兩種“W”火焰鍋爐燃燒器的對(duì)比研究

齊鋒

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西晉城 048102）

兩種“W”火焰鍋爐燃燒器的對(duì)比研究

齊鋒

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西晉城 048102）

隨著科技的發(fā)展，“W”火焰鍋爐燃燒器也隨之改進(jìn)。本文就美國(guó)FW技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器與法國(guó)阿爾斯通STEIN技術(shù)W火焰鍋燃燒器爐進(jìn)行基本的結(jié)構(gòu)對(duì)比，分析兩種W火焰鍋爐燃燒器的優(yōu)缺點(diǎn)，以及兩種W火焰鍋爐燃燒器在我國(guó)應(yīng)用出現(xiàn)的問題。希望可以為我國(guó)W火焰鍋爐燃燒器的改進(jìn)提供一些借鑒。

W火焰鍋爐 燃燒器 對(duì)比分析 基本結(jié)構(gòu)

1　兩種W火焰鍋爐燃燒器的基本結(jié)構(gòu)對(duì)比

在我國(guó)已經(jīng)投入使用的W火焰鍋爐燃燒器約有40余臺(tái)，在使用一段時(shí)間之后，都會(huì)出現(xiàn)或多或少的問題。其中以美國(guó)FW技術(shù)為代表的W火焰鍋爐燃燒器和以法國(guó)阿爾斯通STEIN為代表的W火焰鍋爐燃燒器有著明顯的優(yōu)勢(shì)，下面就這兩種W火焰鍋爐燃燒器的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。

1.1火焰鍋爐燃燒器的配置分析

美國(guó)FW技術(shù)火焰鍋爐燃燒器配有350MW發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)鍋爐上都安置有24只雙旋風(fēng)分離濃淡燃燒器，前后交錯(cuò)豎直在爐拱上，組成部件有煤粉輸入管、格柵分離器、雙旋風(fēng)筒、淡煤粉氣流管、消旋葉片等。法國(guó)阿爾斯通STEIN技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器配有360MW發(fā)電機(jī)組，且配備了直流縫隙式燃燒器，拱上一、二次風(fēng)交替布置。兩種W火焰鍋爐燃燒器的配置是完全不同的，法國(guó)阿爾斯通STEIN技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器的發(fā)電機(jī)組更有優(yōu)勢(shì)。

1.2火焰鍋爐燃燒器的燃燒過程分析

美國(guó)FW技術(shù)火焰鍋爐燃燒器是雙旋風(fēng)分離式燃燒器結(jié)合雙進(jìn)雙出正壓直吹制粉系統(tǒng)。當(dāng)煤粉進(jìn)入燃燒器后，煤粉通過煤粉輸入管，經(jīng)過格柵分離器后會(huì)被均勻地分成兩部分，進(jìn)入兩個(gè)旋風(fēng)筒由于慣性被分成濃淡的兩部分。濃的部分經(jīng)過一次風(fēng)噴口進(jìn)入到爐墻側(cè)噴入爐內(nèi)， 淡的部分經(jīng)過乏氣噴口靠近爐膛中心噴入爐內(nèi)?！肮吧隙物L(fēng)分為乏氣噴口周界風(fēng)、煤粉噴嘴周界風(fēng)與油槍二次風(fēng)。在實(shí)際的運(yùn)行中，前后墻進(jìn)入爐膛的風(fēng)80%以上的是分三級(jí)垂直的二次風(fēng)， 進(jìn)風(fēng)量下大上小，呈階梯分。從而形成制粉系統(tǒng)為直吹式乏氣送粉系統(tǒng)［1］?！狈▏?guó)阿爾斯通STEIN 技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器，拱上風(fēng)為一、二次風(fēng)交替布置，煤粉送入一般從拱部一般以傾斜向前后墻的形式送入。同時(shí)，在前后墻上布置兩層三次風(fēng)噴口，一般為熱空氣，垂直于前后墻送入，可以加強(qiáng)一次風(fēng)混合與提供助燃空氣。拱上二次風(fēng)率為84.5%，制粉乏氣布置在兩層三次風(fēng)噴口之間，靠近下層三次風(fēng)噴口，垂直于前后墻送入。形成中貯式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。兩種W火焰鍋爐燃燒器燃燒系統(tǒng)圖1所示。

圖1　兩種火焰鍋爐燃燒器的燃燒過程對(duì)比圖

1.3兩種W火焰鍋爐燃燒器NOx生成狀況對(duì)比分析

全爐膛容積熱負(fù)荷美國(guó)FW技術(shù)W火焰燃燒器為134.5kWm-3，法國(guó)阿爾斯通ST EIN技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器為108kWm-3。下爐膛容積熱負(fù)荷美國(guó)FW為284kWm-3，法國(guó)阿爾斯通STEIN為 190kWm-3下爐膛斷面熱負(fù)荷美國(guó)FW為2.90MWm-2法國(guó)阿爾斯通STEIN為3.02MWm-2。從這些數(shù)據(jù)上來看，法國(guó)阿爾斯通ST EIN爐明顯要低于美國(guó)FW爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)，因此也說明了法國(guó)阿爾斯通爐NOx排放量要低于美國(guó)FW爐。

2　兩種W火焰鍋爐燃燒器的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1美國(guó)FW技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：由于煤粉進(jìn)爐時(shí)被慣性分離為濃淡部分，可以使煤粉能夠得到充分的燃燒。缺點(diǎn)：因?yàn)槊颗_(tái)鍋爐上都安置有24只雙旋風(fēng)分離濃淡燃燒器，燃燒器布置過于緊密，吸入的高溫?zé)煔庵荒芗訜嵋淮物L(fēng)的向火側(cè)，加熱面積有限，同時(shí)由于乏氣送的淡的部分煤粉導(dǎo)致一次風(fēng)溫較低，由于初期燃燒強(qiáng)度有限，煤粉只能在一次風(fēng)與高溫?zé)煔獾慕唤缑嫔现鹑紵?。在爐膛喉口部，未燃盡的煤粉繼續(xù)燃燒，此處也具有很高的火焰溫度，對(duì)控制NOx 的生成相當(dāng)不利。

2.2法國(guó)阿爾斯通STEIN技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：配風(fēng)方面做得比較好，在前后墻上布置兩層三次風(fēng)噴口，一般為熱空氣，垂直于前后墻送入，可以加強(qiáng)一次風(fēng)混合與提供助燃空氣，因此可以降低NOx的生成量。缺點(diǎn)：沒有降低燃燒初期氧濃度設(shè)計(jì)，由于一、二次風(fēng)間隔布置，在煤粉氣流擴(kuò)散前難以卷吸高溫?zé)煔?，所以燃燒初期的著火與燃燒強(qiáng)度不大，燃燒與NOx 生成主要發(fā)生在第二燃燒區(qū)。

3　兩種W火焰鍋爐在我國(guó)應(yīng)用出現(xiàn)的問題

3.1燃盡性能差

這一現(xiàn)象非常普遍，美國(guó)FW技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器在運(yùn)行時(shí)，飛灰可燃物含量曾高達(dá) 36.81%，大渣可燃物含量達(dá)35.89%，目前的運(yùn)行狀態(tài)下飛灰也在 14%以上。由此可見對(duì)于煤粉的燃盡性能差。

造成燃盡差主要的原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）燃燒系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)和爐膛匹配不好。由于制粉系統(tǒng)把煤粉分為濃淡兩部分，煤粉要比鍋爐的要求的額定負(fù)荷粗，且爐膛偏小，燃燒的阻力大，磨煤機(jī)工作效果不理想，配風(fēng)補(bǔ)給不足。（2）各煤粉管道風(fēng)煤比偏差較大。FW技術(shù)爐煤粉分為濃淡部分，但偏差很大，由于燃燒系統(tǒng)的阻力大，磨煤機(jī)不能提供均勻的煤粉。（3“）燃燒后期混合差。由于沿爐寬方向前后墻各組燃燒器燃燒相互獨(dú)立，煙氣沿爐寬方向混合性能很差。若各煤粉管風(fēng)粉不均，由此造成燃燒偏差在后期燃燒中將不會(huì)得到彌補(bǔ)，爐內(nèi)會(huì)有相當(dāng)部分是在缺氧情況下燃燒［2］。”

3.2穩(wěn)定性差

W 火焰鍋爐在運(yùn)行中，普遍存在著高負(fù)荷運(yùn)行氧量較高。當(dāng)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)的配給速度太高，火焰與二次風(fēng)混合太早，導(dǎo)致火焰不能快速的融合，火焰由于，沒有風(fēng)的補(bǔ)給，會(huì)導(dǎo)致火焰不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)熄滅的狀態(tài)。

3.3爐壁結(jié)渣

鍋爐燃燒不充分，爐膛中的衛(wèi)燃帶在前墻、后墻、側(cè)墻和翼墻都有大量的分布，當(dāng)水冷壁附近的氣體由于無煙煤和貧煤燃燒困難而產(chǎn)生不完全燃燒時(shí)，受熱面附近的煙氣就會(huì)處于還原氣氛中，將導(dǎo)4氮氧化物（NOx）排放量高

致灰熔點(diǎn)的下降和灰沉積過程加快，更容易被衛(wèi)燃帶捕捉，加速了受熱面的結(jié)渣。

W火焰鍋爐為了滿足低揮發(fā)分煤種的著火、穩(wěn)燃及燃盡，采用了一些強(qiáng)化著火和燃盡的措施，如在爐膛內(nèi)敷設(shè)了大面積的衛(wèi)燃帶，爐膛火焰中心溫度往往為1500℃～1700℃。這與抑制NOx生成所采取的諸如降低爐內(nèi)燃燒溫度、縮短燃燒氣體在高溫區(qū)停留時(shí)間等措施相矛盾，從而導(dǎo)致比常規(guī)燃燒方式更多的NOx排放量。另外，W火焰鍋爐普遍存在著著火延遲的情況，劇烈燃燒發(fā)生在和二次風(fēng)大量混合的區(qū)域，因而形成高溫氧化性氣氛，極容易導(dǎo)致氮氧化物的生成。

除了以上幾方面共性問題之外，部分鍋爐還存在煤種適應(yīng)性不強(qiáng)、燃燒系統(tǒng)阻力大、燃燒器磨損、過熱器超溫、減溫水量大等附帶問題。

5　結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)美國(guó)FW技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器和法國(guó)阿爾斯通STEIN技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器的比較，我們發(fā)現(xiàn)這兩種W火焰鍋爐燃燒器在配置、燃燒系統(tǒng)上存在著很大的差異，從運(yùn)行效果來看，法國(guó)阿爾斯通STEIN技術(shù)W火焰鍋爐燃燒器的NOx生產(chǎn)量較小。從兩種W火焰鍋爐燃燒器的優(yōu)缺點(diǎn)上來說，他們都可以促進(jìn)煤粉的燃燒，但也都存在燃燒不充分，產(chǎn)生NOx的缺點(diǎn)。在我國(guó)這兩種W火焰鍋爐燃燒器得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在著普遍的問題：燃盡性能差、穩(wěn)定性差、爐壁結(jié)渣、氮氧化物（NOx）排放量高等。但隨著科技的發(fā)展這些問題慢慢的會(huì)得到解決。本文通過分析以上的問題，希望為W火焰鍋爐燃燒器的發(fā)展提供借鑒。

［1］柳宏剛，白少林.現(xiàn)役各類W火焰鍋爐NOx排放對(duì)比分析研究［J］.熱力發(fā)電，2007（36）：1-4.

［2］任楓.FW型W火焰鍋爐高效低NOx燃燒技術(shù)研究［M］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.