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低氮燃烧器介绍及燃烧调整,燃烧,焚烧,介绍,调整,调剂
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第9警第4期1995年12月东方电气评论DONGFANG DIANQl PINGLUNVoI9 No4Dec1995国外煤粉燃烧器技术的新进展华北电力设计院何季民摘要舟绍分析丁三羹公司。船柢PM燃烧器。、巷国B8Lw公司。DSj基烧器。和石川岛播磨公司。内部分隔壹WR燃烧器”对于煤橱燃烧器高敲度拄术的发瞪提出了一些看法关键词火电机组煤粉燃烧器浓缩调节浓谈燃烧1 前言近几年来，国外电站锅炉煤粉燃烧器技术的发展仍然是围绕降低NOx和强化稳燃两个主要问题，在高浓度燃烧关键技术浓缩调节技术方面开发研究，近期较新的成果主要是德国B&W公司的“DS燃烧器”、三菱公司的“超低PM燃烧器”和石川岛播磨公司的“内部分隔型WR燃烧器”。前两者已经实用，后者正在研制中。本文专此作些分析介绍。(由于关于煤粉高浓度燃烧技术的一些概念和名称没有统一，为叙述方便准确，本文把“局部浓姨燃烧”、。器内分级燃烧”和“浓淡分区燃烧”等统指燃烧器出口一股火焰不同浓度区域燃烧的概念，统一称为；“局部浓淡燃烧”)。2三菱超低PM燃烧器为了进一步降低NOx，强化稳燃，减步未燃分，三菱公司在PM燃烧器的基础上又发展出了所谓“High turndomn PM 4burner”(本文译为“超低PM燃烧器”)，已在350MW机组煤粉锅炉上应用成功为制造中的1000MW机组锅炉采用。日本文献透露了“超低PM燃烧器”，但是只刊出图l和困2，没有多少文字说明。尤其在图l中，横座标没有标注数值，使读者无法知道图中“淡股”、“平均值”、“浓股”和“超浓股”的AC值且在图2只有喷嘴简图，没有燃烧器其它部分，也使读者看不出入口的浓风粉流从何而来。尽管如此，也并不难分析推断出它的结构原理。21基本原理是两级浓淡燃烧分析比较图1和图2，“超低PM燃烧器”有“超浓”、“浓”和“淡”三股风粉流，进入燃烧器的是一股淡风粉流，从喷嘴出口进入炉膛的是“超浓”、“浓”和。淡”三股风粉流。“淡”股是一个疃嘴，“超浓”和“浓”股是共一个喷嘴进入炉膛，一共两个喷嘴。我们知道，浓淡燃侥本质上是不同煤粉浓度的浓淡分区燃烧。只要相近区域的风粉流具有一定程度的浓度差，就能够形成“浓淡燃烧”。由此分析在超低PM燃烧器中，浓度相对较高的“超浓”风粉流与浓度相对低的“浓”风粉流虽在同一出口同一火焰中但是也能够形成“浓淡燃收稿日期t1996一116一z7名目倒粥癌坐壤幕超酿椎ldV厂 、 岭cca “一挺风AC(kgkg)图L超低PM燃烧器稳燃原理(日本文献)最图2超1匠PM燃烧器喷嘴(日本文献)“超浓”和“浓股燃烧火焰还会与“淡”股燃烧火焰形成不同股火焰的“浓漩燃烧”。可见，“超低PM燃烧器”的基本原理还是浓淡燃烧。所不同的是，PM燃烧器是“浓一、“淡两股火焰构成一级“浓淡燃烧”。而超低PM燃烧器是“超浓”、“浓”和“淡”三股风粉流的两股火焰构成两级“浓淡燃烧”，是通过浓缩再浓缩办法在一级“浓淡燃烧”后再加一级“局部浓淡燃烧”。22浓缩调节结构是两级弯管浓淡分离目前，国外在电站煤粉锅炉直流燃烧器上实现浓淡燃烧的浓淡分离技术主要有两种：一种是以CE公司WR燃烧器为代表的“弯管喷嘴分隔板分离”技术，一种是以三菱公司PM燃烧器为代表的“弯管三通分离”技术，一般都只有一级弯管浓淡分离。超低PM燃烧器是直流燃烧器采用两级弯管浓淡分离技术的第一例。看图2，显然超低PM燃烧器的一244 东方电气评论 第。鞋浓”股、“浓”股和“淡”股三股风糨流的最台理最好解释。3 德国卿的DS燃烧器DS燃烧器是在WS旋流分级燃烧器基础上改进的，也是一种旋流分级燃烧器。德国所称的“旋流分级燃烧器”，也就是一般意义上的“双调风燃烧器”。基本原理也称为燃烧器内分级燃烧，大体是通过调节风速及风量来浓缩调节燃烧器出口的高浓度燃烧区，也就是“局部浓淡燃烧”。WS燃烧器是80年代中为燃烧西班牙无烟煤的w火焰无烟煤锅炉开发的低NOx稳燃燃烧器，随后推广到德国B&W公司的双w火焰液态排渣锅炉上。二度风 三次风内二戎凡外二次风图3 WS与DS燃烧器结构比较从圈3可看到，两种燃烧器的形状和结构相似，都是双调风燃烧器形式。WS燃烧器的内二次风是旋流，一次风和外二次风都是直流，是利用一组旋流叶片和一次风、内外三次风风量的调节在出口燃烧区形成高浓度区，其浓缩调节比较麻烦。DS燃烧器与之明显的区别有3点；一次风是旋流，外二次风改为三次风i喷嘴出口的稳焰器是齿形盘；采用三组叶片联台调节一次风、内二次风和三次风。分折以上不同点，可以看出DS燃烧器由于含煤粉的一次风也旋转，离心分离作用将使一次风在燃烧器内还未与二次和三次风混台前就发生浓淡分离，煤粉朝器壁聚集，与旋流二次风和三次风混合后仍使高浓度区在外，朝向着火面。燃烧器出口的齿形盘可以把高浓度风粉流分割成多股辫状进入炉膛，分布更加均匀稳焰效果更好。三组叶片联合凋节一次风、内二次风和三次风，形成一个费氧的内回流区能获得降低NOx的效果。据介绍，实际应用DS燃烧器的电厂锅炉部取得了良好的效果。由于它对不同煤种和二、三次风比反应不敏感，使得调节起来要比WS燃烧器简单容易；而且NOx排放量也少(如一例第4期 何季民 国外煤粉燃烧器技术的新进展 245的NOx排放量比用WS燃烧器时约降低200mgm3)。不过，无论Ds或WS燃烧器在用于w火焰锅炉燃烧无烟煤时，都还须增加旋风分离器作为专门的浓缩器，这一技术并没有改变。4 IHI内部分隔型WR燃烧器日本石川岛播磨公司(1HI)继“DF双流旋流燃烧器”和“IHIFW卧式旋风分离器燃烧器”之后，目前正在与日本中央电力研究所合作研制最新式的“内部分隔型宽调节比燃烧器”即“内部分隔型WR燃烧器”，已取得一些成功的试验结果。这种燃烧器的结构原理比较特别，其别具一格的浓缩调节机构尤其令、注目。41基本原理是局部浓淡燃烧点一次风图4内部分隔宽调比燃烧器基本结构IHI公司在分析煤粉燃烧器在低负荷不能稳燃的原因时认为主要原因是煤粉的着火性能和火焰传播速度随一次风AC增大而降低，为此必须提高一次风AC采取在燃烧器出口着火区的高浓度燃烧技术，这可保证降低NOx并低负荷稳燃。所谓“内部分隔型WR燃烧器”的基本结构原理如图4所示。设想以DF双调风燃烧器为基础，改进浓缩调节机构，增加所谓“内部分隔机构”，燃烧器中心通不含煤粉的中心风，一次风粉流从切向旋转进入燃烧器，由于离心分离作用使煤粉向管壁聚集被浓缩调节器和三层管喷嘴分隔成浓淡两股风粉流，在喷嘴出口补充二次风和三次风后，形成一股火焰的局部浓淡燃烧。与DF燃烧器不同的是，增加了浓缩调节器，改成了三层管喷嘴，浓缩调节器主要是浓缩套环主要作用是提高浓缩能力，三层管喷嘴则进一步分隔一次风粉流，两者结合能加强浓缩调节作用。可见内部分隔型WR燃烧器的关键结构是三层管喷嘴和浓缩调节套环。过去的双调风旋流燃烧器也有一次风、二次风和三次风几层喷El，但并不是这种专门浓缩分隔一次风粉流的，因此可以说这种三层管是前所未有的结构技术。42关于三层管喷嘴(1)如图5所示，使用三层管分隔一次风粉流可以有6种浓淡燃烧组合方式，典型的三种为：内层浓，中层淡，外层全风无粉，风粉混台恶劣，只能形成细长火焰，还伴有黑烟。内层淡，中层浓外层全风无粉，火焰形状大小不稳定，调风门的燃烧调节范围很小。内层全风无粉中层淡，外层浓，容易形成稳定宽大的短焰，燃烧调节范围也宽。这时高浓度区域朝外向着着火面，是比较理想的浓淡燃烧形式。最佳组合的变风量燃烧试验结果表明：当外层AC小即浓度高时，能形成良好燃烧，若Ac在3以下，能维持稳燃。(2)三层管的中层管长度是一个很重要的因素，因为它与浓缩调节套环的配合直接发挥浓缩分离的作用。在一定范时内，它的长度长些与套环的距离近些，两者配合发挥的浓缩作用就246 东方电气评论弟9告大些。反之长度短些，与套环的距离远些，配合发挥的浓缩作用就小些。3)三层管喷嘴在外层内壁靠近喷嘴处还安有一些导流棍，用以纠正风粉流沿圆周发生的偏流。这是因为在试验台比例试验中发现最低负荷只降低到25，达不到20。分析原因是喷嘴喷出的风粉流沿圆周发生偏流，使得圆周煤粉浓度分布不均，导致在更低负荷难以维持着火稳燃。为此，用合适长度和形状的导流棍安装在高浓度风粉流的通道壁上能有效地纠正沿圆周的煤粉浓度分布不匀现象。43关于浓缩调节套环内部分隔型wR燃烧器是通过调节中心管外壁的i农鳍调节器来浓缩调节燃烧煤粉浓度，这种浓缩调节器实际是套在中心管外壁的可调节套环，通过改变套环的位置来分离并调节向管壁聚集的煤j陆浓度和旋转强度。图6示日丁小阿蟛状和大小的套环。 内甚敲中层谖外层全凡无精风糟混台怒劣月髂形成绷长火焰，妊伴宥黑姻蛾姨净风o内屡姨中层址，外屡垒风 无柑，火焰形状大小不毫定-调风门盼燃烧调节箍圈校小Q内县垒风无输中层谈外层浓，窖暑形成稳定宽大的短焰-燃烧调节范围也宽漱 技净风圈5三层管喷嘴的型式选择(1)五种形状套环中，双面锥形套环的浓缩调节能力最大。(2)三种不同直径的双面锥形套环在轴向移动，图7是浓缩比测量结果，反映套环大小位置与浓缩调节效果的关系。当套环的直径小到一定程度，移动套环就不能改变浓缩性能。(3)套环对流速分布的影响母拄母啦：od 。圈6不同形状和大小的套环双调风燃烧器稳燃的作用之一是在燃烧器出口形成内回流区，而内部分隔wR燃烧器的三层管和套环结构有可能改变喷嘴出口的风粉分布，尤其在低 燃烧器口管 中层管畸晴负荷燃烧时，移动套环在局部形成的高 ；。速风，会不会妨害出 28口形成内回流区，降 8 z-6低稳焰能力卿 ：；：研究者通过对 。出IZl流线的数学分析，分折了流速矢量线、流线、等浓度线和流动状态。结果说明，通过低负荷时的燃烧调节，燃烧器喷出的风粉流的分布即使大幅度改变，也能形成与高负荷下同掸程度的内回流区，也能维持稳焰性能。謇环位置(tara)口lomm A I90mm 0I口5m“圈7三种直径套环浓缩性能比较第4期 何季民国外煤粉燃烧器技术的新进展 247结束语通过以上分析介绍，对于上述三种新型燃烧器提出如下认识： (1)三菱公司在燃烧器技术上的发展是进一步提高和完善PM燃烧器，超低PM燃烧器通过采用两级弯管浓淡分离实现两级浓淡燃烧，不但浓缩能力得到进一步提高，而且浓度调节能力也能得到改善，同时有助于进一步提高燃尽率，降低未燃炭。(2)德国Bw公司的Ds燃烧器采用一次风旋流，三组叶片联合调节，浓缩调节能力应该比一次风直流一组叶片调节的WS燃烧器更强。尽管如此，它仍然是双调风燃烧器的基本形式，不太可能直接用于燃烧低挥发煤。实际上，Ds燃烧器在用于w火焰无烟煤锅炉时仍然必须旋风分离器作专门的浓缩器才行。(3)石JI岛播磨公司在报道“内部分隔型WR燃烧器”时谈到研制思想他们认为：燃煤火电除了应提高发电效率、煤种煤质适应性和环境保护能力外，必须能承担中间负荷。目前燃煤锅炉的最低稳燃能力尚不及燃油气锅炉，还不能实现25以下负荷无油稳燃。这意味着他们确定了25以下负荷无油稳燃为新型低NOx稳燃煤粉燃烧器的研制目标。为此，该公司没有沿着已有成绩的“IHI一卧式分离器燃烧器”技术方向走下去，而转向另外的方向a这是不是意味着放弃高浓度燃烧技术呢?不是。该公司研制“内部分隔型WR燃烧器”的动机主要是因为“IHI一卧式分离器燃烧器”外设卧式旋风分离器占用很大空间，锅炉设计布置有困难也给运行维护造成明显的麻烦，并不是高浓度燃烧技术方面有问题。新型燃烧器的研制为的是寻找能克服这一缺点的更好的浓维调节机构，并非放弃高浓度燃烧技术。事实也是如此，新型“内部分隔型WR燃烧器”的关键技术仍然是浓缩调节机构。(4)我们知道，IHIDF双调风燃烧器设计目标曾是最低无油稳燃负荷25“，现在日本文献的叙述已等于公开承认没能达到这一目标。日本文献还介绍过“IHI一卧式旋风分离器燃烧器”的最低无油稳燃负荷达到20或更低，但是现在看来，并非如此，肯定还有差距，这应当正是IHI公司所以寻找更好的浓缩调节机构，研制“内部分隔型WR
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