径向浓淡旋流燃烧技术在燃用贫煤锅炉上的应用

　　径向浓淡旋流燃烧技术在燃用贫煤锅炉上的应用齐勇1，白青云1，边疆1，黄宣1，郭景州2，黄国成2，付建忠2，张国远3，李农强（1 .河北省电力试验研究所，河北石家庄050021 2.马头发电总厂，河北邯郸056044　3 .石家庄热电厂，河北石家庄050041）5锅炉上，采用径向浓淡分离技术将其双蜗壳燃烧器改为径向浓淡旋流煤粉燃烧器，提高了锅炉额定负荷时的热效率，低负荷稳燃能力也有了显著提高。

　　随着电网峰谷差的增大，电厂调峰任务的加重，锅炉负荷变化范围不断增大，马头发电总厂（以下简称马头电厂）5锅炉现有燃烧器已不适应机组b .在168 h试运期间燃烧设计煤种低氧量（2 .5～3 .5，设计值4 .4）运行，煤粉细度未达到设计值，飞灰含碳量仍在4 .5.因客观因素影响，性能考核试验未能达到168 h试运期间的水平。

　　c.锅炉燃烧稳定，负荷波动平稳，炉膛温度分布均匀，低负荷（149 M W）运行和煤质变化时，燃烧仍较稳定。

　　d .锅炉过热器、再热器运行良好，再热器压降（0 .15 M Pa）低于设计值，各级对流受热面均未出现超温现象。

　　e .制粉系统能满足3台磨煤机运行、1台备用的要求，制粉系统出力达到设计要求。

　　该炉存在的主要问题有：锅炉火检信号在低负荷时检测效果差，影响负荷进一步降低制粉系统的4个粉仓用绞龙联系，因绞龙运行不可靠而影响锅炉运行。

　　4 .3燃烧器和制粉系统的选择两家在同型炉设计时采用不同燃烧器和制粉系统，显示出各自的风格。在选用W型火焰锅炉时，应充分考虑安全可靠性和经济性、锅炉燃煤特性、设备投资费用。据笔者以上分析，从安全、经济角度考虑，采用钢球磨中间储仓式制粉系统比较符合中国国情。

　　5对炉膛结渣的看法上安、岳阳、珞璜3家电厂的燃煤结渣特性多属于中等水平，投产至今已运行3～8 a ，从炉膛实际结渣倾向来看，珞璜电厂锅炉结渣比较轻微，岳阳电厂其次，上安电厂较严重。

　　珞璜电厂锅炉下炉膛前后墙燃烧带常粘附一定厚度的渣层，角隅也时有灰渣积结，但运行至今未发生过因结渣或大渣塌落砸坏水冷壁管的事故。

　　岳阳电厂锅炉前后墙燃烧带时有挂渣，一般不影响运行但也曾出现因燃烧调整不当而导致的大面积挂渣、流渣，并致大块落渣堵塞排渣口，锅炉被迫降负荷甚至停炉处理。

　　上安电厂2炉两侧墙结渣比较严重。

　　1993～1998年曾发生5次侧墙燃烧带上掉大渣砸坏水冷壁管被迫停炉处理事故。结渣严重的原因归结如下：a .W型火焰锅炉下炉膛烟温普遍较高，为结渣提供了条件。

　　b .煤粉过粗，易于从旋流中分离出来粘附在炉壁上。

　　c.燃烧器出口射流扩展角可能偏大，以致火焰扫到侧墙上。

　　d .燃烧带敷设过多，岳阳和珞璜电厂敷设的燃烧带较上安电厂少。

　　e.东方锅炉厂按FW技术设计的锅炉下炉膛过于狭小，造成下炉膛容积热负荷过高，易于导致结渣。

　　调峰的要求，锅炉在燃烧现有煤种（贫煤）时，能够稳燃的低负荷为160 MW（不投油）同时马头电厂5炉在高负荷下炉膛结焦较为严重，这样严重影响了机组的调峰能力和安全经济运行。为此，在1998年10月进行的大修中，采用径向浓淡旋流煤粉燃烧技术对5炉燃烧器进行改造，以保证锅炉在高负荷下炉膛不结焦和低负荷下的安全经济运行。

　　1设备概况马头电厂140型、单汽包自然循环、旋流燃烧、对冲布置、固态排渣锅炉，按贫煤设计，设计煤种。锅炉呈T型布置，燃烧室两侧布置2个下行竖井烟道，燃烧室沿全高度由双面水冷壁分成前后2部分，形成2个并列运行的半炉膛，在双面水冷壁上留有菱形开口以平衡前后半炉膛的烟气压力。锅炉制粉系统为中间储仓式，煤粉燃烧器采用乏气送粉。

　　锅炉主要设计参数为：额定蒸发量：670 t/h汽包工作压力：15 .2MPa再热蒸汽量：590 t/h过热器出口压力：13 .7M Pa再热器进/出口压力：2 .65/2 .47 MPa过热蒸汽温度：545℃再热蒸汽进/出口温度：327/545℃给水温度：243℃热风温度：342℃排烟温度：156℃2径向浓淡旋流煤粉燃烧器的机理径向浓淡旋流燃烧器的原理见图1.在燃烧器一次风通道中加入百叶窗式煤粉浓缩器，一次风粉混合物分成浓淡2股，浓煤粉气流靠近中心经浓一次风通道喷入炉膛，淡煤粉气流从浓一次风通道外侧的淡一次风通道喷入炉膛。同时，二次风也分成了2部分：一部分经过旋流二次风通道以旋流的形式进入炉膛，另一部分经过直流二次风通道以直流的形式进入炉膛。旋流器为轴向弯曲叶片。

　　2 .1稳燃机理实验室研究表明：在一定的煤粉浓度范围内提1―炉墙2―直流二次风通道3―旋流器4―旋流二次风通道5―一次风通道6―中心管7―挡板轴8―挡板9―浓缩器10―淡一次风通道11―浓一次风通道高煤粉浓度，可以降低着火温度，缩短着火时间，提高火焰传播速度，降低煤粉气流的着火热。随着煤粉浓度的提高，煤粉气流的黑度增加，浓煤粉气流吸收的高温回流区及炉内高温火焰的辐射量增加，温升加快，有利于稳燃。

　　旋流燃烧器以高温回流区作为稳定热源，使煤粉及时着火并稳定燃烧。对双蜗壳燃烧器，一次风经过旋流器后，在离心力的作用下，煤粉多被甩到靠近二次风处，使煤粉浓度分布与温度分布不匹配，靠近高温回流区处煤粉很少，而靠近二次风边缘的低温区却集中了大量煤粉，没有形成有利于火焰稳定的高温、高浓度区域对一次风不经过旋流器直接进入炉膛的燃烧器，由于一次风粉混合物中煤粉浓度低，也不会形成高温、高浓度区域，不能保证煤粉及时着火和火焰稳定。而在新型燃烧器出口，高浓度的煤粉气流以直流形式在中心回流区四周喷入，形成了高温、高浓度区域，煤粉气流吸收的高温回流区及炉内高温火焰的辐射热量增加，着火热降低，着火温度下降，着火时间缩短，火焰传播速度提高，提高了火焰稳定性。

　　2 .2高效燃烧机理单纯提高煤粉气流的煤粉浓度，可能导致燃烧效率和燃尽率的降低，有些实验室的研究已证明了这一点。在径向浓淡燃烧的条件下，浓煤粉气流能够保证煤粉气流及时着火浓煤粉气流着火后，淡一次风及时混入，符合随燃烧过程发展及时供风的原则。煤粉燃烧初期处于动力燃烧区，形成的高温、高浓度区域能够加快煤粉的初始燃烧速度。旋流燃烧器的特点是后期混合较弱，新型燃烧器的外环是直流风，一、二次风后期混合较强。因此，新型燃烧器具有较高的燃烧效率。

　　3改造内容燃烧器改造的主要内容有：将2层16只双蜗壳燃烧器全部改为径向浓淡旋流煤粉燃烧器将原卫燃带去掉。

　　燃烧器改造前后的特性参数如表2所示。煤粉浓缩器参数如下：叶片数为3 ，浓缩比为5∶1 ，浓淡风比为2∶3.

　　项目原双蜗壳燃烧器径向浓淡旋流燃烧器一次风二次风一次风二次风旋流直流风率/ 风温/℃4改造后热态试验结果4 .1200 MW负荷试验锅炉热效率改造前后对比测试200 MW负荷时锅炉运行稳定，汽温、汽压等参数正常，锅炉燃烧稳定，燃烧器区域的炉膛温度较高，表3列出了燃烧器改造前后机组带200 M W负荷锅炉运行记录及计算结果。

　　项目主蒸汽压力主蒸汽温度再热蒸汽温度给水温度主蒸汽流量排烟温度氧量磨煤机运行方式热效率改造前改造后燃烧器改造后锅炉热效率有了一定提高，测量结果表明：200 MW负荷时锅炉热效率由改造前的4 .2低负荷燃试验锅炉在120 M W负荷时连续稳定运行3 h ，在100 MW负荷时连续稳定运行2 h 40 min.在运行中，锅炉燃烧工况稳定，炉膛火焰温度较高，运行参数波动较小。低负荷试验煤质见表4.

　　5炉低负荷试验时的煤质分析为了考验锅炉在120 M W负荷时的抗干扰能力，在120 M W负荷下进行了扰动试验，首先启动乙制粉系统，然后停止甲制粉系统，在整个扰动试验过程中炉膛负压波动较小，火焰检测正常。证明锅炉在机组带120 M W负荷时可以安全稳定运行。

　　为了进一步考验锅炉在100 MW负荷时的抗干扰能力，对5炉进行100 MW负荷下的扰动试验，首先进行切换火嘴试验：切3燃烧器，投9燃烧器再切7燃烧器，投3燃烧器。然后进行制粉系统倒换试验：启动甲制粉系统，停止乙制粉系统。

　　在整个扰动试验过程中炉膛负压波动较小，火焰检测正常。证明锅炉在机组带100 MW负荷时可以安全稳定运行。

　　5结论a .燃烧器改造后，锅炉热效率提高了0 .89 .

　　b .燃烧器改造后，锅炉低负荷稳燃能力有了较大幅度提高。低负荷试验结果表明：在燃用贫煤的情况下锅炉低负荷运行性能良好，在120 MW负荷和100 M W负荷下可以实现稳定运行，证明燃烧器改造后锅炉具有在机组带50 负荷时稳定燃烧的能力。

　　试验表明：改造后的燃烧器具有良好的长时间低负荷稳燃性能，5炉燃烧器采用径向浓淡低负荷稳燃技术的改造是成功的，达到了预期目的。本刊声明

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