第4章 燃烧设备及运行-1.ppt

第四章燃烧设备及运行 重要性燃烧系统对火力发电机组安全经济运行的影响1 安全四管爆漏灭火2 经济事故的影响 燃烧效率少油 无油3 污染火电的缺点烟尘SOxNOxCO2运行人员的操作水平 上述三大目标 掌握直流燃烧器结构布置及运行特性四角切圆燃烧方式的特点及火焰偏斜稳燃技术水冷壁结渣 高温腐蚀的问题低NOx燃烧技术 本章重点 第一节直流燃烧器 一般是矩形 也可以是圆形四角切圆燃烧技术 ABB CE公司 空气动力学特性 刚性 卷吸能力强 配风方式 一 二次风动量矩比 喷口高宽比 风速大小 角度 一 射流的动力学特性 1 卷吸与扩散 由射流边界卷吸周围烟气 发生热量 质量交换 最终射流横截面扩大 速度降低 煤粉气流卷吸 P71 的高温烟气是着火热量的主要来源 70 90 另10 30 来源于炉膛四壁及高温火焰的辐射 增加边界面可以加强卷吸作用增加宽高比 面积未变 周长变大 2 射程 轴向速度降到初速的0 05倍时 穿透能力射程太大 使邻角射流发生偏斜射程太小 对邻角射流的加热作用差 影响射程大小的因素 1 喷口面积一定 速度越高越远2 速度一定 喷口越大 射程越大 二 四角布置切圆燃烧的主要特点 每一层的四个角喷口中心线相切于一个或两个假想切圆 直径800mm左右 1 上游邻角气流的加热作用 自点燃 加之本身卷吸 着火条件优越 着火稳定性好向火侧背火侧2 在整个炉内形成强烈的旋转 扰动混合好 利于燃烧及燃尽3 强烈的湍流扩散和良好的炉内空气动力结构 烟气在炉内充满程度好 炉内热负荷分布均匀 整个炉内形成一个强烈的旋转 4 负荷的调节灵活 对煤种的适应性强 控制和调节的手段也较多5 炉膛结构简单 便于大容量锅炉的布置6 采用摆动式燃烧器时 可通过上下摆动调节汽温7 便于实现分段送风 组织分级燃烧 从而抑制NOx生成第一阶段低过量空气系数 还原性气氛 抑制NOx生成第二阶段高过量空气系数 保证燃烧的完全燃尽8 炉膛出口处的残余旋转 烟温左右偏差9 如何确保四个角的风粉均匀性也是一个重要问题若管长不同 可用节流孔板来调 或在线监测风粉流量 三 直流燃烧器的配风方式 均等 分级 1 均等配风 参考图5 1 为何燃烧器分上下两组 在高度方向的配风方案 提高燃烧效率降低污染物NOx 一 二次风相邻 易于较早的混合 适应煤种 烟煤 褐煤 CE公司则更广 Vdaf 13 1 上下相隔布置 最上层二次风 给未燃尽的煤粉供氧最下层二次风 把粗煤粉浮托起来 2 侧二次风 一次风 向火侧卷吸高温烟气邻角气流的加热炉中间的热辐射二次风 背火侧防止火炬刷墙氧化性气氛防止结渣 高温腐蚀 2 分级配风 二次风分段 分级送入 布置于上方 一次风集中布置 燃烧放热集中 利于着火燃烧 高煤粉浓度 着火热小一 二次风离得远 混合晚由上可知 适用于无烟煤 贫煤 劣质烟煤问题 着火区供氧不足 烧喷口 周界风不多见 W形炉 四 一次风煤粉气流的偏斜 一次风射流贴附或冲击炉墙 是水冷壁结渣的主要原因 火焰贴墙 影响一次风射流偏斜的主要因素 1 邻角气流的横向推力由炉内的整体旋转强度决定的 旋转强 推力大炉内气流的旋转强度主要由二次风的动量矩决定二次风的动量 矩 太大 旋转强度太大 横向推力太大旋转太强 炉膛出口残余旋转 出口烟温左右偏差增加一次风动量 减小二次风动量即增加一二次风的动量比 可以减轻偏斜 但一次风的流速受制约一次风 扁口 增加刚性 2 四角布风不均 某个角速度太小 则刚性不足 易被吹斜太大 吹下游邻角发生四角不均时 实际切圆会偏心 3 假想切圆直径 直接影响实际切圆直径 数倍于假想直径 的大小太大 水冷壁结渣 烧喷口 残余旋转 过热器结渣太小 动力场不稳定 充满度不好 自点燃作用减弱 燃烧不稳定 着火推迟 炉出口烟温升高 综合考虑 充满度 着火条件 结渣 残余旋转 一二次风可采取不同的切圆大小 或不同旋转方向 小切圆一次风反切 二次风反切 对冲 消旋风 区别水冷壁区域的结渣现象 局部四周都有 思考 4 补气条件 向火侧与背火侧的补气条件不同 静压差 偏斜 大容量锅炉可将每个角燃烧器分为上下2 3组 两组之间的间距相当于压力平衡孔 炉膛横截面的形状 矩形或正方形 也会影响补气条件 要求炉膛的设计尽可能接近正方形 一 二风喷口间距不能太小 见图5 1 5 燃烧器的结构特性高宽比不能太大瘦高形的刚性差矮胖形的刚性强 一个工程实例 丰泰发电厂670t h 1 过热器超温对流过热器前左右两侧烟温偏差大 达到200 260 2 排烟温度低3 多次结渣 导致落焦故障DT 1500 存在的问题 原因分析 热力计算冷态试验 火花拍摄数值模拟 采取方法 拟采取的措施 小切圆同心反切消旋风 上二次风反切 炉后屏出口截面温度分布 五 一次风与二次风 切圆燃烧方式的主要热力参数 1 一次风层数 300MW 5 7层 利港6 随着锅炉容量增大 若只增大单个一次风喷口的热负荷 会导致结渣 NOx增加 2 一次风率 决定于煤种的Vdaf值 和着火条件 制粉系统情况 3 一次风速 一次风速过高 燃烧不稳 甚至灭火 火焰的传播速度 对面墙结渣一次风速过低 刚性 扰动 卷吸 回火 堵管 浓度不均石洞口二厂曾出现一次风不足 烧喷口 出力受限一次风速取决于着火性能 直吹式 乏气送粉取下限 热风送粉取上限 4 一次风温 与煤种有关 风温高 优 易着火 燃烧稳定 无烟煤 近300度利港77度缺 制粉系统的安全性 5 二次风量及二次风速二次风穿透火焰的能力 着火后的稳定性燃尽喷口面积不变 风速由风量决定 二次风的配风方式 二次风的配风方式 在炉膛高度方向各层二次风风量的配置 正塔型 适合烟煤的燃烧对粗煤粉的浮托能力 减少灰渣含碳量燃用烟煤时 较倒塔型炉膛出口烟温低 倒塔型 适用于无烟煤 贫煤 着火稳定 燃烧效率高 缩腰型 改善由于气流偏斜导致的结渣问题停用中部二次风 相当于开了一个大的平衡孔 总之 可以通过各层二次风的风量配置 实现 燃烧的优化 6 二次风温风温高 利于燃烧 但受空预器传热面积的限制故 煤质差时 设计较高的热风温度 六 三次风 周界风 夹心风 1 三次风 中储式制粉系统 热风送粉乏气直接送入炉内10 的细煤粉特点 风温低 水分大 煤粉细 风速大 不利影响 降低火焰温度 燃烧不稳炉膛出口烟温升高 过热 再热汽温升高加大残余旋转飞灰可燃物增加影响空气动力场 火焰贴墙合理布置 向下压火 下倾角上下两段 2 周界风 冷却作用 防止烧喷口停运时冷却风当煤质 负荷变化时 可通过调节它来改变着火距离当燃用高挥发分煤时 可及时补氧 强化后期着火加强卷吸 加强湍流脉动改善着火条件增加刚性 防止刷墙当燃用劣质煤时 1 阻止煤粉与高温空气的接触 2 与一次风混合过早 对着火不利所以 周界风一般只用于烟煤型燃烧器 煤质差时 减少周界风量 周界风量占二次风总量的10 或稍多风速45 60m s风层厚度15 25mm 补充中心的氧气 燃尽加强 炉温升高刚度 气流内部扰动变煤种 变负荷时的调节手段 周界风 夹心风 使用不当会产生不利影响 不对称型 靠近背火侧 避免与向火侧一次风的过早混合增加背火侧的刚性 防止贴墙 3 夹心风 风量不宜大于二次风总量的10 15 风速高于50m s 七 摆动式燃烧器各喷口同步上 下摆动20 30度 改变火焰中心位置 调节再热汽温大容量锅炉常用 角度 20 30度 汽温辐度40 50度 控制炉膛出口烟温 避免结渣或者 一次风固定 二 三次风摆动 适应煤质的变化 调节混合的早晚容易被烧变形 而不能摆动不适用于难着火的煤 上摆时 自点燃作用减弱 燃烧器上摆时 残余旋转减小长期下摆时 冷灰斗易结渣 八 大容量锅炉的典型燃烧器结构 九 切圆燃烧方式的燃烧器的布置方式 正四角与补气条件大切角与切角形水冷壁大小切圆 或反切 矩形 减小椭圆度两角对冲 减弱旋转 不偏斜 充满度 热负荷均匀 几种典型的切圆方式 1 二次风反切 一次风被二次风包裹 风包火 还可以实现水平方向的分级送风 低NOx消弱残余旋转 部分二次风反切 容易造成主燃区旋转过弱 影响着火 2 二次风外切 风包火 增加实际切圆直径对着火有利易结渣残余旋转加大 偏转二次风 2 一次风反切 部分一次风反切 1 一次风实际切圆直径降低 对着火不利2 一次会发生偏转 在偏转处惯性分离 煤粉浓度高 易着火3 风包火一次风实际的切圆直径会变小 有利于防止水冷壁结焦及高温腐蚀4 一二次风的混合推迟5 实现水平方向分级供风 有利于降NOx对着火是否有利 关键在于合适的反切角度及动量 图 十 四角切圆锅炉的残余旋转从上往下看 气流逆时针旋转时 炉膛出口处存在烟温和烟速的左右偏差 烟温高 烟速高 一般偏差可达100度 利港燃烧器布置 349193302731135292432735125459 六层一次风喷口 WR燃烧器三层油喷口 冷却风CCOFA端部风 端部风火下风冷却风 CFS辅助风CFS CFS油风室CFS 燃料风 ConcentricFiringSystemCFS CCOFA与大风箱连在一起SOFA与大风箱分开 8300 20312 55 349193302731135292432735125459 SOFA459104409942288 71850 50 30 50645 具有V形扩流锥的WR燃烧器 CE公司 1 上部煤粉浓度高 利于着火 还可降低NOx生成2 扩流锥形成回流区 回流高温烟气3 可以降低不投油稳燃负荷 WR燃烧器 主要目的是稳定燃烧 锅炉在燃用设计煤种或校核煤种时 能满足负荷在不大于锅炉的30 B MCR时 不投油长期安全稳定运行 并在最低稳燃负荷及以上范围内满足自动化投入率100 的要求 锅炉的最低稳燃负荷应经过至少四小时的验收试验 WR燃烧器是Widerangetip燃烧器的简称 它是美国CE公司于70年代后期研制出来的 经不断改进 锅炉不投油助燃的最低负荷可达到额定负荷的20 当然 这与煤质有关 随着煤质变差最低负荷也会相应提高 WR燃烧器的喷口可以做成整体摆动的形式 也可以做成上 下分别摆动的两部分 扩流锥的尺寸如图 锥角2 20 25 挥发分低的煤种取上限 相对高度h b 2 由于扩流锥受到煤粉的冲刷磨蚀和炉内高温辐射的作用 应该采用耐高温氧化的金属材料或陶瓷制造 一次风喷嘴是一个锥形的气流加速管 喉部截面积与进口截面积之比A0 A1 0 95 出口面积与进口面积之比A A1 1 3 采用渐缩管段是使煤粉气流加速 防止煤粉在水平管中沉积 让煤粉颗粒向中间集中 提高扩流锥后回流区边缘的煤粉浓度 有利于煤粉着火 扩大出口截面的目的是降低一次风速 使着火较为稳定 喷嘴端板向外扩张角 30 60 低挥发分煤种取上限 图2 1d 这是为了推迟周界风与煤扮气流的混合 有利于贫煤和无烟煤的稳定燃烧 这种燃烧器由于改善了着火条件 故可提高锅炉的燃烧效率 与普通的直流燃烧器相比 当过量空气系数为1 15 1 40时 锅炉在最大负荷下的燃烧效率可提高约1 当过量空气系数降到1 10以下时 普通直流燃烧器的燃烧效率降低较多 而WR燃烧器的燃烧效率几乎不发生变化 锅炉负荷降到50 额定负荷时 WR燃烧器的燃烧效率要比普通直流煤粉燃烧器高5 左右 利港燃烧器相关的技术参数 切圆布置直流燃烧器喷嘴的使用寿命不低于60000小时 一次风喷口宜采用防止烧坏和磨损的新型合金材料制造 燃烧器的结构应考虑当检修时能够从外部进行拆装的条件 利港燃烧器的设计要求 四角切向布置的摆动燃烧器 在热态运行中一 二次风应均可上下摆动 摆动角度能达到设计值一次风喷嘴摆动角度上下摆动20度 二次风喷嘴摆动角度上下摆动30度 喷口的摆动由能反馈电信号 4 20mA 的执行机构来实现 执行机构应有足够的力矩 能使燃烧器摆动灵活 四角同步 燃烧器上设有摆动角度指示标志 所选用执行机构的制造厂家应征得买方的认可 SOFA喷嘴可水平摆动15度 燃烧器四角处水冷壁鳍片的连接有防止因热负荷及管子长度不同而拉裂水冷壁管的措施 燃烧器的布置 设计应通过模化试验来确定 且尽可能采用对称燃烧 炉膛空气动力场良好 炉膛出口温度场均匀 受热面不产生高温腐蚀 不允许有火焰直接冲刷水冷壁和明显结焦现象 不允许燃烧器出口及附近水冷壁有结焦现象 以保证锅炉安全经济运行 燃烧器的设计 布置考虑降低燃烧产物中NOx的措施和实现不投油稳燃最低负荷的措施炉膛出口NOx排放浓度不超过400mg Nm3 O2 6 干基 锅炉不投油最低稳燃负荷不大于30 B MCR 燃烧器的二次风挡板应关闭严密 每个风门能实现自动调节 油燃烧器的总输入热量暂按30 B MCR计算 点火系统应能满足程序控制点火方式为高能电火花点燃轻油 然后点燃煤粉 油枪采用内混式空气雾化方式喷嘴应保证燃油雾化良好 避免油滴落入炉底或带入尾部烟道油喷嘴的材质应具有良好的耐高温和耐腐蚀性能 油枪出力应能满足锅炉快速启动曲线的参数要求 石洞口二厂1900t h超临界锅炉燃烧器特点 三组独立结构 上中下三组 每组二个煤粉喷口 三个二次风 辅助风 喷口 一 二次风相间布置 在中间二次风喷口中配有重油枪和相应的轻油点火器WR燃烧器三组结构偏转二次风燃料风 一次风切圆与偏转二次风 假想切圆直径 1548 45 mm 1744 36 mm辅助风正偏转22 时 10131 45 mm 10290 36 mm 燃用煤种的灰熔点比较低 在燃烧器设计布置中应充分考虑如何防止或减轻水冷壁结渣及炉膛出口受热面的结渣问题 1 适应燃用低灰熔点煤的要求 1 燃烧器分组 使燃烧器高宽比减小 以减轻一次风煤粉气流的偏斜 防止或减轻水冷壁的结渣 挥发分含量较大 着火不是主要矛盾高宽比 H B约等于5 刚度分组 组间距1 5m 压力均衡 补气条件 2 辅助风 二次风 射流相对于一次风煤粉射流 向水冷壁侧偏离22 风包火 向火侧一次风近壁区氧化性气氛 3 应尽可能设计正方形使射流两侧的补气条件相接近 炉膛宽深比1 135 属于较小值 炉膛宽 深 18816mm 16576mm 4 燃烧器区域壁面热负荷采用较小的数值 在BMCR时 燃烧器区域壁面热负荷值1 1 103kW m2比较小 沿炉膛高度方向的热负荷比较小 燃烧器高度较大 近15m 5 尽量使同一层的四角一次风煤粉喷口的气流均匀 大致保持相同的动量比 避免由于四角动量不等 而使火焰偏斜 太弱 太强 六台HP磨煤机 一台磨煤机接同一层四角燃烧器喷嘴 在煤粉管道布置上 每台磨煤机的引出一次风管长度差异较大 因此设置节流孔板减少管内的流量偏差是重要的均流措施 由阻力计算来确定 在直吹式系统中 管内介质流速一般取27m s 以其中一根最长 或阻力最大 的节流阻力为零作为其余三根管道阻力计算的基准 换言之该节流孔板孔径取用管子内径 其余管子装置节流孔板 节流孔板处速度不应超过34m s 否则该管节流孔板应再增设一块 节流孔板的数量 孔径的选取 对于四角切圆燃烧来说 四角一次风煤粉喷口的动量比的大小对水冷壁结渣有很大影响 一般要进行冷态调平试验 使之在热态运行时 四角的一次风口的煤粉气流尽量均匀 当然 在运行时也应注意这个问题 要进行细致的调整 才能得到较好的效果 在调整一次风煤粉喷口的同时 也应对各燃烧器风箱的风量分配用的挡板开度进行调整 使达到同一层的各燃烧器的风压风量要大致相等 运行中风量的调整与四角不均 l 采用WR燃烧器固定分叉式煤粉喷嘴 它可在燃用设计 校核煤种 以及两合磨煤机运行的条件下 锅炉负荷低至30 MCR不投油能保持稳定燃烧浓淡分离不规则V形钝体 回流区 2 低负荷着火稳定性 2 在一次风煤粉喷嘴的周围设置燃料风 燃烧器对煤种适用范围扩大在燃用挥发分较高 易着火的煤种时 它可以起推迟着火 悬托煤粉的作用 补充前期着火所需氧气量 其燃料风量可以大些当然用挥发分低或不易着火的煤种时 可以适当减少燃料风量 使其着火点提前 高速燃料风气流 一般燃料风速约35m s左右 能增强一次风煤粉气流的刚性高速的燃料风 还可增强卷吸高温烟气的能力 这对着火较困难的煤种 贫煤 劣质烟煤 是极为有利燃料风还可以冷却保护一次风煤粉喷嘴 特别对直吹式制粉系 当喷嘴中停送煤粉时 停用磨煤机 则用燃料风5 风量 来冷却一吹风煤粉喷嘴 燃料风的其它作用 一次风煤粉喷口和辅助风喷口可上下同步摆动 上下摆动 30 通过机械传动在气动执行器驱动下 根据再热汽温调节需要可作摆动向上摆动的限幅角度是炉膛出口受热面不结渣为前提向下摆的限幅角度以保证冷灰斗不冲火焰 不结渣为前提 3 摆动式燃烧器作为再热汽温调温手段 角度调节范围同再热汽温变化有一定关系 通试验来确定 各层燃烧器可以有不同的倾角 但同一层的4只燃烧器的倾角应相同 摆动式燃烧器对再热汽温的调节特性曲线 a 向上摆动 b 向下摆动 每个外部调节机构均配有 当摆动机构卡涩时 切断销断裂 以保证不断裂内部零件 且便于检修拆换 当切断销切断后 自锁装置将喷口就地锁紧 防止喷口下倾 影响正常运行 切断销 安全销 和自锁装置 摆动式燃烧器在使用过程中应注意以下几点 运行人员应经常监视燃烧器的运行情况 应保持燃烧设备在安全状态摆动机构的切断销在运行过