李文軍，彭敏，黃偉，楊劍峰

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

1 燃燒器噴口著火溫度測(cè)量方法

對(duì)沖燃燒方式、W型燃燒方式一般采用單個(gè)火嘴著火穩(wěn)定性較強(qiáng)的旋流燃燒器。旋流燃燒器進(jìn)行燃燒調(diào)整時(shí)測(cè)量燃燒器噴口溫度能定量地掌握燃燒器的著火特性，分析燃燒器配風(fēng)方式變化對(duì)著火穩(wěn)定性影響，從而有效地對(duì)著火距離進(jìn)行調(diào)整，提高火嘴的穩(wěn)燃能力。

為了解燃燒器出口溫度的分布和著火距離，試驗(yàn)人員在燃燒器二次風(fēng)道內(nèi)看火孔安裝鎧裝式熱電偶 (如圖1)，對(duì)燃燒器出口附近的軸向溫度分布進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量溫度能大致反映噴口區(qū)域煤粉氣流的升溫著火狀況;根據(jù)熱電偶伸入燃燒器噴口不同長(zhǎng)度測(cè)量的溫度能反映煤粉氣流的著火距離。

圖1 熱電偶布置示意圖

2 平均火檢強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析方法

鍋爐全爐膛燃燒穩(wěn)定性主要通過(guò)爐膛負(fù)壓來(lái)進(jìn)行判斷，但由于爐膛負(fù)壓本身脈動(dòng)性較大，且由于安裝位置和測(cè)點(diǎn)數(shù)量受限等原因，影響到爐膛負(fù)壓對(duì)爐膛燃燒真實(shí)狀況的反映。一般只有在燃燒穩(wěn)定性嚴(yán)重變差時(shí)，爐膛負(fù)壓才能反映出來(lái)。

煤粉燃燒器火檢模擬量信號(hào)強(qiáng)度用于表征初始燃燒區(qū)的燃燒劇烈程度〔1〕，直接反映燃燒器著火穩(wěn)定性，所有投運(yùn)燃燒器的平均火檢強(qiáng)度即代表全爐膛燃燒穩(wěn)定性的真實(shí)情況。在鍋爐燃燒調(diào)整過(guò)程中，引入平均火檢強(qiáng)度這一指標(biāo)對(duì)各種調(diào)整工況下的燃燒穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判，能取得全爐膛燃燒穩(wěn)定性的定量甚至是細(xì)微變化趨勢(shì)。

3 燃燒調(diào)整實(shí)例應(yīng)用分析

3.1 調(diào)整對(duì)象概況

調(diào)整對(duì)象為某公司生產(chǎn)的600 MW超臨界W型火焰鍋爐，該鍋爐采用雙進(jìn)雙出正壓直吹制粉系統(tǒng)，配置24只濃縮型EI-XCL低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，對(duì)稱布置在鍋爐的前、后拱上，與之配套的是6臺(tái)BBD4366型雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。

濃縮型EI-XCL燃燒器上配有雙層強(qiáng)化著火的軸向調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)，從風(fēng)箱來(lái)的二次風(fēng)分兩股分別進(jìn)入到內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，內(nèi)層二次風(fēng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流可卷吸高溫?zé)煔庖济悍?，外層二次風(fēng)用來(lái)補(bǔ)充煤粉進(jìn)一步燃燒所需的空氣，使之完全燃燒。內(nèi)、外層二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度可以通過(guò)調(diào)整軸向葉片的設(shè)置角度而改變。旋轉(zhuǎn)氣流能將爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饩砦矫悍壑饏^(qū)，點(diǎn)燃煤粉并使之穩(wěn)定燃燒。

內(nèi)二次風(fēng)軸向葉片的最大開度為60°(與燃燒器軸線夾角成30°)，最小開度為20°(與燃燒器軸線夾角成70°);外調(diào)風(fēng)葉片的最大開度為70°(與燃燒器軸線夾角成20°)，最小開度為20°(與燃燒器軸向夾角70°);調(diào)風(fēng)盤行程為0～240 mm，調(diào)風(fēng)盤開度為0對(duì)應(yīng)內(nèi)二次風(fēng)全關(guān)。

該鍋爐投產(chǎn)初期由于入爐煤質(zhì)變差，出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)的情況，需投油助燃并發(fā)生了一次全爐膛滅火;同時(shí)由于燃燒不穩(wěn)造成左右兩側(cè)煙溫和汽溫偏差極大，汽溫調(diào)整困難，嚴(yán)重影響著鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為解決鍋爐燃燒不穩(wěn)、熱偏差大等問(wèn)題，進(jìn)行了燃燒調(diào)整試驗(yàn)。

3.2 鍋爐燃燒調(diào)整情況

試驗(yàn)人員根據(jù)雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器特點(diǎn)和實(shí)際入爐煤質(zhì)情況，首先從提高單個(gè)燃燒器的燃燒穩(wěn)定性著手，通過(guò)改變?nèi)紵髋滹L(fēng)方式，分析各因素對(duì)著火穩(wěn)定性的影響，提高單個(gè)火嘴穩(wěn)燃能力;然后通過(guò)對(duì)氧量、分級(jí)風(fēng)和煤粉細(xì)度進(jìn)行調(diào)整等手段提高全爐膛燃燒穩(wěn)定性。

3.2.1 單個(gè)燃燒器著火穩(wěn)定性的調(diào)整

試驗(yàn)負(fù)荷550 MW，試驗(yàn)人員選擇著火較差的D1燃燒器進(jìn)行調(diào)整，在D1燃燒器看火孔沿燃燒器軸線方向插入一支熱電偶，先在初始配風(fēng)方式下測(cè)量燃燒器出口軸向不同距離下的溫度 (見(jiàn)表1)，然后將熱電偶固定在距噴口600 mm位置，通過(guò)調(diào)整手動(dòng)調(diào)風(fēng)裝置 (調(diào)風(fēng)盤、內(nèi)二次風(fēng)角度、外二次風(fēng)角度)測(cè)量溫度 (見(jiàn)表2，3)。

表1 初始狀態(tài)下燃燒器出口軸向溫度分布

表2 調(diào)風(fēng)盤不同位置下燃燒器出口溫度

表3 變二次風(fēng)葉片角度燃燒器出口溫度

試驗(yàn)期間鍋爐入爐煤質(zhì)Vdaf為10%，Qar，net為17 000 kJ/kg，該煤種揮發(fā)分和熱值均較低，燃燒器出口的溫度是保證煤粉穩(wěn)定著火的關(guān)鍵〔2〕，對(duì)應(yīng)該煤種的穩(wěn)定著火溫度約為800～850℃。從表1中的數(shù)據(jù)來(lái)看，初始狀態(tài)下D1燃燒器的著火距離接近1 000 mm;從表2，3中的數(shù)據(jù)來(lái)看，調(diào)風(fēng)盤開度、內(nèi)二次風(fēng)葉片角度、外二次次風(fēng)葉片角度3個(gè)因素中調(diào)風(fēng)盤開度對(duì)溫度影響最大。在距噴口600 mm位置，調(diào)風(fēng)盤開度從140 mm調(diào)至60 mm，溫度升高了220℃左右，外二次風(fēng)葉片角度50°～70°變化范圍內(nèi)影響溫度約100℃，內(nèi)二次風(fēng)葉片角度變化對(duì)燃燒器出口溫度影響較小。由此可見(jiàn)，調(diào)風(fēng)盤開度 (即內(nèi)二次風(fēng)量)對(duì)燃燒器著火穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用，關(guān)小調(diào)風(fēng)盤、內(nèi)二次風(fēng)量減少后，著火提前、燃燒穩(wěn)定性明顯提高。

3.2.2 全爐膛燃燒穩(wěn)定性調(diào)整

為掌握燃燒器各配風(fēng)調(diào)整手段和運(yùn)行方式對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行了燃燒器調(diào)風(fēng)裝置的調(diào)整、變分級(jí)風(fēng)比例、變氧量、變煤粉細(xì)度等一系列試驗(yàn)研究。把投運(yùn)燃燒器火檢強(qiáng)度的平均值作為燃燒穩(wěn)定性的判斷依據(jù)，火檢強(qiáng)度平均值越高，則燃燒穩(wěn)定性越好，反之燃燒穩(wěn)定性越差。

試驗(yàn)結(jié)果表明 (見(jiàn)表4)，初始狀態(tài)下 (外二次風(fēng)60°、內(nèi)二次風(fēng)45°、調(diào)風(fēng)盤125 mm)平均火檢強(qiáng)度僅為67%，調(diào)風(fēng)盤開度減小到80 mm后，平均火檢強(qiáng)度提高95%。對(duì)鍋爐全爐膛燃燒穩(wěn)定性影響最大的因素是調(diào)風(fēng)盤開度，即內(nèi)二次風(fēng)量比例，這一結(jié)論與單個(gè)燃燒器調(diào)整的結(jié)論相符。其次分別為煤粉細(xì)度、內(nèi)外二次風(fēng)葉片角度、氧量，不同分級(jí)風(fēng)比例下燃燒穩(wěn)定性均較好。同時(shí)，通過(guò)對(duì)其它相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可得出以下結(jié)論:在高負(fù)荷下平均火檢強(qiáng)度達(dá)到85%以上時(shí)，鍋爐燃燒穩(wěn)定性和熱效率均較好;平均火檢強(qiáng)度低于85%，鍋爐熱效率受到影響;平均火檢強(qiáng)度低于75%，鍋爐燃燒穩(wěn)定性和熱效率明顯下降。

表4 不同工況下投運(yùn)燃燒器平均火檢強(qiáng)度

3.3 調(diào)整效果分析

根據(jù)燃燒器出口煤粉著火溫度測(cè)量和平均火檢強(qiáng)度的分析結(jié)果，試驗(yàn)確定了該鍋爐燃用劣質(zhì)無(wú)煙煤的最佳配風(fēng)和運(yùn)行方式:調(diào)風(fēng)盤開度為80 mm、內(nèi)調(diào)風(fēng)度為45°、外調(diào)風(fēng)開度為60°、氧量維持在3.2%～3.5%、分級(jí)風(fēng)量25%的開度、煤粉細(xì)度R90控制在4%左右。采用以上運(yùn)行方式后，煤粉氣流著火距離由1 000 mm縮短至600 mm，全爐膛平均火檢強(qiáng)度由67%提高到90%以上，鍋爐燃燒穩(wěn)定性和抗干擾能力大幅提高，鍋爐效率提高1.5%左右。

同時(shí)從運(yùn)行參數(shù)來(lái)看，針對(duì)火檢較弱的燃燒器重點(diǎn)進(jìn)行的調(diào)整，使沿爐膛寬度方向各燃燒器燃燒穩(wěn)定性均勻，消除了由于局部燃燒狀況較差造成的熱負(fù)荷偏差。調(diào)整前A，B兩側(cè)汽水分離器出口溫度 (即中間點(diǎn)溫度)和低溫過(guò)熱器出口蒸汽溫差分別為25℃和50℃左右，兩側(cè)溫差過(guò)大導(dǎo)致汽溫調(diào)整困難;調(diào)整后的蒸汽溫差分別在5℃和10℃以內(nèi)，熱偏差的消除提高了超臨界鍋爐水冷壁和高溫受熱面的運(yùn)行安全性，也保證了汽溫的有效控制。

4 結(jié)論

采用熱電偶對(duì)旋流燃燒器噴口著火溫度測(cè)量和平均火檢強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析的方法指導(dǎo)鍋爐燃燒調(diào)整過(guò)程，能相對(duì)定量地評(píng)價(jià)各種調(diào)整方式對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響，直接找出影響燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，從而保證鍋爐燃燒調(diào)整達(dá)到理想的效果。該方法適用于新型燃燒器的投運(yùn)、燃燒器改造后以及煤質(zhì)變化較大時(shí)鍋爐的燃燒調(diào)整。

〔1〕張雪，鄭康捷，丁艷軍，等.基于火檢與火焰圖像信息的旋流燃燒器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，清華大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2010，50(7):1 053-1057.

〔2〕熊立紅，資靜斌，曾東和.大型燃煤鍋爐旋流燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)研究，電站系統(tǒng)工程，2008，24(1):38-40.