水平浓淡燃烧器改造实践

水平浓淡燃烧器改造实践 与防止锅炉结焦探析 柳成亮 （山西河坡发电有限责任公司，山西　阳泉　045000） 摘要：山西河坡发电公司3#、4#锅炉存在结焦严重和掉焦灭火现象。通过水平浓淡燃烧器改造实践、卫燃带削减、加装吹灰器等手段与煤场配煤、燃烧优化等 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的有效结合，解决了锅炉掉焦灭火这一难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。对防止锅炉结焦进行了深入 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，为解决同类型锅炉的结焦问题提供了借鉴，也为燃用无烟煤锅炉的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 提出了合理化建议。 关键词：水平浓淡燃烧器改造实践　结焦分析解决　借鉴　建议 1　概述 山西河坡发电有限责任公司3#、4#锅炉一直存在炉膛结焦和掉焦灭火现象，特别是从2002年后半年开始，由于电力市场用电负荷渐趋紧张，电厂又开始为阳泉市集中供热，锅炉长期处于高负荷连续运行状态，燃用煤质又偏离设计值，锅炉结焦和掉焦灭火问题突出，严重影响了机组的安全稳定和经济运行。针对此种情况，公司组织专业技术人员进行了锅炉结焦的深入分析，经过长期的探索、改造、试验和总结，通过卫燃带削减、燃烧器改造为水平浓淡型、燃烧器布置角度改变、燃烧器区域加装吹灰器等手段与控制入厂煤质、强化煤场配煤、燃烧优化等措施的有效结合，解决了锅炉频繁掉焦灭火的重大难题和隐患。为解决四角切圆燃烧煤粉锅炉的结焦问题提供借鉴，也为燃用无烟煤锅炉的设计提出了合理化建议。 2　设备简介 河坡发电公司3#、4#锅炉为自然循环、单汽包、固态排渣、悬浮燃烧煤粉锅炉，由武汉锅炉厂设计制造，型号为WGZ410/9.8-7型，设计煤种为阳泉地区无烟煤。锅炉设计为直流组合式喷燃器，四角布置，双切圆燃烧，假想切圆直径分别为：φ570mm和φ800mm。制粉系统采用中间储仓式热风送粉系统，每台炉配有两套DTM320/580型钢球磨煤机，制粉系统乏气作为三次风送入炉膛。燃烧器每角喷口从上到下依次为3、2、2、1、2、1、1、2交替布置， 在一次风喷口中间布置有夹心风，夹心风来自二次风箱（燃烧器布置及切圆示意图见图1）。锅炉设计煤种与校核煤种、燃烧器设计参数分别见表1和表2。 表1    锅炉设计煤种与校核煤种 名 称 符号 单位 设计煤种 校核煤种 收到基碳 Car % 65.35 59.9 收到基氢 Har % 1.96 1.99 收到基氧 Oar % 4.19 2.14 收到基氮 Nar % 1.02 0.91 收到基硫 St.ar % 1.31 2.47 收到基灰份 Aar % 21.17 26.48 收到基水分 Mar % 5 6.1 无水无灰基挥发份 Vdaf % 8.99 7.76 低位发热量 Qnet,ar kJ/kg 23283 21999 可磨性系数     1.31 1.06 灰熔点 t1 ℃ 1450 1450 t2 ℃ 1500 1500 t3 ℃ >1500 >1500           表2    燃烧器设计参数   风速（m/s） 风比(%) 风量(m3/h) 风温(℃) 风阻（Pa） 一次风 25 18 132476 276 472 二次风 55 63.7 570817 396 1213 三次风 52 14.3 77751 110 1970 炉膛漏风   4   20               3 锅炉结焦分析 3.1　锅炉结焦是一个包含许多物理化学因素和流体力学因素的复杂的过程。其主要影响因素有以下六个方面：①燃煤特性，包括煤灰特性、灰的成分和灰的熔融特性。目前，普遍使用的是测定飞灰的熔融特性，它用四个特征温度表示：变形温度DT、软化温度ST、半球温度HT和流动温度FT，其中ST最为重要，ST＞1500℃为不熔灰。灰熔融温度越高，越不易结焦；反之，结焦越严重。高硫煤会使灰熔融温度降低，导致锅炉结焦或结焦加重。②燃烧区域的温度水平和热流密度，包括炉膛截面热负荷、容积热负荷、壁面热负荷及卫燃带面积的设计。对于燃烧无烟煤的锅炉上述四种设计参数一般都偏高，这也是锅炉结焦的条件之一。卫燃带面积的多少又影响着其它三个参数，在已经投运的锅炉中可以通过减少卫燃带的面积或改变卫燃带的布局来降低炉膛温度，从而减轻结焦。③壁面的粗糙和清洁程度，壁面越粗糙，越容易挂灰结焦，灰渣未得到及时有效清除时，结焦会加重。④燃烧器的结构和布置方式。⑤炉内空气动力工况，主要指切圆形成、气流偏斜和火焰刷墙程度。切圆形成不好、气流刚性差、偏斜严重、火焰刷墙明显时，结焦会明显加剧。⑥壁面附近气氛，主要指氧化性气氛还是还原性气氛浓。还原性气氛中结焦会加剧，这是因为还原性气氛会明显降低灰的熔融温度。而燃烧器的结构和布置方式又直接影响炉内空气动力工况和水冷壁壁面附近气氛的形成，所以锅炉采用何种燃烧器及采取哪种布置方式至关重要。 锅炉结焦具有传染性，局部结焦一旦没有得到有效控制，会很快蔓延到周围大面积范围，当焦结到一定厚度，炉内温度场变化时，就会发生掉焦现象，如果掉焦面积大时就会破坏炉内动力场而发生灭火。抓住上述六个环节就能够解决锅炉结焦及掉焦灭火问题。 3.2  河坡发电公司3#、4#锅炉燃烧器原设计为夹心风直流燃烧器，夹心风的主要作用在于对两侧的两股一次风粉气流进行引射，增加一次风粉气流的刚性，为了达到这个目的，要求运行时夹心风要有一定的速度，但在实际运行中夹心风的风速远远达不到设计风速，同时由于一次风携带的煤粉的冲刷，经常造成夹心风管壁磨穿。故实际运行中没有投运夹心风，但夹心风的喷口依然保存。对于燃烧无烟煤的锅炉，为了保证燃烧稳定，一次风出口风速往往控制得较低，一般为20—25m/s，而二次风风速一般为45—55m/s，从而使一、二次风的射流刚性相差较大。一、二次风射流喷出燃烧器后，由于受到上游邻角气流的挤压作用及左右两侧不同补气条件的影响，使气流向背火侧偏转，此时，刚性较弱的一次风射流将比二次风偏离更大的角度，从而使一、二次风分离。冷态试验中发现，由于夹心喷口的存在，一次风气流被分叉，在燃烧器出口形成“八”字形气流，而一次风气流分叉在热态运行时会更加加剧，使一次风射流的刚性进一步降低，导致一、二次风射流的刚性差别更大，分离现象越明显。由此导致火焰刷墙严重，煤粉在缺氧状态下近壁燃烧，很容易结焦。水冷壁壁面附近含氧量降低、还原性气氛加重又会明显降低灰渣的熔融温度，造成结焦加剧。所以进行燃烧器改造已势在必行。 3.3　河坡发电公司3#、4#锅炉采用了下、中一次风集中布置的方式，并且在着火区域全部敷设有卫燃带，面积达186.48m2。这对于无烟煤的着火、燃尽以及低负荷稳燃十分有利。但由于着火集中，卫燃带区域水冷壁吸热少，使燃烧器区域的局部热负荷过高，着火区域的炉膛温度在1520℃--1620℃之间，高负荷时炉膛温度一般达到或超过1600℃。卫燃带壁面温度高、表面粗糙，一旦火焰刷墙，熔融、半熔融灰粒极易粘结在粗糙的卫燃带上结焦。这也是结焦多发生在卫燃带部位的主要原因。 4　燃烧器改造实践 4.1　燃烧器改造 经过考察调研后，公司决定在#3锅炉上采用某高校研发的可调水平浓淡燃烧器代替原来的夹心风直流燃烧器。据资料显示，水平浓淡燃烧器普遍具有如下优点：可以实现煤粉的低NOx、高效、稳燃、防结渣及防高温腐蚀。可调水平浓淡燃烧器是针对四角直流燃烧器研制的使一次风粉气流在水平方向实现向火侧浓、背火侧淡的分布，局部提高向火侧浓度并充分发挥向火侧浓煤粉着火优势的燃烧器。该燃烧器具有以下结构特点：    （1）充分发挥了向火侧的着火优势，在向火侧高温的环境里，实现高煤粉浓度的燃烧，优化了切圆燃烧的总体着火条件，提高了着火稳定性。使用V型双回流区燃烧器喷口，利用横置钝体卷吸水平方向上的高温烟气，强化一次风粉与高温烟气的湍流混合，保证了燃烧的稳定性，也提高了燃烧的效率。 （2）实现向火侧浓、背火侧淡的燃烧方式后，背火侧一次风气流煤粉浓度较低，使靠近炉墙壁面的氧化性气氛增强，这样可以防止炉墙结焦和水冷壁高温腐蚀。 （3）向火侧是高煤粉浓度、高温、低氧浓度；背火侧是低煤粉浓度、低温、高氧浓度，综合作用可以有效降低NOx的生成。 （4）采用依靠一次风管道自然弯头分离（离心作用）的空间扭曲板煤粉浓缩器来实现煤粉的浓淡分离和向火侧浓、背火侧淡的分布。 （5）采用调节风技术，调节风从相应的二次风箱引出，通过风管、调节风门、调节风喷口将射流引入到一次风弯头，用射流扰动管内气-固两相流，从而改变管内煤粉浓度分布以调节喷口浓淡比例，保证在不同煤种不同负荷下，一次粉煤粉气流都能有合适的着火距离，防止喷口结焦和烧损。 （6）在一次风喷口向火侧壁面加装测温装置，便于运行人员及时掌握燃烧器喷口的温度状况，以便及时调整。 2004年，利用#3机组检修机会，对#3锅炉进行了燃烧器改造前后的冷态空气动力场试验、旧燃烧器拆除、新燃烧器安装、调试及改造后的热态燃烧调整试验，并对卫燃带进行了少部分的间隔去除。热态运行一个月后，监测发现炉膛温度明显升高，并有超过改造前炉膛温度的趋势，同时发现一次风仍有刷墙现象、四面墙卫燃带上存在不同程度的结焦现象，之后发生了多次掉焦现象。此次燃烧器改造与改前相比，锅炉的燃烧稳定性好，抗干扰能力明显增强，锅炉的经济性有所提高，锅炉掉焦灭火现象有所缓减，但并没有得到明显改善。未达到预期的效果。 4.2　燃烧器布置方式的改变 #3锅炉运行一段时间之后，因为一块大焦卡住冷渣斗而被迫停运检修。同时对燃烧器进行了补充改造措施，对燃烧器布置方式进行了较大幅度的改进，并实施了防止锅炉结焦的其它相关措施（进一步削减卫燃带等）。实践证明第二次改进后效果明显，锅炉启动后，燃烧稳定且长时间未发生锅炉掉焦灭火事件。具体改进如下： （1）据观察分析判断，炉膛燃烧器区域结焦与一次风粉刷墙有相当大的关系，因此，解决炉膛结焦的根本措施在于减轻一次风粉的刷墙程度和强化燃烧组织，而实施一次风反切和增大二次风的切圆直径可以实现这一目标。结合本次改造实施允许的时间条件和长方形炉型实际（双切圆设计，且1#、3#角喷口背火侧与前后墙夹角明显偏小），经过多 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 计算机模拟比较，实施如下方案：改动上层一次风四个喷口的射流出口角度，将上层一次风喷口轴线由原来的1#、3#角偏离对角线2.5度，改为偏离对角线-5.5度(逆向上游)，2#、4#角偏离对角线3.5度，改为偏离对角线-6.5度(逆向上游)；改动中层一次风两个喷口的射流出口角度，将中层一次风1、3号角喷口轴线由原来的偏离对角线2.5度，改为偏离对角线-4.5度(逆向上游)，2、4号角喷口不变；改动下层一次风两个喷口的射流出口角度，将下层一次风1、3号角喷口轴线由原来的偏离对角线2.5度，改为偏离对角线-4.5度(逆向上游)，2、4号角喷口不变；改动下层二次风四个喷口的射流出口角度，将下层二次风射流1、3号角喷口轴线由原来的偏离对角线2.5度，改为偏离对角线7度，2、4号角喷口轴线由原来的偏离对角线3.5度，改为偏离对角线8度。（见图2） 图2.补充改造后炉膛一、二次风射流轨迹模拟 (一次风速24m/s，二次45m/s) 图2.改造前炉膛一、二次风射流轨迹模拟 (一次风速24m/s，二次45m/s) （2） 考虑卫燃带削减后会影响主汽温度，主汽温度可能会略有降低，决定调整三次风燃烧器予以弥补，三次风喷口下倾角由原来的5度改为下倾2度。 5　防止锅炉结焦的其它改进措施 5.1　削减部分卫燃带 由于锅炉结焦部位在卫燃带上，所以削减卫燃带可以有效的防止炉膛结焦。但削减卫燃带后，必将影响主汽温度和燃烧的稳定性，因此卫燃带的削减面积和削减方式必须充分考虑。经过摸索、观察和分析，卫燃带采取间隔去除法，接近品字型削减，保证不会产生大面积结焦，即使发生掉焦也不会造成锅炉灭火。由于炉膛中心温度高，燃烧稳定，四面墙中间区域的卫燃带可以削减的多一些，而燃烧器出口左右两侧的卫燃带不能去除，以免影响煤粉的着火。公司的3#、4#锅炉卫燃带削减面积分别达51 m2和49 m2，卫燃带削减面积达到卫燃带总面积的27%。通过运行观察，没有出现燃烧不稳定现象，对锅炉的燃烧影响较小。 5.2　燃烧器区域加装吹灰器 锅炉在运行中，卫燃带区域会产生大量积灰，降低传热，加剧炉膛结焦。在燃烧器区域加装吹灰器后，可以定期对卫燃带进行吹灰清洁，还可以将积结的小量焦及时清除，防止大面积的焦渣形成。公司在燃烧器区域四面墙各装有吹灰器，每天吹灰一次，取得了很好的效果。在调整吹灰蒸汽压力时既要保证不影响燃烧，又要保证吹灰效果。 6　煤场配煤、燃烧优化及其它调整措施 做好动力配煤是防止锅炉结焦的重要一环，在运行中尽量保证燃用与设计煤质相近的煤，特别是不能燃用高硫煤、高挥发份煤和结渣性强的煤，入厂煤质较差时，要和其它煤种掺和燃用。 做好燃烧调整是防止锅炉结焦的重要手段。在燃烧中必须保证良好的动力工况，四角风粉均匀，出口气流偏差小。运行人员在燃烧调整中要按照制定的燃烧调整规程执行，及时掌握煤质的变化情况，并根据煤质进行调整，要经常看火和测量炉膛温度，检查锅炉的结焦情况，并进行定期分析。在运行调整上采用了改变一、二次风的动量比和喷嘴停运方式的措施。改变一、二次风的动量比是通过改变上游气流总动量（产生偏转的因素）与下游一次风刚性（抵抗偏转的因素）的对比影响一次风粉的偏转。改变喷嘴停运方式则是通过改变补气条件来影响切圆直径。运行中优化燃烧的措施主要有以下五点：二次风的配风，根据煤种及时采用“缩腰”型或“正塔”型配风；温度场调整均匀；保持合适的一次风速；保持合适的氧量；保持合适的煤粉细度。 另外要及时进行清焦和吹灰工作，特别要保证燃烧器出口不能结焦，防止改变出口射流方向，破坏正常的空气动力结构。保持锅炉高渣位运行也是防止锅炉掉焦灭火的有效措施，它可以降低掉焦产生的“汽腾现象”，减少对燃烧的影响，防止锅炉灭火。 7 结论与建议 7.1　河电公司锅炉经过一系列改造和调整措施后，频繁掉焦灭火问题得到解决，锅炉的燃烧稳定性明显提高，锅炉效率提高，但锅炉的煤种适应性仍不宽裕，因此在以后的改造中，要从燃烧方式下手，主要包括一、二次风切圆的进一步优化、燃烧器背火侧增加侧二次风及改造后细致的燃烧优化调整等方式进一步提高锅炉的煤种适应性和经济性。 7.2　由于无烟煤着火和燃尽程度差，在燃用无烟煤锅炉的设计中往往优先考虑的是着火、稳燃和燃尽问题，而这些先天的设计却为锅炉的结焦提供了条件。无烟煤锅炉的着火稳燃问题和结焦问题是一对矛盾体。而水平浓淡燃烧器是四角切圆燃烧无烟煤锅炉的优选方案之一，不论是改造还是原型设计。但选择水平浓淡燃烧器时必须同时考虑以下因素：一是水平浓淡燃烧器配合横置钝体使用时，会降低一次风粉射流的刚性，客观上增加了一次风粉的实际切圆直径，增大了火焰刷墙的几率，必须采取一次风反方向旋转或减小一次风切圆增大二次风切圆的布置或采用淡侧增加侧二次风的水平浓淡燃烧器予以纠正；二是水平浓淡燃烧器最好采用操作性可靠的可调式水平浓淡燃烧器，运行中可以根据不同的煤种适时调整，但必须保证燃烧需要的浓淡比。 7.3　建议在对燃用无烟煤锅炉的设计中，要充分考虑炉膛结焦问题，在选用切圆时要适当，虽然切圆偏大有利于着火稳燃，但也会引起气流刷墙结焦加剧。随着锅炉稳燃技术的不断发展，锅炉的设计切圆直径可以采用的小一些，卫燃带也可以少量布置或有效布置，这些都可以有效防止锅炉的结焦。 参考文献： [1] 秦裕琨，等. 风包粉系列浓淡煤粉燃烧技术的研究. 中国工程科学， 2002年 第4卷 第11期 . [2] 苗长信. 喷燃器安装角度对煤粉锅炉燃烧的影响. 中国电力，2004年12月. [3] 楼亿红. 动力用煤结渣倾向的判断. 热力发电，2004（05）.