風道燃燒器燃燒特性試驗研究

邢秀峰,劉建華,劉眾元

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院,山西 太原 030001）

風道燃燒器燃燒特性試驗研究

邢秀峰,劉建華,劉眾元

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院,山西 太原 030001）

東方鍋爐廠自主研發(fā)的第二代300 MW循環(huán)流化床鍋爐,其風道燃燒器配用的油槍為中心回油油槍。針對油槍的特殊性,在啟動調試過程中,對油槍的調節(jié)特性、出力以及配風方式進行了調整試驗。通過試驗確定了該油槍與點火槍的相對位置,油槍冷、熱態(tài)下的出力以及風道燃燒器熱態(tài)下的調整方式。

循環(huán)流化床; 風道燃燒器; 中心回油油槍; 試驗研究

0 引言

隨著我國大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展，由東方鍋爐廠設計研制的第二代300 MW循環(huán)流化床所采用的點火方式為床上、床下聯(lián)合點火。床下點火方式采用中心回油、機械霧化油槍的風道燃燒器，床上點火油槍為機械霧化油槍。在鍋爐點火啟動時，首先通過床下點火油槍來控制鍋爐床溫的溫升速度以及鍋爐整體的升溫、升壓[1]。該中心回油油槍的優(yōu)點是：不需要更換不同容量的霧化片，通過調整床下點火油槍油系統(tǒng)的回油調整門即可調整風道燃燒器的熱負荷，來實現(xiàn)鍋爐熱負荷的適時調整，從而有效避免了先前在點火過程為增加出力更換霧化片過程中所造成不必要的燃油浪費，在實際運行中也得到了很好的應用。在鍋爐啟動初期不僅便于溫升的控制，也有效降低了機組的啟動油耗。

1 設備及系統(tǒng)簡介

1.1 風道燃燒器及油槍系統(tǒng)簡介

床下風道點火燃燒器的功能是將一次流化風加熱至850～900 ℃左右，加熱后的一次風經(jīng)過點火風道進入床下水冷風室，通過布置在布風板上的風帽，使床上物料達到流化狀態(tài)，并加熱床料至投煤溫度[2]。每臺鍋爐配2個風道燃燒器，每個風道燃燒器裝有2支油槍，單只油槍設有一次點火風門。床下燃燒器點火油槍的設計參數(shù)見表1。該油槍為中心回油式機械霧化油槍，它與常規(guī)的機械霧化油槍不同，有進、回油2根油管與油槍連接，燃油進入油槍后，一部分油通過霧化片噴出，另一部分返回至回油管路，回油母管鏈接至6.9 m回油調整門后的系統(tǒng)回油母管，油槍結構示意圖見圖1。

圖1 中心回油機械式霧化油槍

1.2 燃油系統(tǒng)簡介

燃油系統(tǒng)經(jīng)油庫主管道至鍋爐爐前油循環(huán)后,分別設有床上油槍油循環(huán)系統(tǒng)和床下油系統(tǒng),床上油槍油系統(tǒng)可進行爐前油循環(huán),床下油槍油系統(tǒng)在進回油軟管之間設隔斷門，進行油循環(huán)時，須打開隔斷門，或在投運油槍后進行循環(huán)。油泵出口設再循環(huán)手動門，系統(tǒng)調整好油壓后，固定手動門，由爐前油系統(tǒng)6.9 m處的再循環(huán)電動調整門對系統(tǒng)油壓進行適時調整。

表1 油槍技術參數(shù)

2 冷態(tài)特性試驗

2.1 油槍霧化試驗

燃油系統(tǒng)吹掃結束后，進行爐前油循環(huán)，在不同壓力下就地進行油槍的霧化觀察試驗，試驗最高壓力3.5 MPa，最低壓力2.0 MPa。經(jīng)試驗在此壓力范圍內(nèi)，油槍霧化良好，滿足油槍的點火需要，且在此壓力范圍內(nèi)，壓力越高，霧化效果越好。

2.2 油槍出力試驗

該油槍為中心回油油槍，因此在調節(jié)過程中，主要依靠調節(jié)油槍的回油量來調節(jié)油槍的出力，回油量越大，油槍出力越小。所以在系統(tǒng)壓力一定的情況下，油槍出力的大小主要取決于回油調整門的開度。爐前油循環(huán)建立之后，打開床下油槍的進回油手動門，系統(tǒng)壓力2.95 MPa，調整回油調整門，由就地燃油流量計來計算油槍的實際出力。試驗結果如圖2 所示。試驗結果通過曲線擬合，擬合函數(shù)為y = 2×10-7x4- 3×10-5x3+ 0.002 2x2-0.056 4x + 2.2，相關度為R2=1。由冷態(tài)試驗油槍的最大出力為2.2 t/h，最小出力為1.1 t/h。

圖2 冷態(tài)下不同回油調整門開度下油槍出力

2.3 油槍與點火槍位置的確定

為確定油槍與點火槍的位置，在初次安裝以及檢修完畢后，進入風道燃燒器，通過目測及實際位置測量來確定其位置。在冷態(tài)下確定點火槍與油槍的相對距離為120 mm, 即點火槍與油槍同時進到位, 點火槍的位置在距油槍前方120 mm處。之后在點火試驗過程中，固定油槍的位置，移動點火槍的位置，在點火槍不同位置處進行點火試驗，經(jīng)試驗確定點火槍在油槍前方距離110～140 mm處，油槍點火正常，在此距離范圍之外，油槍在點火時不宜著火。

3 熱態(tài)調整試驗

3.1 點火位確定

油系統(tǒng)油泵啟動后，維持爐前壓力3.0 MPa，打開床下油槍油系統(tǒng)以及油槍進、回油和吹掃手動門，油槍準備點火。主一次流化風總風量控制20萬Nm3/h，左右側點火風道各10萬Nm3/h，二次風總風量12萬Nm3/h，上、下二次風擋板開度15%，開點火油槍對應的點火風門至40%，另一支油槍對應的點火風門45%，主一次風門5%。床下油槍回油調整門開度100%。確定點火位置后，順控啟動油槍點火，就地觀察油槍著火情況，油槍著火明亮，火焰穩(wěn)定，點火初期風道燃燒器快速升溫，最終風道燃燒器出口溫度基本穩(wěn)定在400～450 ℃。

3.2 熱態(tài)下油槍出力

在點火前，回油管路壓力增加，阻力增大，回油量減小，油槍出力增加；反之油槍出力降低。因此，如果點火時不關閉進、回油管路上的聯(lián)絡閥，則回油管路壓力與進油管路基本相同，阻力劇增，回油量驟降，油槍出力遠大于額定出力，造成煙溫飛升，無法控制，有可能對點火風道材料以及熱工測點等造成損害，所以點火前須關閉聯(lián)絡閥。關閉聯(lián)絡閥后，系統(tǒng)油壓維持3.0 MPa，6.9 m再循環(huán)門開度3%，調整床下油槍回油調整門。隨著回油調整門開度的增大，油槍回油量加大，油槍出力下降（如圖3所示）。試驗結果通過曲線擬合，擬合函數(shù)為y = 2×10-7x4- 4×10-5x3+0.002 8x2-0.100 5x + 3.507 3，相關度為R2=0.990 9。該油槍在上述工況下，油槍的出力最大可達到2.9 t/h，最小為1 t/h。

圖3 熱態(tài)下不同回油調整門開度下油槍出力

系統(tǒng)油壓維持2.9 MPa，回油調整門開度為100%，調整6.9 m油系統(tǒng)的再循環(huán)調整門。隨著再循環(huán)調整門開度增大，油槍回油的背壓增大，油槍中心回油量減小，油槍出力增大（如圖4所示）。試驗結果通過曲線擬合，擬合函數(shù)為y = -90.959x4+ 533.25x3- 1 141.8x2+ 1 104x - 401.49，相關度為R2=1。

圖4 熱態(tài)下不同再循環(huán)調整門開度下油槍出力

3.3 油槍配風

油槍著火后，主一次流化風初始開度為5%，隨著開度的增加，風道燃燒器溫度降低，開度增至20%之后，油槍火焰逐漸變暗，火焰中夾雜著黑煙，當開度增至40%時，風道燃燒器冒黑煙嚴重，最后熄火。其主要原因是：點火油槍燃燒器阻力大，主一次流化風門阻力小，當主一次流化風門開大時，點火風道的一次風主要從主一次流化風門通過，著火油槍的點火風嚴重缺風，火焰熄滅。所以在點火過程中，主一次流化風門開度不宜太大，主一次風風門的開度只要能保證風門以及燃燒器保護罩的冷卻即可，通過現(xiàn)場觀察，主一次流化風門的開度在點火過程中，開度控制在5%～10%。點火風門的開度控制主要是控制著火的穩(wěn)定性、風道燃燒器出口溫度以及風道燃燒器溫度的均勻性。油槍點火后，點火風門根據(jù)油槍的著火情況進行適時調整，著火油槍的點火風擋板開度越大，風道燃燒器的出口溫度就越低，但不宜開太大,風門開度太大,油槍的著火穩(wěn)定性就越差,嚴重時會引發(fā)油槍滅火,點火風門的開度不超過60%，若風道燃燒器的溫度還不能滿足控制要求時，調節(jié)另一支油槍的點火風門，風門開度較著火油槍風門不宜太大，當未著火油槍的點火風門較著火油槍的開度太大時，不利于油槍熱量的攜帶，致使油槍附近的溫度偏高，長期使用容易燒損油槍，通過試驗，其開度不大于著火油槍點火風門10%。另外，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)調節(jié)點火風門和回油調整門時，風道燃燒器溫度相應較快，所以利用點火風門和回油調整門調節(jié)風道燃燒器溫度時，應采取微調的方式。

3.4 單側第二支油槍的投運

左右兩側燃燒器各投運一支油槍后，為保證鍋爐進一步的升溫升壓，投運風道燃燒器的另外2支油槍。投運一側風道燃燒器的第二支油槍時，先將該側的一次風量加大至135 000～140 000 Nm3/h，回油調整門開度控制在35%以下，順控啟動油槍，油槍著火后，開大兩油槍的點火風門，同時開回油調整門，具體開度根據(jù)風道燃燒器的溫度，在現(xiàn)場試驗中，回油調整門開至40%，點火風門開至75%，風道溫度可控制在830～860 ℃，滿足風道燃燒器最高溫度不超過900 ℃的要求。另一側油槍的投運可參照執(zhí)行。此外，在投運第三只油槍時，由于系統(tǒng)瞬間供油不足，所有油槍會瞬間滅火。試驗過程中，油壓低或火檢滅火的最長時間為10 s，所以在啟動后面兩支油槍時，應將火檢保護以及油壓低保護加一延時，建議延時15 s。

4 結論

a）該油槍的出力調節(jié)比大，較原有的固定出力的機械霧化油槍來說，調節(jié)更為靈活，更容易實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐點火、投煤的需求；油槍在進油壓力2.0～3.5 MPa范圍內(nèi)，油槍霧化良好；點火槍安裝位置在油槍前方距離110～140 mm為油槍著火的最佳位置。

b）在點火過程中， 主一次流化風門開度不宜太大，應控制在10%以內(nèi)，除特殊要求外，應控制其開度為5%，啟動前兩支油槍時，點火風量控制一次風20萬Nm3/h，二次風12萬Nm3/h，油槍點火風門點火時開度為45%。

c）油槍出力隨著回油調整門開度的增大而降低，隨再循環(huán)調整門開度的增大而增大。此外風道燃燒器溫度隨點火風門和回油調整門開度變化相應較快，所以利用點火風門和回油調整門調節(jié)風道燃燒器溫度時，應采取微調的方式。

d）每個風道燃燒器在單只槍運行的條件下，尤其是在風道溫度較低時，著火油槍對應的點火風門開度應控制在50%～60%，開度太大油槍容易被吹滅。

e）在同一風道燃燒器，投運第二支油槍時，回油開度不宜太大，應控制在35%以內(nèi)，回油開度太大，在點油槍的瞬間由于系統(tǒng)供油不足，容易造成鍋爐滅火。

f）在同一風道燃燒器，投運第二支油槍時，該風道燃燒內(nèi)的一次點火風量應控制在135 000～140 000 Nm3/h。

[1] 馮俊凱，岳光溪，呂俊復， 等. 循環(huán)流化床燃燒鍋爐 [M]. 北京：中國電力出版社，2003：23-59.

[2] 龔鵬，袁建麗， 米子德. 循環(huán)流化床風道燃燒器的控制方法[J].電站系統(tǒng)工程, 2011, 27(4): 31-33.

Experiment Research on Combustion Characterristics of In-duct Burner

XING Xiufeng，LIU Jianhua，LIU Zhongyuan

（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

The 300 MW second-generation circulating fluidized bed boiler produced by Dongfang Boiler Plant is equiped with central oil-reture gun in in-duct burner. Adjustment test was carried out on regulation characteristics, output and air distribution mode of oil gun during start-up commissioning. Relative positions between oil gun and firing fun were determined as well as the output of oil gun in cold or thermal state. Meanwhile, adjusting mode of in-duct burner in thermal state was confirmed.

CFB; in-duct burner; center-back oil gun; experimental study

TM227.1

A

1671-0320（2016）04-0040-04

2016-04-02，

2016-06-11

邢秀峰 (1982 )，男，山西五臺人，2007年畢業(yè)于太原理工大學熱能動力專業(yè)，碩士，工程師，從事鍋爐調試及燃燒調整工作；

劉建華 (1973 )，男，山西霍州人，1996年畢業(yè)于西安交通大學鍋爐專業(yè)，高級工程師，從事電站鍋爐啟動調試及燃燒調整工作；

劉眾元 (1982)，男，山西繁峙人，2008年畢業(yè)于西安交通大學熱能工程專業(yè)，工程師，從事電站鍋爐啟動調試及燃燒調整工作。