旋流燃燒器增強燃燒穩定性實例分析

溫文光， 李前宇， 郭 強， 朱小東

旋流燃燒器增強燃燒穩定性實例分析

溫文光1，3， 李前宇2， 郭 強3， 朱小東4

（1.內蒙古岱海發電有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 013700；2.北京能源集團有限責任公司，北京 100000；3.北京源深節能技術有限責任公司，北京 100000；4.華電電力科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010010）

針對某鍋爐燃燒不穩定引起的磨煤機跳閘事件，分析了磨煤機啟動時參數、燃用煤質變化，研究了旋流燃燒器組織燃燒能力，并找到了鍋爐燃燒不穩定的主要原因，通過采取調整措施從根本上解決了鍋爐燃燒不穩定的問題，對具有類似燃燒、制粉系統的機組具有一定的借鑒作用。

鍋爐； 磨煤機； 燃燒器； 跳閘

0 引言

我國電站鍋爐煤種多變，實際燃用煤種常常偏離設計煤種，為適應我國電站鍋爐煤種多變這一狀況，對燃燒器的要求也越來越高，不僅有較廣的燃料適應性，既能燒質量較好的煙煤，也能燒質量較差的煤，如劣質煙煤和低揮發份煤（貧煤，甚至無煙煤）。而且還能滿足低負荷時燃燒的穩定性。相比直流燃燒器，旋流燃燒器依靠高溫回流區作為穩定的熱源，能提高火焰穩定性，并可單獨進行燃燒，對煤種的適應性較好。目前，旋流燃燒器在我國電站鍋爐應用領域占有一定比例。但是，雙調風旋流燃燒器使用效果不太理想，其主要原因是燃燒器出口空氣動力場比較復雜不易調整，同時隨著電廠要求不斷提高，兼顧安全經濟與環保的新型旋流燃燒器不斷投運，掌握燃燒器的燃燒特性也越來越困難。因此，給運行中燃燒調整帶來一定的困難。

1 設備系統基本情況

某新建電廠2×350MW超臨界燃煤供熱機組，鍋爐燃燒系統采用前后墻對沖燃燒方式，燃燒器為HALF-PAX型低NOx雙調風旋流燃燒器，由HALF-PAX燃燒器、OFA噴口、乏氣管道、環形大風箱、OFA風箱、高能點火裝置、少油點火系統設備、爐前燃油系統、火焰檢測器等組成。磨煤機采用MPS200HP-II中速磨煤機，每臺爐配6臺中速磨煤機，均采用中速磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統，設計一次風率為37%-42%。鍋爐設計煤種為錫林郭勒盟神華勝利煤田的褐煤（混煤）和校核煤種為本地煤，鍋爐燃用設計煤種時煤粉細度R90=35%。

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、外層二次風的旋轉方向是一致的，旋流強度可以通過調整軸向葉片的設置角度而改變。燃燒器調風器入口設有二次風滑動調風盤，控制滑動調風盤的位置（即開度）可以控制進入單個燃燒器的二次風量。內二次風由調風器內套筒和煤粉管道構成的內二次風通道進入燃燒器。在通道入口端設有小調風盤，改變小調風盤的位置（即開度）可以調節進入內二次風通道的風量，從而改變單個燃燒器內、外二次風的風量比。

2 燃燒不穩定現象

由于燃料供應方面的原因，鍋爐由全部燃用褐煤改為褐煤摻燒煙煤的燃煤方式。磨煤機摻燒煙煤后運行方式為最底層燃燒器對應的11、14磨煤機全部磨制煙煤，低負荷期間保持2臺煙煤、1臺褐煤三臺磨煤機運行。在14磨煤機檢修期間，低負荷工況磨煤機沒有隔層運行的方式下，多次發生11磨煤機跳閘事件，且為啟動后瞬時跳閘，首出原因均為火檢保護動作，熱工人員排查火檢檢測系統正常，排除設備測量方面導致的磨煤基跳閘的可能性[1]。

3 運行參數分析

（1）事故時11磨煤機啟動前后運行參數變化，見表1。11磨煤機啟動初期風煤比約為6:1，煤粉濃度偏低，不利于煤粉的著火[2]。另外，投用最下層燃燒器時，因燃燒器噴口周圍熱量限制，且燃燒器二次風擋板沒有隨煤量增加而緩慢開大，燃燒器出口卷吸的高溫煙氣量可能不足以引燃周圍燃料，使燃燒器出口煤粉著火穩定性下降。

表1 11磨煤機啟動前后運行參數變化

（2）改燒低水分的煙煤后，由于干燥劑量減少，一次風率應降低，但一次風率受到煤粉管道設計風速限制未能大幅降低，同時燃燒煙煤較褐煤難碾磨等原因導致燃燒器噴口煤粉細度變大，推遲了煤粉著火。

（3）當天的煙煤煤質與褐煤煤質對比情況見表2。該煙煤揮發分與褐煤相近，灰分明顯偏大，高灰分導致了煤中的碳含量被灰分嚴重包圍，阻礙碳的燃燒速率，減慢火焰的傳播速度，使得煙煤煤粉的著火溫度提高，著火點推遲，燃燒初期著火穩定性下降。

表2 煙煤與褐煤煤質分析對比

4 燃燒器冷態空氣動力場試驗研究情況

為了進一步研究該燃燒器組織燃燒能力，采用熱線風速儀測速結合飄帶示蹤方法[3]。對該燃燒器進行了冷態空氣動力場試驗。

試驗1：在中心調風盤開度90mm、一次風風速16.7m/s、二次風速18.5m/s、內二次風葉片開度40°時，改變燃燒器外二次風旋流葉片開度，測量燃燒器出口飄帶各位置風速，繪制燃燒器出口回流區如圖1所示。

由圖1可知，燃燒器出口回流區隨著外二次風旋流葉片開度減小而變小，葉片開度在60-80°時回流區較弱并靠近噴口，葉片開度在40-60°時回流區變大，葉片開度40°時回流區最大。目前該鍋爐燃燒器外二次風葉片開度為60°，回流區較小，導致二次風卷吸高溫煙氣的動量不足，使得燃燒滯后且不充分，尤其從褐煤改燒煙煤后不利于煤粉及時著火。

圖1 不同外二次風旋流葉片開度下燃燒器出口氣流回流區示意圖

試驗2：在總二次風開度50%、二次風箱與爐膛差壓0.5kPa、內二次風葉片開度40°、外二次風葉片開度60°時，改變中心調風盤不同開度，測量燃燒器噴口截面內外二次風代表點位置風速，如圖2所示。

圖2為燃燒器中心調風盤指示開度從25mm逐漸至全開150mm位置時，內外二次風實測平均風速變化趨勢圖。從試驗數據可知，中心調風盤全行程調節對外二次風風速影響不大、風速變化小于1m/s；內二次風風速隨著中心調風盤開度增加而升高、線性變化規律較明顯。但內外二次風風速偏差較大，內二次風量明顯不足。為了進一步確認內二次風與外二次風之間的偏差，實測同層其余燃燒器內外二次風速，結果如圖3所示。試驗中隨著總二次風量的增加實測燃燒器最大內二次風風速仍不足10m/s，遠不能達到設計值要求，進一步計算外二次風與內二次風風量比例約為4:1。內二次風量嚴重不足及內外二次風比例不匹配導致燃燒器旋流強度弱，卷吸的煙氣回流量過小，影響了燃燒器出口高溫煙氣與煤粉氣流的充分混合，造成燃燒不穩定。

5 提高燃燒穩定性的措施

圖2 中心調風盤各開度下二次風風速趨勢圖

圖3 同層燃燒器內外二次風風速對比

（1）依據上述冷態空氣動力場試驗得出燃燒器內二次風量不足的結論，將燃燒器中心調風盤開度逐漸打至全開位，同時提高風箱與爐膛二次風差壓，增加內二次風量，增大燃燒器出口回流區，增強燃燒器的卷吸能力，提高燃燒穩定性[4]。

（2）依據上述冷態空氣動力場試驗得出燃燒器回流區較小的結論，將燃燒器外二次風旋流葉片開度由60°調至50°，增加了二次風氣流旋流強度，增加回流量，使回流區變大。同時也適當提高內二次風進風量，改變了內外二次風量比例，增強燃燒器卷吸能力[5]。

（3）調整11磨煤機靜態分離器開度，測量煙煤煤粉細度，煤粉細度R90由35%調整到28%，擴大其燃燒表面積。

6 燃燒調整效果分析

各項調整工作完成后，再次啟動11磨煤機，其啟動前后運行參數見表3。

（1）本次啟動11磨煤機時適當降低了一次風量，并提高啟動初期煤量，啟動初期風煤比約為4:1，煤粉濃度相比11磨煤機跳閘工況時大幅提高，監視畫面顯示該燃燒器火檢模擬量充滿度較好且穩定。

表3 11磨煤機啟動前后運行參數變化

（2）啟動11磨煤機后，將燃燒器二次風擋板隨煤量增加緩慢開大，以期增強對周圍熱煙氣的卷吸，提供充足著火熱，監視畫面顯示該燃燒器火檢模擬量充滿度依然很好且穩定，說明燃燒器出口煤粉著火穩定，驗證了采取調整燃燒器中心調風盤、外二次風旋流葉片開度等措施來增強燃燒器卷吸能力、提高燃燒穩定性的正確性。

（3）經過各種運行工況的試運，11磨煤機運行穩定，未出現火檢擺動或喪失的情況，火檢穩定，燃燒器已能夠適應煙煤煤質，燃燒穩定性增強，達到了預期目的，后續對其余燃燒煙煤的磨煤機及燃燒器進行了同樣的調整優化工作。

7 結語

旋流燃燒器具有的獨立組織燃燒能力、煤種適應性廣泛等特性是建立在燃燒系統靈活調整的基礎上的。當鍋爐設計煤種變化后，應以冷態空氣動力場試驗為基礎對旋流燃燒器內外二次風葉片角度、中心調風盤開度等進行適當調整，以增強鍋爐燃燒穩定性。

[1]肖永健，溫秀峰.1號機組磨煤機頻繁跳閘的原因分析及對策[J].內蒙古電力技術，2004.22（5）:113-114.

[2]賈劍，金安.中速磨煤機風煤比優化[J].華北電力技術，2003.（10）:8-9.

[3]李前宇，時道斌，等.八角雙切圓燃燒系統冷態空氣動力場試驗研究[J].電站系統工程，2009.25（6）：14-16.

[4]車娟，旋流燃燒器內二次風葉片旋轉角度對流場影響的數值模擬[J].應用能源技術，2014.196（4）:23-25.

[5]孫云.300MW燃煤鍋爐優化燃燒調整試驗研究[J].電站系統工程，2012.28（3）:38-40.

Enhanced Combustion Stability of Swirling Burner Case Study

WEN Wen-guang1，3， LI Qian-yu2， GUO Qiang3， ZHU Xiao-dong4
（1.Innermogolia Daihai Power Co，Ltd，Innermogolia，Wulanchabu 013700，China；2.Power Beijing Co,Ltd，Beijing 100000，China；3.Beijing Yuanshen Energy Saving Technology Co，Ltd，Beijing 100000，China；4.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China）

For the Mill tripped because of instability of a Boiler's combustion，This paper analyzed the parameter of the coal mill at start-up time,and the changein theactualproductionofcoal quality,studyed the organization of burning ability of swirling burner,and found the maincausesofinstability of Boiler's combustion.We have solvedthe problemat their source about instability of the Boiler's combustion by taking measures，which has a certain reference value for similar users of the combustion system andthe coal pulverizing system.

boiler； coal mill； burner； trip

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.008

TK229

B

2095-3429（2017）04-0036-04

溫文光（1980-），男，內蒙古人，本科，學士，工程師，主要從事鍋爐運行管理工作。

2017-06-05

修回日期：2017-07-03