鄭州達(dá)冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司

改進(jìn)型達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)在鍋爐上的應(yīng)用
以2臺鍋爐為例，介紹了改進(jìn)型達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)的運行特點及燃燒調(diào)整試驗結(jié)果，分析了其配風(fēng)參數(shù)對鍋爐運行經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性能的影響，并針對旋流對沖燃燒鍋爐普遍存在的尾部CO濃度高、側(cè)墻水冷壁高溫腐蝕、燃燒器噴口結(jié)渣、左右兩側(cè)汽溫及氧量偏差大等問題，提出了對主燃燒器內(nèi)二次風(fēng)口及外旋流風(fēng)葉片開度、燃盡風(fēng)燃燒器外旋流風(fēng)及內(nèi)直流風(fēng)口開度、兩側(cè)風(fēng)箱擋板開度等的調(diào)整措施，以實現(xiàn)旋流低氮燃燒器的高效、低污染燃燒。
  上世紀(jì)90年代以來，隨著大型燃煤發(fā)電機(jī)組技術(shù)的引進(jìn)，生物質(zhì)燃燒機(jī)對沖燃燒方式在國產(chǎn)大型電站鍋爐上得到廣泛應(yīng)用口]。該方式火焰充滿度好，爐內(nèi)熱負(fù)荷均勻，且不存在因四角切圓燃燒方式
特有的爐膛出口氣流余旋而造成爐膛出口溫度場、速度場的嚴(yán)重不均，因而可簡化過熱器和再熱器系統(tǒng)的設(shè)計口]。目前，在國內(nèi)東方鍋爐股份有限公司（東鍋，技術(shù)支持方為日立公司）、哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司（哈鍋，技術(shù)支持方為三井巴布克科公司）和上海鍋爐廠有限公司3大鍋爐制造廠中，采用旋流燃燒器技術(shù)的主要有東鍋和哈鍋。哈鍋生產(chǎn)制造的旋流對沖燃燒方式鍋爐（配LNASB型旋流燃燒器）主要應(yīng)用于300MW及600MW容量等級機(jī)組，東鍋生產(chǎn)制造的旋流對沖燃燒方式鍋爐（配HT-NR3型生物質(zhì)燃燒機(jī)）還成功應(yīng)用于超超臨界1000MW機(jī)組‘3。們。本文以1臺超臨界622MW機(jī)組鍋爐及1臺超超臨界1000MW機(jī)組鍋爐為例，對東鍋生產(chǎn)的改進(jìn)型達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒性能及運行優(yōu)化調(diào)整進(jìn)行歸納和總結(jié)。
1 鍋爐概況
  超臨界622MW機(jī)組鍋爐和超超臨界1000MW機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)見表1，燃燒器主要設(shè)
  烘燒器將燃燒用空氣分為4個部分：一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)和中心風(fēng)（圖1）。一次風(fēng)粉混物經(jīng)煤粉濃縮器產(chǎn)生徑向分離，形成外濃內(nèi)淡的徑向分布。內(nèi)、外二次風(fēng)在燃燒的不同階段噴入爐內(nèi)，實現(xiàn)燃燒器的分級送風(fēng)。內(nèi)二次風(fēng)的旋流器為固定式，葉片傾角為60。，其風(fēng)量可通過手動裝置調(diào)節(jié)；外二次風(fēng)量通過切向布置的葉輪式風(fēng)擋板調(diào)節(jié)，其轉(zhuǎn)動角度范圍為0～75。；內(nèi)、外二次風(fēng)導(dǎo)流筒的擴(kuò)錐角均設(shè)計為30。（622MW機(jī)組鍋爐的內(nèi)二次風(fēng)導(dǎo)流筒的擴(kuò)錐角設(shè)計為45。；外二次風(fēng)的擴(kuò)口為水冷壁彎管）。燃燒器內(nèi)設(shè)有中心風(fēng)管，其中布置有油槍、高能點火器等設(shè)備。在煤粉燃燒器的上方布置有主燃盡風(fēng)(AAP)及側(cè)燃盡風(fēng)(SAP)燃燒器，其調(diào)風(fēng)器將燃盡風(fēng)分為2股獨立的氣流送入爐膛，中心為直流，外圈為旋流（圖2），外旋流風(fēng)噴口的擴(kuò)錐角設(shè)計為25。，旋流葉片角度固定為60。；外圈氣流的旋流強(qiáng)度和2股氣流之間的風(fēng)量分配可調(diào)。
2 鍋爐運行狀況及燃燒優(yōu)化試驗
2.1 622MW機(jī)組
  622MW機(jī)組鍋爐日常燃用煤質(zhì)A.．，在12%-18%之間，VⅢ在35%～38%之間，Q。．。在21.5～23.5MJ/kg之間，其燃燒器參數(shù)調(diào)整試驗結(jié)果見表3。其中：工況1，2燃燒器參數(shù)為習(xí)慣運行位置，實際氧量分別為5．O%、4.2%；工況3，4實際氧量控制在4.2%，為主燃燒器內(nèi)二次風(fēng)量調(diào)整試驗工況；工況5，6，7實際氧量控制在3.6%，為主燃燒器外旋流風(fēng)及燃盡風(fēng)燃燒器參數(shù)調(diào)整試驗工況；工況8為試驗工況實際氧量降至3.1%。
3 燃燒器的運行分析及參數(shù)控制
3.1 主燃燒器內(nèi)二次風(fēng)量調(diào)整
  改進(jìn)型達(dá)冠旋流燃蟯器的內(nèi)二次風(fēng)為旋流式，增加內(nèi)二次風(fēng)量能夠及時補(bǔ)充煤粉顆粒在初期燃燒所需要的空氣，降低CO的生成并減小飛灰含碳量；由于促進(jìn)了煤粉顆粒的初期燃燒，NO，排放濃度會有所升高。由于內(nèi)二次風(fēng)量所占的比例較小，同時內(nèi)二次風(fēng)量增加時外二次風(fēng)量會相應(yīng)減少，而主燃燒器區(qū)域的風(fēng)量分配整體變化不大，因此其對Nn排放量的影響有限。
  內(nèi)二次風(fēng)量對鍋爐的燃燒性能影響較大，運行不當(dāng)時還會導(dǎo)致內(nèi)二次風(fēng)噴口結(jié)渣或堵渣。對于揮發(fā)分較高的煙煤，燃燒初期所需風(fēng)量較大，增加內(nèi)二次風(fēng)量可擴(kuò)大一次風(fēng)與內(nèi)二次風(fēng)回流區(qū)的邊界并提高整個旋轉(zhuǎn)火炬的射流剛性，從而穩(wěn)定燃燒；當(dāng)內(nèi)二次風(fēng)量減小時，盡管理論上由于煤粉氣流的著火熱降低，易著火程度增強(qiáng)，但其對煙煤著火特性影響不大。當(dāng)燃燒初期所需風(fēng)量得不到及時補(bǔ)充時，可能會導(dǎo)致整個鍋爐的燃燒惡化。
  文獻(xiàn)r5]認(rèn)為對于燃用灰熔點低且揮發(fā)分較高的煤質(zhì)以內(nèi)二次風(fēng)為旋流的燃燒器，當(dāng)出現(xiàn)其內(nèi)二次風(fēng)噴口結(jié)渣且內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度不可調(diào)或已最弱時，在確保燃燒穩(wěn)定的情況下應(yīng)盡量減小內(nèi)二次風(fēng)量，必要時可將內(nèi)二次風(fēng)口全關(guān)，并進(jìn)行深度調(diào)整。但實踐證明，采用減小內(nèi)二次風(fēng)量的有式來改善燃燒器內(nèi)二次風(fēng)噴口結(jié)渣并不可取，一方面是由于內(nèi)二次風(fēng)口關(guān)小后燃燒經(jīng)濟(jì)性會變差，另一方面是由于只有將內(nèi)二次風(fēng)口關(guān)得極小才能減弱燃燒器噴口附近的燃燒強(qiáng)度，而此時內(nèi)二次風(fēng)對一次風(fēng)的隔離作用消失，一次風(fēng)粉混合物可能會被直接卷入外二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)氣流中導(dǎo)致燃燒器外圈水冷壁結(jié)渣。此外，內(nèi)二次風(fēng)量減小火焰整體推遲后，還可能帶來爐膛上部水冷壁及屏式過熱器結(jié)焦問題。實際上，當(dāng)燃燒器內(nèi)二次風(fēng)噴口結(jié)渣且內(nèi)二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度無調(diào)整裕量時，可采用增大中心風(fēng)量、適當(dāng)提高一次風(fēng)速及減小外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度的方式來降低燃燒器根部回流區(qū)的溫度，必要時可采用將旋流內(nèi)二次風(fēng)改為直流內(nèi)二次風(fēng)或減小內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片角度等措施。
  基于以上分析，針對改進(jìn)型達(dá)冠旋流燃燒器，當(dāng)燃用煤質(zhì)的V“高于30%時，建議將所有燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)全開，內(nèi)二次風(fēng)量增加到一定量后在某種程度上還可起到冷卻燃燒器噴口、防止灰渣在燃燒器噴口附近聚集的作用，從而減輕燃燒器的結(jié)渣或燒損。
3.2 主燃燒器外旋流風(fēng)葉片開度調(diào)整
  主燃燒器外旋流風(fēng)葉片的開度對經(jīng)濟(jì)性及主燃燒器區(qū)域側(cè)墻水冷壁的結(jié)渣影響較大。由于單只燃燒器各股之間及相鄰燃燒器之間的混合及擾動差，旋流對沖燃燒方武鍋爐維持低氧運行時，普遍容易出現(xiàn)尾部CO濃度高導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性變差及水冷壁高溫腐蝕的問題。實踐證明，燃用煙煤時維持同層燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度相同，同時增大或減小外旋流風(fēng)葉片的開度，改變外二次風(fēng)的卷吸能力對鍋爐尾部CO濃度的影響不大。
  前后墻對沖燃燒方式鍋爐一般采用大風(fēng)箱兩側(cè)進(jìn)風(fēng)方式，改進(jìn)型達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)的外二次風(fēng)旋流葉片為切向布置的葉輪式風(fēng)擋板，同層燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度一致時，各只燃燒器的進(jìn)風(fēng)量呈明顯的中間大兩側(cè)小特征，當(dāng)開度減至50%以下后風(fēng)量會明顯減小。利用這一特征增大側(cè)墻燃燒器、減小中間燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度，可提高爐寬度方向上氧量分布的均勻性，從而減小CO的生成，提高燃燒效率。
  由表3、表4可見，對同層布置6只或8只燃燒器的鍋爐，分別將最中間2只或4只燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度減至40%后，飛灰含碳量及尾部CO濃度明顯減小。值得注意的是，為提高側(cè)墻區(qū)域的進(jìn)風(fēng)量，兩側(cè)第2只燃燒器的外旋流風(fēng)開度一般也不能過小。如622MW機(jī)組鍋爐在600MW負(fù)荷時將外旋流風(fēng)葉片開度由80%／70%／60%／60%／70%／80%減至80%／60%／50%／50%／60%／80%后，飛灰含碳墨及尾部CO濃度反而升高，調(diào)整至80%／70%／40%140%／70%／80%后才明顯下降；1000MW機(jī)組鍋爐1000MW負(fù)荷時將外旋流風(fēng)葉片開度由70%／60%／50%／50%／50%／50%／60%／70%調(diào)整至80%／70%／45%／45%／45%／45%／70%／80%后，飛灰含碳量及尾部CO濃度略有下降但變化不大，調(diào)整至99%／90%／45%／40%／40%／45%／90%／99%后飛灰含碳量降低了0.6百分點，CO濃度降低了約600ruLlL。對于煙煤，將改進(jìn)型達(dá)冠燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度增至80%以上并不會對著火穩(wěn)定性有明顯影響；即使將葉片全開，旋流葉片與燃燒器徑向水平方向上的夾角依然有75。，外二次風(fēng)依然為旋轉(zhuǎn)氣流，且具有一定的卷吸能力。
  由于沿爐膛寬度方向兩側(cè)煙溫低中間煙溫高，增大兩側(cè)減小中間燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度后，NO，排放濃度并不會明顯升高。此外，增大兩側(cè)燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度，還有利于提高側(cè)墻水冷壁附近的含氧量，減輕水冷壁的高溫腐蝕；若煤粉過粗或一次風(fēng)速過高，前后墻對沖氣流擠壓到側(cè)墻水冷壁中間時，增大兩側(cè)墻燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度，有可能強(qiáng)化側(cè)墻區(qū)域的燃燒導(dǎo)致水冷壁結(jié)渣，但其風(fēng)量增加到一定程度后由于煙溫的降低及還原性氛的改善，會減輕結(jié)渣。
  減小中間燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度，旋流強(qiáng)度增加后，外二次風(fēng)氣流可能刷墻導(dǎo)致燃燒器外圈水冷壁的結(jié)渣。但從實踐經(jīng)驗來看，只要一次風(fēng)射流有足夠的剛性，煤粉顆粒未被卷吸到水冷壁附近，燃燒器外圈水冷壁出現(xiàn)結(jié)渣的可能性較小，如某600MW機(jī)組鍋爐采用東鍋達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)（內(nèi)二次風(fēng)為直流，內(nèi)、外二次風(fēng)擴(kuò)錐口設(shè)計角度均為45。），6只燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度呈99%／99%／40%／40%／99%／99%分布，鍋爐實際燃用印尼煤，運行多年未出現(xiàn)燃燒器附近水冷壁結(jié)渣現(xiàn)象。而改進(jìn)型達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)將擴(kuò)錐角減小為30。后，外二次風(fēng)的卷吸能力減弱，燃燒器周圍水冷壁出現(xiàn)結(jié)渣的可能性將更小。
3.3燃盡風(fēng)燃燒器外旋流風(fēng)及內(nèi)直流風(fēng)開度調(diào)整
  改進(jìn)型達(dá)冠燃燒器燃盡風(fēng)的中心風(fēng)為直流，可利用其剛性穿透火焰中心；外圈氣流為旋流，其離開調(diào)風(fēng)器后向周圍擴(kuò)散，與靠近爐膛水冷壁的上升煙氣混合。燃盡風(fēng)烘燒器的參數(shù)對燃盡風(fēng)的射流剛性及沿爐膛寬度及深度方向上的氧量分布影響較大，從而影響到鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性。
  綜合多臺鍋爐的試驗結(jié)果，燃盡風(fēng)的外旋流風(fēng)葉片開度不宜過大，一般可將所有中間燃燒器的外旋流風(fēng)葉片開度減至20%以內(nèi)或全關(guān)，而將最外側(cè)的主燃盡風(fēng)及側(cè)燃盡風(fēng)口全開，增加內(nèi)直流風(fēng)的比例及風(fēng)速，提高燃盡風(fēng)氣流的穿透力，提高鍋爐沿爐膛寬度及深度方向上氧量分布的均勻性，降低飛灰含碳量或尾部CO濃度。此時，只要能保證一定的燃盡風(fēng)率，NO，排放濃度一般不會明顯升高，這主是因為燃盡風(fēng)區(qū)域送入的風(fēng)量既會生