超臨界W火焰鍋爐旋流燃燒器燃燒調整試驗

李文軍，彭敏，黃偉，楊劍峰

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

1 燃燒器噴口著火溫度測量方法

對沖燃燒方式、W型燃燒方式一般采用單個火嘴著火穩定性較強的旋流燃燒器。旋流燃燒器進行燃燒調整時測量燃燒器噴口溫度能定量地掌握燃燒器的著火特性，分析燃燒器配風方式變化對著火穩定性影響，從而有效地對著火距離進行調整，提高火嘴的穩燃能力。

為了解燃燒器出口溫度的分布和著火距離，試驗人員在燃燒器二次風道內看火孔安裝鎧裝式熱電偶 (如圖1)，對燃燒器出口附近的軸向溫度分布進行測量。測量溫度能大致反映噴口區域煤粉氣流的升溫著火狀況;根據熱電偶伸入燃燒器噴口不同長度測量的溫度能反映煤粉氣流的著火距離。

圖1 熱電偶布置示意圖

2 平均火檢強度統計分析方法

鍋爐全爐膛燃燒穩定性主要通過爐膛負壓來進行判斷，但由于爐膛負壓本身脈動性較大，且由于安裝位置和測點數量受限等原因，影響到爐膛負壓對爐膛燃燒真實狀況的反映。一般只有在燃燒穩定性嚴重變差時，爐膛負壓才能反映出來。

煤粉燃燒器火檢模擬量信號強度用于表征初始燃燒區的燃燒劇烈程度〔1〕，直接反映燃燒器著火穩定性，所有投運燃燒器的平均火檢強度即代表全爐膛燃燒穩定性的真實情況。在鍋爐燃燒調整過程中，引入平均火檢強度這一指標對各種調整工況下的燃燒穩定性進行評判，能取得全爐膛燃燒穩定性的定量甚至是細微變化趨勢。

3 燃燒調整實例應用分析

3.1 調整對象概況

調整對象為某公司生產的600 MW超臨界W型火焰鍋爐，該鍋爐采用雙進雙出正壓直吹制粉系統，配置24只濃縮型EI-XCL低NOx雙調風旋流燃燒器，對稱布置在鍋爐的前、后拱上，與之配套的是6臺BBD4366型雙進雙出鋼球磨煤機。

濃縮型EI-XCL燃燒器上配有雙層強化著火的軸向調風機構，從風箱來的二次風分兩股分別進入到內層和外層調風器，內層二次風產生的旋轉氣流可卷吸高溫煙氣引燃煤粉，外層二次風用來補充煤粉進一步燃燒所需的空氣，使之完全燃燒。內、外層二次風的旋流強度可以通過調整軸向葉片的設置角度而改變。旋轉氣流能將爐膛內的高溫煙氣卷吸到煤粉著火區，點燃煤粉并使之穩定燃燒。

內二次風軸向葉片的最大開度為60°(與燃燒器軸線夾角成30°)，最小開度為20°(與燃燒器軸線夾角成70°);外調風葉片的最大開度為70°(與燃燒器軸線夾角成20°)，最小開度為20°(與燃燒器軸向夾角70°);調風盤行程為0～240 mm，調風盤開度為0對應內二次風全關。

該鍋爐投產初期由于入爐煤質變差，出現燃燒不穩的情況，需投油助燃并發生了一次全爐膛滅火;同時由于燃燒不穩造成左右兩側煙溫和汽溫偏差極大，汽溫調整困難，嚴重影響著鍋爐安全經濟運行。為解決鍋爐燃燒不穩、熱偏差大等問題，進行了燃燒調整試驗。

3.2 鍋爐燃燒調整情況

試驗人員根據雙調風旋流燃燒器特點和實際入爐煤質情況，首先從提高單個燃燒器的燃燒穩定性著手，通過改變燃燒器配風方式，分析各因素對著火穩定性的影響，提高單個火嘴穩燃能力;然后通過對氧量、分級風和煤粉細度進行調整等手段提高全爐膛燃燒穩定性。

3.2.1 單個燃燒器著火穩定性的調整

試驗負荷550 MW，試驗人員選擇著火較差的D1燃燒器進行調整，在D1燃燒器看火孔沿燃燒器軸線方向插入一支熱電偶，先在初始配風方式下測量燃燒器出口軸向不同距離下的溫度 (見表1)，然后將熱電偶固定在距噴口600 mm位置，通過調整手動調風裝置 (調風盤、內二次風角度、外二次風角度)測量溫度 (見表2，3)。

表1 初始狀態下燃燒器出口軸向溫度分布

表2 調風盤不同位置下燃燒器出口溫度

表3 變二次風葉片角度燃燒器出口溫度

試驗期間鍋爐入爐煤質Vdaf為10%，Qar，net為17 000 kJ/kg，該煤種揮發分和熱值均較低，燃燒器出口的溫度是保證煤粉穩定著火的關鍵〔2〕，對應該煤種的穩定著火溫度約為800～850℃。從表1中的數據來看，初始狀態下D1燃燒器的著火距離接近1 000 mm;從表2，3中的數據來看，調風盤開度、內二次風葉片角度、外二次次風葉片角度3個因素中調風盤開度對溫度影響最大。在距噴口600 mm位置，調風盤開度從140 mm調至60 mm，溫度升高了220℃左右，外二次風葉片角度50°～70°變化范圍內影響溫度約100℃，內二次風葉片角度變化對燃燒器出口溫度影響較小。由此可見，調風盤開度 (即內二次風量)對燃燒器著火穩定性起關鍵作用，關小調風盤、內二次風量減少后，著火提前、燃燒穩定性明顯提高。

3.2.2 全爐膛燃燒穩定性調整

為掌握燃燒器各配風調整手段和運行方式對鍋爐燃燒穩定性的影響，試驗過程中進行了燃燒器調風裝置的調整、變分級風比例、變氧量、變煤粉細度等一系列試驗研究。把投運燃燒器火檢強度的平均值作為燃燒穩定性的判斷依據，火檢強度平均值越高，則燃燒穩定性越好，反之燃燒穩定性越差。

試驗結果表明 (見表4)，初始狀態下 (外二次風60°、內二次風45°、調風盤125 mm)平均火檢強度僅為67%，調風盤開度減小到80 mm后，平均火檢強度提高95%。對鍋爐全爐膛燃燒穩定性影響最大的因素是調風盤開度，即內二次風量比例，這一結論與單個燃燒器調整的結論相符。其次分別為煤粉細度、內外二次風葉片角度、氧量，不同分級風比例下燃燒穩定性均較好。同時，通過對其它相關數據的分析，可得出以下結論:在高負荷下平均火檢強度達到85%以上時，鍋爐燃燒穩定性和熱效率均較好;平均火檢強度低于85%，鍋爐熱效率受到影響;平均火檢強度低于75%，鍋爐燃燒穩定性和熱效率明顯下降。

表4 不同工況下投運燃燒器平均火檢強度

3.3 調整效果分析

根據燃燒器出口煤粉著火溫度測量和平均火檢強度的分析結果，試驗確定了該鍋爐燃用劣質無煙煤的最佳配風和運行方式:調風盤開度為80 mm、內調風度為45°、外調風開度為60°、氧量維持在3.2%～3.5%、分級風量25%的開度、煤粉細度R90控制在4%左右。采用以上運行方式后，煤粉氣流著火距離由1 000 mm縮短至600 mm，全爐膛平均火檢強度由67%提高到90%以上，鍋爐燃燒穩定性和抗干擾能力大幅提高，鍋爐效率提高1.5%左右。

同時從運行參數來看，針對火檢較弱的燃燒器重點進行的調整，使沿爐膛寬度方向各燃燒器燃燒穩定性均勻，消除了由于局部燃燒狀況較差造成的熱負荷偏差。調整前A，B兩側汽水分離器出口溫度 (即中間點溫度)和低溫過熱器出口蒸汽溫差分別為25℃和50℃左右，兩側溫差過大導致汽溫調整困難;調整后的蒸汽溫差分別在5℃和10℃以內，熱偏差的消除提高了超臨界鍋爐水冷壁和高溫受熱面的運行安全性，也保證了汽溫的有效控制。

4 結論

采用熱電偶對旋流燃燒器噴口著火溫度測量和平均火檢強度統計分析的方法指導鍋爐燃燒調整過程，能相對定量地評價各種調整方式對鍋爐燃燒穩定性的影響，直接找出影響燃燒穩定的關鍵因素，從而保證鍋爐燃燒調整達到理想的效果。該方法適用于新型燃燒器的投運、燃燒器改造后以及煤質變化較大時鍋爐的燃燒調整。

〔1〕張雪，鄭康捷，丁艷軍，等.基于火檢與火焰圖像信息的旋流燃燒器狀態監測，清華大學學報 (自然科學版)，2010，50(7):1 053-1057.

〔2〕熊立紅，資靜斌，曾東和.大型燃煤鍋爐旋流燃燒器穩燃技術研究，電站系統工程，2008，24(1):38-40.