四角切向燃燒鍋爐燃燒器區(qū)空氣立場的對爐內(nèi)工況影響

程青林

【摘 要】在大型四角切向燃燒鍋爐中，直流燃燒器切圓燃燒方式，由于著火條件好，煤種適應性強，燃燒可調(diào)，后期燃燒氣流擾動較強，有利于燃盡等優(yōu)點而得到廣泛的應用。直流燃燒器一般布置在爐膛四角上。煤粉氣流在射出噴口時，雖然是直流射流，但當四股氣流到達爐膛中心部位時，以切圓形式匯合，形成旋轉(zhuǎn)燃燒火焰，同時在爐膛內(nèi)形成一個自下而上的旋渦狀氣流。 但是從燃燒器噴口噴出來的氣流并不總能保持沿其幾何軸線方向前進，總會出現(xiàn)它程度的偏斜，當氣流偏斜嚴重時，可能導致燃燒器射流貼附式?jīng)_擊爐墻，從而造成水冷壁結(jié)渣，影響鍋爐的安全運行，筆者針對四角切向燃燒器鍋爐燃燒器射流的開啟角度及噴口數(shù)對燃燒器區(qū)空氣動力場的影響分析，從而為改善爐內(nèi)工況提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關鍵詞】四角切向燃燒鍋爐；直流燃燒器切圓燃燒方式；四角切向燃燒器鍋爐燃燒器射流開啟角度

1.四角切圓燃燒的主要特點及其原理

①四角射流著火后相交，相互點燃，使煤粉著火穩(wěn)定。

②由于四股射流在爐膛內(nèi)相交后強烈旋轉(zhuǎn)，湍流的熱量、質(zhì)量和動量交換十分強烈，故能加速著火后燃料的燃盡程度。

③四角切圓射流有強烈的湍流擴散和良好的爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)，爐膛充滿系數(shù)較好，爐內(nèi)熱負荷均勻。

④切圓燃燒時每角均由多個一、二次風噴嘴所組成，負荷變化時調(diào)節(jié)靈活，對煤種適應性強，控制和調(diào)節(jié)手段也較多。

⑤爐膛結(jié)構(gòu)簡單，便于大容量鍋爐的布置。

⑥便于實現(xiàn)分段送風、分段燃燒，從而抑制N0X的排放。

2.燃燒器的負荷分配及投停方式

原理及注意事項：

（1）一般是將投入運行的主燃燒器負荷盡量分配均勻，即將各燃燒器的風量和給粉量調(diào)整一致。但有時為了調(diào)整燃燒中心，改變火焰的偏斜現(xiàn)象，避免結(jié)渣，調(diào)節(jié)過熱汽溫分布或提高運行經(jīng)濟性等原因，常有意識地改變各燃燒器之間的風粉分配比。

（2）對于四角布置的直流燃燒器，為了減少火焰偏斜，避免結(jié)渣，當風道及噴口布置以至氣流射程不對稱時，將一側(cè)或兩側(cè)的風粉量降低運行也有可能有些效果。

（3）改變四角布置燃燒器給粉量或二次風量也是調(diào)整燃燒中心，改善氣粉混合及增加燃燒效果的常用措施：例如有所謂“正塔形”送風（即上二次風小，下二次風大）或“反塔形”送風（即上二次風大，下二次風?。┑扰滹L方式。

（4）當進行這類調(diào)整時，判斷調(diào)整措施的好壞，除了燃燒的穩(wěn)定性，爐膛出口煙溫及爐內(nèi)的溫度分布和燃燒經(jīng)濟性之外，還應注意爐膛兩側(cè)的燃燒產(chǎn)物（RO2，飛灰可燃物，爐渣沉淀物等）是否均衡，以及鍋內(nèi)過程方面的均勻性（如過熱汽溫分布，汽包兩側(cè)爐水濃度及水位等）。

（5）有些鍋爐四角布置的直流燃燒器噴嘴是可以擺動的，它對調(diào)節(jié)燃燒中心的位置，改變汽溫和煤粉燃燒的完善程度是相當起作用的。一般在保證正常汽溫的條件下，多盡量增加其下傾角，以取得較高的燃燒經(jīng)濟性，但需注意冷灰斗不應因溫度過高而產(chǎn)生結(jié)渣。

（6）為考察對所有燃燒器供粉的均勻性，可以從各一次風管等速抽取煤粉樣，比較其樣品的相對重。

（7）為保持燃燒器一、二、三次風的出口風速，有時要停一部分燃燒器，在低負荷運行時尤屬必要。

（8）制粉系統(tǒng)為直吹系統(tǒng)時，與備用磨煤機或檢修中的磨煤機相連的燃燒器也必然要停掉。除了被迫停用的情況外，在正常工況下，或在低負荷運行時，停哪個為好，需要通過試驗分析來確定。燃燒器的投停對鍋爐運行更較甚于燃燒器負荷分配。

3.四角切圓燃燒的氣流偏斜

采用四角燃燒方式的鍋爐，運行中容易發(fā)生氣流偏斜而導致火焰貼墻，引起結(jié)渣以及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。、鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因：射流自燃燒器噴口射出后，由于受到上游鄰角氣流的直接撞擊，撞擊點愈接近噴口，射流偏斜就愈大，撞擊動量愈大，氣流偏斜就愈嚴重。射流兩側(cè)“補氣”條件的影響射流自噴口射出后仍然保持著高速流動，射流兩側(cè)的煙氣被卷吸著一道前進，射流兩側(cè)的壓力就隨著降低。這時，爐膛其它地方的煙氣就紛紛趕來補充，這種現(xiàn)象稱為“補氣”。如果射流兩側(cè)的補氣條件不同，就會在射流兩側(cè)形成壓差。向火面的一側(cè)受到鄰角氣流的撞擊，補氣充裕，壓力較高；而背火面的一側(cè)補氣條件差，壓力較低。

這樣，射流兩側(cè)就形成了壓力差，在壓力差的作用下，射流被迫向爐墻偏斜，甚至迫使氣流貼墻，引起結(jié)渣。燃燒器的高寬比（hr/b）對射流彎曲變形影響較大，燃燒器的高寬比值愈大，射流形狀愈寬而薄，其“剛性”就愈差，因而，射流愈容易彎曲變形。

在大容量鍋爐上，由于燃煤量顯著增大，燃燒器的噴口通流面積也相應增大，所以噴口數(shù)量必然增多，為了避免氣流變形和減小燃燒器區(qū)域水冷壁的熱負荷，將燃燒器沿高度方向拉長，并把噴口沿高度分成2～3組，每組的高寬比不超過6，相鄰兩組噴口間留有空檔，空檔相當于一個壓力平衡孔，用來平衡射流兩側(cè)的壓力，防止射流向壓力低的一側(cè)彎曲變形。當燃燒器多層布置時對旋渦直徑的影響較大，上層氣流不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使氣流容積流量增大，旋渦直徑相應增大，一般可使實際切圓直徑膨脹到假想切圓直徑的7～8倍。

4.氣流偏斜問題

射流偏斜產(chǎn)生的原因及其危害：

四角布置的直流燃燒器，由于射流與假想的切圓相切，使射流軸線與兩邊爐墻的夾角不等，常常是一邊大，一邊小，如下圖所示。射流兩邊同時卷吸煙氣，在其周圍形成負壓區(qū)，爐膛中的煙氣則不斷地向負壓區(qū)補充。如果兩側(cè)的補氣條件不同，一側(cè)的壓力將大于另一側(cè)的壓力，使射流向一側(cè)偏斜，這就是射流產(chǎn)生偏斜的原因。射流偏斜的危害是：當射流偏斜嚴重時，會形成射流貼墻，導致爐墻結(jié)渣和水冷壁磨損。

5.鄰角氣流的橫向推力

橫向推力的大小與爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強度，即爐膛四角射流的旋轉(zhuǎn)動量矩有關，其中二次風射流的動量矩是起主要作用的。二次風動量及其旋轉(zhuǎn)半徑愈大，中心旋轉(zhuǎn)強度愈大，橫向推力亦愈大，致使一次風射流的偏轉(zhuǎn)加劇。

試驗和運行實踐證明，增加一次風動量或減少二次風動量，或者就降低二次風與一次風的動量比，會減輕地次風射流的偏斜。一次風射流抵抗斜的能力與本身的動量有關。一次風射流動量愈大，剛性愈強，射流的偏斜也就愈小。但應注意二次風動量降低導致氣流擾動減弱對燃燒帶來的不利影響。除了推遲著火，燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率降低之外，還會導致爐膛出口煙溫升高，引起過熱器超溫或汽溫升高。