双调风旋流燃烧器w火焰锅炉燃烧特性研究

《双调风旋流燃烧器w火焰锅炉燃烧特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

双调风旋流燃烧器W火焰锅炉燃烧特性试验研究石践（贵州电力试验研究院，贵州贵阳550002）摘要：通过燃烧调整对某厂双调风旋流燃烧器W火焰锅炉的燃烧特性进行研究，找到了影响锅炉稳燃和燃尽的关键因素，大幅度提高了的锅炉效率。关键词：双调风旋流燃烧器；W型火焰锅炉；燃烧特性；锅炉效率|1|2||磨B||3||4|1引言我国是I比界上少数无烟煤储量丰富的国家之一，在我国煤炭储量中无烟煤占相当大的比例（约占19%）小現山于具有稳燃能力强，煤种适应性广，调峰范围宽等优点，我国燃用低挥发分无烟煤的主力炉型是w型火焰锅炉卩⑷，a前投运及在建的W型火焰锅炉逾百台，美国巴布科克威尔科克斯公司（B&W）技术的W型•火焰锅炉是其中的三种主要技术类型之一。某厂2号锅炉为北京巴威公司按照美国B&W公司技术生产的双调风旋流燃烧器W火焰锅炉，自投入运行以来，一直存在燃烧经济性差、锅炉效率低的问题，本文通过现场燃烧调整对锅炉燃烧特性进行研究，找到了影响锅炉稳燃和燃尽的关键因素，人幅度提高了锅炉效率。2研究对象木文的研究对象是北京巴威公司引进美国B&W公司技术制造生产的B&WB-1025/17.4-M型W火焰锅炉（图1）。图1B&W技术W火焰锅炉燃烧系统锅炉采用双进双出肓吹式制粉系统，磨煤机与燃烧器的对应关系见图2。锅炉设计燃用VdM为7.99%的无烟煤，收到基低位发热虽22.816MJ/kg,收到基灰分24.64%o后墙|B3B4A1A2D2D1C3C4|11|02C1D4D3A3A4B1B2|前墙1I2||磨厂］图2磨煤机与燃烧器的对应关系锅炉配备16只B&W专门用于燃用低挥发份燃料的浓缩型E1-XCL双调风旋流燃烧器。燃烧器设计参数见表1。表1燃烧器设计参数项目单位数值i次风温°C120二次风温°C349一次风速m/s21.9二次风速（内环）m/s20.7二次风速（外环）m/s3&8乏气风速m/s22.9分级风速m/s37.7一次风率（喷口处）%8.82煤粉细度%6燃烧器结构示意图见图3。一次风煤粉气流在经过燃烧器弯头前，先通过一段偏心异径管加速，大多数煤粉由丁-离心力作用沿弯头外侧内壁流动，在气流进入一次风浓缩装置之Jn,使50%—次风和10%〜15%煤粉分离出來，经过乏气管垂 直向下引到乏气喷口II接喷入炉膛燃烧。燃烧器配冇双层强化着火的轴向调风机构，从风箱來的二次风分两股分别进入内层和外层调风器(锅炉厂设计认为内层二次风产生的旋转片，用以改变内、外二次风的旋流强度，内、外二次风的分配比例则通过手动调节调风盘进行;而进入燃烧器的二次总风量由调风套筒调节。此外每个燃烧器下部有4个①259X5气流可以卷吸高温烟气引燃煤粉，外层二次风川来补充煤粉分级风管将分级风从风箱底部以45°(电厂已将其改为25。进一步燃烧所需的空气).内、外二次风设有手动轴向可调叶倾角送入炉熾，形成分级燃烧。外调4ADS头内调冈&治外二顾內二次内二次耐燃怎年&制直板爲定叶片图3浓缩型El-XCL双调风旋流燃烧器3热态燃烧调整与特性分析共进行了12个工况的热态燃烧调整试验，各工况燃烧器设置和主耍试验结果见农2(调整前工况燃烧器挡板设置比较混乱，开度平均值和工况I人致相当•飞灰含碳量在10%以上，锅炉效率为87.27%)<>其中内外二次风叶片角度是指旋流叶片与风管切向的夹角(即角度越大旋流强度越小)；而调风盘开度范围为0-200mm,200mrn时内二次比例最小。表2各工况燃烧器设置和主要试验结果工况内二次风叶片角度(度)外二次风叶片角度(度)调风盘开度(mm)收到基低位发热量(kj/kg)干燥无灰基挥发分(%)飞灰含碳量(%)炉渣含碳量(%)锅炉效率(%)T140651502021011.909.589.0687.65T230651501872012.589.7515.6585.52T350651502033011.359.2416.5386.84T440651801917013.117.4914.5387.45T540注11801998010.9&3914.5387.76T640注21802021013.185.745.0689.71T740651801971012.57.248.7688.51T830注31802039012.876.594.7489.38T950注31801869013.387.997.7487.6T1040注32002189013.825.956.3290.62T1130注32002011012.46.178.4789.59T1220注32001802014.66.57.58&15注1：前墙屮间4个燃烧器55度，其余45度：后墙65度 注2：前墙55度；后墙65度注3：前墙左侧65度.右侧55度;后墙65度3.1内外二次风风量比例的影响通过试验发现，内外二次风风量的比例对锅炉燃烧冇重要影响。根据衣2试验结果，通过线性回归分析的方法对锅炉效率和飞灰含碳量与调风盘开度的关系进行了分析，结果见图4。趋势线较平缓，特別是30度以下变化趋势不明显。为了尽量排除其它干扰因索的影响（煤质变化带来的干扰仍无法避免），特地分别对调风盘150mm和200mm（外二次风叶片调整方式不变）时锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风风叶片角度时的关系进行了分析，详见图6和图7。91•飞灰含碳虽——飞灰含碳虽趋势129190898887▲锅炉数率—锅炉效率趋势(莎)0這紅864109085861520253035404550内二次风叶片角度▲锅炉效率飞灰含磯叔趙势•飞灰含篠址—锅炉效率趙势8765438102114015016()170180190200210调风盘开度(mm)图4锅炉效率和飞灰含碳量与调风盘开度的关系山图4可见，随着内二次风比例的减小，飞灰含碳量呈显若直线下降趋势（相关性系数E=0.7826,呈很强强相关性）、锅炉效率呈显著直线上升趋势（相关性系数R?二0.544,呈强相关性）。调风盘开度山150mm调到200mm时，飞灰含碳量下降约3.5个而分点、锅炉效率平均提高约2.8个而分点。3.2内二次风叶片角度的影响采用同样的方法対锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风旋流叶片角度的关系进行分析的结果见图5o图6调风盘开度200mm时锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风叶片角度的关系▲锅炉效率锅炉效率趋势911285▲锅炉效率E灰含碳址趋势•E灰含碳世锅炉效率趋势878621520253035404550内二次风叶片角度55:¥進牡毬2O99888裾锻2吝0图5锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风叶片角度的关系由图5可见，试验数据的离散性较大、相关性不强（和关性系仅0.1左右），说明内二次风风叶片角度的变化对锅炉效率和飞灰含碳屋的影响不明显，受其它其它T扰因素的影响较大。但通过冋归分析得出的趋势线仍可看出，内二次风旋流叶片角度大约在30度时锅炉效率最高，但飞灰含碳竝•飞灰含碳蚩飞灰含碳塑趙势9190152025303540455055内二次风叶片角度10987图7调风盘开度150mm时锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风叶片角度的关系图6和图7中，飞灰含碳量变化很小，但受煤质变化的影响，锅炉效率变化较大。图7中，虽然在由于内二次风风叶片角度50度时E灰含碳虽最低，但此时炉渣含碳星较高，因而锅炉效率较低。由图6和图7可见，锅炉效率大约在内二次风风叶片角度40度时达到绘人值、但内二次风风叶片角度越人飞灰含碳量越低。3.3外二次风叶片角度的影响煤粉燃尽需要的空气主要由外二次风提供，外二次风的旋流强度（山外二次风旋流叶片角度控制）对煤粉火焰的行程、稳燃和燃尽都有重要影响，特别是在内二次风量较小时更是如此。随着内二次风量的减小，虽然着火情况明显改善,但火焰的卜•冲行程也明显减弱，此时就需耍减小外二次风的 旋流强度來増强煤粉火焰的下冲能力。根据经验和数值模拟计算，在内二次风量较小时，外二次风旋流叶片角度在65度左右比较合适（在70度时对稳燃影响较大），因此热态燃烧调整时也是在此基础上进行的。并冃为了避免其它因索的干180mm,内二次风旋流叶片角度基本都保持在4（）度。因为所有外二次风旋流叶片角度在65度时，从下炉膛温度测试借况看，后墙燃烧明显好丁•前墙，因此主耍根据下炉膛温度分布惜况对前墙二次风旋流叶片角度进行了调整，而后墙外二次扰，在进行外二次风旋流叶片介度调整时，调风盘都保持在风旋流叶片角度一直保持在65度（炉膛温度变化情况见图8）。T4工况三1559/13991382/12911007/948699/6421623/14831424/1277二1509/13921384/12601231/11621080/7331154/8881336/1162—•1316/12391001/9791093/10321138/1114T5工况三1457/12961544/14241232/10641354/11451388/12041489/1404二1491/13511342/12781369/12471164/10111370/12441438/13181192/11431028/9741044/10141223/1202T6工况三1486/13801578/14821139/10031419/12911580/14951502/13721378/12751349/12241294/11661325/12501419/13091351/1232■•1153/11201044/9531032/10001114/1089T8工况三1561/14541537/14541244/11581523/14311513/14031379/1249二1448/13811386/13271309/12781381/12901351/13051453/1352—1257/12271077/10561124/12951186/1168后左侧墙前右侧墙图8外二次风旋流叶片角度调整对下炉膛温度分布的影响说明1:中间4个燃烧器55度，瓦余45度，平均50度说明2：左侧65度，右侧55度，平均60度关于图8的说明：（1）各工况前墙外二次风旋流叶片调整方式见表2。（2）图中每个工况下炉膛温度数据为下炉膛看火孔测试而得，从下至上分别为第一、二、三层看火孔数据（看火孔具体位置详见图1）。由图8可见，在前墙外二次风旋流叶片角度全部为65度时询后墙温度偏差很大，前墙温度很低，山表2可知，此时锅炉效率也较低。在前墙外二次风旋流叶片角度采用中间大两边小的方式（工况5）进行调整时，虽然前墙炉膛温度明显改善但锅炉效率确基本没有提高，E灰含碳量反而有所升高,说明这种方式并不成功，可能和火焰卜-冲能力降低较多有关图9锅炉效率和飞灰含碳量与前墙外二次风叶片角度的关系（模拟计算发现，就算旋流强度一样，边上燃烧器火焰下冲能力都明显比屮间燃烧器弱）。当前墙外二次风旋流叶片角度全部为55度（T6）和采用左侧角度大右侧角度小的方式进行调整（T8）时，下炉膛温度分别进-步改善，并且锅炉效率都比较高。对锅炉效率和飞灰含碳虽:与前墙外二次风旋流叶片角度平均值的关系进行线性回归分析的结杲见图9o90▲锅炉效率代〉O说明1口说明2♦飞灰含<%>E灰含碳试趋势钢炉效率坦势9087.589.5876543289587.45505S6065前址外二次风叶片角友平均值70087▲樹炉效率（%）O说明1□说明2♦飞灰含磁lit（%）E灰含濮眾咼势锅炉效率趙势4550556065丽墙外二次风叶片加度平均值«誉如样P8765439070图10排除煤质影响后锅炉效率和飞灰含碳量与前墙外二次风叶片角度的关系由图9和图10可见，前墙外二次风叶片角度平均值大概在55-60度之.间时飞灰含碳量戢低、锅炉效率戢高。3.4煤质的影响在燃烧调整试验过程中，煤质的变化较人，对试验结果由于图9中包含了所有调风盘180mm时（T4-T9）的试验数据，而T9工况由于燃煤发热量明显偏低，対分析结果造成一定干扰，因此图9中飞灰含碳量和锅炉效率对于前墙外二次风旋流叶片角度平均值的和关性不是很高（和关性系数R2分别为0.403和0.3213）,但在排除工况9数据后则表现出很强的相关性（如图10所示），飞灰含碳量和锅炉效率对丁-前墙外二次风旋流叶片角度平均值的相关性系数R2分別达到0.8239和0.8354o 92918587175001800001850019000195002000020500210002150022000牧到菇低位发热敞10♦训炉效串E灰含破册E灰會碳仗Q势偶炉效率趋势on612造成了较人影响，茯至冇时影响试验的正常进行。而该型双调风旋流燃烧器W火焰锅炉也表现出对煤质变化较高的砍感性。煤质变化主要表现在发热量和挥发分两个方面，其中发热量的变化更为明显。在完成测试的12个工况的调整试验中,收到基低位发热量的变化在1800022000kJ/kgZ间，干燥无灰基挥发分的变化在10.9%-14.6%Z间。为了解煤质变化对锅炉燃烧的影响程度，特利用线性回归分析的方法对试验数据进行了分析。分析结果见图11和图12。其中图11为收到基低位发热量对锅炉效率和飞灰含碳量的影响，图12为干燥无灰基挥发分对锅炉效率和飞灰含碳量的影响。图11收到基低位发热量对锅炉效率和飞灰含碳量的影响■飞灰含碳蚩♦谒炉效率飞灰含碳贵趋势银炉效率趋势85'1110101112131415干燥无灰堆挥发分图12干燥无灰基挥发分对锅炉效率和飞灰含碳量的影响总体上看，发热量的影响要大与挥发分的影响。其中发热量变化对锅炉效率的影响较为显著（相关性系数F达到0.4428）,随着燃煤发热量的降低（灰分升高）锅炉效率呈明显下降趋势，而发热屋变化对E灰含碳暈的影响规律性不强（相关性系数F仅为0.1596）,随着燃煤发热量的升高，飞灰含碳量大致呈下降趋势。相比较而言，挥发分对飞灰含碳量的影响较为明显（相关性系数F达到0.3642）,而对锅炉效率彩响则不明显（相关性系数F仅为0.1349）,随着挥发分的升高，锅炉效率随之提高而E灰含碳量也大致呈下降趋势。4结论综上所述，通过燃烧调整人幅度捉高了双调风旋流燃烧器W火焰锅炉的效率（锅炉效率捉高3个百分点左右），并且通过对试验结呆的分析和研究得到如下结论：（1）内二次风量的大小对锅炉燃烧有显苦影响，较小的内二次风量对锅炉稳燃和燃尽都十分有利，但同时需要较小的外二次风旋流强度來保证煤粉的燃尽。（2）在较小的内二次风量下，内二次风旋流强度対锅炉燃烧影响不大，锅炉效率和0灰含碳星测试结果与内二次风旋流叶片角度的相关性不强，但仍可大致看出，内二次风旋流叶片角度控制40度左右比较合适。（3）外二次风旋流强度的大小对锅炉稳燃和燃尽都有匝要彩响。外二次风旋流叶片角度控制在55-65度之间比较合适，角度过小（旋流强度大）对燃尽不利，而角度过大则对稳燃不利。在实际的燃烧调整工作中，还需耍根据炉腌温度分布悄况对各燃烧器外二次风旋流叶片介度进行细调，一般炉膛温度较低的一侧外二次风旋流叶片角度应小一些。此外,考虑到炉膛两侧靠边上的燃烧器下冲能力相对较弱同时稳燃条件也较差，因此外二次风旋流叶片角度的调整不宜采用中部燃烧器角度大、边卜.燃烧器角度小的方式。角度均等或边上燃烧器角度略大的调整方式效果会比较好。（4）锅炉燃烧对煤质变化比较敏感，特别是燃煤收到基低位发热呈降到18000kJ/kg以下时锅炉燃烧显著恶化。在燃煤收到基低位发热量18000kJ/kg以上时，燃煤发热虽的变化对锅炉效率影响较显著，但对飞灰含碳量影响不明显：而燃煤干燥无灰基挥发分对E灰含碳量地影响较明显，但对锅炉效率的诊响不明显。参考文献［1］任枫，EW型W火焰锅炉高效低NOx燃烧技术研究［D］.博士学位论文，哈尔滨工业大学，2010.［2］许传凯.低挥发分煤的燃烧与“W”世火焰锅炉若干问题研究［J］.中国电力.2004,（7）:37-40［3］毕玉森，陈国辉.低挥发分煤种与W型火焰锅炉［J］.热力发电.2005,（7）:7-11L4］车刚，郝卫东，郭玉泉•W型火焰锅炉及瓦应用现状［J］.电站系统工程.2004,20（1）:38-40［5］方庆艳，姚斌，江瑞宝，周怀春.W型火焰锅炉炉内燃烧过程检测实验研究［J］・热能动力工程.2005,20（4）:361-364［6］雷声辉，孙奉仲，史月涛，等.W型火焰锅炉技术特点及其对煤种的适应［J］•江西电力,2004,28（3）：347［7］髙正阳，孙小柱，等.W火焰锅炉结构效应对火焰形响的数值模拟［J］.中国电机工程学报,2009,29（29）：13-18.［8］王笃奎，曾汉才.W型火焰锅炉冷态试验及最佳配风方式的研究［J］.华中电力，200L14（3）：19-22收稿日期：作者简介：石践（1972・），男，本科高级工程师，主要从事锅炉燃烧、性能测试和锅炉调试等。 ExperimentalResearchonCombustionCharacteristicsofW-ShapeFlameBoilerwithDoubleAdjustableSwirlingFlowBurnersShiJian(GuizhouElectricPowerTesting&ResearchInstitute,Guiyang550002Guizhou,China)Abstract：AimingatW-shapeflameboilerwithdoubleadjustableswirlingflowburnersofapowerplant,throughcombustionadjustment,combustioncharacteristicsoftheboilerareandtheefficiencyoftheboilerissubstantiallyimproved・Keywords：doubleadjustableswirlingburner,W-shapeflameboiler,boilerefficiency,combustioncharacteristics