浓淡钝体燃烧器在 HG410th 锅炉上的应用.doc

浓淡钝体燃烧器在 HG410t / h 锅炉上的应用

齐鲁石油化工公司热电厂现有五台 HG 一 410／100一Ⅱ型高温高压固态排渣煤粉锅炉，设计煤种为山西贫煤。投产以来，锅炉在 75 ％负荷时需投油稳燃，飞灰含碳量偏高。为解决上述问题，齐鲁石化公司热电厂于 1995 年在 2 号炉上首先应用浓淡钝体燃烧器， 1996 年、 1997 年又陆续完成 1 号炉、 3 号炉、 4 号炉燃烧器改造。使用情况良好，实现了 55 ％负荷运行脱油稳燃，锅炉各参数均达运行要求，飞灰含碳量大幅度降低，经济效益显著。
1 锅炉概况
HG 一 410 / 100一Ⅱ型锅炉为自然循环、∏型布置的固态排渣煤粉炉，按山西混合贫煤设计，采用正四角布置直流燃烧器切圆燃烧反时针旋转，假想切圆为Ф1000mm，配有钢球磨储仓式热风送粉单元制粉系统。炉膛断面为正方形，宽深均为 9 980 mm ，改造前燃烧器的风口布置见图 1 所示，中、下排一次风喷口尺寸为 400 x 400mm 。
2 改造方案
2 . 1 带热回流的煤粉浓淡分离技术
在本次改造中，采用了煤粉浓淡分离技术和热回流技术相结合的办法。其中煤粉浓淡分离采用天津电力试验研究所开发的撞击式分离器来实现，该分离器结构如图 2 所示。

该装置主要利用煤粉冲击到撞击块后，煤粉颗粒因反弹而转向，由于颗粒惯性远大于空气，因而煤粉在浓侧聚集而实现煤粉的浓淡分离，将煤粉分为左右两股，使浓侧集于向火侧，淡侧位于背火侧，实现水平浓淡分离。在喷燃器出口，还增加了钝体稳燃器，气固两相流体绕流钝体后形成拉伐尔线，在拉伐尔线喉部外附近区域形成富氧区，此处又是外回流区的接汇处，炉膛高温烟气在外围流区与由于液体流动惯性形成高浓度煤粉和高浓度氧三因素成一体使煤粉迅速加热，着火和燃烧。此外主气流与一次风喷口四小角射流束气流刚度好，穿透力强，而且由于流速场、动力场稳定射流半角为 18°，更加强四角切团燃烧的特点。
在变工况运行，例如低负荷运行时，气流结构衰减不大，也是该型浓淡型钝体燃烧器另一明显特点，这一特点亦为在变工况运行时保持速度场和动力场与额定工况下速度场、动力场主要特征参数相近，保证低负荷稳燃。

2 . 2 改造技术方案
根据近年来入炉煤质资料和锅炉实际状况，本次改造采取以下措施：
( 1 ）考虑到低负荷燃烧时，只需投入中、下排 8 只燃烧器即可满足燃烧要求，因此燃烧器只改中、下排燃烧器。四角一次风道的布置特点使 1 号、 2 号一次风口之前弯头的离心作用使浓煤粉射入炉内向火侧；而 3 号、 4 号角一次风口之前弯头的离心分离作用，使浓煤粉射向背火侧。因此， l 号、 2 号角利用风粉流经弯头的离心分离作用，在一次风管弯头后分面成两个水平管箱；3号、 4 号角下、中一次风道内分别加装浓淡分离装置，把原背火侧的浓煤粉气流导向向火侧，这样使炉膛内的向火侧各具备一股浓煤粉气流。
( 2 ）在中、下排的燃烧器喷口处设计了内置式稳燃体。钝体采用耐热钢加强板支撑，安装在喷口一定位置上，稳燃体为非流线型，当风粉气流流进时，会在尾迹区产生内回流，卷吸高温烟气，以利于燃料的着火和提高其自身的稳燃能力。着火后的煤粉气体仍在炉膛内形成切圆燃烧。
( 3 ）改装浓淡型钝体燃烧器不切割水冷壁，保持一次风喷口流通面积不变，稳燃体增大，即整个燃烧器喷口大于原喷口尺寸，中、下排一次风喷口尺寸为 560X470mm ，所有二次风口结构尺寸不变，如图 3 所示。
( 4 ）由于一次风管道系统结构差异，导致各层、同层支管各阻力系数差异性，采取在一次风管配粉器前加装一次风可调缩孔，利用可调缩孔的挡板调节一次风管的阻力，使各一次风管的阻力相等，达到平衡一次风管阻力的目的，从而顺利调匀各一次风管风量 、粉量。
3 热力试验
2 号炉改装浓淡钝体燃烧器后，进行了必要的冷、热态试验。
3 . 1 冷态试验
3 . 1 . 1 一次风动压管流速系数的标定
利用标准毕托管、微差压计选取合适风量，对一次风测速元件逐个进行标定，标定出每个元件的流速系数 Kd ，标定结果见表 1 。
在一次风挡板全开情况下，测最浓淡型钝体燃烧器实际阻力为 228 Pa ，流体绕流钝体形成阻力系数Ф＝ 1 . 28 .

3 . 1 . 2 炉内冷态空气动力场观测
我们对浓淡钝体燃烧器喷口做了飘带试验和焰火试验，结果如下：
a ．中、下层各一次风口气流流线均呈现微拉伐尔线。
b ．在各拉伐线喉部至燃烧器存在着内回流区。
c ．在主气流两侧用移动式飘带发现存在外回流区长度约为 270 mm 。
d ．用移动飘带测量每个喷口四小角发现存在外回流区。
e ．用细带在内回流区观察发现存在高旋转涡管。冷态空气动力场试验测试结果，强风环居于炉膛中心，直径为 5m 左右，贴壁风速最大为 5 . 3m / s 。
3 . 2 热态试验
3 . 2 . 1 一次风可调缩孔热态调试
调整可调缩孔挡板的目的是使各一次风管路的阻力相等，保持各一次风管落粉处静压相等，从而顺利调平各一次风管风量、粉量。根据一次风设计风速 22m / s ，风粉浓度比0．52 kg / kg 可计算出满足设计要求而不堵一次风管的一次风毕托管动压必须保持 250 Pa 左右，由此可计算出动压管指示，以此作为调节一次风可调整孔开关程度的依据。
3 . 2 . 2 低负荷稳燃试验
维持锅炉负荷 210 ~ 250 t / h 。试验开始时，甲侧制粉系统运行，氧量维持在 2 . 6 % ~ 3 % ，一次风总压 2 000 ~ 2 100 Pa ，炉膛微负压一 35 ～一 10 Pa ，二次风配风方式采用束腰式，采取开大上、下二次风，少开中二次风的办法。粉位 4 . 0 ~ 5 . 0m ，共 8 台给粉机投入。撤油后燃烧稳定，运行正常，两小时后启动乙侧制粉系统，甲、乙两套制粉系统同时运行，负荷 230t/t左右，二次风配风相应变化， 8 台给粉机投入运行，炉膛负压波动比较大，主要原因是乙制三次风单管运行（因 1 号三次风喷口漏粉严重，关闭三次风门）四角不均匀造成，炉膛火焰燃烧相对较差，但燃烧稳定，运行状况良好。 30 min 后停止乙侧制粉系统，只有甲制单独运行，负荷 210 ~ 230t / h , 氧量维持在 4 . 0 % ~ 4 . 5 %，一次风总压 2 000 ~ 2 100Pa ，炉膛负压一 30 ～一 10Pa , 粉位 4 ．0～ 5 . 0m , 7 台给粉机投入该工况维持运行 8 小时，锅炉燃烧平稳，火焰明亮，运行良好。
在低负荷试验期间，进行了启停乙制粉系统试验各一次，另外，投、停给粉机试验多次，燃烧稳定，炉膛负压和各部风压均在正常范围内波动，火焰监视器显示火焰正常，各运行参数均在正常范围内。
3 . 2 . 3 额定负荷
试验燃烧器改造后，增加了一次风系统的阻力。根据改造后试验，当锅炉负荷在 410t/h时（额定出力）甲送挡板开度为 65 % ，乙送为 60 % ，送风机压头能满足燃烧器改造后送风系统阻力增加的需要。燃烧器改造前后各项经济指标试验结果见表 2 。
4 运行状况及经济效益分析
4 . 1 改后运行状况
4 . 1 . 1 炉膛温度场均匀
由于将各层一、二次风速及风粉浓度基本调匀，再加上煤粉分离装置和钝体配合，炉膛内的向火侧都具有浓煤粉气流，煤粉在炉膛内分布均匀，不仅充分发挥了向火侧煤粉着火优势，有益于稳定和强化燃烧，而且能降低炉膛内不同部位的温差。由表 3 可以看出，在同一高度燃烧断面上，炉膛四周火焰温并差△tmax = 30 ℃ ，这说明火焰在炉膛中分布均匀，燃烧中心居中．均匀的炉膛温度场，不仅有益于炉内过程也有益于锅内过程，有利用降低热偏差，保证良好的汽水循环；避免了局部热负荷过高和管壁温度过高，从而减少了氢腐蚀的客观条件。
4 . 1 . 2 增强了对流传热
根据国内研究资料介绍，实现煤粉稳定着火的热量主要来源于炉内高温烟气与煤粉气流的对流传热，这部分热量约占 70 % ~90 % ，而炉内辐射传热约占 10 % ~ 30 % 。该燃烧器设计采用内置钝体，又因四角小棱柱强射流，即保证一次风射流的刚度，又可增强内外回流传热，有益于煤粉提前着火，稳定和强化燃烧。
4 . 1 . 3 延长了部分煤粉在炉膛的停留时间在煤粉分离装置和钝体的作用下，使大部分煤粉射向向火侧。因煤粉的离心作用，部分煤粉，特别是粗粒煤粉，脱离主射流单独进人高温富氧回流区，这对煤粉的提前着火十有益。而且这部发煤粉在进入炉膛主旋转气流以前，有一个减速过程，从而增加了煤粉颗粒在燃烧区的停留时间，增加了燃烧区域的热强度。
综上所述，改造后的燃烧器有益于煤粉提前着火，增强了燃烧区的热强度、提高了该区的炉膛温度，反过来又有益于增强对流

各运行工况下炉膛温度测 t 记录见表 3 。

和辐射传热，使燃烧工况处于一个新的、有益于燃烧的平衡状态。
4 . 2 经济效益
正常情况下，负荷不低于55％不需投油助燃，且各项运行参数正常。据运行资料统计， 1996 年比 1995 年节约渣油 2770t , 1997 年比 1996 年节约渣油 4 636t 。
满负荷运行时，燃烧更加稳定，炉膛温度比改前提高 90℃。在煤质基本相同，给粉机转速相同情况下，锅炉负荷可提高 3 . 2 % ，飞灰含碳量下降 3 % ，排烟温度比改前降低 7 ℃ ，锅炉效率提高了 2 . 5 % ，每年可节约标准煤 5 600 吨左右。口