探討同心反切燃燒技術用於劣質無煙煤燃燒

  • 探討同心反切燃燒技術用於劣質無煙煤燃燒
   時間:2014-03-11 13:48:42
探討同心反切燃燒技術用於劣質無煙煤燃燒簡介
    梅縣發電廠B廠兩台125 MW機組配用上海鍋爐廠生產的SG-420/13.7-M419型鍋爐,在實際生產運行中,採用了同心反切燃燒技術(CFS-Ⅱ)。設……
探討同心反切燃燒技術用於劣質無煙煤燃燒正文
  梅縣發電廠B廠兩台125 MW機組配用上海鍋爐廠生產的SG-420/13.7-M419型鍋爐,在實際生產運行中,採用了同心反切燃燒技術(CFS-Ⅱ)。設計這種燃燒方式時,燃料風(一次風、油槍風、三次風)射流以與前後牆40°夾角逆時針進入爐膛,而爐膛下部二次風射流則沿著與燃料風射流相反的方向(偏轉25°)進入爐膛,以此構成順時針切向燃燒,稱為啟轉二次風。同時為了減少鍋爐爐膛出口及水平煙道左右側煙溫差,除了燃料風與啟轉二次風的布置方向相反外,還在三次風上方布置了與啟轉二次風方向相反的偏轉二次風噴嘴,稱為消旋二次風,與啟轉二次風夾角為50°。

 


四個角的燃燒器可以同步上下擺動,燃料為劣質無煙煤(煤質主要參數見表1),噴燃器的布置從上到下依次為:消旋二次風、三次風、油二次風、上層一次風、啟轉二次風、中層一次風、下層一次風、啟轉二次風、油二次風。其中,下層一次風和中層一次風集中布置,且上層一次風與三次風下傾5°,一次風噴嘴均採用了從CE公司引進並經改造的濃淡燃燒器。同時為了冷卻噴燃器,一次風、三次風口均設計了周界風。燃燒器主要設計參數見表2。

表1 煤質主要參數

w(CY)/% w(AY)/% w(Wr)/% w(Vr)/% 58.6 28.3 0.83 6.83 w(Qydw)/(kJ.kg-1) t1/℃ t2/℃ t3/℃ 19887 >1350 >1380 >1420


表2 燃燒器主要設計參數

名 稱 風率/% 風速/(m.s-1) 風溫/℃ 一次風
二次風
三次風 15.0
61.5
19.5 29
47
49 255
392
 80

1 同心反切燃燒技術的特點
在四角切向燃燒的鍋爐中,爐內氣流的假想切圓直徑是一個重要的設計參數。傳統切向燃燒的氣流旋轉強度取決於切圓直徑的大小,切圓直徑越大,代表一次風、二次風氣流旋轉強度旋渦數∑SW的角向動量與切向動量的流量比越大。按照ABB/CE公司規定,燃燒器中心線與爐膛對角線必須有一夾角以形成切向燃燒,但採用同心反切燃燒技術的爐膛設計應用了爐室氣流總旋渦數∑SW為零的設計概念,設計假想切圓直徑可以為零,只是在不同的燃燒階段設置不同的局部旋渦數:在燃燒初始階段,採用較大的旋渦數,以保持四角切向燃燒的優點,而在燃燒的中後期,將局部旋渦數設計為零乃至負值,這對穩定燃燒已無副作用,卻能使爐膛出口以及水平煙道的煙溫偏差大幅度減小。同時煤粉氣流被裹在爐膛中央,形成「風包粉」的效果,近水冷壁區域的氧化氣氛可以減輕爐膛結渣,同時一次風反切延遲了一次風與二次風的混合,可以大大降低NOx的排放量,這是設計時預計能達到的效果。
2 實際運行情況
在鍋爐啟動前進行的爐膛冷態空氣動力場煙花錄像試驗中發現,按照燃燒器設計參數配風,一次風被同角二次風卷吸及上游二次風劇烈撞擊,很快就匯合到主氣流中,爐膛中氣流實際切圓過大,一次風中煙花嚴重刷牆,完全達不到設計時預計的「風包粉」的效果。
考慮到燃用煤種為不易結渣性煤,且爐膛輕微結渣有利於劣質無煙煤的穩燃,熱態時啟轉風置入了ΔP(即風箱與爐膛壓差)控制,高負荷情況下風門基本全開,儘管煤粉細度嚴格控制在R90=10%以下,四角風粉偏差控制在5%以下,但鍋爐燃燒極不穩定,不能退油槍實現全煤粉運行。后將一次風、三次風的周界風關死,啟轉風關小,適當開啟油二次風,情況有所好轉,但鍋爐仍然頻繁滅火,最後將三次風由下傾5°調到上傾15°,消旋二次風由水平調到上傾25°,同時將上一次風由下傾5°加大到下傾13°以增加一次風的集中布置,才勉強退油全煤粉運行,且不時有爐膛滅火發生,尤其是在啟停製粉系統情況下更容易發生滅火。由於燃燒不穩,啟轉風開度控制在70%以下,爐膛送風不足,只能開啟油二次風加以補償,但與主氣流反切的油二次風(尤其是下油二次風)對燃燒影響極大,風門開度也必須控制,爐膛出口氧量只能達到2.5%左右,遠遠低於設計值4.3%,鍋爐在運行一段時間后,出現結焦現象。
3 情況分析
在上海鍋爐廠進行CFS-Ⅱ型爐膛冷態模化試驗時,發現爐內主氣流的旋轉方向受正反切氣流的大小支配和啟旋動量的影響,即啟轉風佔主導地位時,爐內主氣流順時針旋轉,消旋風佔主導地位時,爐內主氣流為逆時針旋轉,但先投消旋風形成逆時針旋轉氣流后再全投啟轉風,雖然啟轉風動量大於消旋風動量,爐內主氣流仍為逆時針方向。正常啟動情況下,燃燒器頂部的消旋二次風不會比底部的啟轉風早投入,所以爐內主氣流一般均為順時針方向旋轉。
周界風可以增強一次風射流的剛性,但對劣質無煙煤而言,周界風延遲了一次風與熱煙氣的混合,對煤粉氣流的著火產生不利影響,關死周界風后,一次風口不投用時可開啟少量一次風門以達到冷卻噴燃器的作用。
四角切向燃燒的最大好處在於四角煤粉氣流的相互引燃,一般認為在氣流不貼牆的前提下切圓越大,爐膛充滿度越高,則爐膛燃燒越穩定。對劣質無煙煤而言,煤粉濃度越高則煤粉氣流的著火越穩定,所以燃用劣質無煙煤時一般採用相對較低的一次風速。在CFS-Ⅱ型爐膛中,爐內氣流是由啟轉二次風帶動形成的,一次風反切雖然延遲了一次風與同角二次風的混合,但卻使上游二次風提早進入並劇烈撞擊煤粉氣流,劣質無煙煤的著火距離一般比較遠,如果此時煤粉氣流尚未著火,則加大了煤粉著火的難度,對鍋爐的穩定燃燒極為不利。因此,劣質無煙煤燃燒的實際運行配風中,太高的啟轉二次風速(意味著爐膛氣流切圓加大)匹配太低的一次風速(有利於煤粉氣流的著火)時,鍋爐燃燒反而不穩定。如果燃用易著火的煤,則煤粉刷牆將加大爐膛結渣傾向。
同時作為反切風投入的三次風和消旋二次風對燃燒影響很大。實際運行中,風溫只有80 ℃左右的三次風風速主要與制粉系統出力有關,可調節性不高,而消旋二次風作為調節爐膛出口氧量、爐膛出口與水平煙道煙溫偏差的主要手段,風門必須保證有一定的開度,風速可調的幅度也不大。爐膛中煙氣的流動是連續的,儘管這兩層風布置在燃燒器最上層,但風速很高且方向與主氣流相反,在投入和調節過程中,這兩層反切高速風對燃燒器區域的氣流必然產生很大影響。國內很多電廠為了減小爐膛出口以及水平煙道的煙溫偏差問題,採用了將燃燒器上層風改為反切的辦法,煙溫偏差減小的同時發現對爐膛燃燒有不利的影響。梅縣發電廠將三次風和消旋二次風由設計位置改為大幅度上傾,就是減小這種不利影響的一種簡單而有效的方法。
4 結束語
經過在梅縣發電廠125 MW機組的實際應用后證明,同心反切燃燒技術(CFS-Ⅱ)適用於劣質無煙煤的燃燒,但這種技術對運行調整的要求較高,不同的煤種一定要摸索出不同的配風方式,簡單照搬燃燒器設計值配風會造成燃燒不穩定或嚴重結焦,影響機組安全運行。

 

參考文獻
[1] 趙宗讓.ABB-CE公司新型切向燃燒系統的設計特點[J].鍋爐技術,1996(11)
[2] 何志強,庄文賢.上海鍋爐廠600 MW亞臨界鍋爐燃燒器設計的特點[J].鍋爐技術,1997(8)
[3] 曾漢才等.同心雙切圓燃燒系統(CFS)的研究與評價[J].華中電力,1997(2)
[4] 劉光德.同心反切燃燒技術在360 t/h鍋爐上的應用[J].湖北電力,1996(11)

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