程青林

【摘 要】在大型四角切向燃燒鍋爐中，直流燃燒器切圓燃燒方式，由于著火條件好，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，燃燒可調(diào)，后期燃燒氣流擾動(dòng)較強(qiáng)，有利于燃盡等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。直流燃燒器一般布置在爐膛四角上。煤粉氣流在射出噴口時(shí)，雖然是直流射流，但當(dāng)四股氣流到達(dá)爐膛中心部位時(shí)，以切圓形式匯合，形成旋轉(zhuǎn)燃燒火焰，同時(shí)在爐膛內(nèi)形成一個(gè)自下而上的旋渦狀氣流。 但是從燃燒器噴口噴出來(lái)的氣流并不總能保持沿其幾何軸線方向前進(jìn)，總會(huì)出現(xiàn)它程度的偏斜，當(dāng)氣流偏斜嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致燃燒器射流貼附式?jīng)_擊爐墻，從而造成水冷壁結(jié)渣，影響鍋爐的安全運(yùn)行，筆者針對(duì)四角切向燃燒器鍋爐燃燒器射流的開(kāi)啟角度及噴口數(shù)對(duì)燃燒器區(qū)空氣動(dòng)力場(chǎng)的影響分析，從而為改善爐內(nèi)工況提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】四角切向燃燒鍋爐；直流燃燒器切圓燃燒方式；四角切向燃燒器鍋爐燃燒器射流開(kāi)啟角度

1.四角切圓燃燒的主要特點(diǎn)及其原理

①四角射流著火后相交，相互點(diǎn)燃，使煤粉著火穩(wěn)定。

②由于四股射流在爐膛內(nèi)相交后強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，湍流的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量交換十分強(qiáng)烈，故能加速著火后燃料的燃盡程度。

③四角切圓射流有強(qiáng)烈的湍流擴(kuò)散和良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力結(jié)構(gòu)，爐膛充滿系數(shù)較好，爐內(nèi)熱負(fù)荷均勻。

④切圓燃燒時(shí)每角均由多個(gè)一、二次風(fēng)噴嘴所組成，負(fù)荷變化時(shí)調(diào)節(jié)靈活，對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，控制和調(diào)節(jié)手段也較多。

⑤爐膛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于大容量鍋爐的布置。

⑥便于實(shí)現(xiàn)分段送風(fēng)、分段燃燒，從而抑制N0X的排放。

2.燃燒器的負(fù)荷分配及投停方式

原理及注意事項(xiàng)：

（1）一般是將投入運(yùn)行的主燃燒器負(fù)荷盡量分配均勻，即將各燃燒器的風(fēng)量和給粉量調(diào)整一致。但有時(shí)為了調(diào)整燃燒中心，改變火焰的偏斜現(xiàn)象，避免結(jié)渣，調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫分布或提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等原因，常有意識(shí)地改變各燃燒器之間的風(fēng)粉分配比。

（2）對(duì)于四角布置的直流燃燒器，為了減少火焰偏斜，避免結(jié)渣，當(dāng)風(fēng)道及噴口布置以至氣流射程不對(duì)稱(chēng)時(shí)，將一側(cè)或兩側(cè)的風(fēng)粉量降低運(yùn)行也有可能有些效果。

（3）改變四角布置燃燒器給粉量或二次風(fēng)量也是調(diào)整燃燒中心，改善氣粉混合及增加燃燒效果的常用措施：例如有所謂“正塔形”送風(fēng)（即上二次風(fēng)小，下二次風(fēng)大）或“反塔形”送風(fēng)（即上二次風(fēng)大，下二次風(fēng)?。┑扰滹L(fēng)方式。

（4）當(dāng)進(jìn)行這類(lèi)調(diào)整時(shí)，判斷調(diào)整措施的好壞，除了燃燒的穩(wěn)定性，爐膛出口煙溫及爐內(nèi)的溫度分布和燃燒經(jīng)濟(jì)性之外，還應(yīng)注意爐膛兩側(cè)的燃燒產(chǎn)物（RO2，飛灰可燃物，爐渣沉淀物等）是否均衡，以及鍋內(nèi)過(guò)程方面的均勻性（如過(guò)熱汽溫分布，汽包兩側(cè)爐水濃度及水位等）。

（5）有些鍋爐四角布置的直流燃燒器噴嘴是可以擺動(dòng)的，它對(duì)調(diào)節(jié)燃燒中心的位置，改變汽溫和煤粉燃燒的完善程度是相當(dāng)起作用的。一般在保證正常汽溫的條件下，多盡量增加其下傾角，以取得較高的燃燒經(jīng)濟(jì)性，但需注意冷灰斗不應(yīng)因溫度過(guò)高而產(chǎn)生結(jié)渣。

（6）為考察對(duì)所有燃燒器供粉的均勻性，可以從各一次風(fēng)管等速抽取煤粉樣，比較其樣品的相對(duì)重。

（7）為保持燃燒器一、二、三次風(fēng)的出口風(fēng)速，有時(shí)要停一部分燃燒器，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)尤屬必要。

（8）制粉系統(tǒng)為直吹系統(tǒng)時(shí)，與備用磨煤機(jī)或檢修中的磨煤機(jī)相連的燃燒器也必然要停掉。除了被迫停用的情況外，在正常工況下，或在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，停哪個(gè)為好，需要通過(guò)試驗(yàn)分析來(lái)確定。燃燒器的投停對(duì)鍋爐運(yùn)行更較甚于燃燒器負(fù)荷分配。

3.四角切圓燃燒的氣流偏斜

采用四角燃燒方式的鍋爐，運(yùn)行中容易發(fā)生氣流偏斜而導(dǎo)致火焰貼墻，引起結(jié)渣以及燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。、鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因：射流自燃燒器噴口射出后，由于受到上游鄰角氣流的直接撞擊，撞擊點(diǎn)愈接近噴口，射流偏斜就愈大，撞擊動(dòng)量愈大，氣流偏斜就愈嚴(yán)重。射流兩側(cè)“補(bǔ)氣”條件的影響射流自噴口射出后仍然保持著高速流動(dòng)，射流兩側(cè)的煙氣被卷吸著一道前進(jìn)，射流兩側(cè)的壓力就隨著降低。這時(shí)，爐膛其它地方的煙氣就紛紛趕來(lái)補(bǔ)充，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“補(bǔ)氣”。如果射流兩側(cè)的補(bǔ)氣條件不同，就會(huì)在射流兩側(cè)形成壓差。向火面的一側(cè)受到鄰角氣流的撞擊，補(bǔ)氣充裕，壓力較高；而背火面的一側(cè)補(bǔ)氣條件差，壓力較低。

這樣，射流兩側(cè)就形成了壓力差，在壓力差的作用下，射流被迫向爐墻偏斜，甚至迫使氣流貼墻，引起結(jié)渣。燃燒器的高寬比（hr/b）對(duì)射流彎曲變形影響較大，燃燒器的高寬比值愈大，射流形狀愈寬而薄，其“剛性”就愈差，因而，射流愈容易彎曲變形。

在大容量鍋爐上，由于燃煤量顯著增大，燃燒器的噴口通流面積也相應(yīng)增大，所以噴口數(shù)量必然增多，為了避免氣流變形和減小燃燒器區(qū)域水冷壁的熱負(fù)荷，將燃燒器沿高度方向拉長(zhǎng)，并把噴口沿高度分成2～3組，每組的高寬比不超過(guò)6，相鄰兩組噴口間留有空檔，空檔相當(dāng)于一個(gè)壓力平衡孔，用來(lái)平衡射流兩側(cè)的壓力，防止射流向壓力低的一側(cè)彎曲變形。當(dāng)燃燒器多層布置時(shí)對(duì)旋渦直徑的影響較大，上層氣流不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使氣流容積流量增大，旋渦直徑相應(yīng)增大，一般可使實(shí)際切圓直徑膨脹到假想切圓直徑的7～8倍。

4.氣流偏斜問(wèn)題

射流偏斜產(chǎn)生的原因及其危害：

四角布置的直流燃燒器，由于射流與假想的切圓相切，使射流軸線與兩邊爐墻的夾角不等，常常是一邊大，一邊小，如下圖所示。射流兩邊同時(shí)卷吸煙氣，在其周?chē)纬韶?fù)壓區(qū)，爐膛中的煙氣則不斷地向負(fù)壓區(qū)補(bǔ)充。如果兩側(cè)的補(bǔ)氣條件不同，一側(cè)的壓力將大于另一側(cè)的壓力，使射流向一側(cè)偏斜，這就是射流產(chǎn)生偏斜的原因。射流偏斜的危害是：當(dāng)射流偏斜嚴(yán)重時(shí)，會(huì)形成射流貼墻，導(dǎo)致?tīng)t墻結(jié)渣和水冷壁磨損。

5.鄰角氣流的橫向推力

橫向推力的大小與爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，即爐膛四角射流的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩有關(guān)，其中二次風(fēng)射流的動(dòng)量矩是起主要作用的。二次風(fēng)動(dòng)量及其旋轉(zhuǎn)半徑愈大，中心旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度愈大，橫向推力亦愈大，致使一次風(fēng)射流的偏轉(zhuǎn)加劇。

試驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)踐證明，增加一次風(fēng)動(dòng)量或減少二次風(fēng)動(dòng)量，或者就降低二次風(fēng)與一次風(fēng)的動(dòng)量比，會(huì)減輕地次風(fēng)射流的偏斜。一次風(fēng)射流抵抗斜的能力與本身的動(dòng)量有關(guān)。一次風(fēng)射流動(dòng)量愈大，剛性愈強(qiáng)，射流的偏斜也就愈小。但應(yīng)注意二次風(fēng)動(dòng)量降低導(dǎo)致氣流擾動(dòng)減弱對(duì)燃燒帶來(lái)的不利影響。除了推遲著火，燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率降低之外，還會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫升高，引起過(guò)熱器超溫或汽溫升高。