双调风旋流燃烧器W火焰锅炉燃烧特性研究

1、双调风旋流燃烧器W火焰锅炉燃烧特性试验研究石 践（贵州电力试验研究院，贵州 贵阳 550002）摘 要：通过燃烧调整对某厂双调风旋流燃烧器W火焰锅炉的燃烧特性进行研究，找到了影响锅炉稳燃和燃尽的关键因素，大幅度提高了的锅炉效率。关键词：双调风旋流燃烧器；W型火焰锅炉；燃烧特性；锅炉效率1 引言我国是世界上少数无烟煤储量丰富的国家之一，在我国煤炭储量中无烟煤占相当大的比例（约占19）1-3。由于具有稳燃能力强，煤种适应性广，调峰范围宽等优点，我国燃用低挥发分无烟煤的主力炉型是W型火焰锅炉1-4，目前投运及在建的W型火焰锅炉逾百台，美国巴布科克威尔科克斯公司（B&W）技术的W型火焰锅炉是其

2、中的三种主要技术类型之一。某厂2号锅炉为北京巴威公司按照美国B&W公司技术生产的双调风旋流燃烧器W火焰锅炉，自投入运行以来，一直存在燃烧经济性差、锅炉效率低的问题，本文通过现场燃烧调整对锅炉燃烧特性进行研究，找到了影响锅炉稳燃和燃尽的关键因素，大幅度提高了锅炉效率。2研究对象本文的研究对象是北京巴威公司引进美国B&W公司技术制造生产的B&WB-1025/17.4-M型W火焰锅炉（图1）。图1 B&W技术W火焰锅炉燃烧系统锅炉采用双进双出直吹式制粉系统，磨煤机与燃烧器的对应关系见图2。锅炉设计燃用Vdaf为7.99%的无烟煤，收到基低位发热量22.816 MJ/k

3、g，收到基灰分24.64%。后 墙B3B4A1A2D2D1C3C4C2C1D4D3A3A4B1B2前 墙12121212磨A磨B磨C磨D34343434图2 磨煤机与燃烧器的对应关系锅炉配备16只B&W专门用于燃用低挥发份燃料的浓缩型EI-XCL双调风旋流燃烧器。燃烧器设计参数见表1。表1 燃烧器设计参数项目单位数值一次风温120二次风温349一次风速m/s21.9二次风速（内环）m/s20.7二次风速（外环）m/s38.8乏气风速m/s22.9分级风速m/s37.7一次风率（喷口处）%8.82煤粉细度%6燃烧器结构示意图见图3。一次风煤粉气流在经过燃烧器弯头前，先通过一段偏心异径管加

4、速，大多数煤粉由于离心力作用沿弯头外侧内壁流动，在气流进入一次风浓缩装置之后，使50%一次风和10%15%煤粉分离出来，经过乏气管垂直向下引到乏气喷口直接喷入炉膛燃烧。燃烧器配有双层强化着火的轴向调风机构，从风箱来的二次风分两股分别进入内层和外层调风器（锅炉厂设计认为内层二次风产生的旋转气流可以卷吸高温烟气引燃煤粉，外层二次风用来补充煤粉进一步燃烧所需的空气），内、外二次风设有手动轴向可调叶片，用以改变内、外二次风的旋流强度，内、外二次风的分配比例则通过手动调节调风盘进行；而进入燃烧器的二次总风量由调风套筒调节。此外每个燃烧器下部有4个259×5分级风管将分级风从风箱底部以45

5、76;（电厂已将其改为25°）倾角送入炉膛，形成分级燃烧。图3 浓缩型EI-XCL双调风旋流燃烧器3热态燃烧调整与特性分析共进行了12个工况的热态燃烧调整试验，各工况燃烧器设置和主要试验结果见表2（调整前工况燃烧器挡板设置比较混乱，开度平均值和工况1大致相当，飞灰含碳量在10%以上，锅炉效率为87.27%）。其中内外二次风叶片角度是指旋流叶片与风管切向的夹角（即角度越大旋流强度越小）；而调风盘开度范围为0-200mm，200mm时内二次比例最小。表2 各工况燃烧器设置和主要试验结果工况内二次风叶片角度（度）外二次风叶片角度（度）调风盘开度(mm)收到基低位发热量（kJ/kg）干燥无灰

6、基挥发分（%）飞灰含碳量（%）炉渣含碳量（%）锅炉效率（%）T140651502021011.909.589.0687.65T230651501872012.589.7515.6585.52T350651502033011.359.2416.5386.84T440651801917013.117.4914.5387.45T540注11801998010.98.3914.5387.76T640注21802021013.185.745.0689.71T740651801971012.57.248.7688.51T830注31802039012.876.594.7489.38T950注3180186

7、9013.387.997.7487.6T1040注32002189013.825.956.3290.62T1130注32002011012.46.178.4789.59T1220注32001802014.66.57.588.15注1：前墙中间4个燃烧器55度，其余45度；后墙65度注2：前墙55度；后墙65度注3：前墙左侧65度，右侧55度；后墙65度3.1 内外二次风风量比例的影响通过试验发现，内外二次风风量的比例对锅炉燃烧有重要影响。根据表2试验结果，通过线性回归分析的方法对锅炉效率和飞灰含碳量与调风盘开度的关系进行了分析，结果见图4。图4 锅炉效率和飞灰含碳量与调风盘开度的关系由图4可见

8、，随着内二次风比例的减小，飞灰含碳量呈显著直线下降趋势（相关性系数R2 = 0.7826，呈很强强相关性）、锅炉效率呈显著直线上升趋势（相关性系数R2 = 0.544，呈强相关性）。调风盘开度由150mm调到200mm时，飞灰含碳量下降约3.5个百分点、锅炉效率平均提高约2.8个百分点。3.2内二次风叶片角度的影响采用同样的方法对锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风旋流叶片角度的关系进行分析的结果见图5。图5锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风叶片角度的关系由图5可见，试验数据的离散性较大、相关性不强（相关性系R2仅0.1左右），说明内二次风风叶片角度的变化对锅炉效率和飞灰含碳量的影响不明显，受其它其它干

9、扰因素的影响较大。但通过回归分析得出的趋势线仍可看出，内二次风旋流叶片角度大约在30度时锅炉效率最高，但飞灰含碳量趋势线较平缓，特别是30度以下变化趋势不明显。为了尽量排除其它干扰因素的影响（煤质变化带来的干扰仍无法避免），特地分别对调风盘150mm和200mm（外二次风叶片调整方式不变）时锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风风叶片角度时的关系进行了分析，详见图6和图7。图6 调风盘开度200mm时锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风叶片角度的关系图7 调风盘开度150mm时锅炉效率和飞灰含碳量与内二次风叶片角度的关系图6和图7中，飞灰含碳量变化很小，但受煤质变化的影响，锅炉效率变化较大。图7中，虽然在由

10、于内二次风风叶片角度50度时飞灰含碳量最低，但此时炉渣含碳量较高，因而锅炉效率较低。由图6和图7可见，锅炉效率大约在内二次风风叶片角度40度时达到最大值、但内二次风风叶片角度越大飞灰含碳量越低。3.3外二次风叶片角度的影响煤粉燃尽需要的空气主要由外二次风提供，外二次风的旋流强度（由外二次风旋流叶片角度控制）对煤粉火焰的行程、稳燃和燃尽都有重要影响，特别是在内二次风量较小时更是如此。随着内二次风量的减小，虽然着火情况明显改善，但火焰的下冲行程也明显减弱，此时就需要减小外二次风的旋流强度来增强煤粉火焰的下冲能力。根据经验和数值模拟计算，在内二次风量较小时，外二次风旋流叶片角度在65度左右比较合适（

11、在70度时对稳燃影响较大），因此热态燃烧调整时也是在此基础上进行的。并且为了避免其它因素的干扰，在进行外二次风旋流叶片角度调整时，调风盘都保持在180mm，内二次风旋流叶片角度基本都保持在40度。因为所有外二次风旋流叶片角度在65度时，从下炉膛温度测试情况看，后墙燃烧明显好于前墙，因此主要根据下炉膛温度分布情况对前墙二次风旋流叶片角度进行了调整，而后墙外二次风旋流叶片角度一直保持在65度（炉膛温度变化情况见图8）。图8 外二次风旋流叶片角度调整对下炉膛温度分布的影响关于图8的说明：（1）各工况前墙外二次风旋流叶片调整方式见表2。（2）图中每个工况下炉膛温度数据为下炉膛看火孔测试而得，从下至上分

12、别为第一、二、三层看火孔数据（看火孔具体位置详见图1）。由图8可见，在前墙外二次风旋流叶片角度全部为65度时前后墙温度偏差很大，前墙温度很低，由表2可知，此时锅炉效率也较低。在前墙外二次风旋流叶片角度采用中间大两边小的方式（工况5）进行调整时，虽然前墙炉膛温度明显改善但锅炉效率确基本没有提高，飞灰含碳量反而有所升高，说明这种方式并不成功，可能和火焰下冲能力降低较多有关（模拟计算发现，就算旋流强度一样，边上燃烧器火焰下冲能力都明显比中间燃烧器弱）。当前墙外二次风旋流叶片角度全部为55度（T6）和采用左侧角度大右侧角度小的方式进行调整（T8）时，下炉膛温度分别进一步改善，并且锅炉效率都比较高。对锅

13、炉效率和飞灰含碳量与前墙外二次风旋流叶片角度平均值的关系进行线性回归分析的结果见图9。说明1：中间4个燃烧器55度，其余45度，平均50度说明2：左侧65度，右侧55度，平均60度图9锅炉效率和飞灰含碳量与前墙外二次风叶片角度的关系由于图9中包含了所有调风盘180mm时（T4-T9）的试验数据，而T9工况由于燃煤发热量明显偏低，对分析结果造成一定干扰，因此图9中飞灰含碳量和锅炉效率对于前墙外二次风旋流叶片角度平均值的相关性不是很高（相关性系数R2分别为0.403和0.3213），但在排除工况9数据后则表现出很强的相关性（如图10所示），飞灰含碳量和锅炉效率对于前墙外二次风旋流叶片角度平均值的相

14、关性系数R2分别达到0.8239和0.8354。图10排除煤质影响后锅炉效率和飞灰含碳量与前墙外二次风叶片角度的关系由图9和图10可见，前墙外二次风叶片角度平均值大概在55-60度之间时飞灰含碳量最低、锅炉效率最高。3.4 煤质的影响在燃烧调整试验过程中，煤质的变化较大，对试验结果造成了较大影响，甚至有时影响试验的正常进行。而该型双调风旋流燃烧器W火焰锅炉也表现出对煤质变化较高的敏感性。煤质变化主要表现在发热量和挥发分两个方面，其中发热量的变化更为明显。在完成测试的12个工况的调整试验中，收到基低位发热量的变化在18000-22000kJ/kg之间，干燥无灰基挥发分的变化在10.9%-14.6

15、%之间。为了解煤质变化对锅炉燃烧的影响程度，特利用线性回归分析的方法对试验数据进行了分析。分析结果见图11和图12。其中图11为收到基低位发热量对锅炉效率和飞灰含碳量的影响，图12为干燥无灰基挥发分对锅炉效率和飞灰含碳量的影响。图11 收到基低位发热量对锅炉效率和飞灰含碳量的影响图12 干燥无灰基挥发分对锅炉效率和飞灰含碳量的影响总体上看，发热量的影响要大与挥发分的影响。其中发热量变化对锅炉效率的影响较为显著（相关性系数R2达到0.4428），随着燃煤发热量的降低（灰分升高）锅炉效率呈明显下降趋势，而发热量变化对飞灰含碳量的影响规律性不强（相关性系数R2仅为0.1596），随着燃煤发热量的升高

16、，飞灰含碳量大致呈下降趋势。相比较而言，挥发分对飞灰含碳量的影响较为明显（相关性系数R2达到0.3642），而对锅炉效率影响则不明显（相关性系数R2仅为0.1349），随着挥发分的升高，锅炉效率随之提高而飞灰含碳量也大致呈下降趋势。4 结论综上所述，通过燃烧调整大幅度提高了双调风旋流燃烧器W火焰锅炉的效率（锅炉效率提高3个百分点左右），并且通过对试验结果的分析和研究得到如下结论：（1）内二次风量的大小对锅炉燃烧有显著影响，较小的内二次风量对锅炉稳燃和燃尽都十分有利，但同时需要较小的外二次风旋流强度来保证煤粉的燃尽。（2）在较小的内二次风量下，内二次风旋流强度对锅炉燃烧影响不大，锅炉效率和飞灰含

17、碳量测试结果与内二次风旋流叶片角度的相关性不强，但仍可大致看出，内二次风旋流叶片角度控制40度左右比较合适。（3）外二次风旋流强度的大小对锅炉稳燃和燃尽都有重要影响。外二次风旋流叶片角度控制在55-65度之间比较合适，角度过小（旋流强度大）对燃尽不利，而角度过大则对稳燃不利。在实际的燃烧调整工作中，还需要根据炉膛温度分布情况对各燃烧器外二次风旋流叶片角度进行细调，一般炉膛温度较低的一侧外二次风旋流叶片角度应小一些。此外，考虑到炉膛两侧靠边上的燃烧器下冲能力相对较弱同时稳燃条件也较差，因此外二次风旋流叶片角度的调整不宜采用中部燃烧器角度大、边上燃烧器角度小的方式。角度均等或边上燃烧器角度略大的调

18、整方式效果会比较好。（4）锅炉燃烧对煤质变化比较敏感，特别是燃煤收到基低位发热量降到18000kJ/kg以下时锅炉燃烧显著恶化。在燃煤收到基低位发热量18000kJ/kg以上时，燃煤发热量的变化对锅炉效率影响较显著，但对飞灰含碳量影响不明显；而燃煤干燥无灰基挥发分对飞灰含碳量地影响较明显，但对锅炉效率的影响不明显。参考文献1 任枫，FW型W火焰锅炉高效低NOx燃烧技术研究D. 博士学位论文，哈尔滨工业大学，2010.2 许传凯. 低挥发分煤的燃烧与“W”型火焰锅炉若干问题研究J. 中国电力. 2004, (7): 37-403 毕玉森, 陈国辉. 低挥发分煤种与W型火焰锅炉J. 热力发电. 2

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