两种稳燃技术在四角喷燃煤粉锅炉上的应用研究.pdf

第1 7 卷第2 期 2 0 0 1 年3 月 电站系统工程 P o w c r S y s t e mE n g i n e c r i n g V b l ．1 7N o ．2 M a r ．．2 0 0 1 文章编号l0 0 5 一0 0 6 X 2 0 0 1 0 2 一O l l 卜0 4 两种稳燃技术在四角喷燃煤粉锅炉上的应用研究 太原电力高等专科学校李东雄邢德山 摘要由于四角喷燃锅炉本身设计上的缺陷、运行煤质的多变及电网调峰，给安全经济运行带来的一系列问题，集中体 现在燃烧的不稳定上。温燃技术的应用极大地改善了锅炉的性能，满足了深度调峰的需要，但还存在一些有待解决的问题。 关键词锅炉；四角燃烧；燃烧器；稳燃 中图分类号T K1 6文献标识码B A p p l i c a t i o no f T 1 7 ’，oT y p eS t a b l eC o m b u s t i o nT e c h n o l o g yo nC o r n e rF i r i n gB o i l e r L ID o n g I x i o n g ，X I N GD e - s h a n A b s t r a c t As e r i e so fp r o b l e mr e f l e c t6 nl o wc o m b u S t i o ns 诅b i l i t ，c a u s e db yd e s i g n d i s a d V a n t a g eo fc o m e r f i r i n gb o i l e r ’v a r i a b l eb u m i n gc o a lq u a l i t ya n dp e a k i n g ．A p p l i c a t i o no fs t a b l ec o m b u s t i o nt e c l l I l o l o g yi m p r o V e s p e b r m a I l c eo f b o i l e ro p e r a t i o n ，m e e td e 印r e g u l a t i n gr e q u i r e m e n t ，b u ts o m ep r o b l e mn e e dt ob es o l V e d ． K e yw o r d s b o i l e r ；c o m e rn r i n g ；b u m e r ；s t a b l ec o m b u s t i o n 山西是我国煤炭能源基地之一，其一次能 源结构决定了以煤电为主，煤电中又以四角喷 燃锅炉为主 前捷克、前苏联、波兰进口机组 和国产机组 。性能特点为1 0 0M w 以上机组 大都按带基本负荷设计，调峰裕度不大，同时 机组自动化水平较低，对煤种、煤质的变化适 应性差，运行中普遍存在飞灰含炭量高、煤耗 高、油耗大、热效率低和灭火，“四管”事故 时有发生，严重制约着机组的安全经济运行。 随着市场经济的发展，工农业用电结构发 生巨了大变化。在用电量增加的同时，电网峰 谷差增大的矛盾也日益突出。山西电网平均峰 谷差为9 0 0M W ，最大时达13 0 0M W ，锅炉 被迫参与调峰运行。由于锅炉本身低负荷稳燃 性能差，再加上电厂来煤煤种、煤质多变，偏 离设计值较多等原因，限制了旋转调峰幅值， 机组只能处于热备用状态，频繁起停，造成大 量工质损失和消耗大量燃油，发电成本提高。 如何增大锅炉机组调峰幅度，使其具备旋 收稿日期2 0 0 0 ．0 5 ．0 8 李东雄，男，1 9 6 9 年生，讲师。动力系，0 3 0 0 1 3 转调峰能力以及降低不投油最低稳燃负荷，节 省点火用油成为摆在各厂面前的紧迫任务。 l煤粉稳燃技术在四角喷燃锅炉的应用 随着煤粉稳燃理论的发展、新型煤粉稳燃 技术的出现及其在电站锅炉上显著的应用效 果，使得新型煤粉稳燃技术如船形体稳燃器、 浓淡燃烧器等在山西也得到迅速推广应用。应 用上述装置的部分锅炉运行煤质工业分析值见 表l 。可见，各电厂的煤质特点主要表现在燃 煤的挥发分、灰分和发热量变化大。有的煤挥 发分含量、发热量和灰份含量都较高，容易着 火，但燃尽困难；有的煤灰分含量高，发热量 和挥发分含量较低，不易着火，也不易燃尽； 有的煤则是挥发分和灰份含量中等，但发热量 较低。对于不同煤质，电厂在处理时往往采用 中等发热量的煤直接入炉燃烧，发热量高的煤 或在高负荷时燃用，或与发热量低的煤按一定 比例 一般为1 1 掺混后燃烧，至于掺混的 均匀程度及煤质的其它指标在上煤时基本不控 制，从而使入炉煤的煤质不稳定性提高，给稳 燃带来困难。 万方数据 1 1 2电站系统工程 2 0 0 1 年第1 7 卷 表l 应用船形体稳燃器和浓淡燃烧器的部分四角喷燃锅炉运行煤质工业分析值 1 ．1 船形体稳燃器 1 ．1 ．1 船形体稳燃器稳燃机理 船形体稳燃器是清华大学热能系研制的产 品，其技术关键是在直流煤粉燃烧器的一次风 喷口内加装一个船形火焰稳定器。煤粉气流经 船形火焰稳定器喷出后，在喷口外形成一股束 腰形射流。由于煤粉气流中煤粉颗粒因惯性作 用部分分离和富集及射流所造成的负压卷吸高 温烟气，使射流的束腰部两侧外缘形成的高浓 度煤粉处于高温烟气加热之中，在一次风主气 流不断供应较充分 浓度1 0 ％左右 氧的情况 下最先着火燃烧，也就是在束腰部两侧外缘形 成了高煤粉浓度、高温烟气和氧浓度适当高的 三高区。在束腰部结束后随着主气流的扩展， 已着火的煤粉气流又进入主气流补充到足够的 氧完全燃烧。 1 ．1 ．2 主要改造措施及存在问题 应用船形稳燃器改造时技术措施主要有以 下特点 1 1 0 0M W 级锅炉一般只需将下一次 风喷口改造为船形稳燃器，2 0 0 ～3 0 0M W 级 锅炉也只需改造二到三层一次风喷口； 2 被改 造的喷口一般截面要增大。为防止因二次风与 一次风相交提前，影响稳定燃烧，与上下二次 风喷口间距仍要保持在喷口宽度的O ．2 倍以 上，宽度以不影响两侧水冷壁布置为宜，同时 与改造喷口并行的二次风喷口取消。喷口呈水 平状态 3 一次风率保持不变，一次风速比原 设计高l ～2 叫s ； 4 调整假想切圆直径和布 置卫燃带有时作为配套措施之一。早期投运的 锅炉由于假想切圆直径设计得比较大，应用船 形稳燃器后发现有冲刷水冷壁和背火侧结渣现 象，因此调整假想切圆直径应和燃烧器改造同 步进行； 5 带点火油枪的喷口，船体中心设有 点火油枪孔，油枪通过油枪盒伸入油枪孔，油 枪盒迎风面装有防磨锥，以减小阻力和磨损； 6 船形稳燃器、支撑板和防磨锥等用 1 C r l8 N i 9 T i 、C r 2 4 N i l 4 S i 2 R e 等防磨材料铸造， 以确保至少运行一个大修周期； 7 船体与喷口 端面之间留有小于1 0 0m m 的距离，具体尺寸 根据煤质的成分含量定。船体竖直放置在喷口 内。太原一电厂1 1 号炉曾尝试船体水平放置， 结果发现火焰中心上移，积灰结渣严重，在吹 灰也不正常的情况下，炉膛出口烟温高达l 4 0 0 ～14 5 0 ℃，短短半年时间爆管两次，灭火 1 2 次。船体恢复竖直放置后，满负荷下炉膛出 口最高烟温不超过13 3 0 ℃，锅炉运行平稳。 存在问题 1 在燃用挥发分高、发热量大 的煤时，因煤粉容易着火，着火点离喷口较近， 喷口和稳燃器会因高温烧烤出现变形，从而破 坏炉内空气动力场使燃烧恶化，而采用加大一 次风量推迟着火点，又会引起射流扩散程度扩 大，出现冲刷水冷壁和结渣的现象。解决这一 问题时把船体向喷口方向移动l Om m ，同时适 当减小喷口尺寸，将三高区推后和减小煤粉气 流扩散角，取得较好效果； 2 船体燃烧器对安 装质量要求较严格，微小的尺寸误差都会使煤 粉气流产生偏差，引起火焰中心偏斜，影响稳 燃效果； 3 喷口和稳燃器的磨损问题比较严 重，要求储备一定量备品备件，而且更换费工 费时； 4 点火小油枪推进和推出均为人工操 作，不灵活也不方便 5 由于现场管道布置的 局限，油枪盒有时离一次风管转弯处较近，若 一次风管转弯非上下爬坡方向，则油枪盒可能 起到一定煤粉浓淡分离效果，使船体两侧煤粉 浓度不均匀，若背火侧恰好为煤粉浓度较高的 一侧，则背火侧水冷壁磨损和结渣问题严重。 万方数据 第2 期李东雄等两种稳燃技术在四角喷燃煤粉锅炉上的应用研究 1 1 3 1 ．2 浓淡煤粉燃烧器 l 。2 ．1 浓淡煤粉燃烧器稳燃机理 直流浓淡煤粉燃烧装置有竖直、水平浓淡 两种形式，山西应用的主要是浙江大学专利技 术竖直浓淡煤粉燃烧装置，其基本原理是 一次风气流进入喷燃器之前首先经过一有一定 弧度的弯管，在离心力作用下煤粉被集中到弯 管外侧，然后通过设有浓稀相分离隔板的浓稀 相分离器将集中到弯管外侧的煤粉和部分空气 送入浓相喷口，弯管内侧的较稀的煤粉气流则 进入稀相喷口。在浓相喷口中心设有钝体，浓 相一次风管外设有周界二次风，钝体与周界二 次风配合形成可控制大小的中心回流区。低负 荷时关小周界二次风，利用钝体使射流回流区 扩大，加大高温烟气回流卷吸量，稳定着火； 高负荷时开大周界二次风，利用其刚性减小浓 相煤粉气流扩散，推迟着火，保护喷口，即锅 炉在不同负荷、燃用不同煤种时，根据燃烧状 况通过调节周界二次风开度来调整煤粉着火 点，并使煤粉气流正常着火燃烧。另外，由于 浓相煤粉气流风量减少，煤粉浓度高，煤粉气 流温度升高快，燃烧初期释放出的挥发分相对 增加，有利于着火和火焰的传播，增强燃烧稳 定性。总之，该燃烧器通过烟气回流和煤粉浓 淡燃烧相结合使煤粉气流形成稳定着火源。 1 ．2 ．2 主要改造措施及存在问题 改造措施技术特点为 1 稀相喷口和浓相 喷口的位置关系由现场管道走向和配风需要决 定，神头一电厂是稀相喷口位于浓相喷口上方， 太原二电厂8 号炉则刚好相反； 2 一次风弯管 可以利用时只需增设浓稀相分离器和更换浓稀 相喷口，原一次风喷口作为浓相喷口，相邻上 或下二次风喷口改造为稀相一次风喷口，被占 用喷口的二次风则作为浓相喷口的周界风送入 炉膛 3 相邻的另一个二次风喷口若与浓相喷 口间距较近时，可封堵部分面积，防止二次风 过早混入，影响燃烧稳定性。 存在问题 1 由于运行煤质较硬，煤粉在浓 稀相分离器处和浓相一次风管中磨损较严重， 神头一电厂8 号炉就曾发生过浓相一次风管被 磨穿而引发锅炉连续灭火两次的事故，更换为 耐磨钢板后情况好转； 2 运行中稀相喷口煤粉 浓度大于设计值，风速低于浓相，在低负荷和 燃用好着火、发热量较大的煤时，着火点离喷 口较近，易烧坏喷口和引起结渣； 3 因原有燃 烧器本身的结构特点和浓淡燃烧器的改造要 求，在两厂改造的浓淡燃烧器中都暴露出稀相 喷口煤粉处于缺风燃烧状态。太原二电厂8 号 炉改造后曾发生一次炉膛下部后墙水冷壁爆管 事故，金相分析为高温腐蚀所致，后利用小修 在稀相喷口下方恢复了一个等同稀相喷口截面 的二次风喷口，高温腐蚀和结渣现象才得到缓 解； 4 浓淡燃烧器区域总的二次风通流面积减 小，神头减小了3 8 ％，太原二电厂8 号炉减小 了3 5 ．9 ％，使通风阻力增大，而且周界二次风 要根据煤种、煤质变化不断调整，使浓淡燃烧 器区域总体氧量供应不足，因缺氧燃烧贴壁气 流呈还原性气氛，而出现结渣、高温腐蚀和飞 灰含炭量增大的现象。有必要在浓淡燃烧器上 方采用局部集中配风措施，以改善后期燃烧状 况； 5 周界二次风的调整有赖于及时准确的煤 质资料和火焰燃烧状况的直观反映，在监测手 段跟不上的情况下，周界二次风的调整往往显 得滞后，着火提前或着火推迟的现象时有发生， 对喷口的安全和燃烧的经济性造成一定影响。 2 总体应用效果 1 稳燃器一般装在燃烧器的下层喷口 内，下层一次风煤粉着火提前，有利于上层一 次风煤粉卷吸高温烟气，从而使火焰中心降低， 炉膛温度水平提高。受热面辐射吸热量增大， 炉膛出口屏过超温现象也随之减轻和消除。 2 对挥发分低、发热量小或灰份高的 煤，稳燃器形成的有利于煤粉着火和燃烧的三 高区，确保了即使低负荷一次风煤粉也能稳定 着火和增强了锅炉对掉灰渣的抗干扰能力，助 燃油只在应付突发事件时才用，调峰幅度因此 增大。使用船体稳燃器的1 0 0M W 级机组最低 不投油稳燃负荷达到5 5M W ，2 0 0M W 级机组 万方数据 1 1 4电站系统工程2 0 0 1 年第1 7 卷 达到1 2 5M W ，3 0 0M W 级机组达到1 8 0M w ； 使用浓淡燃烧器的太二8 号炉最低不投油稳燃 负荷达到1 2 0M W ，神头2 0 0M W 机组则达到1 0 0 M w ，成燕_ 珂电网主力旋转调峰机组。 3 应用稳燃技术后的锅炉燃烧状况明显 改善，飞灰含炭量减小，煤耗降低，热效率普 遍超过设计值，启动时间缩短，点火燃油量减 少。部分锅炉改造前后经济性对比见表2 。 表2 部分锅炉改造前后经济性对比 3 结论 新型煤稳燃技术在改善四角喷燃煤粉锅炉 低负荷不投油稳燃性能，增强对煤种的适应 性，提高锅炉热效率，降低煤耗，节约燃油等 方面效果显著。但也存在一些影响锅炉安全运 行的不足，有待进一步研究改进，甚至用性能 更好的稳燃器替代现有燃烧器，同时在改造时 应充分考虑稳燃器上下二次风的配风问题。口 参考文献 f 1 】徐旭常，施学贵，陈昌和，等．煤粉火焰稳定原理“三高区” 原理的实验验证和数值模拟分析【J 】．自然科学进展，1 9 9 3 4 ． f 2 】冯俊凯，沈幼庭．锅炉原理及计算 第二版 【M 】．j E 京科学出版 杜，1 9 9 2 ． 例毛健攮，毛健全，赵树民．煤的清洁燃烧【M 】．北京科学出版 社．1 9 9 8 ． 【4 】丘纪华，陈刚，李佛金，等．四角燃烧煤粉锅炉稳燃技术的分析 与应用们．热能动力工程，1 9 9 9 ，1 4 8 2 2 7 6 ～2 7 7 ． 【5 】何伯述，张文宏，许晋源．锅炉着火稳定性及其有关技术发展 [ J 】．中国电力，1 9 9 9 ，3 2 8 4 ～7 ． 【6 】胡在高，樊志胜．改进燃烧器、节约助燃用油[ J 】．电力学 报，1 9 9 9 ，1 4 4 2 “～2 6 7 ． 【7 】胡荫平，贾鸿祥．新型煤粉燃烧器【M 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