電廠燃燒器的調節及運行方式

宋日旺

（山西興能發電有限責任公司， 山西 太原 030200）

引言

電廠生產運行中鍋爐的燃燒特性各不相同，因此調節方法也不盡相同，即使同一臺鍋爐不同工況的調節手段也是多樣的。但是燃燒調整必須遵循一些基本的原則和理論，只有這樣才能保證燃燒的合理性和穩定性，其中燃燒器的特點和調整尤其重要。

1 燃燒器的燃燒特點

目前常用的鍋爐燃燒器主要有直流燃燒器、旋流燃燒器、低負荷穩燃新型燃燒器三種，每種燃燒器的燃燒方式和特點各不一樣，配風方式也不同。

1.1 直流燃燒器的燃燒特點

直流燃燒器一般由圓形噴嘴組成，一次風粉和助燃空氣通過不同的噴嘴進入爐膛。煤粉直流燃燒器一般布置在爐膛四角，噴入的風粉在爐內形成一個假想的切圓。

燃燒器出口風粉的動量越大，穿透能力越強，風粉可以盡量射入爐內，否則會上擺，形成較好的切圓，使煤粉盡可能燃盡。一次風攜帶煤粉進入爐膛，著火燃燒后動量很快減弱，因此爐內空氣動力場主要受助燃風影響。射入爐膛內風粉氣流抵抗偏轉的能力為氣流剛性。四角切圓的鍋爐允許氣流有一定的偏轉，便于鄰角點燃和煤粉燃盡。但不允許太大，否則會沖刷水冷壁，引起大面積積灰結焦和高溫腐蝕。

直流燃燒器采用四角切圓的燃燒方式，因此四角風粉氣流的互相配合對燃燒有重要的影響，主要體現在切圓的形成。切圓直徑較大有利于火球掃到各角噴口，使煤粉燃盡。同時切圓過大也會在爐膛形成大的回流，影響煙氣的有效流通面積，爐膛和燃燒器容易結焦。因此在實際運行中要通過調整風粉比例和風速來控制切圓。

1.2 旋流燃燒器的燃燒特性

旋流燃燒器主要是利用強烈的旋轉氣流產生強大的高溫回流區，把遠處的火焰吸到燃燒器的根部，強化燃料的著火、混合及燃燒。這類燃燒器的燃燒取決于回流區的大小，回流區對風粉的著火和燃燒影響較大。另外旋流燃燒器的射程和旋流強度也決定其的工作性能。

1.3 低負荷穩燃新型燃燒器的燃燒特性

此種燃燒器是基于機組為了調峰和滿足低負荷要求而產生的，工作原理有煤粉濃淡分離、在燃燒器出口形成三高區域（高氧、高溫、高濃度）、直流射流形成的回流區提高燃燒器出口溫度三種。

2 燃燒器的調節

2.1 直流燃燒器布置

目前大部分直流燃燒器采用四角切圓的燃燒方式。二次風的布置有分級配風和均等配風。分級配風的一次風集中布置，二次風分上、中、下布置，這樣的布置相對集中，爐溫易于保持，適用于無煙煤、貧煤；均等配風的風口布置是一、二次風相間布置，距離較小，易于混合，適用于煙煤和褐煤。

興能電廠300 MW機組CE鍋爐采用平衡通風直流式燃燒器，以此為例說明燃燒器的配風與燃燒。燃燒器采用四角切圓方式，每角采用傳統的大風箱結構，由隔板將大風箱分隔成若干分室，各分室布置不同的燃燒器噴嘴。每角燃燒器共有14個分室，從上至下以此布置為頂部燃盡分室2個，上部燃盡分室1個，上端部分室1個，煤粉分室5個，油分室3個，中間空氣分室1個，下端部分室1個。燃盡分室用以控制NOx的生產量和爐膛主燃燒區的溫度。每臺磨煤機控制一層燃燒器的燃燒，同層4個一次風噴口與磨煤機的出口粉管相連。一次風噴口外圈是燃料風（周界風）。燃料風的風溫風速都高于煤粉氣流。鍋爐最大負荷時燃燒器部分參數如下頁表1所示。

制粉系統為正壓直吹式，配5臺ZGM95G中速磨煤機，按照設計保證鍋爐最大出力時磨煤機4臺運行1臺備用。運行中總有一層燃燒器停用，若停用中間的煤粉燃燒器，等同于燃燒器“分組”；若停用頂層或者底層煤粉燃燒器，等同于減小了整租燃燒器的高寬比例。

表1 鍋爐最大負荷時燃燒器部分參數

二次風采用大風箱供風。每角燃燒器的噴嘴連接于一個共同的大風箱。風箱內部有風隔室與每一個噴嘴連接，各個分隔室入口有百葉窗調節擋板，可以調節風量。

2.2 燃燒器出口風的調整

2.2.1 一次風的調整

一次風的調整主要是為了建立良好的燃燒工況，主要通過風率和風速來調節。一次風率（一次風占鍋爐總風量的百分比）用來衡量一次風量的大小，一次風率過大或者過小都對燃燒不利，運行中只要滿足燃盡揮發分的需要即可。一次風速對燃燒器的出口煙氣溫度和氣流的偏轉都有影響，風速過大著火距離長，不易著火；風速較小剛性不足，易偏轉和貼墻，卷吸高溫煙氣的能力差，且風速過小容易造成煤粉堵管。

鍋爐負荷變化，一次風相應變化，在運行調節中予以重視。通常保證鍋爐穩定著火的一次風率和一次風速是一個區間，一次風的調整主要保證著火的穩定性。直吹式制粉系統，當磨煤機給煤量減少，為防止堵磨一次風不會成比例減少，而是相對變大；磨煤機負荷減少，一次風率增大，煤粉濃度變小，這也是低負荷燃燒不穩的重要原因。

2.2.2 輔助風的調整

輔助風的作用是擾動混合和煤粉著火后補充氧氣，而且他的動量足以穿透到一次風粉內部。其風率、風速以及配風方式都對燃燒影響重大。輔助風的風率和風速比一次風要大得多，占二次風總量的65%左右，是各角燃燒器出口氣流動量最主要的部分。二、一次風動量比是影響爐膛空氣動力結構的重要指標，其過小或者過大都對燃燒有不利的影響。

輔助風在各層燃燒器的分配方式一般為四種：上中下均勻分配（均勻型）、上大下小（倒寶塔型）、中間小兩頭大（縮腰型）、上小下大（正寶塔型）。興能電廠燃用山西煙煤，采用均勻型的配風方式，此種方式煤粉與輔助風混合及補氧非常及時。

目前鍋爐輔助風量的控制普遍采用爐膛/風箱差壓控制方式。總風量由燃料量信號以及氧量信號改變送風機入口動葉來控制，輔助風開度調節爐膛/風箱差壓。運行中各層磨煤機的出力可能各有不同，且需要不同的配風，因此每層輔助風門有一個操作員偏置站。在總風量不變的情況下，當關小某一層輔助風擋板時，該層風量減小，同時其余各輔助風擋板自動開大，以此維持爐膛/風箱差壓恒定。

2.2.3 燃料風的調整

燃料風是在一次風口周圍補入純空氣，稱為周界風。目前國內機組普遍設置周界風，在一次風口周圍設置周界風可以擴大燃燒器對煤種的適應范圍。在燃用較好的煙煤時，可以起到推遲著火、迅速補充燃燒需要的氧氣的作用；當使用貧煤或無煙煤時，應該適當關小或者全關周界風擋板，以減少周界風量和一次風的剛性，擴大切圓直徑，使著火提前。

2.2.4 反切風的調整

爐膛出口煙氣殘余旋轉，是大型四角切圓鍋爐的通病，嚴重影響運行。因此人們提出多種解決辦法，反切風技術就是其中之一。氣流反切的目的在于消弱爐內旋轉，但是對反切風的風量風速應謹慎調整，避免影響燃燒穩定

2.3 燃燒器擺角及四角配風均勻性調整

2.3.1 燃燒器擺角調整

燃燒器擺角的調整主要是為了調節氣溫。但擺角的改變會對火焰中心的位置、煤粉的停留時間等產生影響，因此擺角的調整會對爐內燃燒工況產生影響：燃燒器上傾角過大會使可燃物和燃燒損失增大，下傾角過大會引起火焰沖刷冷灰斗，結焦嚴重。還有一點非常重要，各層燃燒器擺角的調整必須同步，否則四角配風受到嚴重影響，從而影響切圓的正常形成。

2.3.2 四角配風的均勻性

四角配風的均勻性主要取決于二次風和一次風的均勻性。二次風的配風均勻性依靠調整爐前各角小風門的開度實現，運行中各層爐前小風門的開度一般不會影響四角氣流的均勻性。

直吹式制粉系統一次風粉均勻性調整：直吹式制粉系統風管的風速偏差，可以通過調節節流孔板的孔徑達到允許的數值（一般小于5%）；但是各風管的煤粉濃度偏差不好控制，這是因為磨煤機風速主要由管路特性決定，而煤粉濃度除了與管路特性有關，還與煤粉分配器的結構、磨煤機的出力、通風量等因素有關。

3 燃燒器運行方式的調節

燃燒器的運行方式指燃燒器負荷分配及其投停方式。負荷分配指煤粉在各層噴口的分配；投停方式指投、停燃燒器的只數與位置。燃燒器運行應建立合理的火焰中心，避免火焰偏斜，一般將投運的燃燒器盡量均勻分配。特殊情況則可以改變原則：為解決超溫的問題，可減小上層燃燒器煤量增加下層燃燒器煤量，降低火焰中心位置。

鍋爐高負荷運行，由于爐溫高燃燒穩定，主要問題是防止結焦和汽溫偏高，這時力求燃燒器全部投入，可以降低燃燒區域的熱負荷和降低火焰中心；鍋爐低負荷運行，合理選擇減負荷方式：當負荷降低不多時，各燃燒器可以均勻減風減粉，有利于保持好的切圓；當負荷降低較多時，停掉部分燃燒器，保持合適的風率風速。

4 結語

在國家環保要求日益增高和液氨價格不斷增長的情況下，火電廠的配置脫硝系統及運行中通過鍋爐燃燒調整降低環保指標工作顯的更加重要，進而最大限度保證了機組安全運行。通過對鍋爐燃燒系統及運行優化調整，電廠在鍋爐氮氧化物（NOx）排放方面達到環保要求，最大程度減少了氮氧化物對人類環境的危害，同時也提高機組運行的經濟性。