旋流燃燒器增強燃燒穩(wěn)定性實例分析

溫文光， 李前宇， 郭 強， 朱小東

旋流燃燒器增強燃燒穩(wěn)定性實例分析

溫文光1，3， 李前宇2， 郭 強3， 朱小東4

（1.內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 013700；2.北京能源集團有限責(zé)任公司，北京 100000；3.北京源深節(jié)能技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100000；4.華電電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

針對某鍋爐燃燒不穩(wěn)定引起的磨煤機跳閘事件，分析了磨煤機啟動時參數(shù)、燃用煤質(zhì)變化，研究了旋流燃燒器組織燃燒能力，并找到了鍋爐燃燒不穩(wěn)定的主要原因，通過采取調(diào)整措施從根本上解決了鍋爐燃燒不穩(wěn)定的問題，對具有類似燃燒、制粉系統(tǒng)的機組具有一定的借鑒作用。

鍋爐； 磨煤機； 燃燒器； 跳閘

0 引言

我國電站鍋爐煤種多變，實際燃用煤種常常偏離設(shè)計煤種，為適應(yīng)我國電站鍋爐煤種多變這一狀況，對燃燒器的要求也越來越高，不僅有較廣的燃料適應(yīng)性，既能燒質(zhì)量較好的煙煤，也能燒質(zhì)量較差的煤，如劣質(zhì)煙煤和低揮發(fā)份煤（貧煤，甚至無煙煤）。而且還能滿足低負(fù)荷時燃燒的穩(wěn)定性。相比直流燃燒器，旋流燃燒器依靠高溫回流區(qū)作為穩(wěn)定的熱源，能提高火焰穩(wěn)定性，并可單獨進行燃燒，對煤種的適應(yīng)性較好。目前，旋流燃燒器在我國電站鍋爐應(yīng)用領(lǐng)域占有一定比例。但是，雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器使用效果不太理想，其主要原因是燃燒器出口空氣動力場比較復(fù)雜不易調(diào)整，同時隨著電廠要求不斷提高，兼顧安全經(jīng)濟與環(huán)保的新型旋流燃燒器不斷投運，掌握燃燒器的燃燒特性也越來越困難。因此，給運行中燃燒調(diào)整帶來一定的困難。

1 設(shè)備系統(tǒng)基本情況

某新建電廠2×350MW超臨界燃煤供熱機組，鍋爐燃燒系統(tǒng)采用前后墻對沖燃燒方式，燃燒器為HALF-PAX型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，由HALF-PAX燃燒器、OFA噴口、乏氣管道、環(huán)形大風(fēng)箱、OFA風(fēng)箱、高能點火裝置、少油點火系統(tǒng)設(shè)備、爐前燃油系統(tǒng)、火焰檢測器等組成。磨煤機采用MPS200HP-II中速磨煤機，每臺爐配6臺中速磨煤機，均采用中速磨煤機冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，設(shè)計一次風(fēng)率為37%-42%。鍋爐設(shè)計煤種為錫林郭勒盟神華勝利煤田的褐煤（混煤）和校核煤種為本地煤，鍋爐燃用設(shè)計煤種時煤粉細(xì)度R90=35%。

從風(fēng)箱來的二次風(fēng)分兩股分別進入到內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，內(nèi)層二次風(fēng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流可卷吸高溫?zé)煔庖济悍?，外層二次風(fēng)用來補充煤粉進一步燃燒所需的空氣，使之完全燃燒。內(nèi)、外層二次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向是一致的，旋流強度可以通過調(diào)整軸向葉片的設(shè)置角度而改變。燃燒器調(diào)風(fēng)器入口設(shè)有二次風(fēng)滑動調(diào)風(fēng)盤，控制滑動調(diào)風(fēng)盤的位置（即開度）可以控制進入單個燃燒器的二次風(fēng)量。內(nèi)二次風(fēng)由調(diào)風(fēng)器內(nèi)套筒和煤粉管道構(gòu)成的內(nèi)二次風(fēng)通道進入燃燒器。在通道入口端設(shè)有小調(diào)風(fēng)盤，改變小調(diào)風(fēng)盤的位置（即開度）可以調(diào)節(jié)進入內(nèi)二次風(fēng)通道的風(fēng)量，從而改變單個燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)的風(fēng)量比。

2 燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象

由于燃料供應(yīng)方面的原因，鍋爐由全部燃用褐煤改為褐煤摻燒煙煤的燃煤方式。磨煤機摻燒煙煤后運行方式為最底層燃燒器對應(yīng)的11、14磨煤機全部磨制煙煤，低負(fù)荷期間保持2臺煙煤、1臺褐煤三臺磨煤機運行。在14磨煤機檢修期間，低負(fù)荷工況磨煤機沒有隔層運行的方式下，多次發(fā)生11磨煤機跳閘事件，且為啟動后瞬時跳閘，首出原因均為火檢保護動作，熱工人員排查火檢檢測系統(tǒng)正常，排除設(shè)備測量方面導(dǎo)致的磨煤基跳閘的可能性[1]。

3 運行參數(shù)分析

（1）事故時11磨煤機啟動前后運行參數(shù)變化，見表1。11磨煤機啟動初期風(fēng)煤比約為6:1，煤粉濃度偏低，不利于煤粉的著火[2]。另外，投用最下層燃燒器時，因燃燒器噴口周圍熱量限制，且燃燒器二次風(fēng)擋板沒有隨煤量增加而緩慢開大，燃燒器出口卷吸的高溫?zé)煔饬靠赡懿蛔阋砸贾車剂?，使燃燒器出口煤粉著火穩(wěn)定性下降。

表1 11磨煤機啟動前后運行參數(shù)變化

（2）改燒低水分的煙煤后，由于干燥劑量減少，一次風(fēng)率應(yīng)降低，但一次風(fēng)率受到煤粉管道設(shè)計風(fēng)速限制未能大幅降低，同時燃燒煙煤較褐煤難碾磨等原因?qū)е氯紵鲊娍诿悍奂?xì)度變大，推遲了煤粉著火。

（3）當(dāng)天的煙煤煤質(zhì)與褐煤煤質(zhì)對比情況見表2。該煙煤揮發(fā)分與褐煤相近，灰分明顯偏大，高灰分導(dǎo)致了煤中的碳含量被灰分嚴(yán)重包圍，阻礙碳的燃燒速率，減慢火焰的傳播速度，使得煙煤煤粉的著火溫度提高，著火點推遲，燃燒初期著火穩(wěn)定性下降。

表2 煙煤與褐煤煤質(zhì)分析對比

4 燃燒器冷態(tài)空氣動力場試驗研究情況

為了進一步研究該燃燒器組織燃燒能力，采用熱線風(fēng)速儀測速結(jié)合飄帶示蹤方法[3]。對該燃燒器進行了冷態(tài)空氣動力場試驗。

試驗1：在中心調(diào)風(fēng)盤開度90mm、一次風(fēng)風(fēng)速16.7m/s、二次風(fēng)速18.5m/s、內(nèi)二次風(fēng)葉片開度40°時，改變?nèi)紵魍舛物L(fēng)旋流葉片開度，測量燃燒器出口飄帶各位置風(fēng)速，繪制燃燒器出口回流區(qū)如圖1所示。

由圖1可知，燃燒器出口回流區(qū)隨著外二次風(fēng)旋流葉片開度減小而變小，葉片開度在60-80°時回流區(qū)較弱并靠近噴口，葉片開度在40-60°時回流區(qū)變大，葉片開度40°時回流區(qū)最大。目前該鍋爐燃燒器外二次風(fēng)葉片開度為60°，回流區(qū)較小，導(dǎo)致二次風(fēng)卷吸高溫?zé)煔獾膭恿坎蛔?，使得燃燒滯后且不充分，尤其從褐煤改燒煙煤后不利于煤粉及時著火。

圖1 不同外二次風(fēng)旋流葉片開度下燃燒器出口氣流回流區(qū)示意圖

試驗2：在總二次風(fēng)開度50%、二次風(fēng)箱與爐膛差壓0.5kPa、內(nèi)二次風(fēng)葉片開度40°、外二次風(fēng)葉片開度60°時，改變中心調(diào)風(fēng)盤不同開度，測量燃燒器噴口截面內(nèi)外二次風(fēng)代表點位置風(fēng)速，如圖2所示。

圖2為燃燒器中心調(diào)風(fēng)盤指示開度從25mm逐漸至全開150mm位置時，內(nèi)外二次風(fēng)實測平均風(fēng)速變化趨勢圖。從試驗數(shù)據(jù)可知，中心調(diào)風(fēng)盤全行程調(diào)節(jié)對外二次風(fēng)風(fēng)速影響不大、風(fēng)速變化小于1m/s；內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)速隨著中心調(diào)風(fēng)盤開度增加而升高、線性變化規(guī)律較明顯。但內(nèi)外二次風(fēng)風(fēng)速偏差較大，內(nèi)二次風(fēng)量明顯不足。為了進一步確認(rèn)內(nèi)二次風(fēng)與外二次風(fēng)之間的偏差，實測同層其余燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)速，結(jié)果如圖3所示。試驗中隨著總二次風(fēng)量的增加實測燃燒器最大內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)速仍不足10m/s，遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計值要求，進一步計算外二次風(fēng)與內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)量比例約為4:1。內(nèi)二次風(fēng)量嚴(yán)重不足及內(nèi)外二次風(fēng)比例不匹配導(dǎo)致燃燒器旋流強度弱，卷吸的煙氣回流量過小，影響了燃燒器出口高溫?zé)煔馀c煤粉氣流的充分混合，造成燃燒不穩(wěn)定。

5 提高燃燒穩(wěn)定性的措施

圖2 中心調(diào)風(fēng)盤各開度下二次風(fēng)風(fēng)速趨勢圖

圖3 同層燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)風(fēng)速對比

（1）依據(jù)上述冷態(tài)空氣動力場試驗得出燃燒器內(nèi)二次風(fēng)量不足的結(jié)論，將燃燒器中心調(diào)風(fēng)盤開度逐漸打至全開位，同時提高風(fēng)箱與爐膛二次風(fēng)差壓，增加內(nèi)二次風(fēng)量，增大燃燒器出口回流區(qū)，增強燃燒器的卷吸能力，提高燃燒穩(wěn)定性[4]。

（2）依據(jù)上述冷態(tài)空氣動力場試驗得出燃燒器回流區(qū)較小的結(jié)論，將燃燒器外二次風(fēng)旋流葉片開度由60°調(diào)至50°，增加了二次風(fēng)氣流旋流強度，增加回流量，使回流區(qū)變大。同時也適當(dāng)提高內(nèi)二次風(fēng)進風(fēng)量，改變了內(nèi)外二次風(fēng)量比例，增強燃燒器卷吸能力[5]。

（3）調(diào)整11磨煤機靜態(tài)分離器開度，測量煙煤煤粉細(xì)度，煤粉細(xì)度R90由35%調(diào)整到28%，擴大其燃燒表面積。

6 燃燒調(diào)整效果分析

各項調(diào)整工作完成后，再次啟動11磨煤機，其啟動前后運行參數(shù)見表3。

（1）本次啟動11磨煤機時適當(dāng)降低了一次風(fēng)量，并提高啟動初期煤量，啟動初期風(fēng)煤比約為4:1，煤粉濃度相比11磨煤機跳閘工況時大幅提高，監(jiān)視畫面顯示該燃燒器火檢模擬量充滿度較好且穩(wěn)定。

表3 11磨煤機啟動前后運行參數(shù)變化

（2）啟動11磨煤機后，將燃燒器二次風(fēng)擋板隨煤量增加緩慢開大，以期增強對周圍熱煙氣的卷吸，提供充足著火熱，監(jiān)視畫面顯示該燃燒器火檢模擬量充滿度依然很好且穩(wěn)定，說明燃燒器出口煤粉著火穩(wěn)定，驗證了采取調(diào)整燃燒器中心調(diào)風(fēng)盤、外二次風(fēng)旋流葉片開度等措施來增強燃燒器卷吸能力、提高燃燒穩(wěn)定性的正確性。

（3）經(jīng)過各種運行工況的試運，11磨煤機運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)火檢擺動或喪失的情況，火檢穩(wěn)定，燃燒器已能夠適應(yīng)煙煤煤質(zhì)，燃燒穩(wěn)定性增強，達(dá)到了預(yù)期目的，后續(xù)對其余燃燒煙煤的磨煤機及燃燒器進行了同樣的調(diào)整優(yōu)化工作。

7 結(jié)語

旋流燃燒器具有的獨立組織燃燒能力、煤種適應(yīng)性廣泛等特性是建立在燃燒系統(tǒng)靈活調(diào)整的基礎(chǔ)上的。當(dāng)鍋爐設(shè)計煤種變化后，應(yīng)以冷態(tài)空氣動力場試驗為基礎(chǔ)對旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)葉片角度、中心調(diào)風(fēng)盤開度等進行適當(dāng)調(diào)整，以增強鍋爐燃燒穩(wěn)定性。

[1]肖永健，溫秀峰.1號機組磨煤機頻繁跳閘的原因分析及對策[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2004.22（5）:113-114.

[2]賈劍，金安.中速磨煤機風(fēng)煤比優(yōu)化[J].華北電力技術(shù)，2003.（10）:8-9.

[3]李前宇，時道斌，等.八角雙切圓燃燒系統(tǒng)冷態(tài)空氣動力場試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程，2009.25（6）：14-16.

[4]車娟，旋流燃燒器內(nèi)二次風(fēng)葉片旋轉(zhuǎn)角度對流場影響的數(shù)值模擬[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2014.196（4）:23-25.

[5]孫云.300MW燃煤鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程，2012.28（3）:38-40.

Enhanced Combustion Stability of Swirling Burner Case Study

WEN Wen-guang1，3， LI Qian-yu2， GUO Qiang3， ZHU Xiao-dong4
（1.Innermogolia Daihai Power Co，Ltd，Innermogolia，Wulanchabu 013700，China；2.Power Beijing Co,Ltd，Beijing 100000，China；3.Beijing Yuanshen Energy Saving Technology Co，Ltd，Beijing 100000，China；4.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China）

For the Mill tripped because of instability of a Boiler's combustion，This paper analyzed the parameter of the coal mill at start-up time,and the changein theactualproductionofcoal quality,studyed the organization of burning ability of swirling burner,and found the maincausesofinstability of Boiler's combustion.We have solvedthe problemat their source about instability of the Boiler's combustion by taking measures，which has a certain reference value for similar users of the combustion system andthe coal pulverizing system.

boiler； coal mill； burner； trip

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.008

TK229

B

2095-3429（2017）04-0036-04

溫文光（1980-），男，內(nèi)蒙古人，本科，學(xué)士，工程師，主要從事鍋爐運行管理工作。

2017-06-05

修回日期：2017-07-03