低氮燃燒器二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度中煤粉燃燒探究范文

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《鍋爐技術(shù)雜志》2016年第5期

摘要：

某660MW機(jī)組鍋爐配備上海鍋爐廠有限公司復(fù)合空氣分級(jí)低氮燃燒器。通過(guò)對(duì)該燃燒器二次風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度的試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：一次風(fēng)噴口的偏置風(fēng)對(duì)煤粉著火有負(fù)面影響，而其上面的輔助風(fēng)能有效促進(jìn)煤粉著火燃燒；周界風(fēng)風(fēng)量應(yīng)隨煤質(zhì)煤量成正比例變化，否則會(huì)延遲煤粉著火；一次風(fēng)噴口下層的輔助風(fēng)對(duì)煤粉燃燒作用不明顯。

關(guān)鍵詞：

低氮燃燒器；二次風(fēng)門(mén)；溫度；燃燒

0前言

上海鍋爐廠有限公司復(fù)合空氣分級(jí)低氮燃燒器是一種經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的成熟技術(shù)，迄今在國(guó)內(nèi)已有上百臺(tái)的新建和改造鍋爐的成功運(yùn)行業(yè)績(jī)。該燃燒器在降低NOx排放的同時(shí)，著重考慮提高鍋爐不投油低負(fù)荷穩(wěn)燃能力和燃燒效率；在防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣、高溫腐蝕和降低爐膛出口煙溫偏差等方面，同樣具有獨(dú)特的效果。目前對(duì)這類燃燒器特性的研究很多。張維俠［1］等人詳細(xì)介紹了該款燃燒器的特點(diǎn)和應(yīng)用效果；宋洪鵬［2］等人在某600MW機(jī)組鍋爐上進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，研究NOx的變化特性；李祺亮［3］在1000MW機(jī)組鍋爐上研究了不同風(fēng)門(mén)開(kāi)度等參數(shù)變化對(duì)NOx排放特性的影響；也有研究該款燃燒器爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)特性的，如戚紅梅［4－5］研究了分離燃燒風(fēng)隨反切角度變化對(duì)爐內(nèi)切圓直接、爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)動(dòng)量、水平煙道速度偏差的影響。但是該款燃燒器對(duì)于煤粉著火燃燒特性影響的試驗(yàn)研究尚未有人進(jìn)行。本文主要采用試驗(yàn)手段對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究。該燃燒器二次風(fēng)門(mén)擋板較多，為掌握該燃燒器的運(yùn)行特性，在機(jī)組負(fù)荷、磨煤機(jī)出力均穩(wěn)定前提下，進(jìn)行了二次風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度、偏置風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度、周界風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)，針對(duì)該燃燒器選取了C層2號(hào)角進(jìn)行了一次風(fēng)噴口溫度測(cè)量的試驗(yàn)。旨在通過(guò)燃燒器噴口溫度的測(cè)量，找出上述風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度對(duì)燃燒特性的影響規(guī)律。

1設(shè)備簡(jiǎn)介

某660MW機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)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(fēng)、П型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，配備6臺(tái)ZGM113G－Ⅱ型中速磨磨煤機(jī)，其中5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，煤粉細(xì)度R90＝21％。每臺(tái)磨煤機(jī)的出口由4根煤粉管接至爐膛四角的同一層煤粉噴嘴復(fù)合空氣分級(jí)低氮燃燒器的主要組件為：緊湊燃盡風(fēng)；可水平擺動(dòng)的分級(jí)風(fēng)；預(yù)置水平偏轉(zhuǎn)角度的偏置二次風(fēng)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(fēng)箱設(shè)有6層快速著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)）。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下2只偏置的二次風(fēng)噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有2層緊湊燃盡風(fēng)噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有1層火下風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部布置有分級(jí)風(fēng)燃燒器，包括5層可水平擺動(dòng)的分級(jí)風(fēng)噴嘴。燃燒器每層風(fēng)室均配有相應(yīng)的二次風(fēng)門(mén)擋板。每只角主燃燒器配有26只風(fēng)門(mén)擋板，各風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度按一定函數(shù)控制。其中A層、B層、C層、D層、E層、F層周界風(fēng)擋板的開(kāi)度，運(yùn)行時(shí)開(kāi)度是本層給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，以調(diào)節(jié)一次風(fēng)氣流著火點(diǎn)。停運(yùn)時(shí)開(kāi)度是鍋爐總空氣流量的函數(shù)，另外，AA層二次風(fēng)擋板也是給煤機(jī)A轉(zhuǎn)速的函數(shù)。試驗(yàn)中實(shí)際運(yùn)行中燃用煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

2輔助風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度對(duì)燃燒特性的影響

將5mm鎳鉻－鎳硅K型熱電偶通過(guò)看火孔伸入C層2號(hào)角燃燒器噴口附近（不貼水冷壁）測(cè)量其溫度值，此處的溫度能夠較為敏感的反應(yīng)出煤粉的著火情況，以觀察不同風(fēng)門(mén)變化后對(duì)單個(gè)燃燒器的影響。試驗(yàn)期間鍋爐煤質(zhì)及運(yùn)行主要參數(shù)穩(wěn)定，選擇C層燃燒器進(jìn)行試驗(yàn)，除試驗(yàn)對(duì)象的擋板外，其余風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度固定不變。

2．1周界風(fēng)開(kāi)度試驗(yàn)

對(duì)周界風(fēng)擋板開(kāi)度的試驗(yàn)進(jìn)行了2次，機(jī)組負(fù)荷分布為640MW及550MW，C層給煤量是60t／h和45t／h。其他風(fēng)門(mén)對(duì)應(yīng)的開(kāi)度見(jiàn)表2。改變周界風(fēng)的開(kāi)度，進(jìn)行溫度測(cè)量。前后2次調(diào)整周界風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度，溫度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。由圖2看出，負(fù)荷640MW及C層給煤量60t／h時(shí)，隨著周界風(fēng)擋板開(kāi)度開(kāi)大，溫度值逐漸上升；說(shuō)明此時(shí)加大周界風(fēng)風(fēng)量以后，燃燒器噴口得到了有效的供氧，強(qiáng)化了燃燒，因此，此時(shí)開(kāi)大周界風(fēng)對(duì)燃燒器噴口煤粉燃燒有促進(jìn)作用。圖3所示負(fù)荷550MW及C層給煤量45t／h時(shí)，隨著周界風(fēng)擋板開(kāi)度開(kāi)大，燃燒器噴口溫度值逐漸下降，說(shuō)明此時(shí)加大周界風(fēng)風(fēng)量對(duì)煤粉著火燃燒有延遲作用。周界風(fēng)開(kāi)大對(duì)燃燒是否增強(qiáng)和對(duì)應(yīng)的給煤量關(guān)系較大，風(fēng)粉噴入爐膛卷吸煙氣量和受到輻射傳熱量開(kāi)始升溫達(dá)到著火溫度，周界風(fēng)相當(dāng)于是風(fēng)粉卷吸煙氣量的一道膜，其第一時(shí)間可以阻礙風(fēng)粉卷吸煙氣量，加大煤粉的著火熱［6］。風(fēng)粉卷吸煙氣量越大，煤粉著火點(diǎn)越早，此時(shí)可以開(kāi)大周界風(fēng)，反之則必須關(guān)小周界風(fēng)。除此以外，高負(fù)荷時(shí)，爐溫較高，局部缺氧情況一般比低負(fù)荷明顯，增加周界風(fēng)量以后，供氧改善燃燒的作用大于對(duì)局部爐溫冷卻帶來(lái)的負(fù)面影響；而低負(fù)荷則反之，增加周界風(fēng)量后，局部爐溫降低對(duì)燃燒帶來(lái)的負(fù)面影響大于增加供氧對(duì)燃燒的作用。

2．2偏置風(fēng)

鍋爐在550MW時(shí)，調(diào)節(jié)燃燒器的偏置風(fēng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件見(jiàn)表3，改變C－I／C－II開(kāi)度的結(jié)果見(jiàn)圖4。如圖4所示，隨著C－I／C－II偏置風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度的增加，燃燒器噴口溫度逐漸下降。從燃燒器的布置特點(diǎn)圖5來(lái)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(fēng)粉氣流的離心作用，大部分煤粉被甩向彎段的最外側(cè)，故噴口處的煤粉呈現(xiàn)出上濃下淡的特點(diǎn)。因此，加強(qiáng)下方的偏置風(fēng)風(fēng)量后，偏置風(fēng)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(jìn)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(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)盡量關(guān)小偏置風(fēng)風(fēng)門(mén)，或者用于預(yù)防部分煤種由于燃燒太強(qiáng)在燃燒器噴口結(jié)焦時(shí)使用。

2．3輔助風(fēng)CD

鍋爐在550MW時(shí)，調(diào)節(jié)燃燒器的輔助風(fēng)CD進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件同表4，改變CD開(kāi)度的結(jié)果見(jiàn)圖6。圖6總體來(lái)看，隨著CD擋板開(kāi)度增加，C燃燒器噴口溫度逐漸上升，這是因?yàn)镃D二次風(fēng)動(dòng)量大于一次風(fēng)粉動(dòng)量，風(fēng)粉噴入后會(huì)拐彎向上流動(dòng)，CD二次風(fēng)強(qiáng)化了煤粉的燃燒，但由于C噴口上方是C－II偏置風(fēng)，再上方才是CD二次風(fēng)，相距C噴口距離較遠(yuǎn)。因此，開(kāi)大其上方的輔助風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板，能夠加強(qiáng)煤粉的燃燒，使得溫度有所小幅上升。

2．4輔助風(fēng)BC

鍋爐在550MW時(shí)，調(diào)節(jié)燃燒器的輔助風(fēng)BC進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件見(jiàn)表5，改變BC開(kāi)度的結(jié)果見(jiàn)圖7。圖7中，BC的開(kāi)度變化對(duì)溫度值的變化幾乎沒(méi)有影響，這說(shuō)明C層下面的淡相煤粉，由C－I層偏置風(fēng)提供風(fēng)量就已經(jīng)足夠了，再開(kāi)大C－I層偏置風(fēng)下方的BC開(kāi)度，對(duì)C層影響極小，BC只對(duì)B層提供有效的二次風(fēng)量。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某660MW機(jī)組2號(hào)鍋爐C層2號(hào)角的噴口溫度測(cè)量分析，進(jìn)一步掌握了復(fù)合空氣分級(jí)低氮燃燒器輔助風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)度特性。高負(fù)荷燃燒器層對(duì)應(yīng)的給煤量較大時(shí)，周界風(fēng)應(yīng)相應(yīng)增加開(kāi)度，以保證風(fēng)粉剛性并通過(guò)改善供氧來(lái)促進(jìn)燃燒；而低負(fù)荷給煤量較小時(shí)，開(kāi)大周界風(fēng)會(huì)使得風(fēng)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(fēng)粉噴口的上層輔助風(fēng)能夠加強(qiáng)煤粉的燃燒，對(duì)燃燒有利。

（2）偏置風(fēng)開(kāi)大以后，降低了燃燒器出口煤粉質(zhì)量濃度，不利于煤粉的著火及燃燒，但對(duì)控制燃燒器噴口的結(jié)焦有積極作用。

（3）下層輔助風(fēng)由于間隔著偏置風(fēng)，因此對(duì)該層煤粉燃燒沒(méi)有影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］張維俠，張建文．LNCFS燃燒系統(tǒng)在600MW超臨界機(jī)組中的應(yīng)用［J］．鍋爐技術(shù)，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(yàn)研究［J］．熱力發(fā)電，2013，42（4）：38－42．

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

［4］戚紅梅，惠世恩，崔大偉，等．XJ不變時(shí)SOFA風(fēng)反切角度對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)影響的試驗(yàn)研究［J］．鍋爐技術(shù)，2011，42（3）：53－56．

［5］戚紅梅，惠世恩，崔大偉．分離燃盡風(fēng)反切角度對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)影響的試驗(yàn)研究［J］．熱力發(fā)電，2010，39（5）：13－17．

［6］曾漢才．劣質(zhì)煤燃燒與利用［M］．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1988．

作者:何翔 周文臺(tái) 單位:上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院