MW超超臨界鍋爐機組八角反向切圓燃燒方式特點分析

1、.1000MW超超臨界鍋爐機組八角反向切圓燃燒方式特點分析楊 磊1 李前宇2 溫志強11華北電力科學研究院有限責任公司，2北京京能國際能源股份有限公司，北京 100045The Characteristic of 1000MW Ultra-supercritical Boiler Unit Eight-square reversed double tangential Circle Combustion System AnalysisYang Lei1, LI Qian-yu2, Wen Zhi-qiang11North China Electric Power Research Instit

2、ute，2Beijing Jingneng International energy Company Limited，Beijing 100045，China:摘要：超超臨界百萬鍋爐機組以其節(jié)約一次能源，保護環(huán)境，減少有害氣體排放，降低地球溫室效應(yīng)的特點正在世界火力發(fā)電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文基于哈鍋1000MW超超臨界鍋爐機組，結(jié)合調(diào)試中冷態(tài)空氣動力場試驗結(jié)論及熱態(tài)燃燒初調(diào)整效果對超超臨界1000MW鍋爐機組八角反向雙切圓燃燒方式的特點進行了詳細闡述，為八角反向雙切圓燃燒方式的應(yīng)用及系統(tǒng)優(yōu)化提供借鑒與參考。關(guān)鍵詞：超超臨界鍋爐；1000MW；八角反向雙切圓；燃燒方式；空氣動力場試驗；燃燒初調(diào)整中圖

3、分類號: TK223.23 文獻標識碼： AAbstracts: Ultra-supercritical boiler unit (1000MW) with its primary energy saving, environmental protection, reducing harmful gas emissions and reduce, are widely used in the areas of the world's thermal power plant. This article is based HBCs 1000MW Ultra-supercritical bo

4、iler unit, with cold aero-dynamic field test and burning the beginning of adjustment in debugging describe the characteristics of 1000MW ultra-supercritical boiler unit with eight-square reversed double tangential circle combustion system in detail. And this paper provides reference to the eight-squ

5、are reversed double tangential circle combustion technology applications and system optimization.Key words: ultra-supercritical unit boiler; 1000MW; eight-square reversed double tangential circle; combustion system; aero-dynamical field; burning the beginning of adjustment1、 百萬機組燃燒方式綜述近年來我國電源結(jié)構(gòu)調(diào)整力度繼

6、續(xù)加大，除大力扶持其他新能源發(fā)電外，火電機組主要向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，同時對環(huán)境保護提出了更高要求，因此為解決工業(yè)和未來能源相協(xié)調(diào)的矛盾，許多國家正在發(fā)展高效率、低釋放量和低消費的超超臨界發(fā)電技術(shù)，超超臨界鍋爐以其節(jié)約一次能源、保護環(huán)境、減少有害氣體排放、降低地球溫室效應(yīng)的特點得到世界各國的廣泛認同。華能玉環(huán)百萬鍋爐機組、國電泰州百萬鍋爐機組、華能海門百萬鍋爐機組、國華寧海百萬鍋爐機組、大唐潮州百萬鍋爐機組等都是近年來投產(chǎn)比較有特點的國內(nèi)組裝出廠或具有自主知識產(chǎn)權(quán)的百萬超超臨界鍋爐機組，其中有單爐膛八角雙切圓燃燒方式濃淡分離直流燃燒器、前后墻對沖燃燒方式低氮氧化物旋流燃燒器、塔式鍋爐四角切

7、圓燃燒方式直流燃燒器，對于這些燃燒方式的應(yīng)用總結(jié)對提高百萬機組燃燒方式的設(shè)計優(yōu)化提供可借鑒的依據(jù)，意義重大?；诖吮疚闹饕獙Π私欠聪螂p切圓燃燒方式的特點進行刨析。2、 百萬機組八角反向雙切圓燃燒方式2.1系統(tǒng)簡介1圖2圖1大唐潮州電廠2×1000MW超超臨界鍋爐機組爐膛為長方形結(jié)構(gòu)，其燃燒器采用前后墻布置，共計8只，前后墻各布置四只燃燒器，順序為No.1No.8。八只燃燒器均為擺動式燃燒器，在爐膛內(nèi)部形成反向雙切圓，即由燃燒器No.3，No.4，No.7，No.8在爐膛左半部分中心形成順時針旋向的兩個直徑稍有不同的假想切園；由燃燒器No.1，No.2，No.5，No.6在爐膛右半部分

8、中心形成逆時針旋向的兩個直徑稍有不同的假想切園，見圖1。按照爐膛尺寸，燃燒器出口射流中心線和前后墻水冷壁中心線的夾角分別為 27°和37°。反向雙切圓的燃燒方式，保證了燃燒室良好的空氣動力場，并使出口溫度場比較均勻，爐膛出口轉(zhuǎn)向室兩側(cè)對稱點間的煙溫偏差小于50。同時，由于反向雙切圓的燃燒，使煤粉燃燒器只數(shù)增加，降低了單只噴嘴熱功率，有效地防止了爐膛結(jié)焦和燃燒器噴口燒損。2.2切圓燃燒技術(shù)特點高燃燒效率，穩(wěn)定的熱力特性和低排放等關(guān)鍵參數(shù)都是切向燃燒技術(shù)固有的特點。由于切向燃燒組成獨特的空氣動力結(jié)構(gòu)，其主要熱力特點如下：1) 著火穩(wěn)定性強燃料從燃燒器噴口噴出，受上游高溫煙氣加熱

9、很快著火，激烈燃燒的射流末尾又沖撞下游鄰角的燃料射流，形成切圓的四角射流相互碰撞加熱實現(xiàn)能量與物質(zhì)交換，從而產(chǎn)生燃燒穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)上升火焰。下一層旋轉(zhuǎn)上升火焰，促進上一層的燃燒強化和火焰穩(wěn)定；上一層的旋轉(zhuǎn)氣流同時加強對下層火焰的擾動，這種角與角和層與層之間的相互摻混擾動，即爐膛內(nèi)整體而不是局部的強烈的熱量和質(zhì)量交換，保證了煤粉的著火穩(wěn)定性。由此切向燃燒可認為燃燒是一個整體，各燃燒器的相互配合形成了一個能量源有機體。2) 燃燒效率高圖3調(diào)平后爐左爐右速度場分布（一次風速29m/s）由于切向燃燒獨特的空氣動力結(jié)構(gòu)，燃料進入爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，燃料在爐內(nèi)走過的路程最長，因此在爐內(nèi)的停留時間較墻式燃燒方式長，爐

10、膛煙氣充滿度高，能最高效利用爐膛容積，為炭粒燃盡創(chuàng)造良好條件。同時火球的旋轉(zhuǎn)使進入爐膛的煤粉和空氣逐漸均勻地在整個爐膛中充分混合，利于燃盡。另外切向燃燒的各股射流組合成一個旋轉(zhuǎn)火球，混合強烈，能適應(yīng)各股間風量分配的不均勻性，具有適度的抗干擾作用，因此對燃料和空氣的精確分配沒有過高的要求。這也體現(xiàn)了切圓燃燒器的另一特點煤種適應(yīng)范圍較廣，同時具有一定的自調(diào)節(jié)功能。參見圖2：切向燃燒和墻式燃燒空氣動力結(jié)構(gòu)，可以看出火焰在爐膛界面內(nèi)的充滿度切圓燃燒方式較墻式對沖燃燒方式好。3) 防止結(jié)渣性能好與相同尺寸的墻式燃燒爐膛相比，切向燃燒圓柱型旋轉(zhuǎn)上升的“火球”居于爐膛中部，爐膛充滿度好，燃燒熱力偏差影響較小

11、，對水冷壁放熱較均勻，煙氣的尖峰熱流及平均溫度較低，這一點對燃用低灰熔點的煤特別有利于防止爐膛結(jié)渣（在燃燒器經(jīng)過冷態(tài)檢驗之后）。4) 水冷壁可靠性高由于熱負荷的均勻使得水冷壁吸熱量在同一截面內(nèi)和同一刨面較均勻，使得各水冷壁管的水動力特性較一致，與墻式燃燒器比較，可以有效的避免局部過熱顯現(xiàn)的發(fā)生，使得水冷壁壽命和可靠性得到了提高。5) NOx 排放量較低長期的實踐經(jīng)驗證明，對大容量燃煤機組來說，切向燃燒技術(shù)具有NOx 排放量低的固有特點。切向燃燒NOx 形成量的降低是由于從角部進入爐膛的煤粉和二次風這兩股平行氣流之間的混合率相對較低的原因所致，因此初始燃燒（揮發(fā)分析出及初始碳顆粒燃燒）高溫區(qū)為還

12、原性氣氛，該區(qū)域位于爐膛中從燃料噴嘴至射流被爐膛的旋轉(zhuǎn)火球卷吸之處。同時充分燃燒區(qū)煙氣尖峰熱流及平均溫度較低，這一點有效抑制了NOx 排放量。因此在利用分段燃燒方法發(fā)展先進的低NOx 控制技術(shù)時，這種切向燃燒過程一直是個有利的因素。2.3八角反向雙切圓冷態(tài)空氣動力場試驗研究結(jié)果通過冷態(tài)空氣動力場試驗得到八角雙切圓冷態(tài)空氣動力特性：由圖3，B層燃燒器風速分布截面圖可以明顯的看出，爐膛內(nèi)一次風的充滿度良好，切圓直徑相對較大。圖7工況四爐右速度場分布（二次風速28m/s）圖5工況三爐右速度場分布（一次風速22m/s）圖6工況二爐左速度場分布（二次風速32m/s）圖4工況二爐左速度場分布（一次風速27

13、m/s）由圖4、5我們得到工況二的峰值半徑明顯較工況三的峰值半徑小，切圓區(qū)域較小，由于工況三的一次風速已經(jīng)降到該冷態(tài)?；r的最低值，如再降低一次風速前后墻很可能發(fā)生一次風貼壁現(xiàn)象。因此可以看出一次風速的加大，使得切圓有內(nèi)壓縮的趨勢，熱態(tài)時使火焰的剛性加強，火焰中心燃燒強度提高，但同時也要考慮火焰的爐膛充滿度。由圖6、7可以看出二次風速的增大加大了峰值半徑，使得切圓范圍擴大，適當降低二次風速可以有效減小煙氣刷壁，可以有效保護水冷壁。八角反向雙切圓燃燒方式冷態(tài)空氣動力試驗結(jié)論：1) 哈鍋供百萬機組超超臨界鍋爐兩個燃燒切圓獨立性很強，只存在能量上的支持，不存在物質(zhì)上的交換。因此可以證明八角反向雙切

14、圓繼承了如前所述的切圓燃燒的特點，將其放大化，提高機組的截面熱負荷，以適應(yīng)高參數(shù)大容量超超臨界鍋爐機組的要求是有其理論依據(jù)的；2) 設(shè)計工況條件下（主要是合理的一二次風動量比），切圓位置合理，既避免了氣流刷壁現(xiàn)象，又保證了較好的爐膛充滿度；3) 切圓尺寸隨著二次風速的減小而逐漸減小，隨著一次風速的減小而逐漸增大。熱態(tài)運行時，應(yīng)避免燃燒器一次風速低于20m/s(按攜帶煤粉且一次風溫為設(shè)計值)，否則易發(fā)生氣流刷壁問題。2.4八角反向雙切圓燃燒方式燃燒初調(diào)整實踐通過調(diào)整試運實踐，各個噴口之間的相互引燃效果明顯，燃燒狀況良好，在煤質(zhì)接近設(shè)計煤種的情況下制粉系統(tǒng)能夠達到設(shè)計出力，具體調(diào)整內(nèi)容如下：1)

15、最大/最小給煤量的確定最大給煤量：增加磨煤機出力至磨不堵，且磨煤機電流、本體阻力、磨出口溫度、一次風機電流等各參數(shù)正常，燃燒穩(wěn)定時的出力；最小給煤量：降低磨煤機出力至磨不震動，且運行平穩(wěn)、燃燒穩(wěn)定時的出力在磨煤機投入運行后。圖9針對此種燃燒方式由試運時的試驗數(shù)據(jù)得出單臺中速變加載磨煤機最小給煤量約為30t/h（不包括等離子點火時的最低煤量的限制，由于等離子點火需要一定的煤粉濃度所以等離子點火時煤量最好控制在40t/h左右），最大給煤量能夠達到磨煤機的額定出力79t/h。2) 著火穩(wěn)定性及著火距離的調(diào)整圖8根據(jù)切圓燃燒方式的特點以及八角雙切圓對鍋爐所能提供的截面熱負荷，確定合適的著火點應(yīng)距噴口0

16、.30.5m之間。保證燃燒器噴口不結(jié)焦，燃燒不脫火。觀察火檢配合就地觀察燃燒器噴口的著火情況，確定磨出口風粉混合物流速控制在2630m/s左右，能夠保證良好的著火穩(wěn)定性。3) 火焰剛性的調(diào)整圖10通過改變風箱與爐膛的差壓、以及周界風擋板開度來調(diào)整火焰的剛性。具有一定剛性的火焰不會“飛邊”，不沖刷水冷壁。通過燃燒調(diào)整發(fā)現(xiàn)5臺磨煤機以上運行時，二次風調(diào)整以正寶塔形為宜。4) 爐膛出口煙溫偏差的調(diào)整爐膛出口煙溫偏差不可避免的存在，對于配備切圓燃燒方式的鍋爐顯得尤其明顯。但是八角反向雙切圓采用反向雙切圓設(shè)計，較大程度的避免了煙溫的偏差。圖8為滿負荷運行中煙溫畫面，可以看出在配風良好和燃燒穩(wěn)定的前提下，

17、爐膛出口煙溫偏差在5度以內(nèi)，效果很好。5) 變換煤種調(diào)整變換煤種燃燒調(diào)整實際上為了適應(yīng)來煤煤質(zhì)不穩(wěn)定的現(xiàn)實情況，要求充分掌握制粉系統(tǒng)運行特性、出力能力和控制特性。如果煤質(zhì)變差，灰份驟增，則需要增加磨煤機的出力，滿負荷時甚至備用磨也要投入運行。潮州電廠3爐168期間煤質(zhì)有較大變換，同時，由于吹灰器的投入，煤量有一定的波動，1000MW額定工況下燃煤量在400360t/h左右，與設(shè)計煤種額定負荷燃煤量367t/h有較大不同。通過實際運行表明此燃燒方式對于煤質(zhì)的適應(yīng)性較好，能夠較好適應(yīng)揮發(fā)分、灰分、水分在一定范圍內(nèi)的變化。6) 二次風的調(diào)整機組啟動時，所有擋板均位于正常燃燒時的位置，從而保證爐膛火焰

18、中心位置為富燃料區(qū)，在爐膛上部區(qū)域形成富空氣區(qū)。某些情況下，為保證運行燃燒器的二次風量，未投入運行的燃燒器的周界風應(yīng)適當關(guān)小。一般負荷小于25時，為保證鍋爐最低風量要求及所投用燃燒器的適當配風，停用的燃燒器層相應(yīng)的周界風擋板開啟位置一般要大于冷卻位置；負荷大于25時，停用的燃燒器層其相應(yīng)的周界風擋板關(guān)至最小冷卻風量位置。當某排燃燒器及與之相匹配的磨煤機停運時，該燃燒器的周界風要開到適當位置，以便冷卻停運的燃燒器。一般在鍋爐高負荷運行時，上層的停運燃燒器需要約25的二次風量作為冷卻風，低層的大約需要1015的二次風量。二次風的調(diào)整同切圓燃燒方式類似，這從側(cè)面證明了八角雙切圓燃燒方式兩個切圓相互獨

19、立的良好特性。7) 風煤比曲線的確定建立正確的給煤量和一次風量的比率是鍋爐安全運行的關(guān)鍵，一次風量與給煤量不匹配將會導致很多問題：一次風量過高則燃燒器噴口一次風速偏大，煤粉氣流不易引燃，燃燒變得不穩(wěn)定，燃盡率下降，鍋爐效率下降，嚴重時導致鍋爐滅火；一次風量過低則攜帶煤粉的能力變差，有可能導致一次風管堵粉和燒損噴口，威脅制粉系統(tǒng)的安全。結(jié)合八角反向雙切圓燃燒方式特點，調(diào)試人員根據(jù)磨煤機制造廠提供的數(shù)據(jù)進行了校核計算，試運過程中通過電廠的煤質(zhì)分析及飛灰含碳量分析，確定了磨煤機一次風量自動的風煤比曲線，如圖 9。8) 加載力曲線的確定磨煤機液壓油系統(tǒng)根據(jù)給煤機420mA的給煤率電流信號，控制比例溢流

20、閥，改變油站對加載油缸的油壓，從而實現(xiàn)變加載。加載力與給煤率對應(yīng)關(guān)系如下2：加載油壓：5MPa15MPa（根據(jù)比例溢流閥實際情況再調(diào)整）加載力指令：25%100出力范圍：25100以此變加載曲線為基礎(chǔ)，調(diào)試人員在燃燒初調(diào)整時進行磨煤機加載力自動調(diào)節(jié)試驗，根據(jù)磨煤機電流、出力、煤粉細度等參數(shù)再進行優(yōu)化，形成的最終變加載自動調(diào)整曲線如圖10。9) 通過火檢結(jié)合就地看火檢驗燃燒效果由圖11可以看到帶滿負荷時五臺磨煤機運行八角反向雙切圓燃燒方式火檢狀態(tài)良好。就地看火，爐內(nèi)燃燒工況良好，火焰成明亮的金黃色，在爐膛的充滿度以及火焰的剛性都很理想，無偏斜刷壁及火焰中心偏斜現(xiàn)象，爐膛中心線位置爐膛縱刨面幾乎沒有物質(zhì)交換只有能量的傳遞。3、 結(jié)論根據(jù)前文所述，得到以下結(jié)論1) 通過冷態(tài)空氣動力場及燃燒初調(diào)整得出，八角反向雙切圓燃燒方式繼承了四角切圓燃燒方式的大部分特點，并能夠明顯改善煙溫偏差；2)