預燃室型燃燒煤粉燃燒系統(tǒng)的研究

預燃室型燃燒煤粉燃燒系統(tǒng)的研究

0其他預燃室燃燒與燃燒中國目前的發(fā)電廠主要采用貧煤和煙煤。根據(jù)這些煤種和針對降低鍋爐燃燒飛灰可燃物、參于機組調(diào)峰的低負荷穩(wěn)燃不投油、煤粉直接點火、小油槍點火等節(jié)能問題,國內(nèi)先后開發(fā)、應用和發(fā)展了筒形預燃室燃燒器、雙通道燃燒器、偏置射流燃燒器、等離子煤粉點火燃燒器、小油槍燃燒器、濃淡燃燒器、船形鈍體等燃燒器。以上除了濃淡燃燒器和船形鈍體等燃燒器外,大都是預燃室型燃燒器?，F(xiàn)針對預燃室型燃燒器的研制、應用和發(fā)展情況作一分析總結(jié)。1貧煤型預燃室燃料該燃燒器的結(jié)構(gòu)特點:一次風煤粉混合物是通過燃燒器預燃室根部的一次風管內(nèi)的旋流器進入筒形預燃室。此種預燃室燃燒器結(jié)構(gòu)見圖1。在預燃室燃燒器的斷面熱負荷已定的情況下,決定其結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)是長徑比(預燃室長度與直徑之比)和直徑比(預燃室直徑與旋流器直徑之比)。二者應選取適當。因為長徑比的大小,與一定流速的煤粉氣流是否能在預燃室內(nèi)著火有關(guān);直徑比的大小,與一定流速的煤粉氣流在預燃室內(nèi)擴散空間的大小和熱煙氣回流區(qū)及回流量的大小有關(guān)。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn),貧煤型預燃室燃燒器的長徑比和直徑比分別為1.7~2.2、2.0~2.8;煙煤型預燃室燃燒器的長徑比和直徑比分別為1.0~1.2、1.7~2.0。旋流葉輪出口風速,對煙煤可選用25~35m/s;對貧煤可選用22~25m/s。旋流葉片出口安裝角可選25~45°,葉片覆蓋度可選1.0~1.5。該預燃室燃燒器在運行時要注意以下4方面問題:(1)要把煤粉細度控制在合理范圍內(nèi),煙煤R90為10%~20%;貧煤R90為8%~12%。(2)將風粉氣流質(zhì)量濃度控制在合理范圍內(nèi),對煙煤可控制在0.25~0.50kg(粉)/kg(氣);對貧煤可控制在0.30~0.60kg(粉)/kg(氣)。(3)一次風粉混合物溫度,對于貧煤要控制在130~200℃;對于煙煤大于30℃就可以了。(4)要注意原煤的灰分在30%以下,水分在7%以下。該燃燒器的點火容量,一般按鍋爐實際燃煤量的20%進行設計計算。該燃燒器在煤粉鍋爐上應用時,對燃用煙煤的鍋爐,一般布置在爐膛四角下二次風口處;對貧煤鍋爐,應根據(jù)現(xiàn)場情況可布置在下二次風口處,也可布置在兩側(cè)墻和前后墻。這樣該燃燒器只用于點火,而不作為主燃燒器使用。該燃燒器目前主要適用2種點火源:一種是等離子焰流,功率在50kW左右;另一種是小油槍,出力為150kg/h。使用等離子焰流為點火源的燃燒器,其鍋爐點火節(jié)油率為100%。使用小油槍為點火源的燃燒器,對于燃用煙煤的鍋爐其點火節(jié)油率為50%~90%。該燃燒器也可用于鍋爐低負荷穩(wěn)燃,對于燃用煙煤的鍋爐可在40%負荷條件下不投油穩(wěn)定燃燒;對于燃用貧煤的鍋爐可在50%低負荷條件下不投油穩(wěn)定燃燒。煙煤型預燃室燃燒器主要是在十里泉電廠5臺400t/h鍋爐、石橫電廠2臺220t/h鍋爐、萊蕪電廠3臺400t/h鍋爐、威海電廠2臺400t/h等大中小型鍋爐上應用過。貧煤型燃燒器,主要是在煙臺電廠2臺220t/h鍋爐、黃臺電廠2臺170t/h鍋爐和1臺230t/h鍋爐、臨沂電廠2臺220t/h鍋爐、黃島電廠2臺400t/h等大中小型鍋爐上應用過。在實踐應用中發(fā)現(xiàn),煙煤型預燃室燃燒器是成功的,等離子焰流和小油槍均可作為點火源,其煤粉燃盡度高,燃燒穩(wěn)定,節(jié)油率高,一般不出現(xiàn)預燃室積粉、結(jié)焦、燒損等問題。對于貧煤型預燃室燃燒器,如煤種多變和設計也不準確,預燃室經(jīng)常出現(xiàn)積粉、結(jié)焦、燒損等問題。同時還發(fā)現(xiàn)該燃燒器不宜當主火嘴使用,因為貧煤型預燃室燃燒器的外形較大,在鍋爐上布置比較困難。2燃燒配型煤調(diào)濕燃燒燃燒預燃室為解決第1種燃燒器出現(xiàn)的問題,因此出現(xiàn)了第2種新型燃燒器———雙通道燃燒器。該燃燒器的結(jié)構(gòu)特點是在同一個矩形預燃室上、下側(cè)各開1個一次風口,這樣在上、下一次風口間設計了1個回流空間。上、下一次風射流流動的結(jié)果,將產(chǎn)生強烈的回流區(qū)。這2股射流的動量很大,因此其回流量很大,這對一次風粉的加熱、著火十分有利。對于一般煤質(zhì),利用這一回流就足以使燃燒穩(wěn)定。此種預燃室燃燒器結(jié)構(gòu)見圖2。在下一次風口兩側(cè)設置2根高速射流管,其流速可在零至音速間調(diào)節(jié),根據(jù)不同煤種對著火的要求,可通過改變高速射流的流量,來改變熱煙氣回流量。對于一般揮發(fā)分較高的煤來說,可把高速射流關(guān)閉,僅靠上、下兩股一次風射流,自身產(chǎn)生的煙氣回流就足以使一次風粉加熱、著火和穩(wěn)定燃燒。但對于低揮發(fā)分的煤來說,則高速射流應開啟。為了避免熱回流煙氣使預燃室內(nèi)兩側(cè)壁過熱結(jié)焦,在兩壁腰部加了2股二次風,即腰部風。大型鍋爐燃燒器預燃室的高度H較大,其長度L為0.3~0.7m。而小型鍋爐的H較小,其長度L為0.4~0.7m。該燃燒器從20世紀90年代初至今,在全國一些發(fā)電廠大、中、小型鍋爐上都有應用,例如:濰坊電廠2臺1000t/h鍋爐、華德電廠2臺1000t/h鍋爐、龍口電廠410t/h和670t/h鍋爐、晨鳴電廠2臺130t/h鍋爐、煙臺電廠220t/h鍋爐、鄒平電廠2臺130t/h鍋爐等。通過實踐應用發(fā)現(xiàn)該燃燒器的優(yōu)點:(1)該燃燒器對于燃用貧煤和劣質(zhì)貧煤的鍋爐,其穩(wěn)定燃燒性能非常好,能使這些鍋爐在45%~50%負荷條件下,不投油燃燒穩(wěn)定。(2)該燃燒器配上等離子焰流發(fā)生器或小油槍,可當點火燃燒器用,也可作為主燃燒器運行。配等離子焰流發(fā)生器的點火節(jié)油率為100%,配小油槍的點火節(jié)油率為50%~60%。該燃燒器的缺點:(1)對煤質(zhì)變化的適應范圍很小,當入爐煤的可燃基揮發(fā)分小于8%時,飛灰可燃物偏高,其穩(wěn)燃能力下降,此時關(guān)閉腰部風和開啟底部高速射流,則效果不大。當入爐煤可燃基揮發(fā)分大于19%,預燃室設計H和L偏大時,此時預燃室溫度偏高,全開腰部風降溫則效果不大,從而使預燃室結(jié)焦、燒損。當預燃室燒損變形后,就造成爐膛內(nèi)風粉氣流燃燒動力場紊亂,爐膛上部煙溫偏高,導致過熱器超溫等問題。(2)當該燃燒器燃用揮發(fā)分較高和硫分較高的貧煤時,其預燃室出口火焰溫度偏高,易造成水冷壁高溫腐蝕。(3)燃用煙煤和無煙煤或煤質(zhì)多變的鍋爐,不宜采用該燃燒器。3次風燃燒采用二次風系統(tǒng)針對雙通道燃燒器存在的問題,又出現(xiàn)了第3種矩形噴口的預燃室燃燒器,即偏置射流燃燒器。該燃燒器的結(jié)構(gòu)形式見圖3,在矩形截面的預燃室內(nèi),將一次風粉主射流偏置于中心軸線下方的一定距離處,并且在底部設置一股控制射流。一次風速通常在22~30m/s,控制射流的速度在一次風速的1倍左右,由于一次風粉混合物射流的動量很大,因此在預燃室上部便形成了一個很大的回流區(qū)。回流區(qū)的高溫煙氣,在預燃室內(nèi)形成了一個穩(wěn)定的內(nèi)部熱源。通過氣流間的傳質(zhì)、傳熱提供了煤粉著火所需的熱量,從而保證了新鮮燃料持續(xù)穩(wěn)定燃燒。該燃燒器的工業(yè)性試驗在某電廠400t/h鍋爐上進行。將下層4個主火嘴改裝成該型燃燒器。控制射流由二次風箱引出,一次風采用鍋爐原風粉系統(tǒng)。通過應用發(fā)現(xiàn)該燃燒器的優(yōu)點:(1)配合小油槍,能使鍋爐點火節(jié)油率達30%~50%。(2)鍋爐能在45%負荷條件下,不投油穩(wěn)定燃燒。該燃燒器的缺點:(1)一次風出口角度偏于預燃室軸線,其結(jié)構(gòu)較復雜,改裝成主火嘴,不易布置。(2)該燃燒器在矩形截面的預燃室內(nèi),將一次風粉主射流偏置于中心軸線下方的一定距離處,并且在底部設置一股控制射流。這樣對防止預燃室底部結(jié)焦、燒損略有好處,但不能防止預燃室上部和兩側(cè)的結(jié)焦、燒損。4次風出口截面模擬參考以上預燃室型煤粉燃燒器的優(yōu)缺點,研制開發(fā)了新的預燃室型煤粉燃燒器———新型可調(diào)單通道燃燒器,其結(jié)構(gòu)形式見圖4。該燃燒器與以上燃燒器相比,其不同之處是:(1)以上燃燒器的一次風分別是通過旋流器進入預燃室,或分成上下2個管道進入預燃室,再就是成一個角度進入預燃室。而新型燃燒器的一次風是水平直接進入矩形截面預燃室的下部。一次風射流以23~28m/s的速度通過預燃室底部,能防止其底部積粉結(jié)焦。(2)取消了類似于雙通道燃燒器與偏置射流燃燒器的高速射流和控制射流。這樣使結(jié)構(gòu)更簡單。(3)將腰部冷卻風改為預燃室內(nèi)上部和兩側(cè)冷卻風,能防止預燃室上部和兩側(cè)結(jié)焦與燒損。(4)在進入預燃室的一次風出口截面處,加了1個可調(diào)擋板。用于根據(jù)煤質(zhì)情況來調(diào)節(jié)一次風的出口截面和風速,以此來調(diào)整回流量。在試驗室對新型燃燒器的空氣動力工況進行了數(shù)值模擬(見圖5)。模擬結(jié)果顯示,可調(diào)單通道燃燒器的一次風,是從預燃室下部進入預燃室內(nèi)部,一部分為直流通過預燃室底部;另一部分為回流,形成一個穩(wěn)定的回流區(qū)?；亓鲄^(qū)結(jié)構(gòu)為開放式,這樣在熱態(tài)條件下,能不斷地把熱煙氣回流過來,并穩(wěn)定在預燃室中部,從而不斷點燃進入預燃室的一次風粉氣流。因此該燃燒器具有良好的穩(wěn)燃能力。冷卻風能很好地保護預燃室頂部和兩側(cè)。變化冷卻風速,燃燒器出口回流區(qū)斷面尺寸變化明顯,從而對回流量將產(chǎn)生一定影響,因此可實現(xiàn)熱態(tài)下燃燒器內(nèi)部溫度的可控在控,防止出現(xiàn)燃燒器燒損問題。在一定范圍內(nèi)變化一次風可調(diào)擋板的角度,能改變一次風速和回流區(qū)的大小。該類型燃燒器先后在山東濰坊發(fā)電廠2臺1000t/h鍋爐和山東鄒平發(fā)電廠2臺130t/h鍋爐(可調(diào)單通道燃燒器)上應用。該燃燒器有如下特點:(1)結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,既能當主火嘴使用,又能與等離子焰流和小油槍配合當點火燃燒器使用。(2)穩(wěn)燃性能好。對于燃用貧煤的鍋爐,能在45%~50%負荷條件下,不投油穩(wěn)定燃燒。(3)山東鄒平發(fā)電廠燃用貧煤的鍋爐采用了該燃燒器后,飛灰可燃物由原來的7%~10%下降到4%~5%以下。(4)某發(fā)電廠1000t/h鍋爐上雙通道燃燒器和單通道燃燒器都被采用了,經(jīng)過1個大修期發(fā)現(xiàn),雙通道燃燒器的噴口已燒損變形,而單通道燃燒器卻完好無損。從技術(shù)上來說,雙通道燃燒器是預燃室內(nèi)的2股煤粉射流相互點燃,所以當煤的揮發(fā)分變高,預燃室溫度偏高時,靠腰部風冷卻是不行的。而單通道燃燒器,不存在2股煤粉射流相互點燃的問題,同時在預燃室上部和兩側(cè)都有冷卻風,因此當預燃室溫度升高時,冷卻風能很好地發(fā)揮降低預燃室溫度和防止預燃室結(jié)焦、燒損的作用。經(jīng)過實驗和應用,該燃燒器在設計上應注意以下幾點:(1)預燃室的長高比L/H應在1.0~1.5;高寬比H/B在1.0~1.4;預燃室高度與一次風出口高度比H/h在1.8~3.0。(2)一次風可調(diào)檔板,調(diào)整一次風出口截面變小范圍是原截面積