某600MW前后墻對沖旋流燃煤鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃措施

張濤

摘 要：某電廠600MW機(jī)組鍋爐采用亞臨界、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式，6層燃燒器、前后墻各3層，由下到上為前墻C、D、E，后墻為A、B、F。其中A、D為微油燃燒器。自投產(chǎn)以來，存在低負(fù)荷燃燒惡化，個別火檢消失，爐膛負(fù)壓和汽包水位波動大。本文從制粉系統(tǒng)和燃燒器的結(jié)構(gòu)著手進(jìn)行分析，提出低負(fù)荷穩(wěn)燃解決措施，通過技術(shù)改造，提高了低負(fù)荷鍋爐燃燒穩(wěn)定性和安全性。

關(guān)鍵詞：前后墻對沖；旋流燃燒器；低負(fù)荷穩(wěn)燃；燃燒惡化

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0131-02

某電廠600MW機(jī)組鍋爐采用前后墻對沖燃燒系統(tǒng)布置方式，并經(jīng)由國外知名設(shè)計公司（三井）以及由東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司（隸屬于我國前三的動力集團(tuán)，也是國家骨干企業(yè)集團(tuán)公司）制造的30個HJFASB低U0X軸向旋流式煤粉燃燒器，并且為了保障鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行而將這些HJFASB燃燒器通過平均分層、每次安裝五只HJFASB燃燒器的方式置于鍋爐房的前墻、后墻水冷壁位置。因?yàn)槿紵仩t和前后墻對沖而且距離較近，不但能夠有效地加強(qiáng)鍋爐內(nèi)部的煙氣摻混，還能夠間接地強(qiáng)化鍋爐爐膛內(nèi)的氣流充滿度，對于控制爐膛熱負(fù)荷、減少爐膛出口煙氣溫度具有良好的效果。單個旋流燃燒器具有獨(dú)立燃燒的能力，與四角切圓燃燒鍋爐的四角燃燒器相互支撐方式不同。但是因?yàn)樾魅紵鲗τ谑褂铆h(huán)境以及使用成本具有比較高的要求，如果只是采用單個燃燒器的方式進(jìn)行作業(yè)會引起燃燒器的熱流量不穩(wěn)定，那么會就引起鍋爐內(nèi)熱負(fù)荷發(fā)生異常造成其他燃燒器負(fù)荷過大而著火。文中對于該電廠600MW機(jī)組鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃特性差的影響因素進(jìn)行分析，提出解決措施并進(jìn)行技術(shù)改造。

1 鍋爐及燃燒器概況

1.1 鍋爐概況

某電廠有600MW的機(jī)組在07年九月初投產(chǎn)至今有11年整，該鍋爐是由東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司（隸屬于我國前三的動力集團(tuán)，也是國家骨干企業(yè)集團(tuán)公司）設(shè)計并生產(chǎn)的。該鍋爐在設(shè)計中運(yùn)用了先進(jìn)的亞臨界和自然循環(huán)技術(shù)，并結(jié)合了前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、尾部雙煙道以及全鋼構(gòu)架的汽包爐等流程，為了解決熱汽溫則運(yùn)用了耐高溫的煙氣擋板來對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，并把空預(yù)器安裝在鍋爐的主體中使整體功能變得更加完善。

1.2 燃燒器概況

該電廠的鍋爐燃燒器在布置的過程中已經(jīng)將燃燒器之間的影響納入了考慮范圍：因?yàn)槿紵髟谡＿\(yùn)行的過程中風(fēng)噴口中心線層的距離是6230mm，而處在同一層次之間的燃燒器距離為4123mm；上一次風(fēng)噴口中心線距屏底距離為22130mm，下一次風(fēng)噴口中心線距冷灰斗拐點(diǎn)距離為3100mm；處于鍋爐最外側(cè)位置的燃燒器和側(cè)墻的距離為3090mm，通過這種設(shè)計與安裝的方式可以有效地減少側(cè)墻結(jié)渣和墻體出現(xiàn)高溫腐蝕的問題。在燃燒器的上方安裝了10個燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器，并且設(shè)計人員把這10只燃盡風(fēng)風(fēng)口分別布置在鍋爐房前后墻每面墻各安裝一排，每排五個調(diào)風(fēng)器。燃盡風(fēng)中心線距最上層燃燒器一次風(fēng)噴口中心線距離為5230mm。將磨煤機(jī)和處于相同層次的五臺燃燒器進(jìn)行聯(lián)接，并將燃燒器的投、停和磨煤機(jī)的投、停進(jìn)行同步設(shè)置，這樣能夠使得25只燃燒器投運(yùn)達(dá)到滿負(fù)荷的目的。值得注意的是，該鍋爐使用的制粉系統(tǒng)是中速直吹式系統(tǒng)，使用的磨煤機(jī)型號是CAM213G的中速磨煤機(jī)共6臺，其中一臺為備用機(jī)，磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度為R90=16%。

2 存在的問題

在鍋爐負(fù)荷低于50%BMCR時，存在部分燃燒器火檢弱或丟失、爐膛負(fù)壓波動大、汽包水位波動大、爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定、受熱面超溫的情況，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 問題分析

3.1 一次風(fēng)濃淡分離效果差、一次風(fēng)率高

6層燃燒器中，A、D層對應(yīng)的燃燒器為微油點(diǎn)火燃燒器，由于沒有安裝煤粉分離設(shè)備，導(dǎo)致點(diǎn)火初期主要是依靠低風(fēng)速以及微油槍的來保障燃燒的穩(wěn)定性。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時，一般投運(yùn)A、B、C、D層，運(yùn)行的磨煤機(jī)較多，一次風(fēng)率偏高，二次風(fēng)強(qiáng)度弱，燃燒流場變差。同時A、D層缺少濃淡分離，燃燒器的著火穩(wěn)定性變差。燃燒器結(jié)構(gòu)如圖1。

3.2 二次風(fēng)出口角度大

在原設(shè)計中的內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)（三次風(fēng)）使用的是45°大擴(kuò)展角，導(dǎo)致燃燒器的內(nèi)、外二次風(fēng)無法進(jìn)行區(qū)分，造成燃燒器正常著火無法實(shí)現(xiàn)；同時由于在低負(fù)荷時，投運(yùn)的燃燒器層數(shù)多，每層的二次風(fēng)減少很多，二次風(fēng)強(qiáng)度減弱，燃燒器的旋流特性變差，卷吸的熱煙氣變少，對燃燒器出口的煤粉加熱能力減弱，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性變差。

3.3 煤粉細(xì)度偏高

在燃燒實(shí)際煤種時，每臺磨煤機(jī)出口的煤粉細(xì)度R90為20-25%，同時5根粉管的煤粉細(xì)度和煤粉流量偏差也較大。

3.4 一次風(fēng)粉管風(fēng)速和煤粉濃度不均

由于燃燒器彎頭的分離作用，造成實(shí)際形成了上濃下淡的形式，下部一次風(fēng)噴口流速偏低，上部一次風(fēng)速偏高，造成下部噴口易積粉、積碳、燒噴口，上部噴口易磨損。

4 改造措施

（1）對燃燒器進(jìn)行改造：將原燃燒器的一次風(fēng)噴口進(jìn)行整體改造，采用“城垛型”一次風(fēng)煤粉穩(wěn)燃噴口（如圖2），不但能夠確保煤粉氣流的強(qiáng)著火、穩(wěn)定燃燒性能，還能夠強(qiáng)化初期著火。

將原燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)噴嘴其外側(cè)擴(kuò)展角由45°更改為0°，其內(nèi)側(cè)為城垛型穩(wěn)燃噴嘴，同時將原60°的旋轉(zhuǎn)角度改為10～15°的弱旋轉(zhuǎn)角度，降低內(nèi)二次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)動量，減少內(nèi)二次風(fēng)的分離外擴(kuò)的動量，如圖3。

旋流外二次風(fēng)噴嘴的擴(kuò)口角度由45°變更為35°，有利于在煤粉燃燒的后期外二次風(fēng)能進(jìn)入燃燒中心，還能夠?qū)崿F(xiàn)煤粉氣流燃燒后期的充分燃燒并達(dá)到穩(wěn)燃及強(qiáng)化燃燒效果。

經(jīng)過模擬測試新型燃燒器的運(yùn)行狀態(tài)之后可以確定，新型燃燒器能夠順利進(jìn)行半開式并保障“中心回流、外濃內(nèi)淡”的“風(fēng)包粉”能夠正常、流暢地運(yùn)行，并達(dá)到燃燒穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)火焰距離的效果。

（2）對原燃燒器一次風(fēng)粉管進(jìn)行改造：針對彎頭的分離作用，造成了一次風(fēng)出口的風(fēng)速和煤粉濃度不均，將一次風(fēng)噴管進(jìn)行優(yōu)化，增加文丘里裝置，使一次風(fēng)出口的風(fēng)速和煤粉濃度的均勻性等到保證，提高煤粉這活的穩(wěn)定性和降低一次風(fēng)噴口和噴管的磨損。

（3）進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)：對機(jī)組進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，解決各燃燒器噴口一次風(fēng)風(fēng)速偏差過大造成的燃燒推遲、燃燒不穩(wěn)定。

（4）制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造：將磨煤機(jī)分離器進(jìn)行改造之后再把出現(xiàn)磨損的噴嘴環(huán)、輥套等配件及時更換，以確保每個粉管中的煤粉均勻性與煤粉細(xì)度，使風(fēng)煤比滿足設(shè)計要求。

5 改造效果

將鍋爐按照上述方式進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)之后顯著地提高了鍋爐的燃燒穩(wěn)定性，而且鍋爐最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可以達(dá)到40%BMCR以內(nèi)。同時爐膛負(fù)壓、汽包水位非常平穩(wěn)。燃燒器的投運(yùn)層可以自由組合，磨煤機(jī)的起停靈活性大大提高。

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