽量投下层主燃烧器。若锅炉负荷过低且又必须投上两层喷嘴时，可以投入油枪，以稳定燃烧。

燃烧器投、停的原则：

（1）稳定燃烧停用燃烧器时，经济性次要；

（2）一般停上、投下，降低火焰中心位置，有利燃尽；

（3）一般不允许缺角运行；

（4）燃烧器切换时，先投备用燃烧器；

（5）全面考虑燃烧、汽温等方面的影响。

7）切向燃烧系统炉膛出口烟温、汽温差分析及控制：

烟气到达炉膛出口处仍存在残余扭转和气固两相流中颗粒在炉膛出口截面的不对称分布，使出口截面的烟温、烟速发生偏斜。烟气逆时针旋转时，右侧烟温、烟速偏高，左侧偏低，200MW以下锅炉不严重，300MW以上锅炉严重，成为国内关注的重点。

1．现象

1）上炉膛及水平烟道中，沿宽度存在左、右侧烟气温度偏差。一般在出口截面中、下部，平均偏差为100℃左右，左、右侧最大烟气温度偏差在150~200℃范围。带有三次风的锅炉，偏差更大。本厂1号炉测点的意义：两炉膛的烟温差，非残余扭转的效果。

2）工质温度温升存在偏差。逆时针旋转锅炉，炉膛上部辐射受热面内工质温升左高右低；炉膛出口之后的对流受热面右高左低。如锅炉汽水系统布置不合理，使温升偏差迭加，造成过大的热偏差，引起管子爆管。

2．原因

出口残余扭转和残余煤粉焦颗粒不对称分布；进、出口集箱上大口径三通产生的三通效应。

3．设计措施

1）采用顶部燃尽风乃至上层辅助风的反切方案，一次风或部分二次风的反切方案。（反切动量小，效果不明显，反切动量过大，整体作反向运动。很难保证各种运行工况都得到好的效果）

2）控制流量分配偏差，避开“三通效应”（开孔位置限制，引入、引出管布置方式和根数）；或根据热负荷的大小进行流量分配。（节流孔板）

3）不同钢材等级。

4）改进屏的结构。

4．运行措施

影响烟温偏差的因素有：

(1)一、二次风率配比；

(2)过剩空气量；

(3)上二次风投运方式；

(4)磨煤机投运方式；

(5)煤粉细度；

(6)燃烧器摆动角度。

上述影响两侧烟温偏差的因素因锅炉结构、运行状况、煤质变化情况等会有所不同，因此必须在运行中摸索出自己的经验。经过一段时间的摸索，可以得到调整两侧烟温偏差的适当方法。

八、提高煤种适应性的技术手段

鉴于国内煤炭市场的紧张和混乱，在尽量保证电站燃煤质量稳定的同时，要求锅炉燃烧系统对煤质和负荷变化的适应范围不断加大。在锅炉燃烧系统的设计和使用中，也更多地采用增强锅炉燃烧系统对负荷和燃煤适应性的技术措施。这些技术措施主要是周界风的使用、煤粉浓缩的可调和回流加热量的可调等。

（１）周界风

周界风是指在直流燃烧器一次风喷口四周布置的少量二次风。周界风的作用：

（1）冷却一次风喷口；

（2）补充氧；

（3）托住煤粉；

（4）利用差速造成卷吸和回流（如风速不合适，则有相反作用）；

（5）可作为变煤种、变负荷的调节手段；

（6）加速一、二次风的混合过程。

周界风的主要作用是冷却一次风喷口，推迟一次风的着火点，防止其在煤质好，锅炉负荷高的时候烧损；同时可以增强一次风的刚性，防止一次风的偏斜，防止火焰冲墙及结渣。调节周界风，在煤质较差、低负荷时关小周界风，以保证煤粉的稳定着火；在煤质较好、高负荷时开大周界风，加强一次风喷口的冷却，增加一次风的刚性，推迟着火，以保证喷口的安全，并防止结渣。

旋流燃烧器二次风象周界风一样布置在一次风的外圈，类似的目的可以通过与一次风最近的内二次风的调节达到。减少内二次风可以强化着火，保证低负荷稳定着火和燃烧；煤质好、负荷高时，增加内二次风量，推迟着火，保证喷口不被烧坏。

（２）煤粉浓度的调整

现代煤粉燃烧器普遍采用煤粉浓缩技术，利用浓煤粉着火快的特性，强化着火。将煤粉浓缩器做成可调，根据煤质情况和负荷调整一次风浓相煤粉浓度。在低负荷、差煤质时，强化煤粉浓缩，强化着火；在高负荷、好煤质时，减弱煤粉浓缩，推迟着火，保护喷口。

（３）热烟气回流加热的调整

强化对高温烟气的卷吸是实现快速稳定着火的主要技术措施之一。调整对高温烟气的卷吸，也是协调低负荷稳燃和高负荷喷口安全保护的方法之一。

在采用钝体获得高温烟气回流的直流燃烧器中，可以在钝体中布置少量的调节风，在煤质好、负荷高，有烧坏喷口的危险时，通入少量的调节风，以破坏钝体后的回流区，减少高温烟气的卷吸，减缓新煤粉的加热速度，推迟一次风煤粉着火，保护喷口的安全。

旋流燃烧器可以通过控制旋流强度，控制中心回流区的大小，控制高温烟气的卷吸，达到控制着火点，协调着火和喷口安全的矛盾。

（４）一次风速的调节

运行人员可以通过一次风速的调整来适应锅炉燃料和负荷的变化。减小一次风速，同时也降低了一次风量，有利于着火的稳定；增加一次风速，可以推迟煤粉的着火，保证喷口的安全。

虽然锅炉的燃烧系统在一定的范围内可以调整，以适应煤质和负荷的变化对稳定着火和燃烧器安全及防止结渣的要求，但是其调节范围是有限的，不能无限制。当煤质变化范围太大时，必然带来锅炉使用中的一系列问题。做好煤质控制，尽量接近设计煤种，对锅炉的安全、经济运行有着重要的意义。