浅析 600MW亚临界燃煤机组燃烧器系统的优化

浅析 600MW亚临界燃煤机组燃烧器系统的优化

何中强

四川广安发电有限责任公司

摘要：为了有效控制设备数损坏和环保压力的日益增加，根据煤种和电厂实际运行面临的诸多问题，本厂对燃烧器进行改造和升级。

燃烧器简介

本机组的燃烧器采用前后墙对冲燃烧方式:制粉系统为中速磨正压直吹式系统，磨煤机为ZGM113G型中速辊式磨煤机，共6台，其中一台备用。煤粉细度为R90一10~40%，

锅炉共配有30只低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器:每层各有5燃烧器，同一层的5只燃烧器与一台磨煤机相连，燃烧器的投、停与磨煤机的投、停同步。为降低NOx的生成量，在煤粉燃烧器上方的2只燃尽风风箱上布置了1层共10只燃尽风调风器。布置如下：

煤粉燃烧器各层高度间距为4.4m，各燃烧器宽度间距为3.68m，最外侧燃烧器中心线到两侧墙水冷壁中心线的距离为2.99m，燃烧器上部布置有燃尽风（OFA）风口，10只燃尽风调风器分别布置在前后墙上。燃尽风距最上层燃烧器中心线距离为4m。

平时运行中，屏式过热器管壁温度高容易超温，氮氧化物生成量较大，喷氨量大，容易造成空预器堵塞，基于以上原因，对锅炉燃烧器进行改造优化。

二、燃烧器的改造

2.1燃烧系统改造主要涉及以下几个方面：

燃尽风改为前后墙各5个主燃尽风和2个侧下辅助燃尽风，增加燃尽风风量加大燃尽风喷口的面积，燃尽风主要采用直流射流；

将主燃尽风的标高提高，使其距离上层煤粉燃烧器6.2米~6.5米,以增加还原区的高度，同时新增侧下燃尽风，以保护侧墙水冷壁及提高侧墙未燃尽煤粉的燃尽性；

采用低氮燃烧方式后，主燃烧区处于还原性气氛中，会造成水冷壁壁面严重缺氧，低氮燃烧改造的同时在侧墙安装贴壁风系统；

将原燃烧器一次风喷管及浓缩器进行更换，采用文丘里+优化浓缩器的结构形式，文丘里结构可以起到很好的均流作用，将煤粉管道内的上下气流偏差进行均流，同时配合优化后的浓缩器，使一次风出口达到外浓内淡的煤粉浓度分布效果；为提高浓缩器及中心筒的耐磨性，将浓缩器和中心筒表面加装碳化硅护圈；将中心风筒的直径缩小，保证冷却浓缩器所需的冷却风量即可。

内二次风喷嘴设计采用我公司专有的稳燃环及压风板技术，强化实现内二次风在煤粉着火后的燃烧初期及时参与燃烧，强化煤粉的稳燃能力。

将原主燃烧器的内二次风喷嘴其外侧扩展角由45°更改为35°，其内侧为城垛型稳燃一次风喷嘴。将原主燃烧器外二次风喷嘴扩展角由45°更改为35°，风量及旋流强度可调，以保证形成良好的卷吸高温烟气回流区，实现在燃烧后期外二次风进入燃烧中心，强化单元旋流燃烧后期的燃烧，在后期与一次风中的煤粉较好混合以保证粗煤粉颗粒的燃尽。该设计也保证了煤粉不易逃出燃烧空气形成的旋流火焰区域，这是保证燃烧器区域水冷壁壁面不发生结焦和高温腐蚀的关键。

2.2 炉膛燃尽区域的燃尽风系统

由于原燃烧系统的燃尽风距离主燃烧器高度较小，仅为4米，还原空间不够，而且燃尽风喷嘴较小，燃尽风量较小，所以本次改造需要增大燃尽风与主燃区的高度，增加燃尽风喷嘴面积。详细介绍如下：

为保证有足够的还原区高度，将燃尽风喷口位置抬高，使其距最上层主燃烧器6.2米~6.5米。

主燃尽风仍然布置5个，射流中心位置仍与下部主燃烧器中心相同。

将燃尽风喷口增大，燃尽风采用大喷嘴结构，将原刚性和穿透性较差的燃尽风喷嘴更改为刚性好、穿透性强的直流燃尽风喷嘴，喷嘴分成中心风喷口、内环风喷口及外环风喷口三个部分。其中中心风和内环风喷口为直流射流，外环风喷口采用弱旋流叶片结构，冷态调试后固定外环风的风门开度。

中心风喷嘴的风门开度（0～100%）采用DCS远程控制，以保证在不同负荷下的燃尽风射流的穿透能力，低负荷时常开中心风及外环风喷口即可保证燃尽风量，高负荷时则内外环喷口全开，可以更好的兼顾不同负荷时的燃烧稳定性和燃尽性。

靠近两侧墙800mm的位置，距主燃尽风燃烧器中心线2米位置，新增侧下燃尽风燃烧器，如图1-11所示。侧下燃尽风可以很好的捕捉并将炉膛角部位置以及两侧墙附近的未燃尽煤粉颗粒赶入燃烧中心区域，提高煤粉的燃尽性；同时更起到保护侧墙水冷壁，防止该区域因还原性气氛而导致的高温腐蚀

2.3 炉膛还原区侧墙的贴壁风系统

在前后墙对冲布置的旋流燃烧方式的炉膛中，采用SOFA燃烧系统时，在主燃烧区域及还原区，容易形成侧墙的高温腐蚀和结渣的发生（该区域前后墙有主燃烧器的贴壁风），因此在侧墙引出很小的一部分二次风，采用我公司专利技术的炉膛贴壁风风帽形式加以保护，对于防止该位置的高温腐蚀具有很好的作用。

在前后墙原燃尽风区域及吹灰器区域增加贴壁风小风帽，防止此区域因吹灰器的拆除带来的壁面积灰积渣问题；

在第三层主燃烧器与燃尽风燃烧器之间还原区的两侧墙，新增贴壁风风道/风箱，并采用风门（手动）对风量进行控制；

侧墙贴壁风由二次风引出，风量为二次风总风量的1%左右；

在小风道/风箱覆盖的水冷壁鳍片上以一定间隔350～400mm均匀开孔，安装贴壁风小风帽喷嘴；

小风帽的出口侧墙贴壁风将在水冷壁表面形成一层保护膜，这一系列风帽型贴壁风喷嘴，可使该区域水冷壁面附近形成近氧化性气氛，以防止高温腐蚀的发生；

为防止贴壁风箱内积灰，每层贴壁风箱增加一套手动吹灰系统。

燃烧器改变后的控制与调整。

旋流燃烧器的出口气流结构、回流区的大小、位置、射程的远近、气流的扩散角等，是决定其燃烧工况最基本的因素。因此旋流燃烧器的燃烧调节最主要的就是出口风速和风率的调节。

3.1一次风的调整。对于直吹式制粉系统，一次风率由磨煤机入口前的总一次风量挡板调节。当给煤机煤量变化时，磨煤机一次风量应根据没量增减成正比变化，由于一次风压的波动跟锅炉燃烧有直接关系，所以在低负荷期间，调整单台磨煤机入口一次风量的时候，应兼顾调整一次风母管压力，防止大幅波动，低负荷时，保证磨煤机不赌煤的情况下，一次风应维持地线运行。

3.2 二次风的调节。二次风在燃烧中主要起补充燃料所需的空气；加强气固两相之间的混合；改变炉内燃料的浓度布置。二次风过大不仅浪费送风机单耗，过量的冷空气进入炉膛，对稳定燃烧也是一大威胁，如果二次风量不足，使燃烧处于缺氧状态，炉膛结焦严重，传热恶化，将会导致管壁超温、夸焦等不安全事件，二次风的控制应为在氧量控制范围靠上限运行。

3.3 三次风的调节。三次风相对于炉内高温烟气而言是一股冷空气，它对燃烧影响较大，三次风的风量一般在20%左右。若三次风风量过大，会使燃烧恶化，三次风量过小，对控制超温不利，所以三次风量的调整，应根据燃烧实际情况而变化。总的趋势应为机组负荷越高，三次风开度越大，反之亦然。

3.4 中心风和燃尽风的调节。中心风是从燃烧器的中心风管内喷出的一股直流风，用于冷却一次风喷口和控制着火点的位置，油枪投入时，为油枪燃烧提供氧气。不投油时，中心风的大小影响到火焰中心温度和着火点的距离，所以在投入油枪时应开大中心风，油枪停运后，中心风应维持较小开度。燃尽风是横置于主燃区之上的直流风，可以有效的减小氮氧化物生成量，但是燃尽风开得过大，再热器温度不宜控制，管壁容易超温，所以燃尽风开度的控制应根据管壁温度控制的情况，靠上限控制。

参考文献：

[1]《四川发电有限责任公司600MW机组运行规程》

[2]《电站锅炉运行与燃烧调整》 中国电力出版社

[3]《电站锅炉原理》 中国电力出版社

[4]《单元机组集控运行》 中国电力出版社