浅析超临界锅炉燃烧方式

浅析超临界锅炉燃烧方式

初奇 王鹏远

华能沁北发电有限责任公司 459012

摘要：锅炉燃烧过程实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。燃烧过程的根本任务是使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证锅炉安全经济运行。

关键词：锅炉运行;燃烧方式;经济性

保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。锅炉的燃烧方式也是在进行锅炉选型时，会考虑到的一个因素，下面就锅炉常见的两种燃烧方式优缺点进行简单的对比分析.

1.燃烧经济性

1.1对于切圆燃烧来说, 其优势在于:

(1)煤粉在炉内行程长, 炉内停留时间长。

(2)受邻角高温烟气的直接冲刷, 强化了燃烧。

煤粉气流从布置在炉膛4角（或8角）的直流式燃烧器引入炉膛进行燃烧的方式。一般一、二次风口常为间隔布置，各风口的几何中心线都分别与中央的一个或几个假想圆相切。

切向燃烧的特点是靠各角来的风粉混合物协同动作，在炉内形成一个强旋流火球燃烧。煤粉的着火和稳定燃烧是靠点火三角区和上游邻角过来的高温火焰的对流传热支持。火焰的形状不仅与燃烧器布置、参数有关，还与炉膛形状及假想切圆直径有关。假想切圆直径大，有利于着火稳定性，但容易使煤粉气流刷墙造成炉壁结渣；切圆直径小，有助于减轻结渣，但邻角点燃作用延迟。切向燃烧炉内旋转的火炬有利于煤粉的燃尽；但是炉膛出口的残余旋流易引起炉出口烟温偏差、流量偏差，对过热器、再热器管工作不利。

四角切圆燃烧的炉内过程，较之其它燃烧方式（如对冲布置旋流火焰和W型火焰），具有特殊的特质：燃烧器四角布置，一次风粉混合物在离开燃烧器的一段距离内，为受限空间射流，它容易吸引炉内的高温烟气；一次风粉混合物射入炉内，受上游邻角横扫过来的高温火焰的直接冲击，着火条件优越，着火稳定性好；四角射流互相联系，互相影响，一方面加强了一次风和二次风的混合，强化了燃烧，同时使燃烧中的煤粉颗粒外面包着的灰壳互受撞击，容易脱落，加快了煤粉颗粒内部燃烧，有利于煤粉的燃烬。

四角切圆燃烧系统煤粉喷燃器与二次风喷嘴是分开布置的，燃料风、辅助风和燃烬风是分批加入射流火焰，煤粉火焰是一种边燃烧边同二次风混合的扩散火焰，因此形成了一种较长的火焰结构。这种燃料与空气混合方式，本身就具有分级燃烧的性质，对于降低NOx的生成起到有利的作用。特别是一次风射流切圆较小、二次风射流切圆较大或一、二次风反切的布置方式，更加推迟了一、二次风的初期混合，加强了空气分级的效果，更是起到抑制NOx的生成作用。

1.2对于对冲燃烧锅炉采用旋流燃烧器, 就燃烧经济性来说, 它的优势在于:

(1)旋流燃烧器的一、二次风混合早且强烈,保障了煤粉及时、充分燃尽。

(2)旋流燃烧器对高温烟气的卷吸率高。

(3)对冲燃烧的炉膛的炉膛热负荷易控制均匀。

将一定数量的旋流式燃烧器布置在两面相对的炉墙上，形成对冲火焰的燃烧方式。旋流式燃烧器主要靠自身形成的回流卷吸燃烧室内高温烟气来加热点燃煤粉，因此形成基本独立的火炬。对冲布置的火炬在燃烧室中心相遇对冲，然后转弯向上。

旋流式燃烧器前后墙对冲布置和直流式燃烧器切向布置相比，其主要优点是上部炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布比较均匀，使过热蒸汽温度偏差较小，并可降低整个过热器和再热器的金属最高点温度。

2.结渣、磨损与高温腐蚀

煤种的结渣特性和炉膛容积热负荷、截面热负荷的选取是炉内结渣与否的重要影响因素, 在以上参数一定的情况下, 采用何种燃烧方式, 燃烧器布置方式、燃烧器结构特征等则成为解决结渣问题的核心。

对切圆燃烧来说, 合理组织切圆大小, 控制火焰中心偏斜是控制结渣的关键。切圆直径大于一定值时, 结渣趋势随切圆直径的增大而增大, 大量熔融、半熔融煤粉颗粒将直接撞击水冷壁, 形成结渣, 同时磨损水冷壁, 发生高温腐蚀。切圆又不能太小, 否则高温火焰集中于炉膛中部, 不利于着火和稳燃。

同心切圆燃烧技术普遍使用对解决切圆燃烧中的结渣问题起到了重要作用。二次风以大切圆喷入炉膛, 而一次风粉气流以小切圆、或对冲、或反向小切圆的形式进入炉膛, 形成炉膛中央的富燃料区和水冷壁周围的富空气区, 减小了一次风冲刷水冷壁的可能性, 不仅对于控制结渣, 对减小水冷壁磨损和高温腐蚀也大有帮助。同时一、二次风的混合更加强烈, 有利于煤粉完全燃烧

相对而言, 对冲燃烧炉中旋流燃烧器射流冲墙的几率较切圆燃烧小得多, 通过对单个燃烧器的旋流强度、火焰扩散角和一、二次风配比的控制即可实现对炉膛整体粘污水平的控制。

对冲燃烧炉中单个燃烧器功率的选取和燃烧器区域热负荷的选取是关键, 因为燃烧器区域结渣问题依然存在。单个燃烧器功率过大, 会使燃烧器区域局部热负荷过高而产生结渣, 切换和启停燃烧器对炉内火焰偏斜的影响较大, 一、二次风的气流太厚, 不利于风粉混合。但燃烧器只数减少, 相应管道及风箱布置则较简单。

总结：应该说，无论是对冲燃烧还是切圆燃烧，燃烧经济性的问题已基本解决。尤其是近年来切向燃烧技术中WR型燃烧器等浓淡分离技术的普遍使用，旋流燃烧器中低燃烧速率燃烧器的研发与运用，燃烧经济性问题已不再成为业内关注的首要问题。特别是烟煤的燃烧，其燃烧效率之高，已基本达到了极限。

参考文献：

1. 荣盘祥,张亮,孙国兵,郭祥迁,王宏源. 热电厂锅炉燃烧系统建模及优化研究[J]. 青岛理工大学学报,2018,39(02):110-117.

2. 张小康,董洁. 燃煤锅炉改造为燃气锅炉的可行性技术研究[J]. 设备管理与维修,2018(11):134-135