燃煤锅炉燃烧器结构及运行过程中风门调整对策的研究

燃煤锅炉燃烧器结构及运行过程中风门调整对策的研究

  彭磊

国能孟津热电有限公司    河南洛阳     471100

【摘要】：在锅炉正常运行中对燃烧的调整是锅炉维持汽温汽压稳定，燃烧充分的重要保证。在现阶段运行过程中孟津热电煤质来源复杂，劣质煤掺烧过程中对于锅炉的运行稳定性和安全性造成了影响，这就对运行人员在锅炉日常燃烧调整方面提出了更高的要求。通过各层燃烧器风门的合理调节，能保证锅炉燃烧的稳定均匀，避免锅炉汽温出现规定范围外的偏差以及锅炉受热面结焦。

【引言】：值班员在正常运行过程中对燃烧器层风的调节，一般通过改变燃烧器的三次风门开度以及燃尽风风门开度来进行的。通过改变风量配比以及燃烧形态，从而对锅炉的燃烧做出调整。经过多年运行经验，孟津热电孟津热电关于各层风的调节方法已经成熟并且形成一定的调节习惯。本文将通过孟津热电孟津热电燃烧器的形式、燃烧器各风门的作用，分析在运行过程中各风门调整对燃烧的影响。

一、燃烧器的结构分析：

孟津热电锅炉采用双调风旋流燃烧器，前后墙对冲燃烧方式。燃烧器分三层布置于炉膛前后墙，每层四支，布置共计24支。每层四支燃烧器对应相应磨煤机四支粉管，前墙为C/D/E，后墙为A/B/F。如下图所示：

（图1）

在燃烧器上方设置有燃尽风喷口，以提供燃料燃烧所需要的燃尽风。前后墙A、B侧均有燃尽风气动调节门，共计四个，控制所对应侧的燃尽风量。

进入燃烧器的空气被分为四个部分，分别为中心风、一次风、内二次风、三次风（外二次风）如下图所示：

（图2）

中心风：是从燃烧器的中心风管内喷出的一股直流风，起到冷却燃烧器喷口和控制着火点位置的作用。中心风是从燃烧器的中心风管内喷出的一股直流风，能控制着火点位置，获得最佳燃烧工况，在油枪运行时提供燃油配风。还起到冷却燃烧器喷口、防止烟气倒灌的作用。中心风门开度控制过小，着火点提前，能起到稳定火焰的作用，但是中心风量过小不利于燃烧器喷口的冷却，同时还可能会引起燃烧器喷口结渣结焦。中心风门开度控制过大，着火点推迟，有利于燃烧器喷口的冷却，避免了燃烧器喷口结渣的可能性，但是不利于火焰的稳定（特别是燃用低挥发份无烟煤时），同时增加了屏过结焦的可能性，单支燃烧器的中心风门需要在就地调节燃烧调整时已确定。每层燃烧器左右两次设置有该层燃烧器中心风门调节门，目前运行中规定中心风调门在磨煤机启动前投入自动，开度为100%。磨煤机停运后切至手动关至20%，以保证燃烧器有足够的冷却风量。

一次风：燃烧器的一次风来自磨煤机。作用是输送磨煤机磨制的煤粉，同时为煤粉燃烧提供一定的风量。一次风粉混合物首先进入燃烧器的一次风入口弯头，然后经过燃烧器一次风管和布置在一次风管中的煤粉浓缩器，浓缩器使煤粉气流产生径向分离，浓煤粉气流从一次风管圆周外侧经过一次风管出口处的稳焰齿和稳焰环进入环形回流区着火燃烧；淡煤粉气流从一次风管中心区域喷入炉内，并进入内回流区着火燃烧。 

二次风：燃烧器二次风分为内二次风及三次风（外二次风），均来自锅炉大风箱，内二次风和三次风通过燃烧器内同心的内二次风、三次风环形通道在燃烧的不同阶段喷入炉内（外侧为三次风），实现分级供风，降低氮氧化物的生成量。

内二次风：通过燃烧器内二次风环形通道在燃烧的初期及时补给氧量，单个燃烧器的内二次风在就地通过燃烧器上的二次风门调节螺杆进行调节，调节完成以后保持固定，因此在正常运行中，值班员不能对单支燃烧器的内二次风进行调节。每层燃烧器左右两侧设有二次风调节门，控制该层二次风总量。在投入自动以后，调门开度指令跟随该层对应磨煤机煤量，以提供保证煤粉燃烧充分燃烧所需要的风量。磨煤机停运以后，该风门指令为20%，为燃烧器提供冷却风。

三次风：在进入燃烧器后，通过燃烧器喷口处的旋流片发生旋转后进入炉膛，值班员可以通过各燃烧器三次风调节门来控制各燃烧器三次风量以及三次风的旋流强度。三次风门开度越大，三次风量变大但是燃烧器出口气流的旋流强度变小。三次风门开度变小，三次风量小旋流强度变大。而且同层相邻两个燃烧器三次风旋转方向相反，相邻层燃烧器三次风旋转方向也相反。如下图：

（图3）

二、运行过程中燃烧器各风门开度对锅炉燃烧的影响：

   在三次风气流经旋流器产生旋转运动，当从燃烧器喷射入炉膛时，射流就失去燃烧器通道壁面的约束，在旋转离心力作用下，气流向四周扩散，形成辐射状空心旋转射流。三次风与一次风之间会产生夹角，叫做扩展角（图4）。

（图4）

在上文中说道三次风门的开度影响了三次风量和燃烧器喷出气体的旋流强度。经过燃烧器进入炉膛的煤粉是通过卷吸炉膛内的高温烟气来着火的。随着旋流强度的增大，扩展角增大，回流区和回流量也增大，而射流衰减却越快，射程也越短。旋转强度的增大，其卷吸周围高温烟气的能力加强，煤粉着火强度变强使耗氧量增大。因此在日常运行过程中，通过合理的调节各燃烧器的三次风门开度，可以对锅炉两次的燃烧强度和燃烧状态进行调节。

锅炉两侧氧量偏差反应炉膛燃烧的均匀性和各区域的燃烧状态。一般情况下当锅炉两侧烟气含氧量出现偏差以后，氧量低的一侧燃烧强度大。使得锅炉两侧汽温出现偏差，而且会由于局部燃烧过强而提高了受热面超温和锅炉结焦的风险。

在运行过程中，锅炉两侧氧量偏差一般出现在煤质发生变化以及磨煤机运行方式出现变化，因此必须通过调节燃烧器的风门对燃烧进行调整。通过图3可以看出，各燃烧器三次风旋转的方向是不同的，而且同层相邻和邻层同位置的旋转方向是相反的。如后墙燃烧器中A层三次风中A1、A3旋转偏A侧，A2、A4旋转偏B侧。B层三次风中B1、B3旋转偏B侧，B2、B4旋转偏A侧。F层旋转方向同A层。前墙C、D、E层燃烧器中心风旋转方向与后墙一致。因此当出现锅炉氧量两侧偏差以后，可以开大相应的三次风门进行调节。如A侧氧量低的时候，可以开大向A侧旋转的三次风门，关小向B侧旋转的三次风门。其原理是：氧量低的一侧原因为风量不足或者燃烧强度大导致耗氧量变高。当开大氧量低的一侧三次风门以后，向此处旋转的三次风量变大，提供的风量也会变大。而且三次风门开大以后，燃烧的旋转强度将变低，燃烧气流的刚性变强使得卷吸附近高温烟气的能力变弱，这样就使得燃烧强度下降，耗氧量变低。因此通过三次风门的组合调整通过调整以后就可以使两侧氧量偏差变小。但是幅度不应过大，否则极容易造成锅炉两侧燃烧发生快速变化而导致壁温或汽温超限。在调节过程中，风烟盘与水盘应充分沟通相互配合，对调整后的参数变化做好预判。

在混煤掺烧过程中，防止锅炉结焦是燃烧调整的重要任务。锅炉的结焦是的主要原因为掺烧煤质下灰熔点较低、燃烧过程中氧量不足出现还原性气氛改变了灰分中的化学成分使熔点降低、燃烧器负荷过大、煤粉过粗、燃烧配风不合理等几种。在日常运行过程中，值班员因及时了解煤质的变化，根据灰熔点和捞渣机底渣形态的不同做出相应的调整。首先，应控制合适的一次风压来保证一次风速合理。一次风携带煤粉由燃烧器直流喷入炉膛，所以一次风的风速大小与燃烧器火焰的长度是有关系的。风速越大其衰减的时间越久而且火焰刚性越强，所以火焰长度就会变长。过高的一次风压使进入炉膛的煤粉变粗，导致燃烧滞后，提高了锅炉结焦的风险。目前锅炉一次风母管压力在遥控状态下设定值跟随运行磨煤机中最高单台磨煤量。值班员可通过遥控设定值进行加减偏置，对一次风压进行修正，控制磨煤机热风门开度大于60%磨煤机进口温度不高于265℃。

磨煤机旋转分离器是控制煤粉细度的主要手段，过粗的煤粉不仅不利于锅炉热损失的降低而且更容易引起结焦，同时在低负荷下更容易出现出现燃烧减弱火检降低的情况。因此在保证机组负荷以及磨煤机进出口差压的情况下应按照规定控制磨煤机旋转分离器的转速。

前文可以知道，二次风主要是提供煤粉燃烧所需要的风量。当出现锅炉底渣含焦量较大时，可以适当提高二次风量。开大灰熔点低的磨煤机对应的二次风门，或者通过氧量控制器提高总二次风量来提高燃烧过程中的氧量达到减少结焦的目的。

在前面的介绍中，三次风（外二次风）量既提供了风量又可以改变燃烧气流的旋转强度。通过图4中可以看到，旋转强度过大就会使燃烧的扩展角变大。三次风门开度过小的情况下有可能会使扩展角过大而不能形成闭合的气流，这样就会使得此处的燃烧强度过大，燃烧温度过高，也会导致部分熔融状态下的灰未经过足够的冷却时间而附着在了水冷壁上产生结焦的情况。因此燃烧低灰熔点的煤过程中，应适当开大三次风门开度。但是三次风门开度过大也是不好的，因为过大的三次风使得燃烧气流旋转强度变小，火焰刚性变大。容易冲刷对侧受热面而导致结焦。一般在运行过程中出现底渣结焦以后，将三次风门开值50-60%以后进行观察。

总结

锅炉的燃烧调整时一个复杂的过程，在日常运行操作中还应摸索积累经验。但是在监盘过程中出现参数偏差以后，要分析原因进行相应的调整和处理。如出现壁温过高、汽温偏差大，不能只是开大减温水或者将参数调低控制，这样很难保证机组长期稳定运行。