低氮燃燒器二次風門開度中煤粉燃燒探究范文

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《鍋爐技術雜志》2016年第5期

摘要：

某660MW機組鍋爐配備上海鍋爐廠有限公司復合空氣分級低氮燃燒器。通過對該燃燒器二次風門擋板開度的試驗，得出以下結論：一次風噴口的偏置風對煤粉著火有負面影響，而其上面的輔助風能有效促進煤粉著火燃燒；周界風風量應隨煤質煤量成正比例變化，否則會延遲煤粉著火；一次風噴口下層的輔助風對煤粉燃燒作用不明顯。

關鍵詞：

低氮燃燒器；二次風門；溫度；燃燒

0前言

上海鍋爐廠有限公司復合空氣分級低氮燃燒器是一種經過考驗的成熟技術，迄今在國內已有上百臺的新建和改造鍋爐的成功運行業績。該燃燒器在降低NOx排放的同時，著重考慮提高鍋爐不投油低負荷穩燃能力和燃燒效率；在防止爐內結渣、高溫腐蝕和降低爐膛出口煙溫偏差等方面，同樣具有獨特的效果。目前對這類燃燒器特性的研究很多。張維俠［1］等人詳細介紹了該款燃燒器的特點和應用效果；宋洪鵬［2］等人在某600MW機組鍋爐上進行燃燒調整試驗，研究NOx的變化特性；李祺亮［3］在1000MW機組鍋爐上研究了不同風門開度等參數變化對NOx排放特性的影響；也有研究該款燃燒器爐內空氣動力場特性的，如戚紅梅［4－5］研究了分離燃燒風隨反切角度變化對爐內切圓直接、爐膛出口殘余旋轉動量、水平煙道速度偏差的影響。但是該款燃燒器對于煤粉著火燃燒特性影響的試驗研究尚未有人進行。本文主要采用試驗手段對該問題進行研究。該燃燒器二次風門擋板較多，為掌握該燃燒器的運行特性，在機組負荷、磨煤機出力均穩定前提下，進行了二次風門擋板開度、偏置風風門擋板開度、周界風風門擋板開度調整試驗，針對該燃燒器選取了C層2號角進行了一次風噴口溫度測量的試驗。旨在通過燃燒器噴口溫度的測量，找出上述風門擋板開度對燃燒特性的影響規律。

1設備簡介

某660MW機組鍋爐為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、П型露天布置、固態排渣、全鋼架懸吊結構，配備6臺ZGM113G－Ⅱ型中速磨磨煤機，其中5臺運行，1臺備用，煤粉細度R90＝21％。每臺磨煤機的出口由4根煤粉管接至爐膛四角的同一層煤粉噴嘴復合空氣分級低氮燃燒器的主要組件為：緊湊燃盡風；可水平擺動的分級風；預置水平偏轉角度的偏置二次風噴嘴，快速著火煤粉噴嘴。圖1是燃燒器切圓與布置示意圖。主風箱設有6層快速著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風（周界風）。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風噴嘴，其中包括上下2只偏置的二次風噴嘴，1只直吹風噴嘴。在主風箱上部設有2層緊湊燃盡風噴嘴，在主風箱下部設有1層火下風噴嘴。在主風箱上部布置有分級風燃燒器，包括5層可水平擺動的分級風噴嘴。燃燒器每層風室均配有相應的二次風門擋板。每只角主燃燒器配有26只風門擋板，各風門擋板開度按一定函數控制。其中A層、B層、C層、D層、E層、F層周界風擋板的開度，運行時開度是本層給煤機轉速的函數，以調節一次風氣流著火點。停運時開度是鍋爐總空氣流量的函數，另外，AA層二次風擋板也是給煤機A轉速的函數。試驗中實際運行中燃用煤質參數見表1。

2輔助風門擋板開度對燃燒特性的影響

將5mm鎳鉻－鎳硅K型熱電偶通過看火孔伸入C層2號角燃燒器噴口附近（不貼水冷壁）測量其溫度值，此處的溫度能夠較為敏感的反應出煤粉的著火情況，以觀察不同風門變化后對單個燃燒器的影響。試驗期間鍋爐煤質及運行主要參數穩定，選擇C層燃燒器進行試驗，除試驗對象的擋板外，其余風門擋板開度固定不變。

2．1周界風開度試驗

對周界風擋板開度的試驗進行了2次，機組負荷分布為640MW及550MW，C層給煤量是60t／h和45t／h。其他風門對應的開度見表2。改變周界風的開度，進行溫度測量。前后2次調整周界風風門擋板開度，溫度測量結果見圖2、圖3。由圖2看出，負荷640MW及C層給煤量60t／h時，隨著周界風擋板開度開大，溫度值逐漸上升；說明此時加大周界風風量以后，燃燒器噴口得到了有效的供氧，強化了燃燒，因此，此時開大周界風對燃燒器噴口煤粉燃燒有促進作用。圖3所示負荷550MW及C層給煤量45t／h時，隨著周界風擋板開度開大，燃燒器噴口溫度值逐漸下降，說明此時加大周界風風量對煤粉著火燃燒有延遲作用。周界風開大對燃燒是否增強和對應的給煤量關系較大，風粉噴入爐膛卷吸煙氣量和受到輻射傳熱量開始升溫達到著火溫度，周界風相當于是風粉卷吸煙氣量的一道膜，其第一時間可以阻礙風粉卷吸煙氣量，加大煤粉的著火熱［6］。風粉卷吸煙氣量越大，煤粉著火點越早，此時可以開大周界風，反之則必須關小周界風。除此以外，高負荷時，爐溫較高，局部缺氧情況一般比低負荷明顯，增加周界風量以后，供氧改善燃燒的作用大于對局部爐溫冷卻帶來的負面影響；而低負荷則反之，增加周界風量后，局部爐溫降低對燃燒帶來的負面影響大于增加供氧對燃燒的作用。

2．2偏置風

鍋爐在550MW時，調節燃燒器的偏置風進行試驗，試驗條件見表3，改變C－I／C－II開度的結果見圖4。如圖4所示，隨著C－I／C－II偏置風風門擋板開度的增加，燃燒器噴口溫度逐漸下降。從燃燒器的布置特點圖5來看，C－I位于C層噴口下面，C－II在其上面。燃燒器引入爐膛部分的管段，其彎頭是從下往上彎的安裝方式，再由于一次風粉氣流的離心作用，大部分煤粉被甩向彎段的最外側，故噴口處的煤粉呈現出上濃下淡的特點。因此，加強下方的偏置風風量后，偏置風隨氣流上升至燃燒器噴口，與燃燒器出口的淡相煤粉相先混合，這樣就進一步降低了淡相煤粉濃度，造成淡相煤粉著火困難，故燃燒器噴口溫度降低。因此，在實際運行中，應盡量關小偏置風風門，或者用于預防部分煤種由于燃燒太強在燃燒器噴口結焦時使用。

2．3輔助風CD

鍋爐在550MW時，調節燃燒器的輔助風CD進行試驗，試驗條件同表4，改變CD開度的結果見圖6。圖6總體來看，隨著CD擋板開度增加，C燃燒器噴口溫度逐漸上升，這是因為CD二次風動量大于一次風粉動量，風粉噴入后會拐彎向上流動，CD二次風強化了煤粉的燃燒，但由于C噴口上方是C－II偏置風，再上方才是CD二次風，相距C噴口距離較遠。因此，開大其上方的輔助風風門擋板，能夠加強煤粉的燃燒，使得溫度有所小幅上升。

2．4輔助風BC

鍋爐在550MW時，調節燃燒器的輔助風BC進行試驗，試驗條件見表5，改變BC開度的結果見圖7。圖7中，BC的開度變化對溫度值的變化幾乎沒有影響，這說明C層下面的淡相煤粉，由C－I層偏置風提供風量就已經足夠了，再開大C－I層偏置風下方的BC開度，對C層影響極小，BC只對B層提供有效的二次風量。

3結語

通過對某660MW機組2號鍋爐C層2號角的噴口溫度測量分析，進一步掌握了復合空氣分級低氮燃燒器輔助風門擋板的開度特性。高負荷燃燒器層對應的給煤量較大時，周界風應相應增加開度，以保證風粉剛性并通過改善供氧來促進燃燒；而低負荷給煤量較小時，開大周界風會使得風粉著火熱增加，造成局部爐溫降低，不利于煤粉燃燒。

（1）一次風粉噴口的上層輔助風能夠加強煤粉的燃燒，對燃燒有利。

（2）偏置風開大以后，降低了燃燒器出口煤粉質量濃度，不利于煤粉的著火及燃燒，但對控制燃燒器噴口的結焦有積極作用。

（3）下層輔助風由于間隔著偏置風，因此對該層煤粉燃燒沒有影響。

參考文獻：

［1］張維俠，張建文．LNCFS燃燒系統在600MW超臨界機組中的應用［J］．鍋爐技術，2013，42（4）：38－42．

［2］宋洪鵬，周斌，周紅梅．LNCFS燃燒器低NOx燃燒特性試驗研究［J］．熱力發電，2013，42（4）：38－42．

［3］李祺亮．LNCFS燃燒系統NOx排放特性———1000MW超超臨界鍋爐的試驗研究［J］．能源與節能，2013（7）：94－97．

［4］戚紅梅，惠世恩，崔大偉，等．XJ不變時SOFA風反切角度對爐內空氣動力場影響的試驗研究［J］．鍋爐技術，2011，42（3）：53－56．

［5］戚紅梅，惠世恩，崔大偉．分離燃盡風反切角度對爐內空氣動力場影響的試驗研究［J］．熱力發電，2010，39（5）：13－17．

［6］曾漢才．劣質煤燃燒與利用［M］．武漢：華中理工大學出版社，1988．

作者:何翔 周文臺 單位:上海發電設備成套設計研究院