w型火焰锅 炉双调风旋流燃烧器特性分析

《w型火焰锅 炉双调风旋流燃烧器特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

Vol.27No.4第27卷第4期湖　北　电　力Aug.20032003年8月W型火焰锅炉双调风旋流燃烧器特性分析张习强,曾汉才(华中科技大学,湖北武汉　430074)[摘　要]结合某电厂W型火焰锅炉燃烧系统的特点,比较分析了三种双调风旋流燃烧器的不同特性,提出了燃烧器设计优化措施,这对同类型W型火焰锅炉设计及运行有一定指导意义。[关键词]W型火焰锅炉;双调风旋流燃烧器;燃烧系统[中图分类号]TK223.23[文献标识码]A[文章编号]100623986(2003)0420009204AnalysisforCharacteristicofDoubleAdjustableSwirlingFlowBurnnerofW-ShapeFlameBoilerZHANGXi2qiang,ZENGHan2cai(HuazhongScienceandTechnologyUniversity,Wuhan430074,China)[Abstract]ThispaperintroducedthecharacteristicofW2Shapeflameboilercombustionsystemofapowerplant,analyzedthedeferentcharacteristicbetweenthreetypesofdoubleadjustableswirlingflowburner,andpointedouttheoptimizedmethodforthedesignparameter.Thecontenthasinstruc2tivesignificancetothedesignandoperationofsametypeW2ShapeFlameBoiler.[Keywords]Wtypeflameboiler;doubleadjustableswirlingflowburner;combustionsystem入炉膛外,其余一小部分二次风经下炉膛前后墙分1W型火焰锅炉燃烧系统的特点级风喷口送入炉膛。在二次风分级风喷口上部引入　　某电厂2×300MW机组锅炉为北京巴威公司来自制粉系统的一次风带粉乏气。二次风分级风采生产的1205töh自然循环亚临界一次中间再热固用风墙方式,沿炉膛宽度方向风量分配更均匀。态排渣煤粉锅炉,过热器出口压力17.4MPa,过热2W型火焰锅炉双调风燃烧器结构器ö再热器出口温度541ö541℃。锅炉设计燃用山西特性晋城无烟煤,采用正压直吹式制粉系统配4台双进双出钢球磨煤机。每台磨煤机各带4只浓缩型EI2　　双调风旋流燃烧器在一次风管外围布置环形二XCL双调风旋流燃烧器。每台锅炉16只燃烧器。次风喷口,将二次风分为内外两个通道,通道内设有W型火焰炉在下炉膛的炉拱和下炉膛四周均二个分别控制内、外二次风旋流的调风器;在内二次敷设了卫燃带,炉膛容积热负荷qv=0.0927MWö风通道入口端设有调风盘,改变调风盘的位置(即开32度)可以调节进入内二次风通道的风量从而改变内、m,下炉膛截面热负荷qf=2.38MWöm,保证未燃烬损失q4=2.36%,锅炉热效率91.7%。不投油最外二次风的风量比。通道内装有14个轴向可调叶低稳燃负荷不大于40%BMCR。片,通过改变轴向叶片的角度可以改变内层二次风燃烧设备布置于下部拱型炉膛,由燃烧器、大风的旋流强度。内二次风轴向叶片的最大开度为60°箱、乏气风管、分级风管和点火装置组成。燃烧器自(与燃烧器轴线夹角成30°);最小开度为20°(与燃身构成一个独立的燃烧单元,分别垂直布置在炉膛烧器轴线夹角成70°)。内二次风在喷口处沿着煤粉的前后拱上。射流的边界形成一个局部的回流,卷吸高温烟气形锅炉燃烧采用分级配风方式。除了大部分二次成稳定的着火区域,保证了煤粉及时着火。外二次风风从拱上通过每个燃烧器内、外二次风环形通道引调节机构包括两组叶片,第一组是布置在通道前端的固定叶片,主要是使空气沿外二次风通道周向均[收稿日期]2003203227匀分布;第二组是轴向可调节叶片,主要是使二次风[作者简介]张习强(1971-),男,河南郑州人,工程师,华产生强烈的旋流并均匀地混入火焰中,它同样是由中科技大学在职研究生。14个轴向叶片组成,传动机构与内调风叶片相同,·9·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第27卷第4期Vol.27No.4湖　北　电　力2003年8月Aug.2003外调风叶片的最大开度为70°(与燃烧器轴线夹角普通双调风旋流燃烧器的基础上通过热风送粉提高成20°);最小开度为20°(与燃烧器轴向夹角成一次风温的措施来改善和增强着火。这种燃烧器的70°)。设计参数如表2所示(山西阳泉二电厂)。内、外调风套筒是由1Cr20Ni14Si2制成;煤粉表2　增强着火型EI2XCL燃烧器设计规范喷口由ZG8Cr26Ni4Mn3N高铬优质耐热铸钢制项　　目风率ö%风速öm·s21风温ö℃成;所有叶片均由不锈钢1Cr20Ni14Si2制成。燃烧器喷口一次风1222215二次风59.620.2内,41外355燃烧器的荷重支承在大风箱内的燃烧器支撑架分级风10.943.1355上,支撑架的一端与水冷壁相焊,另一端与大风箱的　　此类型燃烧器曾用于山西阳泉二电厂中间储仓板壁相焊,其全部荷重通过大风箱传递到水冷壁上。式热风送粉系统。燃烧器简图见图2。燃烧器可以随水冷壁一起膨胀。应用于W型火焰锅炉的双调风旋流燃烧器,可分为一次风置换(PAX)型、增强着火EI2XCL型和浓缩EI2XCL型等3种。2.1　一次风置换(PAX)双调风旋流燃烧器一次风置换(PAX)双调风旋流燃烧器其特点是在双调风旋流燃烧器的基础上增加了一次风交换装置。当煤粉气流进入燃烧器前的偏心曲弯头导管后,被分离板分离到外侧的近90%煤粉继续向前流动,其余10%煤粉和约50%空气经内侧乏气管抽图2　增强着火型EI2XCL双调风旋流燃烧器简图出,在炉膛适当部位的乏气风口送入炉内用主火焰　　在煤粉喷嘴中装有用于一次风粉分配的锥形扩点燃,一次风所缺50%空气由二次风箱的热风经增散器和导向器,扩散器和导向器用碳化硅陶瓷材料压后送入燃烧器与低温一次风相混合,将煤粉气流制成;当煤粉气流进入燃烧器前的弯头导向后,导向温度由93℃提高到160～200℃,以改善无烟煤着器将燃料引至圆锥形扩散器的套筒部分并形成所要火。这种燃烧器的设计参数如表1所示(河北上安电求的流型,可以使火焰分布均匀,改善火焰稳定性。厂)。一次风通过锥形扩散器在管道近壁处形成一个高浓表1PAX燃烧器设计规范度煤粉环,而中间为富氧的低浓度煤粉区,煤粉气流项　　目风率ö%风速öm·s21风温ö℃经过浓淡分离,有利于煤粉着火。燃烧器喷口一次风1914.821772.3　浓缩型EI2XCL双调风旋流燃烧器一次风乏气1024.9293二次风7118.62内,37.51外355浓缩型EI2XCL双调风旋流燃烧器为一次风置分级风1640.58355换(PAX)燃烧器的改型,即取消了一次风置换备用燃烧器漏风7(PAX)燃烧器的热风置换设备,又称半PAX燃烧　　该种燃烧器适用于反应特性相对较低的贫煤或器。这种燃烧器的设计参数如表3所示。较好烧的无烟煤。燃烧器简图见图1。表3　浓缩型EI2XCL燃烧器设计规范项　　目风率ö%风速öm·s21风温ö℃燃烧器喷口一次风7.122120抽出的一次风7.123120二次风61.320.7内,38.8外349分级风23.737.7349　　煤粉气流进入一次风浓缩装置之后,50%一次风和10%煤粉被作为乏气分离出来,引到下炉膛前后墙乏气喷口直接喷入炉膛燃烧,其余50%一次风图1　一次风置换(PAX)双调风旋流燃烧器简图和近90%的煤粉由一次风喷口喷入炉内燃烧。浓缩2.2　增强着火型EI2XCL双调风旋流燃烧器后一次风的煤粉浓度提高到每kg空气中含0.8kg增强着火型EI2XCL双调风旋流燃烧器也是在煤粉,降低了煤粉着火所需的吸热量,有利于煤粉的·10·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. Vol.27No.4第27卷第4期湖　北　电　力Aug.20032003年8月着火与稳燃。反应如下:300MW“W”型火焰锅炉如贵州黔北电厂、湖NO+NH=N2+OH,NH+NH=N2+H2。南耒阳电厂和广西北海电厂均采用该种燃烧器。燃由于二次风分级送入,一次风煤粉气流一开始烧器简图见图3。仅由份额较小的内二次风提供部分助燃空气,使在回流区的高温还原性气氛下停留时间更长,保证了充分还原,使挥发份NOx大量减少;剩余的焦碳中N由外二次风氧化成NOx,但数量较少,从而总的燃料NOx减少。尽管旋流使着火提早,炉膛温度水平提高,热力NOx有所增加,但由于燃料型NOx占锅炉产生NOx的75%以上,因此总的NOx是减少的。燃烧器低NOx原理图解如图4。图3　浓缩型EI2XCL双调风旋流燃烧器简图3　双调风旋流燃烧器燃烧特性分析3.1　着火稳燃特性煤粉的着火,主要取决于所需的着火热的多少和如何获得所需的着火热。煤粉气流的着火过程中,着火所需热量的主要来源是对流传热。旋流燃烧器靠旋转气流形成的回流区卷吸高温烟气来点燃煤粉图4　燃烧器低NOx原理图气流,着火热来源更强烈。对于双调风旋流燃烧器,　　有关研究表明:如果二次风旋流强度增大,不仅煤粉的着火基本上是在二次风尚未混入的情况下进由于煤粉迁移出高温回流区,减少了高温还原气氛行的。在二次风旋流作用下,煤粉由中心内部向回流对NOx的还原作用,而且由于此时横向湍流扩散混区边缘横向移动,内有回流区卷吸的高温烟气加热,合速率是随着旋流强度增加而增加,所以加强了煤外有热二次风加热;一次风流动方向与回流烟气方粉与二次风的扩散混合使用,使NOx增加,如表4向相反,造成强烈混合;因此在回流区边界附近形成所示。高煤粉浓度、高温度与高湍流度的最佳着火区,煤粉表4　旋流强度对炉内燃烧和NOx的影响着火容易。热烟气回流区使煤粉着火提前,提高了着综合旋流强度炉膛出口烟温飞灰含碳量NOxö8ö℃ö%ömg(Nm3)21火区温度水平,稳燃能力明显提高。1.8815884.0168913.2　燃烬特性2.1615722.365998W型火焰锅炉不仅要解决无烟煤的着火与稳2.4315652.0651067燃,还应获得较好的燃烬率。这需要有较长的火焰行　　因此旋流强度大小应考虑既有利于热回流对煤程和良好的炉膛充满度。尽管旋流燃烧器的气流衰粉的提早着火,又能将对NOx排放的不利影响降低减较直流燃烧器快,但针对燃烧无烟煤,双调风旋流到最小。6燃烧器单台燃烧器功率达179.6×10kJöh,可保证3.4　煤种适应性及调节特性足够的火焰穿透力。一次风速高,动量强,一次风下双调风旋流燃烧器对煤种的变化具有很好的适冲刚度大。而且分级风口下倾30°,增强了火焰穿透应能力。由于燃烧器的中心回流区大小是影响煤粉力,下炉膛火焰充满度高,未燃烧损失大大降低。火焰稳定性的主要因素,因此在运行中,当煤质变差3.3NOx排放特性时,可首先考虑适当关小外(或内)调风旋流叶片开在二次风旋流作用下,高浓度煤粉在高温高湍度,提高燃烧器的综合旋流强度,增大回流区,提高流度的回流区析出挥发份及挥发份N。挥发份N燃卷吸高温烟气的能力,缩短着火点距离,以提高煤粉烧时的中间产物主要是HCN和NH,它们使挥发份火焰的稳定性。当煤质变好时,可适当开大外(或NOx在回流区的高温还原性气氛下还原成N2,主要·11·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第27卷第4期Vol.27No.4湖　北　电　力2003年8月Aug.2003内)调风旋流叶片开度,减小燃烧器的综合旋流强机中间仓储制热风送粉系统,一次风温度达215℃,度,减小回流区,降低卷吸高温烟气的能力,以延迟对煤粉着火有利;再加上采用钢球磨煤机使煤粉细煤粉气流的着火。度提高的因素,采用增强着火型EI2XCL双调风旋燃烧器布置考虑了当锅炉负荷变化时,停运部流燃烧器完全能满足煤粉燃烧的要求,而不必采用分磨煤机后能保证沿炉膛宽度方向的均匀性。例如提高煤粉浓度的燃烧器。高煤粉细度、高一次风温是在50%和40%负荷时,推荐停运B+D或A+C磨煤粉着火稳燃的保证。煤机。燃烧器与磨煤机的匹配见图5。采用浓缩型EI2XCL双调风旋流燃烧器的某电厂,燃煤为山西晋城无烟煤,干燥无灰基挥发份Vdaf仅7.45%,属于极难着火、极难燃烬的无烟煤,要求一次风煤粉细度、煤粉浓度以及温度高。由于采用双进双出钢球磨正压直吹制粉系统,煤粉细度高;对于无烟煤而言,煤粉浓度对煤粉的燃烧影响最大。因此采用浓缩型EI2XCL双调风旋流燃烧器,抽出部分乏气,对一次风煤粉进行浓缩,提高煤粉浓度,为锅炉稳燃提供了保证。图5　燃烧器与磨煤机的匹配图3.5　抗结焦特性5　某电厂燃烧器优化设计布置措施双调风旋流燃烧器本身结构及优异调节特性有　　为了保证低挥发份无烟煤的着火稳燃和低利于防止结焦。通过调节内外二次风旋流叶片可以NOx燃烧,在燃烧器设计上采取了以下措施:获得比较小的旋流强度,避免形成开放式气流,防止1)适当提高一次风速。一次风速的提高使火焰着火提前使火焰中心靠近喷口结焦;单台燃烧器功刚度增大,火焰行程加长,避免火焰短路,煤粉在炉率高,一次风直流刚度大,火焰不易飘移,燃烧器至内停留时间长,下炉膛火焰充满度提高,飞灰含碳下侧墙有足够的距离,避免火焰直接冲刷侧墙;一、二降,提高锅炉效率;而且一次风刚度增大后回流区变次风气流扩散角较收敛,防止气粉分层、煤粉掉在冷小,NOx浓度下降;但同时应注意太高的风速使旋灰斗上再燃结焦,又防止了气流贴近水冷壁。下炉膛流不够,回流区过小,不利于着火稳燃。分级风可托举火焰、引导气流折转,以防火焰中的固2)二次风旋流强度适当减小。这一措施可适当体颗粒分离而甩向水冷壁引起结焦。增大拱顶风刚度,使NOx浓度下降,同时避免火焰4　三种旋流燃烧器性能比较刷墙,减少结渣的可能性。3)燃烧器一次风通道尺寸缩小以适应一次风率　　在相同的锅炉设计参数情况下,煤粉的着火主减小和风速提高的要求。一次风率减小,磨煤机一次要考虑浓度、温度和细度因素。对于不同的煤种,所风煤粉浓度提高,使燃烧处于富燃料状态,NOx浓采用的制粉系统不同,往往决定了旋流燃烧器型式度下降,着火更容易。的不同。4)为减小低温气流对主火焰的干扰,进一步改采用一次风置换(PAX)双调风旋流燃烧器的善着火特性,对乏气和分级风进入炉膛的角度作适华能上安电厂,燃煤为25%阳泉无烟煤和75%寿阳当调整,使其由水平进入下炉膛改为下倾30°角进贫煤的混煤,干燥无灰基挥发份Vdaf=16.72%。由入。这样对火焰下冲起辅助作用,避免火焰短路。于采用中速磨正压直吹制粉系统,煤粉细度、磨煤机出口一次风煤粉浓度和温度不高。针对该煤质贫煤6　结语特性,通过热风置换提高燃烧器喷口一次风温的措3种双调风旋流燃烧器各自具有其不同的特施,不必采用提高煤粉浓度和煤粉细度的措施即可点,但总的燃烧技术原理基本相同,在针对不同类型满足燃烧要求。燃烧系统时可根据其特点选择相适应的燃烧器,并采用增强着火型EI2XCL双调风旋流燃烧器的应根据实际情况对燃烧器设计参数进行优化。山西阳泉二电厂3～4号炉,燃煤为阳泉无烟煤,干燥无灰基挥发份Vdaf=9.85%。由于采用钢球磨煤·12·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.