600MW超臨界W火焰鍋爐燃燒調整試驗研究

東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司 徐啟明

我國自20世紀80年代后期引進“W”火焰鍋爐用于燃用低揮發份煤以來，“W”火焰鍋爐已成為我國專用于燃用低揮發份煤的鍋爐[1]。由于低揮發份煤具有較難燃盡的特性，即使“W”火焰鍋爐燃燒區域敷設了大量的衛燃帶來提高爐內溫度，鍋爐灰渣可燃物依然偏高[2]，因此“W”火焰鍋爐一直存在鍋爐燃燒效率不高的問題。本文對某超臨界“W”火焰鍋爐進行了試驗研究，總結出一套針對超臨界“W”火焰鍋爐的優化試驗方法，對同類型鍋爐的優化運行具有較高的參考價值。

1 設備概況

鍋爐為超臨界參數、“W”型火焰燃燒、垂直管圈水冷壁、變壓直流鍋爐、單爐膛Π型鍋爐，采用專門用于燃燒低揮發份煤的雙旋風煤粉燃燒器、一次再熱、固態排渣、全懸吊結構。鍋爐共配有六臺雙進雙出鋼球磨煤機，每臺磨煤機帶4只煤粉燃燒器，24只煤粉燃燒器順列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前、后墻水冷壁上部還布置有26個燃盡風調風器，燃燒區域劃分為燃燒器區域和燃盡風區域兩部分。鍋爐的燃燒設備主要由煤粉燃燒器、燃盡風調風器、風箱、油點火器、火檢及風門擋板等組成。

煤粉燃燒器由煤粉進口管、柵格式煤粉均分器、雙旋風筒殼體、煤粉噴口、乏氣管、乏氣擋板和消旋桿等組成。二次風箱分為上部風箱和下部風箱，上部風箱負責拱上供風，下部風箱負責拱下供風。二次風分成A、B、C、D、F五股風送入爐膛。

2 燃燒優化試驗

燃燒優化試驗的目的是在保證鍋爐安全穩定運行并達到額定參數的基礎上，同時具有較高的鍋爐效率。在燃燒穩定的情況下，通過變動影響鍋爐燃燒的不同因素，研究如省煤器出口過量空氣系數、燃燒器乏氣風開度，以及A、B、F層風開度，燃盡風風量配比等不同因素對鍋爐燃燒效率的影響。

變省煤器出口過量空氣系數：試驗將省煤器出口過量空氣系數從1.28逐漸降到1.16。從圖1可知，隨著過量空氣系數從1.28降低到1.16，鍋爐熱效率隨著過量空氣系數的降低而逐漸上升，在過量空氣系數達到1.23（氧量在3.93%）時鍋爐熱效率達到了較高值，此時再降低過量空氣系數鍋爐熱效率提升空間有限、甚至有所降低。而鍋爐未燃碳熱損失隨著過量空氣系數的降低逐步降低，說明在過大的過量空氣系數情況下爐內燃燒溫度有所降低，并不利于爐內煤粉的燃盡。

圖1 過量空氣系數與鍋爐效率的關系

變燃盡風量試驗：鍋爐在燃燒器上方設置了一層燃盡風，用來實現爐膛高度方向分級燃燒的目的。通過調節燃盡風箱入口的風門擋板，達到調節燃盡風區域和燃燒器區域的風量配比目的。試驗將燃盡風箱開度從100%逐步關至10%，從圖2可知，隨著燃盡風箱擋板開度關小鍋爐熱效率有所升高，鍋爐未燃碳熱損失總體呈下降趨勢，這是因為燃盡風關小后，更多的風從燃燒器區域送入，燃燒器區域供風有所增加，火焰下沖距離變長，煤粉的停留時間變長[3]。

圖2 燃盡風量與鍋爐效率的關系

變乏氣風量試驗：鍋爐使用的是雙旋風煤粉燃燒器，采用旋風筒進行煤粉濃縮，風粉混合物在旋風筒內旋轉，在離心力的作用下大部分煤粉被分離到筒壁附近，旋風筒中心部位的一次風含粉量極少，該部分一次風被稱作“乏氣”，由乏氣管引出從乏氣噴頭送入爐膛，試驗將乏氣擋板開度從20%逐漸開至100%。試驗結果表明，當乏氣風開大后火焰下沖的動量減小，煤粉顆粒在爐內的停留時間縮短，鍋爐未燃碳熱損失有所增加，鍋爐熱效率也呈現下降的趨勢。

變A擋板試驗：為保證乏氣風噴口的冷卻并防止噴口結焦，鍋爐在拱上二次風設置了一層A風用于乏氣風噴口的冷卻。試驗測試了A擋板開度設置在45°和90°兩個開度下的鍋爐效率情況。結果表明，隨著A擋板的開大鍋爐干煙氣熱損失和未燃碳熱損失均有不同程度的增大、鍋爐效率則有小幅的降幅，因此在日常運行中A擋板開度不宜過大。

變B擋板試驗：鍋爐在拱上布置了一層拱上二次風作為控制燃燒器煤粉主噴口的周界風，起到調節煤粉氣流著火點及冷卻噴口的作用，該股風風量由B擋板調節。試驗將B擋板開度從20°逐漸開至90°。結果表明，隨著B擋板開度開大未燃碳熱損失先降低然后再上升，鍋爐熱效率則先升高后降低。隨著B擋板的開大，在煤粉燃燒初期有更多的氧氣供煤粉燃燒、利于煤粉的燃盡，同時煤粉氣流的穿透能力有所增強，增加了煤粉在爐內的停留時間，但當B擋板開的太大后會使煤粉下沖動量過大，造成火焰沖刷冷灰斗，使鍋爐灰渣含碳量上升，進而影響鍋爐效率。

變F擋板試驗：“W”火焰鍋爐的F風是燃燒區域所占風量比例最高的一股風，約占總二次風量的40%左右，是調節沿爐膛寬度方向風量分布均勻性、控制風箱風壓的主要手段[4]。F擋板開度試驗完成了38%、43%、55%三個開度的試驗。從圖3可知，隨著F擋板開大未燃碳熱損失降低明顯，同時鍋爐熱效率有所上升，升幅非常明顯。F風在燃燒器二次風中所占比重最大，其開度開大后能顯著增加拱下送風量，有利于煤粉的燃盡。

圖3 F擋板與鍋爐效率的關系

變消旋桿開度試驗：燃燒器噴口內設置有消旋桿用于控制主煤粉氣流的殘余旋轉，以調節主火焰擴散角和著火點。當消旋桿下放時煤粉氣流旋轉強度減弱、氣流剛性增強，當消旋桿提起時煤粉氣流旋轉強度提高、氣流剛性減弱。消旋桿上有多個孔，試驗結果表明，隨著消旋桿的下放煤粉氣流旋轉強度減弱、剛性加強、火焰行程變長，未燃碳熱損失和干煙氣熱損失均有所減小，鍋爐熱效率有所提高。

3 結語

在某超臨界“W”火焰鍋爐上研究了如省煤器出口過量空氣系數、燃盡風量、燃燒器F風擋板等對鍋爐熱效率的影響，通過試驗得出如下結論：

為保證較高的燃燒效率，省煤器出口過量空氣系數不宜過大，過大的過量空氣系數會造成鍋爐干煙氣熱損失和未燃碳熱損失增大。也不宜過小，過小則無法保證煤粉的燃盡，因此在鍋爐額定負荷時，可將省煤器出口過量空氣系數控制在1.2～1.23；燃盡風量對鍋爐熱效率影響較大，在保證NOx排放的前提下，應將燃盡風門開度適當關小以保證燃燒區域燃燒所需要的風量，保證低揮發份煤的燃盡。

超臨界“W”火焰鍋爐的拱上風諸如乏氣風、A風、B風均不應開度過大，對于A風和B風可將開度控制在40～60°，乏氣風則依據實際入爐煤的揮發分進行調整，若入爐煤的揮發分較低，乏氣風可適當關小以保證煤粉的燃盡；F風作為主燃燒區域占比最大的風，其開度大小對鍋爐效率影響最大，在實際運行中可將其開度控制在45～65%。