邢秀峰,劉建華,劉眾元

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

風(fēng)道燃燒器燃燒特性試驗(yàn)研究

邢秀峰,劉建華,劉眾元

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

東方鍋爐廠自主研發(fā)的第二代300 MW循環(huán)流化床鍋爐,其風(fēng)道燃燒器配用的油槍為中心回油油槍。針對(duì)油槍的特殊性,在啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程中,對(duì)油槍的調(diào)節(jié)特性、出力以及配風(fēng)方式進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)確定了該油槍與點(diǎn)火槍的相對(duì)位置,油槍冷、熱態(tài)下的出力以及風(fēng)道燃燒器熱態(tài)下的調(diào)整方式。

循環(huán)流化床; 風(fēng)道燃燒器; 中心回油油槍; 試驗(yàn)研究

0 引言

隨著我國(guó)大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展，由東方鍋爐廠設(shè)計(jì)研制的第二代300 MW循環(huán)流化床所采用的點(diǎn)火方式為床上、床下聯(lián)合點(diǎn)火。床下點(diǎn)火方式采用中心回油、機(jī)械霧化油槍的風(fēng)道燃燒器，床上點(diǎn)火油槍為機(jī)械霧化油槍。在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，首先通過(guò)床下點(diǎn)火油槍來(lái)控制鍋爐床溫的溫升速度以及鍋爐整體的升溫、升壓[1]。該中心回油油槍的優(yōu)點(diǎn)是：不需要更換不同容量的霧化片，通過(guò)調(diào)整床下點(diǎn)火油槍油系統(tǒng)的回油調(diào)整門即可調(diào)整風(fēng)道燃燒器的熱負(fù)荷，來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐熱負(fù)荷的適時(shí)調(diào)整，從而有效避免了先前在點(diǎn)火過(guò)程為增加出力更換霧化片過(guò)程中所造成不必要的燃油浪費(fèi)，在實(shí)際運(yùn)行中也得到了很好的應(yīng)用。在鍋爐啟動(dòng)初期不僅便于溫升的控制，也有效降低了機(jī)組的啟動(dòng)油耗。

1 設(shè)備及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 風(fēng)道燃燒器及油槍系統(tǒng)簡(jiǎn)介

床下風(fēng)道點(diǎn)火燃燒器的功能是將一次流化風(fēng)加熱至850～900 ℃左右，加熱后的一次風(fēng)經(jīng)過(guò)點(diǎn)火風(fēng)道進(jìn)入床下水冷風(fēng)室，通過(guò)布置在布風(fēng)板上的風(fēng)帽，使床上物料達(dá)到流化狀態(tài)，并加熱床料至投煤溫度[2]。每臺(tái)鍋爐配2個(gè)風(fēng)道燃燒器，每個(gè)風(fēng)道燃燒器裝有2支油槍，單只油槍設(shè)有一次點(diǎn)火風(fēng)門。床下燃燒器點(diǎn)火油槍的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。該油槍為中心回油式機(jī)械霧化油槍，它與常規(guī)的機(jī)械霧化油槍不同，有進(jìn)、回油2根油管與油槍連接，燃油進(jìn)入油槍后，一部分油通過(guò)霧化片噴出，另一部分返回至回油管路，回油母管鏈接至6.9 m回油調(diào)整門后的系統(tǒng)回油母管，油槍結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 中心回油機(jī)械式霧化油槍

1.2 燃油系統(tǒng)簡(jiǎn)介

燃油系統(tǒng)經(jīng)油庫(kù)主管道至鍋爐爐前油循環(huán)后,分別設(shè)有床上油槍油循環(huán)系統(tǒng)和床下油系統(tǒng),床上油槍油系統(tǒng)可進(jìn)行爐前油循環(huán),床下油槍油系統(tǒng)在進(jìn)回油軟管之間設(shè)隔斷門，進(jìn)行油循環(huán)時(shí)，須打開隔斷門，或在投運(yùn)油槍后進(jìn)行循環(huán)。油泵出口設(shè)再循環(huán)手動(dòng)門，系統(tǒng)調(diào)整好油壓后，固定手動(dòng)門，由爐前油系統(tǒng)6.9 m處的再循環(huán)電動(dòng)調(diào)整門對(duì)系統(tǒng)油壓進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。

表1 油槍技術(shù)參數(shù)

2 冷態(tài)特性試驗(yàn)

2.1 油槍霧化試驗(yàn)

燃油系統(tǒng)吹掃結(jié)束后，進(jìn)行爐前油循環(huán)，在不同壓力下就地進(jìn)行油槍的霧化觀察試驗(yàn)，試驗(yàn)最高壓力3.5 MPa，最低壓力2.0 MPa。經(jīng)試驗(yàn)在此壓力范圍內(nèi)，油槍霧化良好，滿足油槍的點(diǎn)火需要，且在此壓力范圍內(nèi)，壓力越高，霧化效果越好。

2.2 油槍出力試驗(yàn)

該油槍為中心回油油槍，因此在調(diào)節(jié)過(guò)程中，主要依靠調(diào)節(jié)油槍的回油量來(lái)調(diào)節(jié)油槍的出力，回油量越大，油槍出力越小。所以在系統(tǒng)壓力一定的情況下，油槍出力的大小主要取決于回油調(diào)整門的開度。爐前油循環(huán)建立之后，打開床下油槍的進(jìn)回油手動(dòng)門，系統(tǒng)壓力2.95 MPa，調(diào)整回油調(diào)整門，由就地燃油流量計(jì)來(lái)計(jì)算油槍的實(shí)際出力。試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)曲線擬合，擬合函數(shù)為y = 2×10-7x4- 3×10-5x3+ 0.002 2x2-0.056 4x + 2.2，相關(guān)度為R2=1。由冷態(tài)試驗(yàn)油槍的最大出力為2.2 t/h，最小出力為1.1 t/h。

圖2 冷態(tài)下不同回油調(diào)整門開度下油槍出力

2.3 油槍與點(diǎn)火槍位置的確定

為確定油槍與點(diǎn)火槍的位置，在初次安裝以及檢修完畢后，進(jìn)入風(fēng)道燃燒器，通過(guò)目測(cè)及實(shí)際位置測(cè)量來(lái)確定其位置。在冷態(tài)下確定點(diǎn)火槍與油槍的相對(duì)距離為120 mm, 即點(diǎn)火槍與油槍同時(shí)進(jìn)到位, 點(diǎn)火槍的位置在距油槍前方120 mm處。之后在點(diǎn)火試驗(yàn)過(guò)程中，固定油槍的位置，移動(dòng)點(diǎn)火槍的位置，在點(diǎn)火槍不同位置處進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)確定點(diǎn)火槍在油槍前方距離110～140 mm處，油槍點(diǎn)火正常，在此距離范圍之外，油槍在點(diǎn)火時(shí)不宜著火。

3 熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)

3.1 點(diǎn)火位確定

油系統(tǒng)油泵啟動(dòng)后，維持爐前壓力3.0 MPa，打開床下油槍油系統(tǒng)以及油槍進(jìn)、回油和吹掃手動(dòng)門，油槍準(zhǔn)備點(diǎn)火。主一次流化風(fēng)總風(fēng)量控制20萬(wàn)Nm3/h，左右側(cè)點(diǎn)火風(fēng)道各10萬(wàn)Nm3/h，二次風(fēng)總風(fēng)量12萬(wàn)Nm3/h，上、下二次風(fēng)擋板開度15%，開點(diǎn)火油槍對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火風(fēng)門至40%，另一支油槍對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火風(fēng)門45%，主一次風(fēng)門5%。床下油槍回油調(diào)整門開度100%。確定點(diǎn)火位置后，順控啟動(dòng)油槍點(diǎn)火，就地觀察油槍著火情況，油槍著火明亮，火焰穩(wěn)定，點(diǎn)火初期風(fēng)道燃燒器快速升溫，最終風(fēng)道燃燒器出口溫度基本穩(wěn)定在400～450 ℃。

3.2 熱態(tài)下油槍出力

在點(diǎn)火前，回油管路壓力增加，阻力增大，回油量減小，油槍出力增加；反之油槍出力降低。因此，如果點(diǎn)火時(shí)不關(guān)閉進(jìn)、回油管路上的聯(lián)絡(luò)閥，則回油管路壓力與進(jìn)油管路基本相同，阻力劇增，回油量驟降，油槍出力遠(yuǎn)大于額定出力，造成煙溫飛升，無(wú)法控制，有可能對(duì)點(diǎn)火風(fēng)道材料以及熱工測(cè)點(diǎn)等造成損害，所以點(diǎn)火前須關(guān)閉聯(lián)絡(luò)閥。關(guān)閉聯(lián)絡(luò)閥后，系統(tǒng)油壓維持3.0 MPa，6.9 m再循環(huán)門開度3%，調(diào)整床下油槍回油調(diào)整門。隨著回油調(diào)整門開度的增大，油槍回油量加大，油槍出力下降（如圖3所示）。試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)曲線擬合，擬合函數(shù)為y = 2×10-7x4- 4×10-5x3+0.002 8x2-0.100 5x + 3.507 3，相關(guān)度為R2=0.990 9。該油槍在上述工況下，油槍的出力最大可達(dá)到2.9 t/h，最小為1 t/h。

圖3 熱態(tài)下不同回油調(diào)整門開度下油槍出力

系統(tǒng)油壓維持2.9 MPa，回油調(diào)整門開度為100%，調(diào)整6.9 m油系統(tǒng)的再循環(huán)調(diào)整門。隨著再循環(huán)調(diào)整門開度增大，油槍回油的背壓增大，油槍中心回油量減小，油槍出力增大（如圖4所示）。試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)曲線擬合，擬合函數(shù)為y = -90.959x4+ 533.25x3- 1 141.8x2+ 1 104x - 401.49，相關(guān)度為R2=1。

圖4 熱態(tài)下不同再循環(huán)調(diào)整門開度下油槍出力

3.3 油槍配風(fēng)

油槍著火后，主一次流化風(fēng)初始開度為5%，隨著開度的增加，風(fēng)道燃燒器溫度降低，開度增至20%之后，油槍火焰逐漸變暗，火焰中夾雜著黑煙，當(dāng)開度增至40%時(shí)，風(fēng)道燃燒器冒黑煙嚴(yán)重，最后熄火。其主要原因是：點(diǎn)火油槍燃燒器阻力大，主一次流化風(fēng)門阻力小，當(dāng)主一次流化風(fēng)門開大時(shí)，點(diǎn)火風(fēng)道的一次風(fēng)主要從主一次流化風(fēng)門通過(guò)，著火油槍的點(diǎn)火風(fēng)嚴(yán)重缺風(fēng)，火焰熄滅。所以在點(diǎn)火過(guò)程中，主一次流化風(fēng)門開度不宜太大，主一次風(fēng)風(fēng)門的開度只要能保證風(fēng)門以及燃燒器保護(hù)罩的冷卻即可，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察，主一次流化風(fēng)門的開度在點(diǎn)火過(guò)程中，開度控制在5%～10%。點(diǎn)火風(fēng)門的開度控制主要是控制著火的穩(wěn)定性、風(fēng)道燃燒器出口溫度以及風(fēng)道燃燒器溫度的均勻性。油槍點(diǎn)火后，點(diǎn)火風(fēng)門根據(jù)油槍的著火情況進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，著火油槍的點(diǎn)火風(fēng)擋板開度越大，風(fēng)道燃燒器的出口溫度就越低，但不宜開太大,風(fēng)門開度太大,油槍的著火穩(wěn)定性就越差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)油槍滅火,點(diǎn)火風(fēng)門的開度不超過(guò)60%，若風(fēng)道燃燒器的溫度還不能滿足控制要求時(shí)，調(diào)節(jié)另一支油槍的點(diǎn)火風(fēng)門，風(fēng)門開度較著火油槍風(fēng)門不宜太大，當(dāng)未著火油槍的點(diǎn)火風(fēng)門較著火油槍的開度太大時(shí)，不利于油槍熱量的攜帶，致使油槍附近的溫度偏高，長(zhǎng)期使用容易燒損油槍，通過(guò)試驗(yàn)，其開度不大于著火油槍點(diǎn)火風(fēng)門10%。另外，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)點(diǎn)火風(fēng)門和回油調(diào)整門時(shí)，風(fēng)道燃燒器溫度相應(yīng)較快，所以利用點(diǎn)火風(fēng)門和回油調(diào)整門調(diào)節(jié)風(fēng)道燃燒器溫度時(shí)，應(yīng)采取微調(diào)的方式。

3.4 單側(cè)第二支油槍的投運(yùn)

左右兩側(cè)燃燒器各投運(yùn)一支油槍后，為保證鍋爐進(jìn)一步的升溫升壓，投運(yùn)風(fēng)道燃燒器的另外2支油槍。投運(yùn)一側(cè)風(fēng)道燃燒器的第二支油槍時(shí)，先將該側(cè)的一次風(fēng)量加大至135 000～140 000 Nm3/h，回油調(diào)整門開度控制在35%以下，順控啟動(dòng)油槍，油槍著火后，開大兩油槍的點(diǎn)火風(fēng)門，同時(shí)開回油調(diào)整門，具體開度根據(jù)風(fēng)道燃燒器的溫度，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，回油調(diào)整門開至40%，點(diǎn)火風(fēng)門開至75%，風(fēng)道溫度可控制在830～860 ℃，滿足風(fēng)道燃燒器最高溫度不超過(guò)900 ℃的要求。另一側(cè)油槍的投運(yùn)可參照?qǐng)?zhí)行。此外，在投運(yùn)第三只油槍時(shí)，由于系統(tǒng)瞬間供油不足，所有油槍會(huì)瞬間滅火。試驗(yàn)過(guò)程中，油壓低或火檢滅火的最長(zhǎng)時(shí)間為10 s，所以在啟動(dòng)后面兩支油槍時(shí)，應(yīng)將火檢保護(hù)以及油壓低保護(hù)加一延時(shí)，建議延時(shí)15 s。

4 結(jié)論

a）該油槍的出力調(diào)節(jié)比大，較原有的固定出力的機(jī)械霧化油槍來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)更為靈活，更容易實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火、投煤的需求；油槍在進(jìn)油壓力2.0～3.5 MPa范圍內(nèi)，油槍霧化良好；點(diǎn)火槍安裝位置在油槍前方距離110～140 mm為油槍著火的最佳位置。

b）在點(diǎn)火過(guò)程中， 主一次流化風(fēng)門開度不宜太大，應(yīng)控制在10%以內(nèi)，除特殊要求外，應(yīng)控制其開度為5%，啟動(dòng)前兩支油槍時(shí)，點(diǎn)火風(fēng)量控制一次風(fēng)20萬(wàn)Nm3/h，二次風(fēng)12萬(wàn)Nm3/h，油槍點(diǎn)火風(fēng)門點(diǎn)火時(shí)開度為45%。

c）油槍出力隨著回油調(diào)整門開度的增大而降低，隨再循環(huán)調(diào)整門開度的增大而增大。此外風(fēng)道燃燒器溫度隨點(diǎn)火風(fēng)門和回油調(diào)整門開度變化相應(yīng)較快，所以利用點(diǎn)火風(fēng)門和回油調(diào)整門調(diào)節(jié)風(fēng)道燃燒器溫度時(shí)，應(yīng)采取微調(diào)的方式。

d）每個(gè)風(fēng)道燃燒器在單只槍運(yùn)行的條件下，尤其是在風(fēng)道溫度較低時(shí)，著火油槍對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火風(fēng)門開度應(yīng)控制在50%～60%，開度太大油槍容易被吹滅。

e）在同一風(fēng)道燃燒器，投運(yùn)第二支油槍時(shí)，回油開度不宜太大，應(yīng)控制在35%以內(nèi)，回油開度太大，在點(diǎn)油槍的瞬間由于系統(tǒng)供油不足，容易造成鍋爐滅火。

f）在同一風(fēng)道燃燒器，投運(yùn)第二支油槍時(shí)，該風(fēng)道燃燒內(nèi)的一次點(diǎn)火風(fēng)量應(yīng)控制在135 000～140 000 Nm3/h。

[1] 馮俊凱，岳光溪，呂俊復(fù)， 等. 循環(huán)流化床燃燒鍋爐 [M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2003：23-59.

[2] 龔鵬，袁建麗， 米子德. 循環(huán)流化床風(fēng)道燃燒器的控制方法[J].電站系統(tǒng)工程, 2011, 27(4): 31-33.

Experiment Research on Combustion Characterristics of In-duct Burner

XING Xiufeng，LIU Jianhua，LIU Zhongyuan

（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

The 300 MW second-generation circulating fluidized bed boiler produced by Dongfang Boiler Plant is equiped with central oil-reture gun in in-duct burner. Adjustment test was carried out on regulation characteristics, output and air distribution mode of oil gun during start-up commissioning. Relative positions between oil gun and firing fun were determined as well as the output of oil gun in cold or thermal state. Meanwhile, adjusting mode of in-duct burner in thermal state was confirmed.

CFB; in-duct burner; center-back oil gun; experimental study

TM227.1

A

1671-0320（2016）04-0040-04

2016-04-02，

2016-06-11

邢秀峰 (1982 )，男，山西五臺(tái)人，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能動(dòng)力專業(yè)，碩士，工程師，從事鍋爐調(diào)試及燃燒調(diào)整工作；

劉建華 (1973 )，男，山西霍州人，1996年畢業(yè)于西安交通大學(xué)鍋爐專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電站鍋爐啟動(dòng)調(diào)試及燃燒調(diào)整工作；

劉眾元 (1982)，男，山西繁峙人，2008年畢業(yè)于西安交通大學(xué)熱能工程專業(yè)，工程師，從事電站鍋爐啟動(dòng)調(diào)試及燃燒調(diào)整工作。