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探讨同心反切燃烧技术用于劣质无烟煤燃烧 |
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| 探讨同心反切燃烧技术用于劣质无烟煤燃烧 |
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作者：佚名 文章来源：技术论文 点击数： 更新时间：2008-10-13 8:58:44  |
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梅县发电厂B厂两台125 MW机组配用上海锅炉厂生产的SG-420／13.7-M419型锅炉，在实际生产运行中，采用了同心反切燃烧技术(CFS-Ⅱ)。设计这种燃烧方式时，燃料风(一次风、油枪风、三次风)射流以与前后墙40°夹角逆时针进入炉膛，而炉膛下部二次风射流则沿着与燃料风射流相反的方向(偏转25°)进入炉膛，以此构成顺时针切向燃烧，称为启转二次风。同时为了减少锅炉炉膛出口及水平烟道左右侧烟温差，除了燃料风与启转二次风的布置方向相反外，还在三次风上方布置了与启转二次风方向相反的偏转二次风喷嘴，称为消旋二次风，与启转二次风夹角为50°。
四个角的燃烧器可以同步上下摆动，燃料为劣质无烟煤(煤质主要参数见表1)，喷燃器的布置从上到下依次为：消旋二次风、三次风、油二次风、上层一次风、启转二次风、中层一次风、下层一次风、启转二次风、油二次风。其中，下层一次风和中层一次风集中布置，且上层一次风与三次风下倾5°，一次风喷嘴均采用了从CE公司引进并经改造的浓淡燃烧器。同时为了冷却喷燃器，一次风、三次风口均设计了周界风。燃烧器主要设计参数见表2。
表1 煤质主要参数
w(CY)／%
w(AY)／%
w(Wr)／%
w(Vr)／%
58.6
28.3
0.83
6.83
w(Qydw)／（kJ.kg-1）
t1／℃
t2／℃
t3／℃
19887
＞1350
＞1380
＞1420
表2 燃烧器主要设计参数
名 称
风率／%
风速／(m.s-1)
风温／℃
一次风
二次风
三次风
15.0
61.5
19.5
29
47
49
255
392
80
1 同心反切燃烧技术的特点
在四角切向燃烧的锅炉中，炉内气流的假想切圆直径是一个重要的设计参数。传统切向燃烧的气流旋转强度取决于切圆直径的大小，切圆直径越大，代表一次风、二次风气流旋转强度旋涡数∑SW的角向动量与切向动量的流量比越大。按照ABB／CE公司规定，燃烧器中心线与炉膛对角线必须有一夹角以形成切向燃烧，但采用同心反切燃烧技术的炉膛设计应用了炉室气流总旋涡数∑SW为零的设计概念，设计假想切圆直径可以为零，只是在不同的燃烧阶段设置不同的局部旋涡数：在燃烧初始阶段，采用较大的旋涡数，以保持四角切向燃烧的优点，而在燃烧的中后期，将局部旋涡数设计为零乃至负值，这对稳定燃烧已无副作用，却能使炉膛出口以及水平烟道的烟温偏差大幅度减小。同时煤粉气流被裹在炉膛中央，形成“风包粉”的效果，近水冷壁区域的氧化气氛可以减轻炉膛结渣，同时一次风反切延迟了一次风与二次风的混合，可以大大降低NOx的排放量，这是设计时预计能达到的效果。
2 实际运行情况
在锅炉启动前进行的炉膛冷态空气动力场烟花录像试验中发现，按照燃烧器设计参数配风，一次风被同角二次风卷吸及上游二次风剧烈撞击，很快就汇合到主气流中，炉膛中气流实际切圆过大，一次风中烟花严重刷墙，完全达不到设计时预计的“风包粉”的效果。
考虑到燃用煤种为不易结渣性煤，且炉膛轻微结渣有利于劣质无烟煤的稳燃，热态时启转风置入了ΔP(即风箱与炉膛压差)控制，高负荷情况下风门基本全开，尽管煤粉细度严格控制在R90=10%以下，四角风粉偏差控制在5%以下，但锅炉燃烧极不稳定，不能退油枪实现全煤粉运行。后将一次风、三次风的周界风关死，启转风关小，适当开启油二次风，情况有所好转，但锅炉仍然频繁灭火，最后将三次风由下倾5°调到上倾15°，消旋二次风由水平调到上倾25°，同时将上一次风由下倾5°加大到下倾13°以增加一次风的集中布置，才勉强退油全煤粉运行，且不时有炉膛灭火发生，尤其是在启停制粉系统情况下更容易发生灭火。由于燃烧不稳，启转风开度控制在70%以下，炉膛送风不足，只能开启油二次风加以补偿，但与主气流反切的油二次风(尤其是下油二次风)对燃烧影响极大，风门开度也必须控制，炉膛出口氧量只能达到2.5%左右，远远低于设计值4.3%，锅炉在运行一段时间后，出现结焦现象。
3 情况分析
在上海锅炉厂进行CFS-Ⅱ型炉膛冷态模化试验时，发现炉内主气流的旋转方向受正反切气流的大小支配和启旋动量的影响，即启转风占主导地位时，炉内主气流顺时针旋转，消旋风占主导地位时，炉内主气流为逆时针旋转，但先投消旋风形成逆时针旋转气流后再全投启转风，虽然启转风动量大于消旋风动量，炉内主气流仍为逆时针方向。正常启动情况下，燃烧器顶部的消旋二次风不会比底部的启转风早投入，所以炉内主气流一般均为顺时针方向旋转。
周界风可以增强一次风射流的刚性，但对劣质无烟煤而言，周界风延迟了一次风与热烟气的混合，对煤粉气流的着火产生不利影响，关死周界风后，一次风口不投用时可开启少量一次风门以达到冷却喷燃器的作用。
四角切向燃烧的最大好处在于四角煤粉气流的相互引燃，一般认为在气流不贴墙的前提下切圆越大，炉膛充满度越高，则炉膛燃烧越稳定。对劣质无烟煤而言，煤粉浓度越高则煤粉气流的着火越稳定，所以燃用劣质无烟煤时一般采用相对较低的一次风速。在CFS-Ⅱ型炉膛中，炉内气流是由启转二次风带动形成的，一次风反切虽然延迟了一次风与同角二次风的混合，但却使上游二次风提早进入并剧烈撞击煤粉气流，劣质无烟煤的着火距离一般比较远，如果此时煤粉气流尚未着火，则加大了煤粉着火的难度，对锅炉的稳定燃烧极为不利。因此，劣质无烟煤燃烧的实际运行配风中，太高的启转二次风速(意味着炉膛气流切圆加大)匹配太低的一次风速(有利于煤粉气流的着火)时，锅炉燃烧反而不稳定。如果燃用易着火的煤，则煤粉刷墙将加大炉膛结渣倾向。
同时作为反切风投入的三次风和消旋二次风对燃烧影响很大。实际运行中，风温只有80 ℃左右的三次风风速主要与制粉系统出力有关，可调节性不高，而消旋二次风作为调节炉膛出口氧量、炉膛出口与水平烟道烟温偏差的主要手段，风门必须保证有一定的开度，风速可调的幅度也不大。炉膛中烟气的流动是连续的，尽管这两层风布置在燃烧器最上层，但风速很高且方向与主气流相反，在投入和调节过程中，这两层反切高速风对燃烧器区域的气流必然产生很大影响。国内很多电厂为了减小炉膛出口以及水平烟道的烟温偏差问题，采用了将燃烧器上层风改为反切的办法，烟温偏差减小的同时发现对炉膛燃烧有不利的影响。梅县发电厂将三次风和消旋二次风由设计位置改为大幅度上倾，就是减小这种不利影响的一种简单而有效的方法。
4 结束语
经过在梅县发电厂125 MW机组的实际应用后证明，同心反切燃烧技术(CFS-Ⅱ)适用于劣质无烟煤的燃烧，但这种技术对运行调整的要求较高，不同的煤种一定要摸索出不同的配风方式，简单照搬燃烧器设计值配风会造成燃烧不稳定或严重结焦，影响机组安全运行。
参考文献
［1］ 赵宗让.ABB-CE公司新型切向燃烧系统的设计特点［J］.锅炉技术，1996(11)
［2］ 何志强，庄文贤.上海锅炉厂600 MW亚临界锅炉燃烧器设计的特点［J］.锅炉技术，1997(8)
［3］ 曾汉才等.同心双切圆燃烧系统(CFS)的研究与评价［J］.华中电力，1997(2)
［4］ 刘光德.同心反切燃烧技术在360 t／h锅炉上的应用［J］.湖北电力，1996(11)
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