通过冷态空气动力场试验浅谈水平浓淡燃烧器

通过冷态空气动力场试验浅谈水平浓淡燃烧器

张晓东荣亚强孙鹏飞

（西北电力试验研究院陕西西安710032）

摘要：水平浓淡燃烧器因其良好的稳燃性和抑制NOx生成的效果在国内四角切圆煤粉锅炉中得到了广泛的应用，本文通过某工程哈锅350MW锅炉冷态空气动力场试验，根据自模化理论，模拟锅炉热态时一次风和二次风在炉内速度场分布，讨论其与常规的直流煤粉燃烧器的不同点，并得出此工程锅炉水平浓淡燃烧器在实际燃烧时一些配风及调整的方向性指导。

关键词：水平浓淡燃烧器；350MW锅炉；空气动力场；配风及调整

引言

随着国内电力行业的发展进步，对机组调峰能力和NOx排放要求越来越高。水平浓淡煤粉燃烧器相对于常规的直流燃烧器更加有利于锅炉在低负荷阶段稳燃并能通过分级燃烧，降低NOx排放量，因此广泛应用于四角切圆煤粉锅炉。

本文某工程哈锅350MW锅炉冷态空气动力场试验分三种工况，工况一：单投一次风；工况二：单投二次风；工况三：一、二次风混合。三种工况试验，使用网格法分别测量燃烧器喷口速度，使用飘带法观察炉内气流分布及切圆情况并使用热线风速仪测量浓淡燃烧器形成的速度场，记录并分析试验数据，讨论并总结水平浓淡燃烧器实际运行时配风和调整的一些指导性、方向性意见。

1冷态空气动力场试验原理

锅炉动力场试验是根据流体动力学相似原理，在自模化区内用冷风模拟锅炉燃烧时的空气动力状态来预测锅炉燃烧工况，为热态燃烧调整提供依据和参考。本工程试验根据自模化理论，将最下层一次风按设计风速得出冷态时一次风自模化风速，然后根据设计一、二次风动量比得出冷态时自模化的成比例的二次风风速，并计算验证试验所测量的每种工况下炉内气流均达到了自模化条件。

经计算，试验一次风速30.06m/s，试验二次风速37.8m/s。

2试验工况一

2.1试验结果

调整试验层水平浓淡燃烧器对应磨煤机出口粉管风速均为30m/s左右，在炉内燃烧器喷口用网格法测量风速，浓侧平均风速42m/s；淡侧平均风速12m/s，由此，热态时，浓相和淡相风速相差近20m。观察炉内飘带，一次风刚性较大，在几何中心3m左右范围内飘带明显摆动，在几何中心3m以外范围，飘带几乎不动；观察飘带摆动方向，风向并没有明显地沿着燃烧器几何切圆方向，而是不断地来回变换方向，观察几何中心3m左右风速较弱区域飘带，方向与切圆方向相反，用热线风速仪测量，实际风速最大值大概在8m/s左右，几何中心处风速很大，方向不固定，炉墙四周贴壁风几乎为0。

2.2分析和总结

本工程哈锅炉膛成正方形，前后墙距离14.6273m，左右墙距离14.6273m，燃烧器出口射流中心线和水冷壁中心线夹角分别为43度和47度，切圆方向为逆时针。单投一次风的工况发现，在喷口钝体左右侧的浓相和淡相风速相差近20m，这样保证了煤粉气流浓淡分离后浓相的煤粉浓度，浓相迎着上一角气流偏转放向，即燃烧时的着火侧，有利于煤粉着火，降低着火热；但是一次风刚性太强，甚至出现逆着切圆方向的流向，这就需要在煤粉着火初期及时混入二次风，使混合风在炉内形成稳定的切圆燃烧，使得煤粉及时充分的燃烧。

3试验工况二

3.1试验结果

调整送风机出力和二次风挡板，就地测量燃烧器二次风喷口风速接近37m左右，观察炉内飘带，切圆充满度良好，最大风速在炉膛中心向外三分之二半径处，炉膛中心处风速较小。通过热线风速仪沿着炉内十字线测量风速，四个方向风速最大值均为12m/s左右，位置在炉膛中心向外二分之一到三分之二处，在此处向中心和向炉墙风速衰减较快，几何中心处风速较小，平均风速不到1m/s，炉墙四周贴壁风风速1-3m/s之间。

3.2分析和总结

单投二次风的工况发现，二次风在炉内充满度良好，切圆半径在炉膛三分之二处，中心处风速和贴壁风均较小，和典型的四角切圆直流燃烧器差别不大。

4试验工况三

4.1试验结果

按照模化风速，调整一次风风速30m/s左右，二次风风速37m/s左右，观察炉内飘带，切圆充满度良好，最大风速在炉膛中心向外二分之一到三分之二半径处，炉膛中心处风速较小。通过热线风速仪沿着炉内十字线测量风速，四个方向风速最大值均为10m/s左右，位置在炉膛中心向外二分之一到三分之二处，在此处向中心和向炉墙风速衰减较快，几何中心处风速较小，平均风速不到2m/s，炉墙四周贴壁风风速1-2m/s之间。

4.2分析和总结

水平浓淡分离的燃烧器一次风和二次风充分混合后炉内切圆半径较单投一次风时大，但小于单投二次风时切圆半径，此时，炉内流场与常规切圆直流燃烧器相差不大。此工况下，如果二次风风速相对较小的话，混合风也会由于浓相相对高的的一次风的缘故，导致切圆半径偏小，这样会使得燃烧时火焰充满度不够，不利于着火和稳燃。

结论

水平浓淡分离的燃烧器一次风在喷口处通过百叶窗和喷口中心处竖直的钝体分为速度快的浓相和速度慢的淡相气流，在满负荷时，两者速度相差近20m/s，浓相气流迎着相邻角火焰，易于着火，提高了锅炉低负荷稳燃特性，淡相气流靠近水冷壁侧，能有效减少水冷壁结焦等问题。但是，由于浓淡两相气流速度相差大，导致浓相气流刚性较强，如果在燃烧时二次风投入过小，会造成四个角由于刚性较强，相对常规切圆直流煤粉燃烧器独立，不利于着火和稳燃，所以在燃烧时应及时投入二次风，为浓相煤粉燃烧提供充足的氧，使浓相煤粉充分燃烧，一、二次风充分混合，也有利于燃烧器四个角形成一个整体，气流旋转上升，使煤粉在炉内停留时间变长，充分燃烧，燃烧更加稳定。

在锅炉冷态点火阶段，二次风风速相对较低，这样应保持相对较低的一次风速，防止浓相高速的一次风刚性过强，不利于着火和稳燃。

水平浓淡燃烧器由于浓相煤粉浓度大，燃烧产生的热量大，所以需要投入相对较大的燃烧器周界风，防止燃烧器超温或者烧坏。

水平浓淡燃烧器，随着燃烧器负荷增加，浓淡两相风速差距越来越大，直至接近20m/s左右，这样长期运行浓侧燃烧器喷口可存在磨损等问题，在安装和检修时需引起足够的重视。

参考文献：

[1]侯典来.300MW机组锅炉汽温控制系统优化调试[J].电力科学与工程，2006，（01）：57-61.：53-55.

[2]孔凡义，周长来，许乃媛.日照发电厂350MW机组汽温控制系统及调试[J].山东电力技术，2000，（06）：61-63.