（热能工程专业论文）内蒙古丰泰发电公司＃1锅炉结渣问题的试验研究.pdfVIP

华北电力人学 ( 北京)硕十学位论文摘要 摘要 木论文从分析燃煤锅炉结渣问题必要性出发，从煤种、炉膛及燃烧器设计、运 行工况等因素对锅炉结渣的影响 着手，结合内蒙古丰泰发电有限公司 1 锅炉实际运 行中存在的问题，确定了 1 炉受热面结渣的主要原因是炉膛受热面布置不合理，燃 烧器角度不合适导致火焰贴壁所致。本论文通过冷、热态试验，经过论证和计算， 确定了丰泰公司 1 炉燃烧器的改造方案，并进行了现场改造，改造后实际运行状况 表明:在无法改变炉膛结构的情况下，改变燃烧器角度，缩小切圆直径，使火焰不 贴壁，改善了炉内 燃烧工况，同时降 低了 锅炉结渣的程度，为机组的安全经济运行 奠定了必要的技术基础。 关键词:燃煤锅炉 ，结渣，燃烧器 abs tract t h i s t h e s i s e s t a b l i s h e s t h e m a i n f a c t o r o f h e a t i n g s u r f a c e s l a g g i n g o f n o . i b o i l e r , t h a t i t i s d u e t o i r r a t i o n a l l a y o u t o f f u r n a c e h e a t i n g s u r f a c e , i m p r o p e r a n g l e o f b u r n e r w h i c h l e a d t o f l a m e s a t t a c h i n g t o f u r n a c e w a l l s . s u c h d e d u c t i o n i s b u i l t o n t h e b a s i s o f n e c e s s i t y o f a n a l y z i n g t h e h e a t i n g s u r f a c e s l a g g i n g , t h e t y p e o f c o a l , t h e d e s i g n o f t h e f u r n a c e a n d b u r n e r , t h e o p e r a t i o n a l c o n d i t i o n a n d o t h e r f a c t o r s e f f e c t i n g s l a g g i n g o f b o i l e r . t h e r e s e a r c h i s m i n g l e d w i t h p r a c t i c a l o p e r a t i o n s o f n o . 1 b o i l e r i n i n n e r m o n g o l i a f e n g t a i e l e c t r i c p o w e r g e n e r a t i o n c o , l t d . t h e r e f o r m s c h e m e o f n o . i b o i l e r i n f e n g t a i c o m p a n y i s c o n f i r m e d o n t h e b a s i s o f c o l d / h o t t e s t s , t h e o r e t i c a l d i s c u s s i o n s a n d c a l c u l a t i o n s . i n t h e p r o c e s s o f f i e l d r e t r o f i t , i t i s i n d i c a t e d i n t h e o p e r a t i o n o f t h e i m p r o v e d f u r n a c e t h a t w i t h o u t t h e c h a n g e o f f u r n a c e s t r u c t u r e , t h e t r a n s f o r m o f t h e b u r n e r a n g l e h a s s h r u n k t h e t a n g e n t i a l d i a m e t e r a n d p r e v e n t e d f l a m e s b u r n i n g o n f u r n a c e w a l l s , a n d t h e b u r n i n g s t a t e o f f u r n a c e h a s b e e n b e t t e r e d , s i m u l t a n e o u s l y , o w e r i n g t h e s l a g g i n g w i t h f u r n a c e , t h u s l a y i n g s o l i d f o u n d a t i o n f o r t h e s a f e a n d e c o n o m i c o p e r a t i o n o f g e n e r a t i n g u n i t s . w u y a n r o n g ( p o w e r p l a n t t h e r m a l p o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y p r o f . l i u t o n g k e y w o r d s :p u l v e r i z e d c o a l 一 f i r e d b o i l e r , s l a g g i n g , b u r n e r 主 要 符 号 表 v a r :收到基挥发份 h a r :收到基氢份 o a r :收到基氧份 ma r :收到基水份 d o :假想切圆直径 k : 试验系数 b :燃烧器喷嘴宽度 p ; : 射流 密度 f n: 射流喷口 面积 c c p y ， 排 烟空 气 过剩 系数 a y :应用基灰份 a rn ,。 1z : 飞 灰、 大 渣份 额 a u 丁 : 试验 工况下 漏风 系数 a g r : 过 热器 后空 气 过剩空 气 系数 a , a :空预器前、后过剩空气系数 rs :灰渣粘度特性引出的结渣指数r v s q v :炉膛容积热负荷 o f :炉膛断面热负荷 q 2 :排烟热损失 q 5 :散热损失 d :试验工况锅炉蒸发量 a:炉膛横截面长边及短边的平均值 a , b :炉顶、 炉底负压 r r :熔点结渣指数 s a r :收到基硫份 n a r :收到基氮份 a a r :收到基灰份 q n e r .v ,a r , :收到基低位发热量 d , :实际切圆直径 z :燃烧器层数 d o :假想切圆直径 w ; :所计算射流喷口速度 r ; : 射流形成的切圆到几何的中心距离 lq p y , t s f : 排 烟 温 度 、 冷 空 气 温 度 q r :输入锅炉热量 c m , c ,。飞灰 、 大 渣含碳 量 a a e 额定工况下漏风系数 a:过剩空气系数 八 a :漏风系数 r s :硫分结渣指数 q n :炉壁面积热负荷 乙:漏风率 q 4 :灰渣未完全燃烧热损失 q 6 :和灰渣物理热损失 de :额定工况锅炉蒸发量 x :实测烟气与空气体积比 r _ :灰粘度结渣指数 r :硫分结渣指数定义为: t 2 m a x :氧化、还原气氛中测得的 较高的软化温度 j ， m i n :氧化、还原气氛中测得的 较低的变形温度 a s y , o s y : 正 常 负 压 工 况 和 充 正 压 工 况 下 尾 部 烟 道 的 阻 力 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 第一章引 言 1 . 1 燃煤锅炉结渣问题分析研究的必要性 由于煤燃烧时，燃烧产物中会有大量的灰粒、氧化硫等物质，这些物质由不同 温度的烟g - - l 携带通过炉膛及对流烟道， 在不同的受热面上会引起沾污、积灰、结渣 和腐蚀，使炉内整个热平衡变更，导致过热汽温改变，排烟温度升高，锅炉效率及 可靠性降低，严重时将被迫降低负荷运行甚至停炉。通常炉内受热面沾污、结渣对 锅炉运行的影响可归纳为以下儿个方面: ( 1 )对炉内传热的影响。试验表明，锅炉点火燃烧后，清洁的水冷壁管表面上 很快就粘上一层由 0 . 1 - - 0 . 1 5 u 。细灰粒组成的沾污层，尽管其厚度很薄，但其导 热系数x 极低， 一 般仅为 0 . 0 1 7 0 . 0 3 5 k w / m k ，因而热阻很大，使炉内受热面的 吸热能力大为降低， 在数小时之内会降低 3 5 % -6 0 % ， 使锅炉出力受到影响。 因此分 析炉内的沾污、结渣过程，对保证锅炉安全经济运行有很大的实际意义。 ( 2 )出现积灰和结渣。水冷壁管在沾污的过程中，由 于沾污层热阻 很大，灰层 表面的 温度不断提高，当局部热负荷过大，炉内空气动力组织不良 、火炬中 心贴墙 及灰熔点较低时，都会使积灰结渣过程迅速增长，严重影响锅炉的正常 运行。即使 是正常运行的锅炉，由于沾污，水冷壁管温亦大大高于饱和水温度 。对一般锅炉， 光管水冷壁灰污层温度只比火炬温度低 2 5 0 -4 0 0 c， 带销钉涂上耐火材料的水冷壁 只比火炬温度低 5 0. 1 5 0 0 c，因此为下一步积灰、结渣提供 了基础。当运行不正常、 操作不当、煤质变劣等条件出现时， 便会产生积灰、结渣恶性循环。 ( 3 )高温腐蚀的出现。沾污后的水冷壁管受到灰和烟气复杂的化学反应，有时 会出现高温腐蚀，管壁厚度 由外壁 向内壁减薄。锅炉压力越高，就越容易产生高温 腐蚀。从发生高温腐蚀的部位看，大多在布置喷燃器高度的区域内。国内某些腐蚀 严重的电厂，其水冷壁管年腐蚀量达 0 . 8 2- 2 . 5 m m o国外燃用无烟煤的液态排渣 3 0 0 m w 机组也经常出 现高温腐蚀，最大的腐蚀速度达 1 . 8 -2 m m / a 。还有试验报导、 由于设计 、运行不当，腐蚀速度达 5 m m / a ，二至三年 内即要更换水冷壁管。 ( 4 ) 出现过热器堵灰及汽温偏高问题。随着炉内沾污，炉 内吸热量降低，炉膛 出口烟温升高，容易引起过热器结渣、积灰，同时也会 出现过热汽温偏高等问题。 ( 5 )对锅炉经济性的影响。 锅炉沾污积灰后，各段烟温均相应提高，使排烟热 损失q : 增加，同时炉内烟侧阻力增大，使锅炉不能在满负荷下运行， 有时甚至被迫 停炉清灰。国内统计资料也表明水冷壁沾污造成排烟温度升高，会使锅炉效率降低 1 % 一2 . 5 % a 由此可 见. 炉内晋热面的沾污、 积灰及结渣， 是影响锅炉安全经济运行所不容忽 华北电力人学 ( 北京)硕十学位论文 视的问 题。 锅 炉 结渣 轻 则 影响 传热， 迫 使 锅炉 降 负荷 运 行， 降 低 锅炉 效率; 重则 导 致非计划停炉或造成重大安全事故，是危及锅炉安全运行的 一大难题。 近年来，国 内电厂出现的因锅炉受热面沾污、结渣停炉或因落焦砸坏水冷壁的事件频繁发生， 给电厂的安全经济运行带来了极恶劣的影响。因此，燃煤锅炉受热面积灰、结渣磨 损等问题的研究和深入对电站锅炉的安全经济运行起着举足轻重的作用，应在锅炉 设计和运行过程中引起足够的重视。 1 . 2 防止锅炉结渣技术的现状和发展趋势 近年来，世界各国对煤粉燃烧理论和锅炉结渣问题的研究 日益广泛和深入，发 达国家针对锅炉结渣、腐蚀等问 题还专门成立了 研究煤燃烧技术的机构，如以 美国 燃烧工程公司( c e 公司) 、巴 威公司 ( b 对于直吹式制粉系统，要使各风粉管路配风均匀。 为防止火焰中心上 移引起炉膛出日结渣，应尽可能堵塞漏风，保证一、二次风 风温， 保持煤粉有合适的细度，尽量利用 卜 排燃烧器或使燃烧器适当下倾。 ( 3 )重视设备维护与改 造 设备维护质量的好坏对运行中防止结渣的产生有着制约作用。在设备维护中要 注意做好控制管壁温度的 工作，避免管内 结垢，防止炉内局部热负荷过高。如果在 燃烧器有卫燃带的区域结渣严重， 可对此进行核算后去除或减小卫燃带面积。 另外， 根据运行中结渣的具体情况，可在燃烧器结构设计和燃烧器改造方面做一些工作， 烧坏变形的燃烧器应及时修复或更换。保持经常性的吹灰是防止结渣进一步发展的 有效措施。需要特别指出的是，由于水冷壁吹灰器运行、维护工作量大、使用不够 方便 ，在许多电厂使用情况不理想，应予以修复并定期投运，必要时采用新型吹灰 装置，如超声波吹灰器等。 1 . 3 本论文的主要工作 内蒙古丰泰发电有限公句 ( 以 下简称丰泰公司) 0 1 机组于 2 0 0 1 年 1 2月2 8日 正式投产 ，其中锅炉是哈尔滨锅炉厂生产的 h g 6 7 0 / 1 3 . 7 -y m 1 3型锅炉，该炉 自 运 行以来，结渣问题一直很严重，从2 0 0 1 年 1 2 月2 8日 至该机组大修 ( 2 0 0 2 年 1 0 月 巧 日) 进行炉内改造以来， 发生了多次落焦灭火事件， 不但造成电 量损失、 多耗油， 还给机组稳定运行带来了恶劣的影响。 该 炉自2 0 0 1 年 1 2 月 2 8日 整体 1 6 8 小时试运结束后首次暴露出的问 题是:过 热汽超温 、喷水量偏大、上层制粉系统无法投入运行、水冷壁结渣严重及锅炉排烟 温度低等问题。为了解决这些问题，丰泰公司对， i 锅炉进行了初步的改造:将高温 过热器热段割掉 4整屏、省煤器割去 1 8排，加装了空预器旁路烟道。经过初步改 造后的锅炉在运行当中， 主汽超温虽然得到一定程度 的缓解， 但结渣问题依然存在， 并突出成为主要问题， 由于落焦严重经常造成锅炉灭火和捞渣机、液压关断门 损坏; 运行中为了减少锅炉灭火次数，只能解列角火焰灭火保护:同时，由于炉膛水冷壁 结渣，还使得锅炉烟气温度高达 1 5 9 0 c, 严重制约了安全生产。 本论文的主要工作就是针对丰泰公司的 1 炉结渣严重这一问题， 进行原因分析， 从而明确“ 1炉结渣严重的主要原因并确定其改造方案同时加以实施， 最后通过试验 和运行观测确认其改造的合理性。论文的主要内容包括:锅炉结渣问题研究的必要 性、锅炉受热面结渣原因分析、丰泰公司” 1 锅炉受热面结渣原因、丰泰公司0 1 锅炉 改造试验及结论等。丰泰公司 1 锅炉的改造具有重要的意义，不光为该机组的安全 稳定经济运行奠定技术基础 ， 同时也将为该公司 2 锅炉的改造提供必要的技术依据。 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 第二章锅炉受热面结渣原因分析 2 . 1 锅炉受热面结渣原因分析 世界 各国 对煤 粉 燃烧 理论 和锅 炉 结渣问 题的 研究日 益 广 泛和 深入， 总体 归 纳起 来，影响锅炉结渣的主要因素有如下几个方面: 川煤的结渣特性煤的结渣特性不仅与灰分的熔融性有关，还与灰分的化学成 分、 煤的密度组分、 煤的发热值、 灰渣流变特性等有关。 判断煤的结渣特性的指标， 主要有灰的熔融温度、灰成分、灰粘度或几个数据的组合。 a .灰的熔化温度 美国 采用材料试验学会的试验标准确定灰的熔化温度，试验时根据被加热灰锥 的变形状态定义四 个灰熔温度:开始变形温度 i d ;软化温度 s t ; 半球形温度 h t ; 流化温度 f t . 灰熔温度是被广泛用作判断煤灰结渣性能的指标之一。用灰熔点来评估炉膛水 冷壁结渣倾向是很有意义的。灰熔点高的煤，不易产生结渣，适宜在固态排渣煤粉 炉中燃烧;灰熔点低的煤，容易产生结渣， 适宜在液态排渣煤粉炉中嫩烧。为了防 止结渣，在设计固态排渣炉时，都把炉膛出口烟温限制在灰的变形温度 以下。 灰熔温度同灰的成分有关，灰中的酸性氧化物，如 s i o , , a 1 , 0 。 和 t i 0 , 等都是 聚合物的构成者，因此会提高灰的熔化温度:而灰中的 碱性氧化物，如 c a o , m g 0 和 n a o等都是聚合物的破坏者，会降低灰的熔化温度。同时灰中三价铁 f e 是聚合 物的构成者，会提高灰熔温度;而二价铁则是聚合物的破坏者， 会降低灰熔温度。 b .结渣率 结渣率也是用来判断、比较煤的结渣特性的 指标之一 。 结渣率即煤样在一定的 空气流速下燃烧并燃尽，其所含灰分因受高温影响而结渣，其中大于 6 m m的渣块占 灰渣总重量的百分比称为结渣率。结渣率越高的煤，在一定的空气动力条件下愈易 结渣。 c .结渣特性的界限值 煤的发热量高低影响着炉内的温度水平， 也与煤的结渣与否有关， 因此， 可以 把灰熔点 ( t )和煤的应用基低位发热量结合起来考虑。 通过对各种运行工况锅炉 结渣情况的测试与调查，整理出结渣特性的界限值，以比较、判断煤的结渣特性。 为此，提出了熔点结渣指数的指标。 所谓熔点结渣指数是根据高温热显微镜所测得的灰分熔融特性而确定的，用 r表示。即r ,= ( t z m + 4 t , ) / 5( 2 - 1 ) 式中 t , 一一分别在氧化、还原气氛中测得的较高的软化温度， 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 式中 c . 一一分别在氧化、还原气氛中测得的较低的变形温度， 一般地说，r , 1 3 4 3 的煤，不结渣; r 片 1 1 4 9 1 3 4 3 的煤，中等结渣;r , c a o + m g o 的烟煤: f e , o , / c a o 3 . 0 ,严重结渣。 e ，灰渣流变特性与灰粘度结渣指数 流变特性又称粘温特性，是表征灰渣粘度随温度变化的关系。灰渣的粘度随温 度而变化， 温度升高，粘度变小， 超过某一临界值时，焦渣便成液相，可在水冷壁 表面形成一薄层而自由 流动。如果粘性熔渣接近于凝固状态，不易形成结渣;如果 粘性灰渣保持粘性的状态时间 较长，粘附到炉壁或受热面上的几率大，则容易出现 结渣现象。测定结果表明，凡灰渣粘度为5 0 -1 0 0 0 p a s 或2 0 0 0 p a s 的，其结渣 可能性大，会出现结渣或严重结渣。由灰渣粘度特性引出的结渣指数r . 、 为: r: 二( t , ， 一t 。 。 )/ 9 7 . 5 f , ( 2 - 3 ) 式中t 2 ; 、 t , u u o 一一灰渣粘度分别为 2 5 p a s 与 1 0 0 0 p a 一 时的温度，; f 一一由t - ( 灰粘度为2 0 0 p a s 时的温度)决定的因数。 灰粘度结渣指数与结渣程度的关系:r - _2 ，极严重结渣。 应当指出:由于结渣过程是一个复杂的物理、化学过程，影响的因素极多 ，所 以，煤的结渣特性指标也很多;此外，无论哪一种指标，都不能十分准确的判断结 渣情况。但是，对于煤的结渣特性指标在设计燃烧设备和调整锅炉工况中的启示作 用，应有充分的认识。 ( 2 ) 炉膛结构及燃烧器设计美国电力研究协会曾对燃用不同煤种的锅炉做出调 查，结论是结渣和积灰不仅与煤灰性质有关， 而且同 锅炉设计密切相关，主要是炉 膛热强度( 包括炉膛容积热强度和断面热强度 )、煤粉在炉膛 内逗留的时间、燃 烧器结构型式以及受热面的布置等。同一煤种，在某台锅炉上燃烧会严重结渣，而 在另一台设计不同的锅炉上可能不结渣。同时，锅炉设计在改善灰沉积物方面也起 华北电力人学 ( 北京)硕十学位论文 着重要作用 a .炉膛设计原则 锅炉的炉膛兼有完成燃料燃烧和传热的任务。高 温烟气在炉膛内 把一部分热量 主要通过辐射的方式传递给布置在炉膛四周的水冷壁，使炉膛 出口处的烟气温度降 低到对流受热面安全工作所允许的温度限内，故在布置和设计锅炉炉膛时首先要满 足燃料燃烧的 要求，在此前提下考虑合理布置炉膛中的辐射受热面，使炉膛中辐射 受热面的吸热量达到锅炉热力系统所分配的吸热量的规定。因此，设计的炉膛应该 有合理的形状和足够的空间尺寸，并与燃烧器共同组织好炉内燃烧空气动力工况， 保证火焰气流在炉膛内有良 好的充满，不贴壁，不冲墙，并有比 较均匀的壁面热负 荷分布。 另外，设计煤粉炉炉膛时选取炉膛容积热负荷 q 、 不宜太高， 因为值越高，炉膛 的容积就越小， 每小时每立方米的炉膛空间里应完成燃烧过程的燃料量越多， 煤粉 在炉膛内停留的时间越短， 燃料越不易燃尽， 锅炉的机械不完全燃烧损失可能增加。 同时， q增大后会使炉壁面积相对减少， 可布置的辐射受热面积减少， 辐射传热量 降低，火焰平均温度提高，容易引起炉膛出口部位或对流受热面结渣。但如果选取 的q 、 过低， 炉膛容积过大，使锅炉结构很不紧凑、降低了炉膛的火焰温度水平， 不 利于燃料的稳定燃烧。 表 2 - 1 给出了 布置有旋流式燃烧器的炉膛容积热负荷q 、 的上 限值。表 2 - 2给出了布置有角置式直流燃烧器的炉膛容积热负荷的推荐值，对于易 结渣的煤种一般取下限值。 由于炉膛的容积和炉壁面积随锅炉容量变化的规律不同，保持 q不变 时，锅炉 容量越大，相对炉壁面积越 小，可布置受热面的面积也越小。炉膛 内受热面面积不 够时，火焰和烟气将得不到足够的冷却，烟气中的熔化状态的灰渣不能冷却到凝固 状态 ，遇到水冷壁及炉膛出口的受热面时就会粘附其上，形成渣块 ，污染受热面， 严重时会堵塞烟道，影响锅炉的正常运行。 为了防止结渣， 必须在根据 q 确定了炉 膛的形状和容积后保持炉膛 内有足够的辐射受热面积，即对炉壁面积热负荷 q h 确定 一个上限值。表2 - 3 给出了不同容量锅炉的q h 的常用上限值。 由表可以看出， 锅炉容量增加， q 。 的值也增大，这并不是说大容量锅炉炉壁和对 流受热面上结渣的危险性减小，而是由于每立方米容积的炉壁面积减少的结果，大 容量锅炉为了降低 q ,. 值常采用双炉膛及双面露光水冷壁的结构型式。 以上都是从炉膛总体平均的角度， 根据炉内燃烧和传热的特点得到的一些结果。 但是，炉膛 内局部的 q和 q 、 的值却是十分不同的， 特别是在燃烧器附近，燃料大部 分集中在这个区域 内燃烧，燃烧强度最大，火焰的温度最高，即便整个炉膛的辐射 受热面积是足够的，在燃烧器区的水冷壁上仍然存在结渣的危险。所以，进一步设 计炉1时还应考虑到燃烧器区的炉膛断面热负荷 q。如果设计选用的 q值越小，释 放相同燃料的炉膛横断面积越大 ，燃烧器区每米高炉膛所具有的辐射受热面积越 6 华 北 电 力 人 学二 i t 立 ) w 一 一一1一 一 r i te 一 z 一一 一 一 一 一一 一 一 一 一一 多，受热面的 传热能力越强，越不易 发生炉壁结渣现象。表2 - 4 给出一些布置角置 式直流燃烧器的锅炉其炉膛断面热负荷常用的上限 值。当锅炉容量大于 5 0 0 t / h 时， 为了使炉膛横断面积不至于过大 ，需要沿炉膛高度方向布置两层或多层直流式燃烧 器 。 . 设计炉膛时为了考虑一定的安全裕度， 选取的 q值 一 般为其 上 限值的 0 . 9 - 0 . 9 5 , q , 为其上限值的0 . 9 倍。 表 2 - 1 布置旋流式燃烧器的炉膛容积热负荷的上限值 表 2 - 2 布置有角置式直流燃烧器的炉膛容积热负荷选用范围 煤种无烟煤 贫煤烟煤褐煤 q ， ( k w / m ) 1 2 0 一 1 5 0 1 20 - 1 6 51 4 0 2 0090 . 1 20 表 2 - 3 炉膛辐射受热面积热负荷 q 、 的上限( t , -1 3 5 0 0 c ) 锅炉容量 d ( t / h ) 1 3 02 2041 0 67 01 0 0 0 q 。 上限( k w / m ) 2 532 6 2 4 773 3 63 4 9 表 2 - 4 角置式直流燃烧器炉膛的断面热负荷 q . 的上限值 b .燃烧器布置和设计原则 燃烧器是煤粉锅炉燃烧系统中的关键设备，煤粉燃烧所需要的空 气通过燃烧器 进入炉膛，煤粉气流的着火过程、炉膛中的空气动力和燃烧工况，主要是通过燃烧 器的结构及其在炉膛上的布置来组织的。 煤粉燃烧器的型式很多，但就基本原理来分， 可以 分为两大类:一类是旋流式 燃烧器，另一类是直流式燃烧器。燃烧器在炉膛上的布置有前墙 、对冲、四角及顶 部布置四种，不同的布置方式决定 了炉内不同的燃烧空气动力工况。 旋流式燃烧器常采用前墙布置或前、 后墙对冲以及两侧墙对冲布置， 组织 l 型 华北电力大学 北京)硕十学位论文 燃烧火焰。由于旋流式燃烧器煤粉气流的着火主要是靠旋转射流中心形成的回流区 卷吸高温炉烟实现点燃，因此每个燃烧器形成的燃烧火焰具有相对的独立性。旋转 射流的特 点在于扩展角大。扩展角愈大，则中心回流区大，射流出口段湍动度大， 故早期混合强烈。另方面，强烈的湍动，衰减很快，故后期混合微弱，射流射程 短。 所 以在大容量锅炉上由于射程的限制应用面较窄， 特别适宜于燃用高 v 。 的煤种。 为了 改善炉内火焰充满情况， 通常在炉膛出口区 把后墙伸向炉内， 形成一个折 焰角。研究表 明，折焰角显著地改善了炉内火焰的充满度，特别是炉膛上部角落的 死滞区明显减少甚至消失，使火焰长度增大，延长了燃料在炉内的停 留时间。 此外， 炉膛出口烟气流速高度方 向的分布趋于均匀，烟气对屏式过热器的冲刷情况得到改 盖 对冲布置时，两股对冲射流的动量相等时，气流在炉膛中心部位相碰后向上流 动，炉内火焰充满情况良好。试验表明，布置在两侧墙上相对冲的两股射流的动量 相差 3 -4 % 时，气流就可能偏向动量小的一侧，使炉内充满情况变差，造成炉膛出 口的烟气温度不均匀。 直流式燃烧器常采用 四角布置，组织切圆燃烧火焰，或者用于顶部布置组织 u 型或 w 型燃烧火焰。 直流式燃烧器射流的射程较长， 在炉内按一假想切圆组织燃烧， 在炉内 燃烧器区形成一个稳定的旋转大火球。 各个角的煤粉气流喷入炉内受到上游 己 燃高温旋转火焰的点燃而迅速着火，因此着火条件良好，煤粉适应性较广，几乎 可以成功地燃用各种固体燃料。炉内的强烈旋转使煤粉气流的后期湍流混合仍然十 分强烈，煤粉的燃尽条件也较理想。 直流燃烧器组织四角切向燃烧时，比较理想的炉内燃烧空气动力工况是炉膛中 心形成的旋转大火球不要偏斜、不要贴墙，使维持比较均匀的热负荷分布，这样的 火焰充满情况良好。因此，在燃烧及炉内空气动力工况的组织方面要求: a . 炉膛 横断面最好是正方形或长宽比 a / b 1 5 0 0 属于不结焦煤种。 丰泰公司实际使用煤种为 ( 2 5 -3 0 ) % 乌海大矿煤加 ( 7 0 -7 5 ) % 准格尔小窑煤。 丰泰公司实标及设计煤种分析见表 2 - 5 和表2 - 6 。 从灰份分析来看， 燃烧产物焦渣中的三氧化二铁含量达4 1 . 1 4 % - 4 7 . 7 1 % , 燃烧产物的成分属于易结焦， 但从整体煤种分析来看丰泰公司实际使用煤种应该不属于结渣性较强的煤种。 表 2 - 5 丰泰公司实际燃用煤种分析 项 目c -h ,0 - ns-a . , 单位 % % 数值 57 . 1 53. 3 20. 910. 6 320 . 65 项 目m。 rv :, , q - , . ， 、 r t 1 t t 3 单位 % k j / k g 数值8. 6 8 25 . 8 520 9 7 0 1 4 0 0 1 5 0 0 1 50 0 表 2 - 6 丰泰公司设计燃用煤种 项 目c -1 10 .,n. s。al r 单位 % % 数值 5 5 . 42 3. 2 36. 9 40 . 80 . 6 22 3 . 31 项 目mv q tlt 2t : 单位 % k ,) / k g 数值 9. 6 8 3 3 4 一 3 6 21 0 2 01 5 001 5 001 50 0 一一一一.-一-一.一一一，一一 1 0 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 ( 2 ) 燃烧器角度设计不合理， 切圆直径较大 0 1 炉燃烧器射流与水冷壁设计夹角分别为 4 8 “ 和 4 2 ( 如图 2 - 1 所示)，两 侧补气条件有较大差别，另外射流受上 游气流冲撞和上下层气流扰动，各股射流受 力大小不均 ，作用点前移 ，使气流射出喷日后向水冷壁偏斜，实际切圆直径有增大 趋势 。 0目自，月 、looas+ 义 厂/ 1 1 8 60 图 2 - 1 原设计切园示意图 根据国内同容量锅炉切圆直径数据比 较发现，丰泰公司 1 炉假想切圆直径数据 选取较大 ( 详见表 2 - 7 )，使炉内气流旋转动量流率矩、实际切圆直径数值较大， 增大炉膛出口 烟气偏差， 加重炉内 水冷壁结渣程度。该炉的冷态空气动力场试验表 明:单层气流的实际切圆直径约为 5 . 了 一7 . l m ，最大值达到 7 . 9 m ;多层气流整体切 圆直径约为 7 . l m 。切圆中心向右偏移 1 . 5 -2 m ，部分切圆变形为近似椭圆形。燃烧 器区域水冷壁四面墙都分布有较大面积的 渣块， 后墙、右墙和左墙局部尤为严重。 各层” 2 , 3 , 4角射流明显刷墙。说明冷态试验工况和热态实际运行工况时，炉内 整体切圆直径都很大。 内蒙古丰镇电厂的 6 7 0 侧h锅炉，也是哈尔滨锅炉厂生产的，在运行当中也出 现过和丰泰公司 1 炉同样的问题 ， 通过改造也将其假想切圆直径在原设计( (d7 9 0 m m ) 基础上减少到了( p 6 0 0 m m 和 (d 3 0 0 m m ，运行结果表明，改造后的数据较为合理。 ( 3 ) 炉膛几何尺寸设计失当 在炉膛结构方面，如果炉膛断面越大， 越不易结渣; 炉膛越高越不易结渣; 燃 烧切圆大易结渣，燃烧切圆小，不易结渣。而丰泰公司， 1 炉为正方形炉膛，宽度和 深度均为 1 1 6 6 0 m m 。该炉炉膛高度设计为 4 0 0 0 0 m m ，取值较低，在同容量锅炉中容 积热负荷最高 ( 见表 2 - 7 )，使烟气在炉内停留时间较短; 燃烧器整体高度 6 8 3 5 m m , 数值较小，增大了燃烧器区域壁面热负荷。这些因素综合起来，增加了炉膛结渣的 可能性和炉膛出口处的烟气残余旋转 。 1 1 华北电力大学 ( 北京)硕十学位沦文 表 2 - 7 6 7 0 t / h 锅炉数据对 比表 名称单位 封 石据 型号 w g z 6 7 0一2w g z 6 7 0 一 5 d g 6 7 0 一 5d g 6 7 0 一8h g 6 7 0 一y m1 3 炉膛断面尺寸 m m 1 1 9 2 0 x 1 0 8 0 0 1 1 9 2 0x 1 0 8 0 0 1 1 9 2 0x 1 0 8 8 0 1 1 9 2 0x 1 0 8 8 0 1 1 6 6 o x 1 1 6 6 0 炉膛高度 m m 4 0 8 0 04 2 0 0 04 2 5 0 04 2 5 0 04 0 0 0 0 切圆直径 m m 07 9 2 / 05 4 2 中7 9 0 / 巾4 1 0 中 7 3 60 7 3 6巾 8 6 4 燃烧器至 屏底距离 爪 m 1 31 41 3 燃烧器高度 mm7 5 1 08 8 7 0 6 8 3 5 炉膛面积 扩2 3 4 32 4 0 8 . 2 2 3 7 92 3 7 92 5 41 炉膛容积 m 34 0 7 44 2 3 14 2 5 04 2 3 84 0 0 4 容积热负荷k j / m . h 4 9 4 . 5 x 1 0 4 7 7 . 5 x 1 0 4 8 1 . 5 x 1 0 4 8 4 x 1 0 5 0 4 . 9 x 1 0 截面热负荷k j / m . h 1 5 . 6 x 1 0 1 5 . 1 x 1 0 1 5 . 8 x 1 0 01 5 . 8 x1 0 1 4 . 8 6 x 1 0 壁面热负荷 k j / n v . h 4 3 1 . 2 x 1 0 燃烧器区域 壁面热负荷 k j / m . h 3 . 7 7 x1 0 4 . 3 5 x 1 0 前屏面积 m 5 6 86 1 05 3 65 3 8 7 8 8 后屏面积 m z6 0 96 5 57 2 6 7 2 41 6 0 3 高温过热器面积 m 8 8 89 6 47 7 57 9 52 4 9 7 一级减温器流量t / h 3 0 . 0 63 1 . 3 4 2 4 . 0 5 二级减温器流量t / h 1 6 . 7 31 7 . 1 7 1 1 . 8 4 高温再热器面积 m 1 5 4 91 6 4 91 2 1 51 21 25 5 0 8 低温再热器面积 m 25 2 5 75 7 4 75 2 5 05 2 5 0 4 8 5 0 省煤器面积 m 22 2 0 48 4 4 2 6 2 03 4 8 23 4 0 2 ( 4 ) 燃烧调整不合理 在燃烧调整方面，如果燃烧器的风煤不均会助长结渣的发展;一、二次风速及 煤粉量不均也易使灰渣粘附在受热面上 ，同时也会造成炉内局部缺氧燃烧产生半还 原性气体而降低灰熔点;煤粉细度也是影响结渣的一个因素，煤粉细度值越大，越 不易结渣;氧量调整不合理， 太低也使得结渣变得容易。 该炉燃烧调整时， 未依靠二次风风速监测系统， 仅凭借挡板开度和氧量表数值， 采用小风门全开的配风方式，进行粗放式调整，致使同层二次风速有较大的差异 ， 他、0 3 , 0 4 角风速比其余风速小 3 4 m / s ;一次风则怡、0 4角风速较小，整体切圆中 j 自向右侧和后墙偏移。 配风不均， 使不同角和不同层一、二次风射流刚性偏差较大， 1 2 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 炉内气流紊乱。 ( 5 ) 炉内空气动力工况特性及其他 炉内空气动力工况特性，使得炉膛出口烟气存在残余旋转，造成烟气偏差，炉 内右侧出现局部热负荷较高现象 。 运行中不能保证吹灰器的正常、长期稳定工作，也是导致水冷壁渣量累计的原 因之一。另外，丰泰公司 1 机组给水温度自 机组投运以来一直没有达到设计值，在 额定负荷工况下， 给水温度只有 2 2 7 0 c ，较设计值 2 4 5 . 7 0c 偏低将近 1 8 0 c 。从而增 加 了锅炉受热面热负荷 ，也加剧 了炉膛结渣。 从上述分析的 1 炉结渣原因来看，其中影响最为 关键的就是炉膛几何尺寸设计 不当和燃烧器角度设计不合理，导致假想切圆直径偏大，造成火焰贴壁，加重了水 冷壁结渣。针对这种设计缺陷，丰泰公司为尽快保证， 1 机组的稳定运行 ，组织多方 技术力量，经过核算和各种试验， 在无法改变炉膛几何尺寸的条件下，对 1 炉燃烧 器进行了技术改造，并进行了改造后的论证 。详细的改造方案及各项试验将在下一 章论述 。 一一一一一-一一-.一一-一.一林一一一 1 3 华北电力人学 ( 北京)硕十论文 第三章内蒙古丰泰发电有限公司# 1 锅炉改造试验 3 . 1 丰泰公司tt 1 锅炉燃烧系统概况 丰泰公司 1 锅炉系哈尔滨锅炉厂生产的h g 6 7 0 / 1 3 . 7 - y m 1 3 型， 单汽包 自然循环、 一次中间再热、固态排渣、超高压四 角切圆 燃烧煤粉锅炉。 受热面设备布置整体呈 n型， 并通过顶部吊挂装置悬吊在锅炉顶板上 。 过热器系统依次布置了顶棚过热器、 包墙过热器、前屏、后屏过热器、对流过热器冷段和热段。 制粉系统为直吹式， 配 备5 台m p s - 1 7 0 型中速磨煤机。直流燃烧器，四角布置， 每角燃烧器由7 个二次风 喷口、5 个一次风喷 口及 2个油配风器组成 ，相间布置均等配风，气流形成逆时针 旋转的假想切圆。切圆直径为( 8 6 4 m m o 该锅炉与 c 1 4 5 / n 2 0 0 - 1 2 . 7 / 5 3 5 / 5 3 5型超高压一次中间再热单轴、三缸、二排 汽 、抽汽、凝汽式汽轮机，q f s n - 2 0 0 - 2型发电机配套，组成单元制机组。 ( 1 ) 锅炉设计及技术规范 锅炉技术规范: 额定蒸发量6 7 0 t / h 过热蒸汽出口 压力1 3 . 7 m p a 过 热蒸 汽出口 温度5 4 0 0c 再热蒸汽进 口流量5 8 0 . 8 1 t / h 再热蒸汽进口 压力2 . 6 m p a / 2 . 4 m p a 再热蒸汽进 口温度3 1 7 0c 再热蒸汽出口 压力2 . 4 m p a ( 2 4 . 5 k g / c m )表压 再热蒸汽出口 温度5 4 0 c 给水温度2 4 8 . 6 c 冷风温度3 0 0 c 一次风温3 3 5 0c 二次风温3 3 9 0c 排烟温度1 3 7 c 锅炉效率9 2 . 0 5 0% 炉膛结构设计及热力参数: 炉膛宽x 深1 1 . 6 x 1 1 . 6 m 炉膛容积热负荷5 0 4 . 9 x 1 0 k j / m . h 炉膛断面热负荷1 4 . 8 6 x i o fi k j / m z . h 炉内假想切圆直径(b 8 6 4 m m 1 4 华北电力大学 ( 北京)硕十论文 汽包中心标高5 1 2 0 0 m m 炉膛容积4 0 0 4 m 炉膛面积2 5 4 1 m ( 2 ) 燃料特性 设计煤种为 4 0 % 乌海大矿煤+ 6 0 % 准格尔小窑煤，属烟煤类，其燃料元素分析如 下 : 收到基碳份 c ( % ) 5 5 . 4 2 收到基氢份 h, ( % ) 3 . 2 3 收到基氧份 0, ( % ) 6 . 9 4 收到基氮份 n fl , ( % )08 收到基硫份 s ( % ) 0 . 6 2 收到基灰份 aa( %)2 3 . 3 1 收到基水份 m r ( %)9 . 6 8 收到基挥发份 v, ( % ) 3 3 . 4 -3 6 收到基低位发热量q - . ， 二 ( k j / k g ) 2 1 0 2 0 ( 3 ) 燃烧器布置方式 燃烧器采用四角切圆布置，燃烧器喷射方向的假想切圆直径为( 8 6 4 m m( 逆时 针方向旋转) 。 燃烧器采用大风箱结构， 每个燃烧器有 5 个一次风口， 7 个二次风口， 2个油配风，在一次风 口上还配有周界风。额定负荷时，一次风率为 2 2 % ，每个燃 烧器的一次风量平均分配，炉膛漏风率为 4 . 1 7 % ，二次风率为 7 3 . 8 3 % , 7 个二次风 口，从上至下每个二次风 口配风量分别占二次风总量的 1 6 . 3 6 % , 1 2 . 5 % , 6 . 2 5 % , 6 . 2 5 % , 1 2 . 5 % , 1 2 . 5 % , 1 8 % ，每层一次风周界风量 占二次风总量的 2 . 5 3 % ，一次风 谏设计值 为 2 8 m / s ，二次风速设计值为 4 8 m / s o燃烧器设计参数见表 3 - l a 表 3 - i 燃烧器设计参数 名称一次风二次风周界风冷却风 风率 ( %) 227 3 . 8 31 2 . 64 3 风速 ( m / s ) 2 84 8 4 89 .3 2 风温 ( ) 703 2 9 3 2 93 2 9 燃烧器二次风入 口处，设有 电动二次风门，可远方控制二次风门开度以调节燃 烧器各喷口的供风。 每只燃烧器上有二层供锅炉点火和启动用的带有平流式配风器的点火油燃烧 器， 燃油量按锅炉额定负荷的3 0 % 设计， 每只油喷嘴实际最大出力为1 9 1 5 公斤/ 时， 进油压力为 2 . 9 4 m p a ,锅炉正常运行时，油燃烧器处于备用状态，用热风进行冷却 ， 一 - 一分一. -.-一- 一一一-一. 一一一- - 一 1 5 华北电力大学 ( 北京)硕士论文 保护，冷却风速为 9 . 3 m / s ,油燃烧器中配备高能点火器。 点火采用两级程控点火系统，即高能点火枪点燃油枪，油枪再点燃煤粉。点火 装置由点火枪、油枪和相应的气动机构组成。采用简单机械雾化式油枪。正常运行 时，点火枪和油枪均退出工作位置约 3 0 0 -3 5 0 m 。左右，并停留在二次风道内受冷 却风的保护。 燃烧器采用大风箱结构，风箱内用隔板分成 1 4 个风室。二次风室装有导流板， 二次 风喷口 装有均风导向隔板，防止二次风偏斜，并防止喷口 受热后的变形。 为保证燃烧器的密封性能，该燃烧器的风箱和密封壳体，采用密封焊接连接。 密封壳体侧板上装有膨胀节，以消除其内 应力。整个燃烧器和水冷壁固定连接， 并 随水冷壁向下膨胀。燃烧器采用恒力弹簧吊架， 燃烧