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生物质锅炉新闻动态
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300MW机组W型火焰锅炉燃烧调整试验研究
发布时间：2013-09-16 08:18 来源：未知
0、前言
W型火焰锅炉燃烧方式在组织无烟煤燃烧方面具有优于传统的四角燃烧方式的性能，是解决无烟煤着火困难、燃烧效率低的一个重要技术方案。自90年代以来，大型W型火焰锅炉开始在我国投入运行，1996年东方锅炉厂采用引进美国福斯特·惠勒公司技术制造的国产首台300MW机组W型火焰锅炉在山西阳泉第二发电厂正式投运，现已有十几台国产或进口机组投入运行或在建之中。
由于W型火焰锅炉炉内流动和配风方式较四角切圆燃烧炉复杂，燃烧运行技术存在显著的差别，对习惯于传统的四角燃烧运行方式的运行人员来说，普遍缺乏深入的认识和运行经验。因此，锅炉运行中炉膛结渣、过热器和再热器超温、飞灰含碳量高、变负荷运行困难等问题较为普遍。
本项工作针对国产首台300MW机组W型火焰锅炉在投产初期所存在的运行问题，对锅炉的炉内配风、运行调节及其对燃烧的影响进行了初步的试验研究，所得出的结论对深入认识W型火焰锅炉的设计原理、燃烧配风技术和运行规律有一定的参考价值。
1、国产300MW“W”型火焰锅炉的基本特点
该W型火焰锅炉采用美国福斯特·惠勒公司技术设计制造，亚临界参数、一次中间再热、自然循环、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道布置，如图1所示。锅炉额定出力1025t／h，计算燃料消耗量123. 8t/h。炉膛宽度24. 765m，下炉膛深度13. 344m，冷灰斗一半计起的高度为11. 4m;上炉膛深度7. 239m，至折焰角鼻部高度为14.39m，炉膛水冷壁总辐射面积3113m2，炉膛出口设计烟温1119℃。按设计煤质计算，炉膛容积热负荷120.8kW/m3，下部炉膛断面热负荷247skW/m3．上部炉膛断面热负荷4563kW/m2。由于下部炉膛截面热负荷低于常规推荐值，因此，为使下部炉膛着火区域内保持较高的温度水平，下炉膛水冷壁敷设有约占炉膛水冷壁总辐射面积30%的卫燃带。
锅炉设计煤种为阳泉五矿洗末煤与地方原煤的混煤（表1），锅炉实际燃煤的煤质基本在设计允许的变化范围内。燃烧系统采用双进双出球磨机正压直吹式，24只双旋风筒分离浓缩型煤粉燃烧器交错布置在前后墙拱顶上，分离的乏气经乏气喷口送人炉膛，调节乏气挡板的开度可改变一次风的煤粉浓度。送人大风箱中的全部二次风采取分级送风的配风方式，通过由上至下排列的6只送风口送入炉膛(依次称为A、B、C、D、E、F)，其中A、B为拱部二次风，布置于前后拱顶处；C二次风用于油枪供风*D、E、F水平布置于锅炉前后墙，称为前后墙二次风，D风量最小，F风量最大．E风量居中，旨在组织无烟煤的高效燃烧并抑制NOx的生成（表2）。风口布置方式如图2所示。
2、运行中存在的问题和分析
“W”型火焰锅炉在结构上具有炉膛高度较低且较宽的特点，在组织无烟煤高效、低污染燃烧中采取了包括多级二次风分级配风，敷设大面积的卫燃带等各种措施，因而增加了实际运行中调节的复杂性和难度。
由于炉膛高度较低，且下部炉膛受热面吸热量较少，炉膛出口烟温变化敏感且不易控制，所以火焰中心位置的变化对炉膛上部过热器的辐射换热量的影响相对较大。当锅炉负荷、煤质、配风发生变化时，若调节不当均可能引起火焰中心温度和位置的变化。
若火焰中心上移，由于炉膛出口烟温升高和辐射热强度增加，造成过热器、再热器超温，并可能引起炉膛上部结渣；同时火焰行程缩短，甚至火焰发生短路，部分煤粉的燃烧推迟至截面积大大减少的炉膛上部，使上部炉膛压力出现较大幅度的脉动，正压明显，锅炉升负荷加风困难，而且煤粉燃尽性能下降；当火焰中心偏下时，则易造成火焰直接冲刷冷灰斗，造成冷灰斗严重结渣。
另外，“W”火焰锅炉宽度较大，炉内中部的温度较两侧高，在采用大风箱配风的情况下，中部二次风的穿透能力较两侧弱，且横向混合较差，易出现两侧风量过剩较多，而中间通常缺风的情况。
该机组在投运初期，锅炉飞灰含碳量达20%以上，最高超过40%。过热器与再热器汽温超温严重，并出现过炉膛冷灰斗或炉膛出口严重结渣的情况。锅炉效率最低仅82%．与锅炉设计效率91%有较大差距，平均发电标准煤耗达421g/kW-h。
3、燃烧配风调整试验
为了分析在各种工况时，不同二次风配风方式下火焰中心位置和温度变化的规律及其对锅炉炉内工况的影响，以沿炉膛壁面4个不同高度上的18个看火孔作为炉内火焰温度的测点，采用高温光学高温计测定不同负荷、不同=次风配风方式1：炉膛内各点的火焰平均温度，推测火焰中心位置的变化趋势，并记录飞灰含碳量、省煤器后的烟气氧量等运行数据。
3.1拱部二次风风量对炉膛内温度分布的影晌
图3是在饥组负荷为300MW时，A、B风量相应增加约r4%和l 7%时炉膛温度沿高度变化的测量结果。A、B风量增大时炉膛温度水平升高，特别是在炉膛高度约9m附近处，温度升高尤为明显，
这表明，随A、B二次风量的增加，由锅炉拱部送人的向下的一次风气流与A、B二次风混合后的气流刚度增强，煤粉气流向炉膛下部穿透的深度增加，煤粉在下炉膛内释放热量增加，炉膛火焰中心的位置下降，导致炉膛下部的温度升高较多。在炉膛下部温度水平提高的同时，由于炉膛内卫燃带面积较大，炉膛水冷避吸热量随炉膛温度水平的提高增加不多，炉膛出口处的烟气温度也有所上升。但是，过大的A、B二次风量，将使煤粉火焰继续下冲，火焰直接冲刷冷灰斗而导致结渣。
3.2前后墙二次风组织煤粉气流分级燃烧的作用
D、E、F二次风从锅炉前后墙水平送入炉膛。由于一次风经旋风分离后具有较高的浓度，既有利于无烟煤着火但也需及时补充空气。距一次风喷口较近的D、E二次风分批地与煤粉气流混合，以供给煤粉在着火后燃烧所需的氧气，并控制火焰的峰值温度，抑制NOx的生成。
图4为机组负荷300MW时D二次风量变化对炉膛温度的影响。在炉膛高度25m以下，随二次风量的增大，炉膛温度有所提高．在高于25m的炉膛范围内影响不大。因此，一定范围内D二次风量的变化对煤粉气流在炉膛内的穿透能力没有显著的影响，但可通过调节风量补充煤粉气流着火前期所必需的氧气，促进煤粉的着火和燃烧。E二次风具有类似的作用。由于条件的限制，未对NOx的生成量进行测定。
锅炉的F二次风设计风量占总二次风量的48%左右，从锅炉前后墙最下层喷口水平送人，F二次风一方面提供煤粉颗粒后期燃烧所需的氧气；另一方面，由于其风量比例较大，对锅炉的总避风量是否充足和火焰形状、火焰中心的佗置均有较重要的影响。
图5中所示结果表明，当F二次风量增加约35%左右时，炉内的着火和燃烧整体得到强化，沿炉膛高度温度水平提高幅度较大，省煤器后烟气氧量由l_8%提高到5.2%，飞灰含碳量由30%降低为10%，结果也说明F风量小的工况F炉膛二次风总量有较明显的不足，导致煤粉后期燃烧较差，煤粉颗粒的不完全燃烧损失增加。同时，炉膛出口烟温也随之升高，必须相应地采取其它二次风调节手段，来降低火焰中心的位置。因此，在燃烧调整中应监视炉膛下部火焰温度，使火焰中心处于比较适当的位置。
3.3锅炉负荷变化的影响
在常规燃煤锅炉的运行中，当负菏变化时，往往通过送风调节改变二次风大风箱的风压或总风压来增减二次风量，一般不对各二次风挡板进行调节。但对“W”型火焰锅炉来说，二次风配风系统复杂，各二次风通流面积差别较大。譬如，当锅炉负荷升高，二次风箱压力增加时．F二次风量增加最多，其它各风量增加较少，沿炉膛宽度风量的变化也较大，尤其是火焰中心温度与位置等锅炉运行状况对各股二次风量的相对变化十分敏感。
图6所示为锅炉在不同负荷下炉内温度的测量结果。当锅炉负荷从250MW升到290MW时，若维持燃烧器各二次风挡板开度不变，炉膛温度分布情况将发生较显著的变化。在低于20m左右的炉膛范围内温度下降，而在高于20m左右的炉膛范围内，炉膛温度随负荷的升高而上升。表明随锅炉负荷的升高，火焰中心上移。由于炉膛高度较低，火焰中心位置的改变影响相对较大，阳泉第二发电厂1号机组“w”型火焰锅炉在投运初期，当锅炉负荷接近额定负荷300MW时，过热器超温严重。
因此，在“W”型火焰锅炉运行中，必须随负荷的变化对炉膛的二次风配风进行适当调整。譬如，随锅炉负荷的升高，相对增加A、B二次风和减小F二次风所占比例，使煤粉气流在炉膛内的穿透能力增强，压低火焰中心，延长煤粉颗粒在炉膛内的行程，增加煤粉颗粒在炉膛内的停留时间+降低飞灰可燃物损失，并增加炉膛水冷壁吸热，避免过热器的超温。但是，根据实际运行的经验，若A、B二次风量过高，易与一次风粉流较早混和，造成煤粉浓度下降，对着火会产生不良影响。而且，过高的A、B二次风量会造成煤粉火焰直接冲刷冷灰斗。因此，在运行调整中应控制炉膛下部火焰温度。根据对本炉的实验结果，当炉膛下部（约9m高度）火焰温度低千1000℃时，说明炉膛火焰中心位置偏上，应增加A、B二次风量；当炉膛下部温度达到1050℃到ll00℃范国内时，A、B二次风量较为合适。同时，在锅炉运行中，应使二次风箱压力维持在1000Pa左右，保证锅炉总的风量需求。
4、结论
各二次风量的单独配风试验结果和分析表明，拱部A、B二次风对形成正常的“W”型燃烧火焰起着重要的作用；D、E二次风主要起分级配风的作用,F二次风应满足锅炉总风量的要求，同时与A、B二次风配合共同对火焙的中心位置有显著影响。
但是，“W”型火焰锅炉的正常工作取决于各个二次风在炉内合理配风的综合效果，必须经过对特定锅炉系统的燃烧调整试验得出各级二次风配风的基本规律，在运行中或负荷变化时，通过监视炉内某些特征点的温度水平和二次风箱的风压等数据，及时调整各个二次风的风量，维持锅炉的正常运行。
该项实验工作得到了东方锅炉厂有关技术人员的协助。
