縫隙式燃燒器火焰鍋爐燃燒系統(tǒng)改造后燃燒調(diào)整及運(yùn)行特性分析

W火焰鍋爐主要針對無煙煤的燃燒，通過布置在前后拱的煤粉燃燒器垂直下射以增加煤粉燃燒流程，通過布置較多的下爐膛衛(wèi)燃帶以提高爐膛溫度，由此達(dá)到較高的燃燒穩(wěn)定性和較高的燃燒效率，然而在W火焰鍋爐中存在著燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性不能兼顧的問題，同時(shí)，由于衛(wèi)燃帶增多，結(jié)渣也是W火焰鍋爐所面臨的普遍問題。

　　本文以W火焰鍋爐型式之一的狹縫式燃燒器W火焰鍋爐作為研究對象。

　　狹縫式燃燒器W火焰鍋爐存在的主要問題是：燃燒穩(wěn)定性差、下爐膛前后墻火焰偏燒嚴(yán)重、燃燒經(jīng)濟(jì)性差、爐膛結(jié)渣嚴(yán)重等。解決上述問題的關(guān)鍵在于尋找一種著火穩(wěn)燃性能好的適用于燃燒無煙煤、半無煙煤燃燒器。貴州電力試驗(yàn)研究院在總結(jié)W火焰鍋爐燃燒經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了燃燒機(jī)理的詳細(xì)分析和研究，并通過大量的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算驗(yàn)證，提出了燃燒系統(tǒng)改造方案，改造方案在納雍二電廠2號鍋爐實(shí)施。改造完成后，貴州電力試驗(yàn)研究院對納雍二電廠2號鍋爐進(jìn)行了燃燒調(diào)整。本文結(jié)合納雍二電廠2號鍋爐改造后的燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)行特性進(jìn)行分析，并針對鍋爐燃燒調(diào)整中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析探討，以期對縫隙式W型火焰鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有所裨益。

　　1鍋爐概況改造前縫隙式燃燒器Fig.改造后的縫隙式燃燒器，主要將乏氣風(fēng)火嘴移至靠爐膛中心的兩格二次風(fēng)處，原乏氣噴口通二次風(fēng)，見。

　　靠爐膛中心側(cè)增刊哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司引進(jìn)英巴技術(shù)生產(chǎn)制造的HG1025/17.3WM18型鍋爐，鍋爐為單爐膛平衡通風(fēng)、中間一次再熱、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)單汽包固態(tài)排渣煤粉爐；采用W火焰燃燒方式，燃燒器為直流縫隙式，制粉系統(tǒng)為雙進(jìn)雙出球磨機(jī)直吹式，設(shè)計(jì)煤種為納雍無煙煤。

　　煤粉燃燒器布置于前后拱上，約88%的送風(fēng)量（二次風(fēng)）從拱上垂直送入爐膛，其余12%的送風(fēng)量（三次風(fēng)）從拱下與水平呈55°送入爐膛，下爐膛為八角形結(jié)構(gòu)，爐膛四角為翼墻。

　　2燃燒系統(tǒng)改造2.1燃燒器改造W火焰鍋爐直流縫隙式燃燒器其主要特點(diǎn)是兩列二次風(fēng)夾一條一次風(fēng)，為改造前的縫隙式燃燒器，一次風(fēng)布置于靠爐膛中心側(cè)，乏氣布置于靠墻側(cè)。

　　靠爐膛中心則-次風(fēng)乏氣二次風(fēng)靠墻側(cè)-次風(fēng)乏氣二次風(fēng)靠墻（則改造后縫隙式燃燒器乏氣風(fēng)的位置對鍋爐燃燒影響較大，必須妥善布置。改造方案將乏氣風(fēng)移至靠爐膛中心的二次風(fēng)處，一方面減少了一次風(fēng)相間處的二次風(fēng)，乏氣煤粉相對集中布置，整體增加了向火面的煤粉濃度，有利于消除燃燒脈動(dòng)現(xiàn)象；另一方面原乏氣噴口處通入二次風(fēng)，由此增加了靠墻側(cè)的氧量水平和加大了煤粉中心到鍋爐爐墻的距離，有效防止前后墻結(jié)渣。改造方案不影響二次風(fēng)的整體下沖動(dòng)量。由于乏氣煤粉細(xì)度較小，靠近高溫區(qū)域的乏氣煤粉很容易著火燃燒，可彌補(bǔ)乏氣風(fēng)溫度較低對主燃燒氣流的影響。

　　2.2三次風(fēng)室分割和加裝導(dǎo)流板W型火焰鍋爐拱下熱風(fēng)傾角對鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性有重要影響。狹縫式燃燒器W火焰鍋爐三次風(fēng)主要起燃燒后期補(bǔ)風(fēng)和調(diào)節(jié)火焰中心作用。三次風(fēng)對爐內(nèi)流動(dòng)有明顯影響，它阻礙了主氣流向下流動(dòng)，使氣流行程變短。當(dāng)三次風(fēng)下傾一個(gè)小角度時(shí)，可以進(jìn)一步延長氣流行程，對爐內(nèi)流動(dòng)有利。三次風(fēng)室采用大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，原設(shè)計(jì)三次風(fēng)風(fēng)道與水平呈55°下傾，實(shí)際由于氣流經(jīng)水冷壁管繞流后，出口基本呈水平方向進(jìn)入爐膛。

　　這樣就導(dǎo)致前后墻流場的不對稱，使得三次風(fēng)開大對燃燒穩(wěn)定性有較大的影響。為此，通過把三次風(fēng)室分割成小風(fēng)室并且加裝導(dǎo)流板，保證實(shí)際三次風(fēng)呈55.下傾后，下爐膛前后墻火焰對稱性得到明顯改善，可根據(jù)鍋爐燃燒情況逐漸開大三次風(fēng)。

　　2.3翼墻通過開細(xì)縫通防結(jié)渣的二次風(fēng)由于爐膛中心的氣流膨脹后向兩側(cè)邊運(yùn)動(dòng)，高溫甚至融熔煤灰顆粒會直接撞擊翼墻，使翼墻結(jié)渣機(jī)率大增。翼墻衛(wèi)燃帶區(qū)域通過在水冷壁鰭片處開細(xì)縫通入二次風(fēng)，改善衛(wèi)燃帶區(qū)域的還原性氣氛，達(dá)到控制結(jié)渣的目的，設(shè)計(jì)風(fēng)量為5%總風(fēng)量。

　　在下爐膛四角標(biāo)高22.966m與26.566m兩個(gè)高度方向上設(shè)置防渣風(fēng)。

　　3燃燒調(diào)整及運(yùn)行特性分析3.1燃燒調(diào)整工況在燃燒調(diào)整過程中，鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐膛溫度分布較均勻，飛灰含碳量和大渣含碳量較改造前均明顯降低，鍋爐結(jié)渣情況得到明顯改善，通過改變鍋爐的配風(fēng)方式和磨煤機(jī)運(yùn)行方式等進(jìn)行了燃燒調(diào)整試驗(yàn)，主要的工況和調(diào)整結(jié)果如表1所示。燃燒調(diào)整內(nèi)容和運(yùn)行特性分析如下。

　　3.2拱上二次風(fēng)分配的調(diào)整二次風(fēng)采用中間小，兩邊大的配風(fēng)方式，可以使燃燒穩(wěn)定。二次風(fēng)擋板開度維持均等開度或采取中間大、兩邊小的開度運(yùn)行方式時(shí)，鍋爐能穩(wěn)定燃燒，但鍋爐兩側(cè)墻有結(jié)大渣現(xiàn)象。為此，根據(jù)爐表1燃燒調(diào)整工況Tab.工況三次風(fēng)開度/%乏氣縮孔乏氣手動(dòng)門氧量/%鍋爐效率/%開關(guān)開關(guān)開關(guān)開關(guān)開內(nèi)氧量分布情況，通過適當(dāng)開大邊上二次風(fēng)擋板，保證爐膛兩側(cè)的氧量充分，使側(cè)墻結(jié)渣得到控制。二次風(fēng)擋板按中間45%、兩側(cè)55%的開度方式運(yùn)行。

　　3.3拱下三次風(fēng)的調(diào)整通過拱下三次風(fēng)擋板開度的大小，調(diào)整拱下三次風(fēng)風(fēng)量，觀察鍋爐燃燒穩(wěn)定性。三次風(fēng)維持較大開度時(shí)，由于延長了煤粉氣流行程，鍋爐燃燒穩(wěn)定；當(dāng)三次風(fēng)開度從60%關(guān)至40%時(shí)，爐膛負(fù)壓波動(dòng)加大，這與拱部二次風(fēng)量增加，使煤粉著火距離加長有關(guān)?？梢?，適當(dāng)加大三次風(fēng)，一方面既有利于拱上煤粉著火，另一方面有利于煤粉燃燒的后期補(bǔ)風(fēng)。在乏氣手動(dòng)門全開的情況下，T3、T7、T8工況的鍋爐效率分別達(dá)到了90.72%、90.48%和90.52%，可見開大三次風(fēng)對燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性都有益。

　　3.4翼墻風(fēng)的調(diào)整通過調(diào)整翼墻防渣風(fēng)擋板開度的大小，觀察翼墻的結(jié)渣情況和燃燒穩(wěn)定性。增加翼墻風(fēng)量，提高翼墻處氧量，翼墻結(jié)渣情況得到明顯改善。翼墻防渣風(fēng)上、下層開度逐漸開至100%，鍋爐燃燒未見明顯擾動(dòng)，翼墻看火孔處無明顯的渣塊堆積現(xiàn)象。

　　3.5氧量的調(diào)整在燃燒穩(wěn)定的前提下，根據(jù)爐膛出口氧量情況，逐漸增加二次風(fēng)（送風(fēng)）風(fēng)量，維持爐膛出口氧量在3.0%4.5%，燃燒經(jīng)濟(jì)性有明顯的提高，高氧量同時(shí)對防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣亦有好處。對比T3和T8工況，氧量水平有一個(gè)最佳值，在保證爐膛不結(jié)渣的情況下，應(yīng)維持稍低氧量運(yùn)行，以達(dá)到熱負(fù)荷在各受熱面的合理分配。

　　3.6磨煤機(jī)之間的負(fù)荷分配在燃燒穩(wěn)定的前提下，為防止?fàn)t內(nèi)兩側(cè)墻結(jié)渣，應(yīng)提高爐膛兩側(cè)氧量水平，為此采用中間大，兩邊小的磨負(fù)荷分配方式。根據(jù)爐內(nèi)燃燒器火嘴的分布，磨煤機(jī)負(fù)荷分配為中間C、D磨比邊上A、B磨負(fù)荷稍高方式運(yùn)行。磨煤機(jī)的這種運(yùn)行方式和鍋爐配風(fēng)方式相配合可進(jìn)一步控制爐內(nèi)結(jié)大渣現(xiàn)象。3.7乏氣縮孔和手動(dòng)門的調(diào)整將靠側(cè)墻的8個(gè)乏氣手動(dòng)全關(guān)（T4、T5、T6工況），燃燒經(jīng)濟(jì)性明顯下降，燃燒穩(wěn)定性也有所降低。

　　關(guān)掉部分乏氣縮孔，同時(shí)將三次風(fēng)開大后（T3、T8工況），燃燒穩(wěn)定，燃燒經(jīng)濟(jì)性也得到提高。

　　改造后的燃燒器，靠爐膛中心形成高濃度的煤粉燃燒，靠前后墻側(cè)形成高氧量的氧化性氣氛，在保證燃燒穩(wěn)定性的同時(shí)，控制了前后墻結(jié)渣。

　　為改善爐膛中心側(cè)煤粉局部缺氧燃燒的狀況和加強(qiáng)煤粉火焰的下沖能力，運(yùn)行中選擇了關(guān)小部分乏氣縮孔。

　　4與改造前的比較4.1改造后燃燒穩(wěn)定性得到增強(qiáng)燃燒改造前三次風(fēng)基本呈水平噴入爐膛，與垂直下傾的主燃燒氣流提前相碰，造成爐內(nèi)氣流不穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓波動(dòng)大，前后墻偏燒嚴(yán)重。改造后，三次風(fēng)能開到100%，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，爐膛溫度分布均勻，無前后墻偏燒情況。

　　改前鍋爐帶負(fù)荷能力差，改后鍋爐對煤種變化適應(yīng)性增強(qiáng)，帶負(fù)荷能力強(qiáng)，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在正負(fù)70Pa以內(nèi)，機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷150MW，燃燒穩(wěn)定性得到明顯改善。

　　4.2改造后燃燒經(jīng)濟(jì)性大幅度提高改造后，經(jīng)過對二次風(fēng)和三次風(fēng)配風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)整使燃燒經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步的提高，鍋爐飛灰含碳量降到了5%左右，大渣含碳量也降到了3.5%左右，鍋爐效率最高達(dá)到90.72%左右（T3工況）。燃燒系統(tǒng)改造前后結(jié)果對比如表2所示。

　　表2燃燒系統(tǒng)改造前后運(yùn)行對比Tab.2Comparisonontheoperation試驗(yàn)項(xiàng)目2號爐改前2號爐改后（T3）實(shí)際電負(fù)荷/MW煤質(zhì)飛灰可燃物含量/%爐渣可燃物含量/%排煙溫度/°c空預(yù)器入口氧量/%鍋爐效率/%增刊4.3鍋爐減溫水量明顯降低。

　　改造前在較低風(fēng)量和氧量下鍋爐減溫水在80 100t/h.改造后，雖然鍋爐風(fēng)量和氧量大幅度增加，但鍋爐溫水然維持在30t/h左右，煤質(zhì)較好時(shí)甚至無需投運(yùn)減溫水。

　　4.4鍋爐結(jié)渣得到有效控制通過改造加裝的防渣風(fēng)箱在爐內(nèi)翼墻進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，同時(shí)結(jié)合二、三次風(fēng)擋板調(diào)整和磨煤機(jī)之間的負(fù)荷分配，鍋爐結(jié)渣得到有效控制。爐內(nèi)無明顯結(jié)大渣情況。

　　5結(jié)論改造后燃燒穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，改造后燃燒經(jīng)濟(jì)性大幅度提高，消除了爐膛前后墻偏燒現(xiàn)象，有效地解決了W火焰鍋爐燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和控制結(jié)渣的之間矛盾。經(jīng)過燃燒調(diào)整，確定了鍋爐最佳的運(yùn)行方式。即：二次風(fēng)配風(fēng)方式采用兩邊大、中間小，磨負(fù)荷分配方式采用兩邊小、中間大，三次風(fēng)全開，防渣風(fēng)全開，在乏氣手動(dòng)門全開情況下，適當(dāng)關(guān)小部分乏氣縮孔，控制爐內(nèi)氧量在3.5%左右運(yùn)行。