浓稀相煤粉燃烧器在DG410 t/h锅炉上的应用
孙宝钧 高关富
河南省安阳电厂
安阳电厂8号炉系东方锅炉厂生产的型号为DG410 t/h高温高压炉，1978年元月投入运行。该炉设计煤种为鹤壁贫煤，应用基灰份18.2%、可燃基挥发份13%，应用基低位发热量24 700 kJ/kg，直流式喷燃器四角布置如图1所示。
图1 下排火嘴改造前后布置图
假想切圆直径Φ800 mm反时针旋转，配有330/440型钢球磨热风送粉系统。在设计煤种下该炉一般能在额定负荷的70%下不投油稳燃。自1982年掺烧小窑煤后，其掺烧比逐年增加，1995、1996年掺烧比分别为33.8%和35%。遇有月底月初的2～3天内，因统配煤供应暂时中断只好全烧小窑煤，给锅炉燃烧稳定带来了困难。我们曾在锅炉灭火时从给粉机内取煤粉样化验，煤粉的分析基灰份35%～40%，在这样的入炉条件下，更难适应低负荷下锅炉燃烧的稳定，给机组安全、经济运行带来很大的不利，为适应上述情况的需要，我们在1996年8月8号炉大修中，对下排火嘴采用浙江大学燃料利用研究所研制的带有500～700 kg/h小油枪的浓稀相煤粉燃烧装置(下称浓稀相煤粉燃烧器)。
1 设备主要参数
型 号 DG410/100-2
蒸 发 量 D/t .h－1 410
饱和压力 P/MPa 11.27
过热压力 P/MPa 9.18
过热汽温 t/℃ 540
给水温度 t/℃ 220
排烟温度 t/℃ 123
热风温度 t/℃ 360～370
冷风温度 t/℃ 30
锅炉设计效率 % 92.14
燃料消耗量 W/t.h－1 45
2 设计燃煤鹤壁煤特性
鹤壁煤特性见表1。
表1 鹤壁煤特性
Car
%
Har
%
Oar
%
Nar
%
Sar
%
Aar
%
War
%
Vadf
%
Qnet.ar
kJ/kg
65.3
2.9
2.3
1.06
0.60
18.3
9.5
13.7
21 230
注：“ar”为应用基、“adf”为可燃基。
3 浓稀相煤粉燃烧器工作原理
3.1 工作原理
浓稀相煤粉燃烧器装置结构如图2。
图2 浓稀相煤粉燃烧装置断面示意图
1—稀相喷口； 2—浓相喷口； 3—浓相直管；
4—小油枪盒；5—周界风箱；6—分叉管；
7—换向器；8—稀相直管；9—锥形体
它的工作原理是通过弯管的气粉混合物由于离心力作用，经过换向器后使浓稀相两股气粉混合物再经过分叉管引入浓稀相一次风喷口射入炉膛，为了避免常规浓淡燃烧器不能随负荷高低来调整煤粉浓度的弊病，浙江大学在设计中增设了的周界风，当负荷低或煤质差时可将周界风关闭，反之可根据煤种及燃烧的需要来调整周界风门。浓稀相煤粉燃烧器系统如图3所示。
图3 浓稀相煤粉燃烧器系统
3.2 稳燃机理
强化锅炉燃烧的方法有3种：一是提高一次风的煤粉浓度，二是用回流热烟气，三是提高一次风温。浓稀相煤粉燃烧器采用前2个方法。
加热一次风粉混合物着火所需要的热量等于加热煤粉和加热一次风中空气的热量之和。常规设计一次风管内煤粉浓度一般在0.4～0.5 kg煤/kg气，经过改造后浓相喷口的一次风煤粉浓度提高到0.8 kg煤/kg气，从一次风粉混合物的着火热公式可知：
Qzh＝Cmf(t2h－t1h)＋Ck/μ(t2h－t1h)
式中 Qzh—— 一次风混合物着火热；
t1h—— 一次风温度；
t2h——着火温度；
Ck——空气比热；
Cmf——煤粉比热；
μ——煤粉浓度。
由于风粉混合物中煤粉浓度的提高，Ck/μ的比值就小，Qzh也就小。换一句话说，在一次风中煤粉的份额增大，空气的份额必然减小，又因空气的比热大于煤粉比热，所以煤粉浓度提高能省去一部分不必要的加热空气的着火热，有利于一次风出口煤粉的着火。
浓相喷口中间设置了锥形体，在高温内回流的同时由于锥形体的导流、喷口射流的扩散角增加，使射流和高温热烟气的接触面增加，外回流量的增加，起到了低负荷或烧劣质煤时稳定着火的作用。
同时，煤粉浓度的提高，可降低煤粉气流着火温度，提高火焰的传播速度。
4 燃烧器的改造简况
由图1可知，改后燃烧器的浓相圆形喷口，是设在原下排一次风口位置，其最外层的圆周直径为Φ500 mm，小于原一次风喷口524 mm的宽度，不再需要更改火嘴两侧的水冷壁管，稀相一次风喷口设在中下二次风口的下半部。为了配合分叉管入口中心标高，将进入换向器前一次风管中心标高抬高了170 mm，根据火嘴前一次风管的布置情况，将变管后割断的前部分再割断原一次风管吊架，用倒链上拉170 mm后再重新连接吊架，浓相喷口的周界风风源，是从就地二次风道通过直径Φ260 mm的连接管取得，配有风门控制。
为了在这次火嘴改造后的运行中，能获得各一次风管的均匀配风，根据现场的条件将炉前1、4号角的6根一次风管，在混合器前加装了可调缩孔，同时还在每根一次风管的混合器前装了12个动压测点。
5 冷态调试工作
5.1 一次风管的动压值Δp
在总风压1.5 kPa下标定各靠背管的系数，后在商定的一次风速下调整和计算各一次风管的动压值Δp，一次风管的动压值见表1。
表1 一次风管的动压值
标定系数
0.941
0.886
0.929
0.937
0.933
0.898
0.922
0.925
0.928
0.828
0.833
0.870
冷态动压值 ΔP/Pa
48
46
46
45
48
52
48
49
54
50
60
48
热态动压值 ΔP/Pa
35
40
36
35
36
38
37
36
36
45
45
41
一次风速v/m.s－1
25～28
5.2 一次风喷口风速
维持一次总风压1.5 kPa，在测试喷口风速时，由于浓相喷口出口气流有回流区测速不准确，改在混合器后测得1～4号一次风管的动压值和稀相喷口一次风速，再经计算的方法得出1～4号浓相一次风管出口一次风速υ浓，浓稀相喷口的一次风速见表2。
表2 一次风喷口风速
混合器后一次风速 υ/m.s－1
25.2
22.2
23.4
23.6
稀相喷口一次风速υ/m.s－1
25.3
20.5
22.4
23.6
浓相喷口一次风速υ/m.s－1
20.7
20.1
20.3
23.9
5.3 周界风速及严密性
在一次总风压1.5 kPa和周界风门全开下，1～4号周界风风速分别18、16、17.5及17 m/s，周界风门全关时风速为零。
6 改造后的效益
为检验下排火嘴改造后带低负荷的效果，在大修前后分别做了低负荷试验，从试验数据汇总表3可知，浓稀相煤粉燃烧器改造工作是成功的，它改善了8号炉低负荷不投助油稳燃的调峰能力。改前对传统设计的锅炉来说，在设计煤种下一般不投助燃油稳燃的低负荷是额定负荷的70%～75%，经浓稀相煤粉燃烧器改造后，在煤质较次的情况下，不投助燃油稳燃的低负荷是55 MW，为额定负荷的55%，节省了低负荷和煤质差的情况下投用的助燃油，提高了低负荷调峰的能力。考虑到在55 MW负荷下因锅炉汽温低(490～500 ℃)和未经水循环考验，暂定8号炉低负荷可调出力为60 MW。从1996年9月28日大修投运至1997年10月的运行统计情况看，因煤质差所投用的助燃油大大减少，总共不超过20 t，特别是1997年元月为厂里入炉煤最差的一个月，5、6号炉(风扇磨)因煤质差投用助油232 t，3、4号炉(钢球磨)投用助油100 t，而8号炉只投用助燃油0.86 t，投油炉煤粉样化验灰分Aad为40%、挥分发Vad为11.7%。在1996年10月至1997年10月，不投助燃油时所带60～65 MW负荷的调峰时间共有115 h，节省该负荷调峰助燃油172 t，故8号炉火嘴改造后，提高了调峰能力和企业的经济效益。
另外，燃烧器改造后，经1年运行情况看，进厂统配煤中断共83 d，全烧合壁小窑煤，灰份Aad为35%、山西及铜冶小窑煤挥分份Vad为8%～10%下，8号炉没有发生1次灭火，保证了锅炉安全运行。
表3 改造前后试验数据汇总表
名 称
改 前
改 后
试验日期
1996.07.23
1996.11.06
电负荷 MW
68～70
55
蒸汽流量 t/h
135/132
107/105
持续时间 h
1.5～2
3
月平均飞灰可燃物%
12～14
8～10
锅炉效率%
70 MW
88.4
87.56
100 MW
87.31
89.38
煤粉分析%
灰分 Aad
22～30
33～35
挥发分Vad
12～12.5
12
细度 R90
15～27
21～29
原煤分析%
灰分 Aar/Aad
32/35
挥发分 Aad
12～12.4
低位发热量
kJ/kg
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