低氮燃烧器二次风门开度中煤粉燃烧探究范文

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《锅炉技术杂志》2016年第5期

摘要：

某660MW机组锅炉配备上海锅炉厂有限公司复合空气分级低氮燃烧器。通过对该燃烧器二次风门挡板开度的试验，得出以下结论：一次风喷口的偏置风对煤粉着火有负面影响，而其上面的辅助风能有效促进煤粉着火燃烧；周界风风量应随煤质煤量成正比例变化，否则会延迟煤粉着火；一次风喷口下层的辅助风对煤粉燃烧作用不明显。

关键词：

低氮燃烧器；二次风门；温度；燃烧

0前言

上海锅炉厂有限公司复合空气分级低氮燃烧器是一种经过考验的成熟技术，迄今在国内已有上百台的新建和改造锅炉的成功运行业绩。该燃烧器在降低NOx排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率；在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。目前对这类燃烧器特性的研究很多。张维侠［1］等人详细介绍了该款燃烧器的特点和应用效果；宋洪鹏［2］等人在某600MW机组锅炉上进行燃烧调整试验，研究NOx的变化特性；李祺亮［3］在1000MW机组锅炉上研究了不同风门开度等参数变化对NOx排放特性的影响；也有研究该款燃烧器炉内空气动力场特性的，如戚红梅［4－5］研究了分离燃烧风随反切角度变化对炉内切圆直接、炉膛出口残余旋转动量、水平烟道速度偏差的影响。但是该款燃烧器对于煤粉着火燃烧特性影响的试验研究尚未有人进行。本文主要采用试验手段对该问题进行研究。该燃烧器二次风门挡板较多，为掌握该燃烧器的运行特性，在机组负荷、磨煤机出力均稳定前提下，进行了二次风门挡板开度、偏置风风门挡板开度、周界风风门挡板开度调整试验，针对该燃烧器选取了C层2号角进行了一次风喷口温度测量的试验。旨在通过燃烧器喷口温度的测量，找出上述风门挡板开度对燃烧特性的影响规律。

1设备简介

某660MW机组锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、П型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构，配备6台ZGM113G－Ⅱ型中速磨磨煤机，其中5台运行，1台备用，煤粉细度R90＝21％。每台磨煤机的出口由4根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴复合空气分级低氮燃烧器的主要组件为：紧凑燃尽风；可水平摆动的分级风；预置水平偏转角度的偏置二次风喷嘴，快速着火煤粉喷嘴。图1是燃烧器切圆与布置示意图。主风箱设有6层快速着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只偏置的二次风喷嘴，1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有2层紧凑燃尽风喷嘴，在主风箱下部设有1层火下风喷嘴。在主风箱上部布置有分级风燃烧器，包括5层可水平摆动的分级风喷嘴。燃烧器每层风室均配有相应的二次风门挡板。每只角主燃烧器配有26只风门挡板，各风门挡板开度按一定函数控制。其中A层、B层、C层、D层、E层、F层周界风挡板的开度，运行时开度是本层给煤机转速的函数，以调节一次风气流着火点。停运时开度是锅炉总空气流量的函数，另外，AA层二次风挡板也是给煤机A转速的函数。试验中实际运行中燃用煤质参数见表1。

2辅助风门挡板开度对燃烧特性的影响

将5mm镍铬－镍硅K型热电偶通过看火孔伸入C层2号角燃烧器喷口附近（不贴水冷壁）测量其温度值，此处的温度能够较为敏感的反应出煤粉的着火情况，以观察不同风门变化后对单个燃烧器的影响。试验期间锅炉煤质及运行主要参数稳定，选择C层燃烧器进行试验，除试验对象的挡板外，其余风门挡板开度固定不变。

2．1周界风开度试验

对周界风挡板开度的试验进行了2次，机组负荷分布为640MW及550MW，C层给煤量是60t／h和45t／h。其他风门对应的开度见表2。改变周界风的开度，进行温度测量。前后2次调整周界风风门挡板开度，温度测量结果见图2、图3。由图2看出，负荷640MW及C层给煤量60t／h时，随着周界风挡板开度开大，温度值逐渐上升；说明此时加大周界风风量以后，燃烧器喷口得到了有效的供氧，强化了燃烧，因此，此时开大周界风对燃烧器喷口煤粉燃烧有促进作用。图3所示负荷550MW及C层给煤量45t／h时，随着周界风挡板开度开大，燃烧器喷口温度值逐渐下降，说明此时加大周界风风量对煤粉着火燃烧有延迟作用。周界风开大对燃烧是否增强和对应的给煤量关系较大，风粉喷入炉膛卷吸烟气量和受到辐射传热量开始升温达到着火温度，周界风相当于是风粉卷吸烟气量的一道膜，其第一时间可以阻碍风粉卷吸烟气量，加大煤粉的着火热［6］。风粉卷吸烟气量越大，煤粉着火点越早，此时可以开大周界风，反之则必须关小周界风。除此以外，高负荷时，炉温较高，局部缺氧情况一般比低负荷明显，增加周界风量以后，供氧改善燃烧的作用大于对局部炉温冷却带来的负面影响；而低负荷则反之，增加周界风量后，局部炉温降低对燃烧带来的负面影响大于增加供氧对燃烧的作用。

2．2偏置风

锅炉在550MW时，调节燃烧器的偏置风进行试验，试验条件见表3，改变C－I／C－II开度的结果见图4。如图4所示，随着C－I／C－II偏置风风门挡板开度的增加，燃烧器喷口温度逐渐下降。从燃烧器的布置特点图5来看，C－I位于C层喷口下面，C－II在其上面。燃烧器引入炉膛部分的管段，其弯头是从下往上弯的安装方式，再由于一次风粉气流的离心作用，大部分煤粉被甩向弯段的最外侧，故喷口处的煤粉呈现出上浓下淡的特点。因此，加强下方的偏置风风量后，偏置风随气流上升至燃烧器喷口，与燃烧器出口的淡相煤粉相先混合，这样就进一步降低了淡相煤粉浓度，造成淡相煤粉着火困难，故燃烧器喷口温度降低。因此，在实际运行中，应尽量关小偏置风风门，或者用于预防部分煤种由于燃烧太强在燃烧器喷口结焦时使用。

2．3辅助风CD

锅炉在550MW时，调节燃烧器的辅助风CD进行试验，试验条件同表4，改变CD开度的结果见图6。图6总体来看，随着CD挡板开度增加，C燃烧器喷口温度逐渐上升，这是因为CD二次风动量大于一次风粉动量，风粉喷入后会拐弯向上流动，CD二次风强化了煤粉的燃烧，但由于C喷口上方是C－II偏置风，再上方才是CD二次风，相距C喷口距离较远。因此，开大其上方的辅助风风门挡板，能够加强煤粉的燃烧，使得温度有所小幅上升。

2．4辅助风BC

锅炉在550MW时，调节燃烧器的辅助风BC进行试验，试验条件见表5，改变BC开度的结果见图7。图7中，BC的开度变化对温度值的变化几乎没有影响，这说明C层下面的淡相煤粉，由C－I层偏置风提供风量就已经足够了，再开大C－I层偏置风下方的BC开度，对C层影响极小，BC只对B层提供有效的二次风量。

3结语

通过对某660MW机组2号锅炉C层2号角的喷口温度测量分析，进一步掌握了复合空气分级低氮燃烧器辅助风门挡板的开度特性。高负荷燃烧器层对应的给煤量较大时，周界风应相应增加开度，以保证风粉刚性并通过改善供氧来促进燃烧；而低负荷给煤量较小时，开大周界风会使得风粉着火热增加，造成局部炉温降低，不利于煤粉燃烧。

（1）一次风粉喷口的上层辅助风能够加强煤粉的燃烧，对燃烧有利。

（2）偏置风开大以后，降低了燃烧器出口煤粉质量浓度，不利于煤粉的着火及燃烧，但对控制燃烧器喷口的结焦有积极作用。

（3）下层辅助风由于间隔着偏置风，因此对该层煤粉燃烧没有影响。

参考文献：

［1］张维侠，张建文．LNCFS燃烧系统在600MW超临界机组中的应用［J］．锅炉技术，2013，42（4）：38－42．

［2］宋洪鹏，周斌，周红梅．LNCFS燃烧器低NOx燃烧特性试验研究［J］．热力发电，2013，42（4）：38－42．

［3］李祺亮．LNCFS燃烧系统NOx排放特性———1000MW超超临界锅炉的试验研究［J］．能源与节能，2013（7）：94－97．

［4］戚红梅，惠世恩，崔大伟，等．XJ不变时SOFA风反切角度对炉内空气动力场影响的试验研究［J］．锅炉技术，2011，42（3）：53－56．

［5］戚红梅，惠世恩，崔大伟．分离燃尽风反切角度对炉内空气动力场影响的试验研究［J］．热力发电，2010，39（5）：13－17．

［6］曾汉才．劣质煤燃烧与利用［M］．武汉：华中理工大学出版社，1988．

作者:何翔 周文台 单位:上海发电设备成套设计研究院