“W”火焰锅炉燃烧调整试验探讨

“W” 火焰锅炉燃烧调整试验探讨 徐齐胜,马 斌,罗 萌,李乃钊,宋景慧 (广东省电力试验研究所,广东广州 510600) 摘 要:介绍了韶关电厂DG1025/ 18.2 -10型 “W” 火焰锅炉燃烧技术特点,结合该技术特点、 燃烧设备结构及实际 运行中燃用煤质差而且变化大、 飞灰可燃物又高的情况,提出了一套燃烧调整试验思路,通过对该炉的燃烧调整试验 探讨、 分析与比较后,确认了影响燃烧调整的主要因素,所得出的结果对同类型锅炉燃烧调整试验有着一定的指导意 义。 关键词:“W” 型火焰锅炉;燃烧技术;燃烧调整试验 中图法分类号:TK22312 文献标识码:A 文章编号:1003 - 6954(2003)02 - 0026 - 03 韶关电厂10号锅炉为东锅厂引进美国FW公司 技术生产的 “W” 型火焰锅炉,是广东省第一台 “W” 型 火焰锅炉,于2001年3月投入商业运行,10月份进行 了燃烧调整试验及性能验收试验。该炉设计煤为粤 北地区红工无烟煤,而实际燃煤为多变的劣质无烟 煤,包括当地小窑煤,煤种变化范围大:煤的低位热值 从13 430 kJ/ kg到19 800 kJ/ kg ,灰份从34 %(应用基) 到46 % ,挥发份从 7 %( 应用基)到9 %。在实际运行 中,锅炉燃烧稳定性较脆弱,炉膛负压波动大,飞灰可 燃物含量 10 % ,偏高。因此,这种情形对实际燃烧 调整试验提出了较高要求:既要保证锅炉的稳定燃 烧,又要从多变的煤质中寻找出影响燃烧效率的主要 因素,以提高锅炉经济性。 表1锅炉部分主要设计参数 项 目BMCRECR 45 %ECR(C. P) 空予器进口风温度()505050 热一次风温度()331324278 热二次风温度()317312272 排烟温度(修正后) ()123121112 过剩空气系数( %)1.31.31.4 耗煤量(t/ h)172.3159.777.17 锅炉效率(低位热值) ( %)90.8690.9291.47 1 “W” 型火焰锅炉燃烧技术特点 111 采用双旋风煤粉浓淡分离式燃烧器 双旋风煤粉浓淡分离式燃烧器是韶关电厂W形 火焰锅炉主要特点之一,一次风粉混合物首先进入燃 烧器的入口管,然后由入口管进入均分器,风粉混合 物从均分器出来分为两股分别进入两个旋风分离器 的筒体,一为顺时针旋转,另一为逆时针旋转。风粉 混合物以一定的速度进入分离器,煤粉颗粒在离心力 作用下被甩到分离器的周边,而在中心部分是煤粉浓 度很稀、 颗粒更细的混合物,称为乏气,乏气通过乏气 管引入到乏气喷口。风粉混合物由于乏气的引出,使 煤粉主气流浓度提高,使其更容易着火、 稳燃。 表2 设计煤种特性 项 目粤北地区红工无烟煤 全水份Mt( %)10 分析基水份Mad( %)1.7 灰份Aar( %)40 挥发份Vdaf( %)10 低位发热量Qnet. v(kJ/ kg)16 835 碳Car( %)45.1 氢Har( %)1.9 氮Nar( %)0.6 氧Oar( %)1.9 全硫Sar( %)1.5 哈氏可磨系数HGI81.5 表注:ar:应用基 daf :干燥无灰基 ad:空气干燥基 112 二次风分级送风 二次风分级送风是韶关10号炉另一特点。二次 风的送入方式是按照燃烧过程的发展需要分级送入 炉膛的。这种送风方式不仅有利于无烟煤的燃烧,而 且有利于控制NOX的生成。只有一小部分的二次风 62四川电力技术2003年第2期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 从炉拱上送入燃烧器喷口区域以保证最初煤粉燃烧 和冷却以保护设备需要,大量的二次风从前后墙沿高 度方向分级送入炉膛,风量的大小沿火焰行程逐级增 大阶梯形。 113 双拱形炉膛 “W” 型火焰锅炉的特点是双拱形炉膛,由下炉膛 前后墙水冷壁向炉外弯曲形成,呈八字形,拱部斜坡 倾角25,燃烧器布置在前后墙拱上,倾角为10 。煤 粉气流由上往下喷射形成火焰,再从下往上运动呈U 字形,而前后墙的两上U形火焰在下炉膛相遇形成 一个W形火焰。在煤粉燃烧过程中W火焰具有十 分重要的作用,它将一部分高温热烟气再循环至煤粉 最初的点燃区,从而进一步支持煤粉的燃烧,使燃烧 器周围始终充满着高温火焰,使煤粉气流一直处于高 温烟气中;同时它具有长行程的火焰使煤粉的停留时 间延长可保证难烧无烟煤的完全燃烧。此外,在下炉 膛敷设卫燃带提高燃烧室的温度并产生一个再辐射 的高温区,从而保证煤粉的快速着火和燃烧。 114 风墙式二次风 韶关10号锅炉的二次风配风特点是不设集中进 风口,而将拱部前后墙及拱下部前后墙设计成风墙布 置,即将水冷壁拉稀或让管或去管间扁钢,作为二次 风口,使二次风沿炉膛宽度方向均匀分布,使位于高 温燃烧区域的墙温降低并且在墙面形成氧化性气氛, 防止水冷壁的结焦和高温腐蚀。 115 双进双出钢球磨正压直吹式制粉系统 福斯特 惠勒公司的双进双出球磨机特点 :1) 双 进双出磨煤机可磨出其他型式的磨煤机难以达到的 长期稳定的高细度煤粉。 2) 磨煤机负荷越低,煤粉 细度越高,正好满足锅炉低负荷时着火和稳燃的要 求。 3) 磨煤机出口的一次风煤粉浓度高,风煤比低, 特别有利于煤粉的着火和稳燃。 4) 磨煤机在低负荷 时通入辅助空气输送煤粉,扩展了负荷调节范围,因 此具有非常宽的负荷调节范围,可满足W火焰锅炉 的最低负荷小的要求。 2 燃烧调整试验的探讨与分析 W形火焰锅炉为了适应低挥发份煤燃烧的要 求,提供了非常多的燃烧调整手段。锅炉共有24个 燃烧器,每个燃烧器有八种调节手段,即:主燃烧器喷 口的消旋杆;乏气风挡板;乏气风喷口的环形二次风 挡板A;主燃烧器喷口的环形二次风挡板B ;点火油 枪用的二次风挡板C;前后垂直墙上的上、 中、 下二次 风挡板D、E、F;此外,还有炉膛底部的边界风挡板G。 对于这些数量繁多的调整手段,其作用各不相同,拱 上的调整手段包括消旋杆、 乏气风挡板、 挡板A、 挡板 B、 拱下垂直墙上的D挡板、E挡板主要用于解决着 火和稳燃问题,控制着火点,决定火焰形状,这些挡板 为手动挡板,主要根据煤质定位并根据煤质的变化进 行调整;F挡板主要用于解决燃烬问题,控制火焰转 弯、 平衡风量,该挡板为电动调节挡板;边界风挡板G 主要用于解决结焦问题;C挡板主要用于油枪的燃烧 和冷却。 根据以往经验,对W形炉热效率影响较大的因 素为:锅炉负荷、 二次风配风、 炉膛氧量、 煤粉细度、 乏 气和消旋叶片等6个因素。但对于韶关10号锅炉, 由于燃用煤质差而且变化较大,锅炉燃烧稳定性较脆 弱,在进行燃烧调整试验提高锅炉效率时,受到了影 响锅炉稳定燃烧的诸多因素的严重制约。因此,可调 整手段也不多,依据前期的稳定燃烧经验,二次风挡 板A、B、D、E固定在10 %左右的位置,几乎没有调节 余地,不作调整,C挡板在未投运油枪时开度也为 10 %左右,当投油枪时,100 %开度。为了提高锅炉效 率可供调整的手段仅有消旋杆、 乏气挡板、F二次风 挡板,其次是氧量。对于煤粉细度来说,煤粉细度提 高,锅炉效率会提高,而制粉系统采用双进双出球磨 机直吹式系统,其特点是一次风量和燃烧器一次风速 的大小、 煤粉细度,完全取决于磨煤机的出力大小,磨 煤机的运行工况与锅炉的负荷密切相关,而燃烧调整 试验是在额定负荷工况下进行,因此磨煤机出力接 近,煤粉细度在各工况下也比较接近。根据前面的分 析,一共设计了四组试验工况,它们分别是 变消旋 杆位置; 变乏气挡板开度; 变F二次风挡板; 变 运行氧量。下面对每组试验结果进行比较与分析。 1) 变消旋杆位置。消旋杆位置的变化主要影响 一次风旋流强度的变化,当消旋杆拔出时,消旋作用 减弱,一次风旋流强度增加,卷吸周围高温烟气能力 增强,但一次风刚性减弱。对于这组试验,设计了两 个试验,一个是消旋杆位置抽出10格,另一个是消旋 杆位置抽出5格,其他设置相同。煤质情况:煤的低 位热值17 000 kJ/ kg左右,挥发份Vad为6 %左右。 试验结果:消旋杆从抽出10格变到抽出5格,飞灰可 燃物从9. 90 %变到10. 18 % ,炉渣可燃物含量从4. 72四川电力技术2003年第2期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 09 %变到5. 80 % ,机械不完全燃烧损失由7. 35 %变 到7.098 % ,其他热损失指标基本上没什么变化,两 者锅炉效率相差0. 25 %左右,基本接近。因此,消旋 杆位置的变化对锅炉效率变化影响不明显。 2) 变乏气挡板开度。该组试验选择了两个乏气 挡板开度进行试验,一个开度40 % ,另一个60 % ,煤 质情况是煤的低位热值18 000 kJ/ kg左右,挥发份 Vad为8 %左右。其他设置相同,试验结果:当挡板开 度由60 %减小到40 %时,飞灰可燃物含量5. 98 %变 到5.32 % ,炉渣可燃物含量由2. 94 %减小到0.52 % , 机械不完全燃烧损失由3. 86 %变到3. 51 % ,排烟损 失由5. 76 %变到5. 25 % ,锅炉效率增加了0.8 %左 右。其原因是,当乏气挡板关小时,在可燃质数量相 近的情况下,增加了粉嘴的一次风量,这可以使煤粉 从燃烧开始就有更加充分的氧量供应,煤粉的燃烬程 度增加了,故飞灰可燃物含量降低,灰渣可燃物也降 低。试验结果表明,乏气挡板关小会提高锅炉燃烧的 经济性,但增加量小于1 %。如果乏气挡板关得过小 会降低煤粉浓度,不利于煤粉初期着火。因此,适当 关小乏气挡板对提高锅炉燃烧经济性有一定效果。 3) 变F二次风挡板。进行F挡板开度变化的试 验,其实质就是配风方式变化的试验,开大F挡板,也 就意味着风量从上部转移到下面进入。此组试验选 择了两种F挡板开度35 %和70 % ,煤质情况是煤的 低位热值17 000 kJ/ kg左右,挥发份Vad为6 %左右。 这组试验结果:飞灰可燃物含量7. 46 %变到5.98 % , 炉渣可燃物含量由3. 94 %减小到2. 94 % % ,机械不 完全燃烧损失由5. 111 %变到3. 866 % ,排烟损失由 5.517 %变到5. 76 % ,锅炉效率增加了1. 04 % ,增加 量超过了1 %。F挡板的开大,二次风有效的托住炉 渣,炉渣可燃物含量降低,其次,对煤粉流的稳定燃烧 干扰小,有助于加大进风,提高锅炉燃烧氧量,但不宜 开得过大,否则维持不了一定的风箱压力。因此,F 挡板的适当开大可显著提高锅炉效率。 4) 变运行氧量。氧量的提高有助于煤粉的充分 燃烧,显著降低飞灰含碳量,提高锅炉效率。但对于 韶关10号炉来说,氧量过高,易引起锅炉燃烧不稳。 该组试验选择了两个试验氧量0. 83 %和2. 33 %(炉 膛出口氧量 ) , 煤质情况是煤的低位热值18 000 kJ/ kg 左右,挥发份Vad为8 %左右。所得测试结果是:飞 灰可燃物含量5. 32 %变到3. 44 % ,机械不完全损失 由3.51 %变到2.01 % ,锅炉效率增加了1. 05 % ,增加 量超过了1 %。当燃用较好煤质时,锅炉燃烧稳定, 氧量可以再增大至3.26 % ,锅炉效率可继续提高1个 百分点。因此,氧量适当提高大大改善了锅炉的燃烧 状况,提高了锅炉经济性。 3 结论 进行W形火焰锅炉燃烧调整试验时,煤质因素 是决定因素,它决定着锅炉燃烧稳定性的强弱,因此 也间接决定着锅炉的经济性。但对于燃烧调整试验 来说,除了煤质因素外,以下几个因素也显著的影响 着锅炉的效率。 311 挡板位置变化 F挡板位置的变化可使锅炉效率变化超过1 % , 因此F挡板变化是一个主要因素,其实质就是配风方 式的变化,因为F挡板所控制的风墙面积占拱下部分 风墙面积的70 %左右,改变F挡板,控制着二次风量 的分级进入。 312 氧量改变 氧量变化明显影响着锅炉的效率,也影响着飞灰 含碳量。在稳燃前提下,氧量提高,锅炉效率提高可 超过1 % ,同时飞灰含碳量可下降2 %左右,因此氧量 因素也是一个主要因素。根据前面的分析与讨论,其 他几个因素的影响不是很明显。因此在进行W形锅 炉燃烧调整试验时,可以结合实际煤种,主要考虑以 上两个因素组织试验工况,进行燃烧调整试验,这样 可以节省时间、 人力、 物力,尽早找到良好的效率工 况。(收稿日期:2002 - 10 - 20) 宜宾发电总厂两个月发电817亿千瓦时 四川宜宾发电总厂今年前两个月,完成发电量8174亿千瓦时,与上年同期相比增加3114亿千瓦时,创近年来同期最好水平, 为促进四川经济发展作出了应有的贡献。 该厂发电量大幅增长的原因主要是:一是得益于经济的快速发展和